I reattori nucleari hanno una struttura complessa, al centro della quale è presente il nocciolo, dove avvengono le reazioni di fissione a catena. Tutto questo avviene all’interno del contenitore dove risiede il reattore, dietro una struttura in calcestruzzo, che funge da ulteriore schermo per le radiazioni. L’energia termica prodotta viene trasferita all’esterno e convertita, con meccanismi di efficienza più elevata possibile, in elettricità.

Si tratta di un sistema tecnologicamente molto complesso.

Ma come facciamo a dare un’occhiata al suo interno?

Non è così semplice, soprattutto nelle situazioni in cui l’attività del reattore è interrotta o la struttura non permette un controllo rapido delle sue funzionalità.

Un metodo per effettuare una scansione della struttura interna di oggetti con dimensioni e densità elevate ha avuto origine negli anni ’50, con applicazioni in particolare in ambito vulcanologico ed archeologico.

Fig. 1: Nel caso in cui non sia possibile l’accesso all’interno della struttura della quale si vuole effettuare la misura, sono necessari dei meccanismi che permettono la ricostruzione di quanto scansionato mediante l’analisi di dati acquisiti all’esterno. In figura la planimetria dei dispositivi per il rilevamento dei muoni e dell’edificio del reattore di Tokai (Giappone), secondo lo schema dell’esperimento condotto dal gruppo di lavoro inter-universitario della High Energy Accelerator Research Organization, sotto la direzione di Atsuto Suzuki.

Questa tecnica prende il nome di muon scattering radiography (tomografia muonica) ed è stata negli ultimi anni ulteriormente sviluppata in numerosi centri di ricerca, tra cui il Los Alamos National Laboratory (LANL), che l’ha impiegata per l’analisi di oggetti all’interno di grossi contenitori. Il principio di questa tecnica è molto semplice ed è attualmente utilizzato in svariati settori e con diverse tipologie di materiali.

La tecnica di imaging con muoni è basata sull’impiego di muoni di origine cosmica, i quali avendo una massa a riposo circa 200 volte superiore a quella degli elettroni (105.6 MeV/c²), subiscono un’ accelerazione meno intensa al passaggio attraverso campi elettromagnetici generati dagli atomi di cui la materia è composta. Ciò si riflette in una capacità di penetrazione nei materiali molto maggiore.

La scansione viene effettuata utilizzando due rivelatori di muoni, posti alle due estremità della regione da analizzare. Le particelle, attraversando i materiali all’interno della zona sotto scansione, subiscono delle deviazioni nella loro traiettoria, con una dipendenza dalla tipologia di materiale attraversato.

Fig. 2: Schema di funzionamento per radiografie a diffusione di muoni. La traiettoria del muone di origine cosmica, in viola, viene misurata del sensore all’ingresso (upper detector) e all’uscita (lower detector). Come viene rappresentato dall’immagine, la traiettoria dei muoni subisce una deviazione dipendente dal materiale che la genera.

Nello specifico, la tomografia a muoni si basa sullo studio dello scattering (diffusione) multiplo, in cui la distribuzione angolare delle particelle è data dalla risultante della sequenza delle singole deviazioni cui le particelle sono soggette nell’attraversamento della materia. La qualità di questa tecnica aumenta con il crescere dello spessore dell’oggetto analizzato, in quanto, con un maggior numero di interazioni, la dispersione angolare può essere modellizzata come una distribuzione gaussiana. Le variabili che entrano in gioco sono gli angoli di traiettoria dei raggi incidenti e dei raggi uscenti, che a loro volta dipendono da lunghezza e dal peso atomico del materiale attraversato. Misurando, quindi, i raggi entranti ed uscenti, è possibile ricostruire la struttura interna dell’oggetto analizzato.

Questa tecnica tomografica può risultare particolarmente efficace nel caso si renda necessaria l’analisi di un reattore nucleare che ha subito dei danni interni che non possono essere visionati tramite un accesso fisico, come nel caso del reattore 4 della centrale di Fukushima. Si otterrebbe in tal modo una misura della situazione interna del reattore, rilevando eventuali fusioni e relative fuoriuscite di portata elevata, facilitando e soprattutto velocizzando le procedure di rimozione dei detriti.

Fig. 3: Il possibile risultato di una tomografia muonica. Le linee nere mostrano la struttura circostante la zona dove si trova il materiale con maggiore peso atomico/molecolare, in verde-azzurro, come Uranio o Plutonio.

Ciò che complica nella pratica l’applicazione della tomografia muonica allo studio dell’incidente nella centrale di Fukushima è dovuto ad una ancora non consolidata esperienza dell’impiego di questa tecnologia in questo specifico ambito applicativo [1].

Alcuni test preliminari sono stati effettuati proprio nei laboratori del LANL e successivamente nel reattore nucleare attivo presso l’università del Nuovo Messico. Ulteriori studi sono stati quindi condotti presso i laboratori della Toshiba, finalizzati alla realizzazione di un tomografo a muoni di larga portata, applicabile alla centrale di Fukushima.

Le difficoltà ancora da risolvere sono solo di livello pratico, legate alle macchine da utilizzare per le scansioni (in particolare: risoluzione delle immagini prodotte ed algoritmi necessari per la sua ricostruzione), al loro utilizzo in zone ad alta esposizione per gli utenti, al controllo delle emissioni in prossimità del reattore. I vantaggi sono la capacità dei raggi cosmici di penetrare significativi strati di copertura e l’assenza di ogni dose aggiuntiva erogata in fase di raccolta dati oltre al flusso naturale dei raggi cosmici.

Note:

[1] La tecnica di tomografia muonica è stata incentivata nell’ultimo decennio dall’Unione Europea con il progetto Mu-Steel, basato su un metodo testato precedentemente dall’ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN):

Link all’articolo – Nuclear Instruments and Methods in Physics Research – Inglese

Link alla presentazione – IPRD Siena

Un progetto attivo dell’Università del Studi di Padova e della locale sezione dell’INFN si chiama CMT(p) – Cosmic Muon Tomography (project) / (progetto su) Tomografia a Muoni Cosmici.

Dal sito http://mutomweb.pd.infn.it:5210/?page_id=258:

“The most immediate application is to assess or exclude the presence of high density objects. This could allow the detection of hidden, shielded radioactive sources inside scrap metal headed to a melting facility.”

(L’applicazione più rapida [della tomografia a muoni cosmici] è il rilievo della presenza/assenza di oggetti di alta densità [atomica]. Questo permette la rivelazione di sorgenti radioattive nascoste e protette all’interno di rottami di metallo diretti ad un impianto di fusione.)

Ecco un esempio attuale di utilizzo a livello industriale:

http://www.mermecgroup.com/news-e-events/press-releases/482/1/muon-tomography-to-improve-safety-in-steel-plants.php

http://crete13.org/presentations/8-2_Bonomi%20muSteel.pdf

Apprendiamo dalla rivista Radwaste Solutions [1] che il cask modello HI-STAR 180, fabbricato dalla Holtec Int.l ed adibito al trasporto di combustibile nucleare, è stato sottoposto ad uno stress test molto particolare, che ha avuto luogo il 28/08/2013 presso i terreni di prova dell’esercito statunitense ad Aberdeen, Pensilvania.

Un missile di circa 494 kg, in poliuretano, lungo cinque metri e mezzo, riempito di materiale non-esplosivo e lanciato alla velocità di 974 km/h ha impattato su di un campione in scala del recipiente suddetto. Secondo quanto riportato dalla Holtec, il modello ha resistito all’impatto meglio del previsto e con ampi margini di prestazione.

Fig. 1 A sinistra: il missile, pronto a partire, sul binario che lo vincola alla traiettoria. A destra: il bersaglio, prima del test e con alle spalle il “ricevitore”, ossia la struttura adibita ad accogliere il campione sbalzato dall’urto.

Il test è stato condotto per conto della Axpo Power AG, che sta cercando di ottenere la certificazione di questo tipo di dispositivi da parte degli enti regolatori svizzeri. Ingegneri, tecnici ed ispettori vari dell’Ispettorato Federale Svizzero per la Sicurezza Nucleare (ENSI) e dell’Associazione Svizzera per le Ispezioni Tecniche (SVTI) hanno assistito all’evento. In conformità con i requisiti dell’ENSI, il test è stato progettato per simulare l’impatto di un aereo che intenzionalmente o accidentalmente si schianti su di un HI-STAR in uso per lo stoccaggio e/o trasporto del combustibile nucleare esausto.

Fig. 2 Due fotogrammi ripresi ad alta velocità dove si vede il missile in procinto di colpire il modello in scala di un cask HI-STAR 180.

Nell’ispezione post-impatto i controllori della SVTI hanno confermato che il tasso delle perdite di elio da eventuali fessure/spaccature è risultato 1000 volte inferiore ai criteri stabiliti [2]. Inoltre, tutti i bulloni hanno mantenuto le loro proprietà elastiche ed in generale non si è verificata alcuna rottura nella struttura di contenimento.

Sul sito internet della Holtec Int.l sono disponibili alcuni video clip dove l’esperimento è ripreso da diverse angolazioni: www.holtecinternational.com/news/videos/.

L’HI-STAR 180 è già stato autorizzato nel 2009 dalla Commissione per la Regolamentazione Nucleare degli Stati Uniti (U.S. N.R.C) al trasporto di combustibile ad elevato burn-up [3] per reattori ad acqua pressurizzata e di combustibile ad ossidi misti (MOX), ed è in linea con i requisiti della IAEA per i cask di tipo B(U)F [4].

Contenitori di questo tipo forniscono tutte le funzioni necessarie per la gestione di materiale altamente radioattivo: rimozione passiva del calore, schermatura, garanzia di integrità del combustibile, mantenimento della sottocriticità, contenimento della radioattività [5].

Stress test inerenti la resistenza agli impatti su cask non sono una novità in ambito nucleare. In altri casi è stata verificata, per esempio, la tenuta della struttura a seguito di caduta dall’alto. Ed in ogni caso tipicamente questi contenitori sono forniti di limitatori di impatto, una sorta di ammortizzatori, che sono in grado di assorbire gli effetti dannosi di eventuali cadute, ruzzolamenti, tamponamenti o urti di vario genere, e che vengono posti alle due estremità, ossia sopra il coperchio secondario e sotto il fondo.

Tutto questo permette di escludere completamente ogni rischio legato al trasporto/stoccaggio di materiale radioattivo? NO. Qualche pignolo potrebbe evidenziare il fatto che il missile di cui sopra non conteneva materiale esplosivo, o altro ancora … l’essenziale consta, però, nel fatto che il “RISCHIO ZERO” non esiste, per nessuna attività, a meno che non si precludano tutti i pericoli o, meglio, si eviti l’attività stessa. Test come quello qui sopra descritto mostrano che i rischi, per quanto inevitabili, possono anche essere molto bassi, ovvero ragionevolmente accettabili.

Note ed approfondimenti:

[1] Rivista pubblicata dall’American Nuclear Society, nella quale si discute in modo approfondito e con un approccio pratico di tutte le problematiche relative alla gestione dei rifiuti radioattivi e ai ripristini ambientali: trasporto, rimozione, trattamento, pulizia, stoccaggio dei rifiuti a basso/medio/alto livello di radioattività. Gli articoli sono per la maggior parte contributi di tecnici del settore con specializzazioni che vanno dalla medicina alla ricerca universitaria, dalla consulenza legale al lavoro in cantiere. Molto spazio è dedicato agli inserti pubblicitari di ditte che si occupano della fornitura di dispositivi e/o servizi. 

[2] Perché l’elio?

Nella “famiglia” di Mendeleev l’elio è, come dire, lo “smilzo” (in realtà con massa molecolare ancor più piccola ci sarebbe l’idrogeno, che, però, è decisamente più inquadrabile come “attaccabrighe”, considerate le sue caratteristiche chimico-fisiche). Da qui l’impiego nei controlli non distruttivi (NDT), in particolare in quelli di tenuta, in qualità di gas tracciante: l’elio, fluendo attraverso fessure, incrinature ed interfacce assai strette, dove particelle più grosse non passerebbero, permette di rilevare perdite anche minime (fino a 10^-11 mbar-l/s). Inoltre è un gas nobile, quindi inerte: non interagisce né con altri gas né con il manufatto da testare. Non ha colore, odore o sapore; non è tossico e in caso di dispersione nell’ambiente non crea alcun problema. Infine, essendo presente in atmosfera in quantità molto bassa, circa (5 ppm), permette di avere strumenti atti ad individuare le perdite con un rumore di fondo molto basso.

[3] Cos’è il burn-up?

Senza entrare troppo nei dettagli: tale caratteristica fornisce una misura della resa del combustibile nel reattore ed è legata al numero di fissioni che vi avvengono. Utilizzare combustibile fissile ad elevato burnup (i.e. consumo) permette di avere un elevato fattore di carico dell’impianto (e.g. > 90% , salvo fermate non programmate), specialmente con i reattori ad acqua leggera.

[4] I cask sono grossi contenitori, tipicamente di forma cilidrica (letteralmente dei barili, grosso modo 5 m di lunghezza per 1.5 m di diametro esterno), strutturati con più livelli di contenimento/schermatura/isolamento e per un assemblaggio a geometria predifinita del materiale da stoccare/trasportare. Sotto l’involucro esterno, il componente principale è di solito costituito da una virola in acciaio.

Il codice “B(U)F” identifica una particolare categoria della classificazione IAEA

[http://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/pub1194_web.pdf].

[5] Leader nel settore è l’azienda AREVA-TNI, che si avvale anche di alcuni fornitori italiani per la fabbricazione di parti o dei componenti completi.

Sono passati più di due anni da quando le unità 3 e 4 della centrale nucleare Vogtle hanno cominciato a prendere forma nel paesaggio vicino a Waynesboro in Georgia, USA.

A tutti gli effetti, però, la costruzione è iniziata ufficialmente solo lo scorso marzo con il versamento del calcestruzzo del basamento per quanto riguarda l’unità 3, e giusto in novembre per l’unità 4.

Ora i lavori procedono a grandi passi negli edifici turbina, nelle torri di raffreddamento, e negli edifici dei reattori AP1000: i primi nuovi reattori nucleari di tipo commerciale negli Stati Uniti dopo 30 anni.

Il progetto vede coinvolte anche alcune aziende italiane: in primis Ansaldo Nucleare per quanto riguarda alcune parti del design degli impianti Westinghouse-AP1000, alimentati da reattori ad acqua pressurizzata, e nello specifico la Mangiarotti, che a Monfalcone (TS), sta completando la costruzione di alcuni componenti fondamentali del circuito primario, tra cui i pressurizzatori.

Joe Washington, della Southern Company, fornisce maggiori dettagli sullo stato di avanzamento dei lavori nel video che vi proponiamo qui di seguito.

Vi avvisiamo che occorre avere non solo una certa dimestichezza con l’inglese degli americani, ma orecchie tarate sulla parlata suddista. È anche vero che molte immagini parlano da sole.

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=dKeRwkrhaTs

[commercio nucleare sulla via della seta]

Il 28 maggio scorso è ufficialmente iniziata la costruzione della seconda unità della centrale nucleare di Bàrakah negli Emirati Arabi Uniti; i lavori sulla prima unità, inaugurati quattro giorni dopo la catastrofe di Fukushima, sono, per dirla nel gergo cantieristico, in schedula.

Il pacchetto completo prevede 4 unità APR-1400 (Advanced Power Reactor – Generazione III+, 1455 MWe, 3983 MWth), l’ultima delle quali operativa entro il 2020, per un investimento complessivo di $ 20 mld.

Nell’aprile del 1983 entrò in funzione (commercial operation) la seconda unità della centrale nucleare di Kori, Corea del Sud. Si tratta di un reattore ad acqua leggera pressurizzata, modello Westinghouse (un antenato dell’AP-1000), che a suo tempo segnò l’inizio di una corsa che ha fatto la storia del Paese.

E questa corsa mai si è arrestata, contribuendo fortemente a trascinare il Paese dal Terzo al Primo Mondo.

Cosa mette in relazione queste due date e questi due Paesi? La risposta è semplice: in trent’anni la Corea del Sud, priva di risorse (termine abusato – è più appropriato, in questo caso, “materie prime”), è arrivata talmente avanti nel proprio sviluppo da potersi affermare come esportatore di tecnologia nucleare. E ad importare, in questo caso, sono gli Emiri del Golfo Persico [1].

L’APR-1400 è il frutto dell’esperienza accumulata in Corea del Sud in termini di costruzione e gestione di impianti nucleari. In pratica si tratta di un’evoluzione dell’OPR-1000 (Optimum Power Reactor – una sorta di standard coreano). Il progettista principale è la Korea Power Engineering Company (KOPEC) ed il design prevede l’implementazione di un sistema di sicurezza a tre “livelli”: attivo, passivo ed intrinseco. Questo significa che in caso di incidente con rischio di fusione del nocciolo intervengono alcuni sistemi che impediscono l’interruzione o anche solo la riduzione del flusso del fluido termo-vettore/refrigerante (nel caso specifico acqua). Tale intervento può avvenire o a seguito dell’attivazione da parte di un operatore o tramite l’uso di “segnali intelligenti” per l’innesco del sistema di protezione oppure grazie all’azione “spontanea” delle grandezze in gioco (gravità, velocità del flusso, etc.), sfruttando i principi della Termo-fluidodinamica e della Meccanica Newtoniana e le proprietà dei materiali.  Altri sistemi prevengono gli incidenti di vario tipo o ne mitigano le conseguenze [2].

Fig. 1      Bàrakah – la centrale nucleare a quattro unità/reattori, come immaginata dalla KEPCO.

Un dettaglio 3D dei maggiori componenti del circuito primario ed uno schema del sistema di raffreddamento del reattore APR-1400 con in evidenza la cavità facente parte del Cavity Flooding System. Questo sistema funziona grazie alla forza di gravità e permette il raffreddamento dall’esterno del recipiente del reattore nonchè, in caso di rottura del contenitore con fuoriuscita di materiale fuso, il rapido abbatimento della temperatura tramite immersione in acqua borata, evitando l’interazione diretta con il calcestruzzo dell’edificio di contenimento. Il CFS comunica con l’IRWST (In-containment Refuelling Water Storage Tank), una cisterna che corre tutt’attorno al reattore formando un grosso anello, e l’HVT (Holdup Volume Tank).

Tutte le strutture APR-1400 adibite alla mitigazione degli incidenti gravi sono state progettate per soddisfare i requisiti procedurali conformi ai criteri della normativa U.S.NRC, tra cui quelli rispecchiati nella 10 CFR 50.34 (f) e SECY-93-087, frutto dell’esperienza acquisita post-incidente di Three Mile Island.

Le nuove centrali nucleari si inseriscono in un progetto di ampio respiro, che sta rivoluzionando la politica energetica sulla costa occidentale del Golfo. A questo proposito è importante notare che gli EAU sono già al secondo posto al mondo per capacità di desalinizzazione dell’acqua marina (8.4 milioni di metri cubi al giorno per usi energetici e domestici) [3]. Al primo posto si trova l’Arabia Saudita, che da almeno un paio di anni sta valutando seriamente l’opzione nucleare.

Che dire, trattasi di un ottimo esempio di “impara l’arte e mettila da parte”… Anzi sembrerebbe proprio che l’apprendista sia ben avviato sulla strada per superare il maestro. In ogni caso diviene sempre più evidente come nella competizione del Mercato Globale i Paesi che se la cavano meglio si stiano raggruppando in categorie dove a contare non sono esclusivamente le materie prime, l’estensione territoriale e la popolazione, ecc … ma in buona parte la “conoscenza” e l’impatto di questa sui sistemi produttivi.

La Corea del Sud è anche la patria della Doosan, un colosso manifatturiero che vanta 117 anni di storia e che ormai spazia nei più svariati campi dell’ingegneria energetica e meccanica con livelli di eccellenza tali da renderla una delle aziende leader del settore a livello mondiale.

Tuttavia, non è tutto oro quel che luccica tra il Mar Giallo ed il Mar del Giappone.

Negli ultimi mesi è montato uno scandalo [4] che sta minando le basi del forte consenso popolare che aveva accompagnato sin qui “l’evoluzione nucleare” del Paese. Tutto è iniziato con la scoperta di un paio di certificati di sicurezza fasulli concernenti alcuni cavi elettrici che hanno comportato lo shut-down momentaneo di una manciata di reattori nucleari. Al 28 ottobre sono già 100 le persone incriminate e Seoul è sotto pressione, con una parte dell’Accademia che incomincia a chiedere un ripensamento della dipendenza dall’energia nucleare.

Ora, il nucleare produce un terzo dell’elettricità della Corea del Sud, aumentare le importazioni di gas naturale liquefatto, petrolio o carbone potrebbe costare decine di miliardi di dollari l’anno. In particolare, il gas, che già costituisce una metà della bolletta energetica del Paese, ma solo un quinto della potenza installata/disponibile, è con ogni probabilità il principale candidato alla sostituzione del nucleare, in quanto considerato più pulito del carbone e perché gli impianti possono essere costruiti più facilmente nei pressi dei centri abitati. “Se viene tagliata la percentuale di energia nucleare, questo comporterà l’avere generazione di energia a partire da altri combustibili. Se usiamo il GNL, è sicuro che il costo salirà”, ha detto Hwang Woo-hyun, vicepresidente della Korea Electric Power Corp (KEPCO). Si noti che KEPCO possiede Korea Hydro e Nuclear Power Co Ltd, ma ha anche una partecipazione in Korea Gas Corporation (KOGAS), la più grande azienda acquirente di GNL al mondo. E non bisogna andare tanto lontano per trovare un altro importatore di GNL, il Giappone, che per compensare l’arresto delle sue centrali nucleari acquista e “tracanna” più gas che mai da due anni a questa parte.

Ricapitolando, per il momento 3 dei 23 reattori della Corea del Sud sono off-line a causa dei certificati di sicurezza falsi, mentre un altro è stato “spento” il 30 ottobre per esaminare la qualità della saldatura di alcune parti che incidono sulla sicurezza di uno dei generatori di vapore. Altri due sono “sconnessi” dalla rete per la manutenzione di routine ed un sesto è in shut-down, in attesa di un’estensione della durata di vita di 30 anni. Dei cinque reattori in costruzione, tre stanno subendo un ritardo dello start-up, anche a causa di problemi di sicurezza.

Infine, Kim Dong-yeon, Ministro del Governo per il “coordinamento delle politiche”, annunciando lo scorso 17 ottobre le accuse, ha affermato che sono stati trovati ben 277 documenti contraffatti, ma che sono state prese tutte le misure necessarie per una nuova valutazione della sicurezza e che una parte del lavoro di sostituzione dei documenti (e degli item a cui si riferiscono) è già stato completato. Tutto questo mentre ancora non sono chiare le dinamiche che hanno portato alla produzione di certificati contraffatti, né le caratteristiche di tali falsificazioni [5].

In attesa di maggiori dettagli dispiace ricordare che durante le polemiche degli ultimi mesi sulla gestione delle perdite di acqua contaminata a Fukushima i media sudcoreani sono stati sempre in prima fila tra quelli che soffiavano sul fuoco.

Difficile stabilire a caldo se e quanto verrà ridimensionato il piano di “espansione nucleare” della Corea del Sud, che ad oggi ancora prevede altri sei APR-1400 (forse otto), oltre ai cinque in corso d’opera (4 APR-1400 ed 1 OPR-1000). Tuttavia, esistono prove che l’espansione sarebbe in grado di creare nuovi motori della crescita economica. Un articolo del 2009, pubblicato dal Korea Atomic Energy Research Institute, ha messo in rilievo che “il contributo netto complessivo della tecnologia nucleare come quota percentuale del PIL è stato pari al 2.38 % nel 2005” [6]. L’importo comprende l’attività economica generata dalla costruzione e gestione di centrali nucleari così come la produzione industriale “stimolata” dall’energia elettrica prodotta dal nucleare. Da non sottovalutare il fatto che il Governo sudcoreano considera il nucleare parte integrante di una strategia di ampio respiro per una “Crescita Verde”, che ha l’ambizione di coniugare uno sviluppo economico credibile con una protezione dell’ambiente concreta.

Intanto, da Abu Dhabi hanno fatto sapere che nei loro piani la faccenda non ha spostato una virgola.

* La battuta in lingua originale è questa: “Who’d have thought thirty years ago” ed appartiene al Monty Python’s Flying Circus – “Four Yorkshiremen”– forse il loro miglior sketch di sempre.

[1]           http://www.world-nuclear.org/info/Country-Profiles/Countries-O-S/South-Korea/#.Um5teXCP82Y

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_in_the_United_Arab_Emirates

http://www.world-nuclear-news.org/NN-Construction_under_way_at_Barakah-1907124.html

http://www.neimagazine.com/news/newsuae-pours-first-concrete-for-barakah-2

http://www.enec.gov.ae/media-centre/news/content/enec-completes-containment-liner-plate-installation-for-uaes-first-nuclear#!

[2]           Per la precisione, applicare la sicurezza intrinseca comporta l’eliminazione di specifiche condizioni di pericolo, evitando il ricorso ad azioni di controllo o protettive; mentre un sistema di protezione si definisce passivo se entra in funzione al momento dell’incidente senza interventi esterni. Maggiori dettagli qui:

http://www.iaea.org/NuclearPower/Downloadable/aris/2013/9.APR1400.pdf

[3]           http://nextbigfuture.com/2013/10/desalination-water-world.html?utm_medium=referral&utm_source=pulsenews#!

[4]           http://www.voanews.com/content/reu-stung-scandal-s-korea-weighs-costs-curbing-nuclear-power/1778164.html

http://www.voanews.com/content/s-korea-charges-100-officials-over-nuclear-reactor-corruption/1767603.html

[5]           Risultano contraffatti 277 certificati di controllo della qualità concernenti test di componenti o parti di componenti di 20 reattori su di un totale di 22000 documenti esaminati. Un’ulteriore indagine comprendente tutti i 28 reattori della Corea del Sud (i 23 costruiti/operanti più i 5 in costruzione) ha fatto emergere un totale di 2010 documenti falsificati su 218000 esaminati. Fonte: http://www.world-nuclear-news.org/RS-Indictments_for_South_Korea_forgery_scandal-1010137.html

[6]           Manki Lee, Kee-yung Nam, Kiho Jeong, Byungjoo Min, and Young-eek Jung, “Contribution of Nuclear Power to the National Economic Development in Korea,” Nuclear Engineering and Technology, vol. 41, no. 4, May 2009, p. 549

[ Difficoltà, problemi, avversità ed errori di chi si guadagna il pane a Fukushima ]

Lo scorso 17 settembre la costa orientale del Giappone è stata investita da un tifone. Ci sono stati morti e dispersi tra la popolazione e si sono aggiunte altre tonnellate di acqua alla già difficile situazione della centrale di Fukushima. In seguito si è registrato un sisma di intensità 5.8 in scala Richter, che ha fatto tremare la regione già colpita dal grande terremoto, ma senza riportare ulteriori danni o generare onde di tsunami.

Dicevamo della pioggia. Da quando, si è scoperta una prima perdita di acqua contaminata nelle grosse cisterne a pannelli d’acciaio imbullonati, è stata cambiata la modalità di funzionamento delle dighe costruite intorno ai serbatoi. La funzione di questi serbatoi, come avevamo già specificato in un post precedente, è quella di immagazzinare l’acqua utilizzata per il mantenimento dei reattori incidentati in condizioni di sicurezza. Normalmente negli impianti nucleari, lo stoccaggio di liquidi contaminati avviene in cisterne a loro volta contenute in vasche di sicurezza, in modo da avere un’ulteriore barriera in caso di perdita. Nel caso di stoccaggio all’aperto, si devono considerare anche le precipitazioni che riempiono queste dighe esterne e generalmente viene montato un rubinetto alla base in modo che sia possibile svuotarle. Prima della perdita tutti questi rubinetti erano di norma aperti (rendendo di fatto inutile la diga quale elemento di contenimento in caso di perdite), poi sono stati tutti chiusi, ma le intense piogge delle ultime settimane hanno generato il problema contrario.

TEPCO ha reagito, prima controllando la qualità di acqua piovana accumulata nelle dighe, specie in quelle dove erano state individuate o sospettate perdite, e poi, in base ai risultati ottenuti, rilasciando (aprendo il rubinetto) o stoccando l’acqua per un futuro trattamento. Nei documenti linkati in fondo a questo post si trovano specificate le quantità in gioco nonché  i livelli di contaminazione sia per le acque rilasciate sia per quelle trattenute (si vedano anche note e commenti nella nostra movimentata trasferta qui:  http://www.appuntidigitali.it/18402/quelli-che-giocano-con-la-paura/

Durante la ricerca dell’origine delle perdite le prime indagini hanno evidenziato una serie di problemi come bulloni non tirati a dovere, materiale sigillante distaccato tra le superfici, segni di corrosione e ruggine.

Di cisterne come queste ce ne sono circa 300, ognuna con una capacità di 1000 metri cubi; quindi, non solo occorre creare nuova capacità di stoccaggio e trasferire l’acqua contaminata in cisterne più sicure, ma anche pensare a come ridurre al minimo i volumi di acqua trattata. Ci sono circa 100 mila metri cubi di acqua con contaminazione elevata, ai quali vanno aggiunti circa 300 mila metri cubi di acqua dove è stato rimosso il Cesio tramite Kurion o Sarry e cloruri, attraverso un sistema ad osmosi inversa. Questi 300 mila metri cubi, contenenti concentrazioni importanti di beta-emettitori, attendono di essere trattati dai sistemi ad evaporazione o dal nuovo ALPS. Il sistema ALPS dovrebbe aiutare nella rimozione dei radio-isotopi diversi dal Cesio, ma un problema di corrosione tiene questo sistema fermo in standby.

Resta un problema a parte la gestione dei rifiuti secondari.

Durante l’ultima settimana di settembre è stato compiuto un grosso progresso nei lavori sull’unità 4, in particolare riguardo alla bonifica del piano operativo di questo edificio; in modo che sarà possibile procedere, nel giro di breve, alla rimozione del combustibile dalla piscina. L’immagine che vedete qui sotto sembra quella di un reattore in normale esercizio, invece è proprio l’unità 4, la stessa che dopo la violenta esplosione di idrogeno del marzo 2011 era rimasta scoperchiata e coperta da un ammasso di rottami, calcinacci e detriti.

Bisogna dire che il lavoro di bonifica dell’unità 4 era relativamente facile, in particolare i livelli di dose contenuti hanno permesso di lavorare con metodo e senza fretta. E l’esperienza guadagnata in questo genere di operazioni tornerà sicuramente utile quando bisognerà ripetere manovre simili anche per le altre unità, dove a causa dei noccioli danneggiati, la vita non sarà certo facile.

Grazie alla struttura portante costruita a ridosso dell’unità danneggiata, sono stati installati tutti i macchinari pesanti che saranno necessari nello svuotamento della piscina, in particolare, nella foto, vedete le due strutture verdi che rappresentano il carroponte di servizio e la macchina per la movimentazione del combustibile.

Ricordiamo rapidamente il piano di svuotamento. Grazie al carroponte verrà caricato dal piano terra un cask, ovvero un grosso contenitore stagno utile sia per il trasporto sia per lo stoccaggio del combustibile irraggiato. Il cask sarà posizionato in un’apposita sezione della piscina dove verrà riempito d’acqua e al suo interno verranno trasferiti uno alla volta gli elementi da trasferire alla piscina comune. Ovviamente non si tratta di una normale movimentazione di combustibile nucleare. Non si può escludere che la caduta di detriti, il riscaldamento e l’utilizzo di acqua non proprio priva di residui, abbia danneggiato le guaine delle barre, per questo motivo tutte le operazioni saranno fatte prestando la massima attenzione anche ai particolari apparentemente insignificanti come potrebbero essere colonne di bollicine di gas, sintomo di una fessurazione.

Se non ci saranno variazioni di programma, TEPCO prevede di iniziare questa fase delicata di lavoro dalla seconda metà di novembre, non appena saranno terminati tutti i test di funzionalità dei macchinari installati. Ci potrebbe persino essere una webcam che riprenderà i lavori.

È d’uopo evidenziare che TEPCO non sempre agisce nel modo corretto, in altre parole non lavora bene. Questo senza sfociare in inutili allarmismi o critiche feroci che alimentano forse solo l’autostima di chi le muove.

Il fatto che gli errori siano così frequenti potrebbe essere anche dovuto all’aver assunto manodopera non specializzata o con troppa poca formazione, da qui il richiamo della NRA a spostare a Fukushima personale esperto, magari movimentandolo dalle altre centrali TEPCO, al momento ferme.

Vediamo alcuni errori in dettaglio.

Il primo errore riguarda l’ALPS, il sistema di decontaminazione multi-isotopo che dovrebbe svolgere un ruolo fondamentale nel trattamento e nella diminuzione della volumetria d’acqua contaminata. La scorsa settimana il Multi-nuclide Removal Equipment System C sembrava pronto a partire, ma poche ore dopo l’avvio è andato subito in arresto a causa della bassa portata di una pompa. La causa? Delle “pezzette” di gomma dimenticate dagli operai, che sono entrati in una cisterna a monte per controllarne lo stato: le gomme servivano per evitare che la scala utilizzata per calarsi all’interno potesse danneggiare la superficie, ma andavano certamente rimosse all’uscita.

Il secondo errore riguarda il trasferimento di acqua piovana. Dopo lo “sversamento” di acqua contaminata sono state chiuse tutte le valvole di contenimento delle dighe poste intorno alle cisterne, di conseguenza l’acqua piovana va controllata e trattata. In preparazione di una forte precipitazione in arrivo, al fine di evitare che le dighe straripassero, gli operatori hanno iniziato a trasferire l’acqua piovana verso cisterne di contenimento, purtroppo, però, non si sono accorti che il tubo era collegato alle cisterne sbagliate, dalle quali l’acqua ha iniziato a uscire.

Il terzo errore chiama in ballo il principio dei vasi comunicanti. Sempre durante un’operazione di trasferimento di acqua piovana, si è iniziato a riempire completamente (oltre il 95% della capacità totale) 5 grandi cisterne collegate in serie. Queste sono dislocate con una leggera pendenza e con disattenzione il sensore di livello è stato sistemato solo su quella in alto, all’inizio della serie. Il risultato è stato che prima che il sensore di livello avvisasse che le cisterne erano piene, quella più in basso ha tracimato.

In questo caso le mancanze/criticità sono multiple:

1. avere una connessione in serie delle cisterne fa sì che i sistemi non siano indipendenti (principio base per la sicurezza);
2. l’installazione di un solo sensore di livello e nel posto sbagliato;
3. non aver sigillato i “coperchi” delle cisterne, ma solo imbullonati;
4. non aver pensato a livellare il terreno possibilmente rinforzandolo per evitare sprofondamenti.

Il quarto errore consiste nell’accidentale sospensione dell’ alimetazione elettrica delle pompe principali per il raffreddamento del reattore 1. L’incidente è riportato in dettaglio qui: http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushima-np/handouts/2013/images/handouts_131007_05-e.pdf . In parole povere, può essere riassunto come segue: durante una ronda di controllo, un tecnico TEPCO stava raccogliendo i dati elettrici dal pannello che vedete nell’immagine di apertura. Per farlo avrebbe dovuto premere il pulsante indicato dal cerchio blu in modo da far comparire i parametri sul display. Tutto qua. Il display si spegne automaticamente dopo un certo intervallo di tempo. Ma il tecnico dopo aver registrato i dati, nel tentativo di spegnere il display, ha pigiato il tasto “OFF” senza rendersi conto che così non stava spegnendo il display, ma di fatto stava togliendo corrente a tutto l’impianto collegato. Quello strumento è un po’ come se fosse il vostro contatore dell’energia elettrica di casa e voi nel tentativo di spegnere il display toglieste corrente a tutta la casa agendo sull’interruttore principale.

Lo spegnimento del circuito non ha lasciato a secco il reattore 1, visto che un secondo sistema in standby si è subito messo in funzione ripristinando in pochi minuti la portata nominale. Come spesso accade in questi casi, nessuna conseguenza, ma non per questo l’errore resta meno grave. Le cause sono chiaramente da ricercare in una poca e superficiale formazione del personale e nella mancanza di corrette segnalazioni. Un interruttore di tale importanza non può essere spento accidentalmente a causa di un errore umano. Non solo ci deve essere l’indicazione: questo tasto spegne il raffreddamento, ma deve essere inaccessibile per via accidentale, non a caso nelle sale controllo, in genere superaffollate di pulsanti e spie luminose, i pulsanti importanti sono coperti da una protezione che deve essere volontariamente aperta per accedere al comando.

Il quinto errore, riguarda la contaminazione di una squadra di tecnici, dovuta alla disconnessione di una condotta sotto pressione. Qui i dettagli:

http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushima-np/handouts/2013/images/handouts_131009_05-e.pdf

Vi facciamo una sintesi. Una squadra di tecnici era impegnata a sostituire i tubi corrugati che collegano i vari elementi di uno dei sistemi ad osmosi inversa con analoghi più resistenti in polietilene. Non si trattava di un lavoro fatto in condizioni di emergenza, ma di un intervento pianificato, che poteva essere studiato in tutti i dettagli. L’errore è stato scollegare il tubo sbagliato, che essendo ancora in pressione ha fatto fuoriuscire approssimativamente 7 m³ d’acqua di scarico del sistema e quindi con una concentrazione di radionuclidi davvero molto elevata (totale 34 MBq/l). Non c’è stata dispersione in ambiente, perché tutta l’acqua è rimasta all’interno della diga dove stavano lavorando e la zona è già stata riportata in condizioni di sicurezza. Degli 11 operai, 6 sono risultati contaminati esternamente. Essendo muniti di tutti i dispositivi di protezione individuale d’obligo in operazioni del genere, la decontaminazione eseguita immediatamente ha avuto un effetto completo. Non c’è dubbio, però, che questa doppia doccia se la sarebbero risparmiata volentieri.

Ora, il nocciolo del problema resta la cattiva programmazione dell’intervento, che doveva essere studiato maggiormente nel dettaglio identificando i tubi da sostituire in modo univoco, disegni alla mano. Tuttavia, è naturale che sorga il sospetto che il morale degli addetti ai lavori, messo duramente alla prova in condizioni di lavoro così particolari e con gli occhi di tutto il mondo puntati addosso, stia avendo alcuni sbalzi preoccupanti. L’augurio è che nuovi rinforzi ed un maggiore coordinamento insieme ad una gestione oculata non solo evitino il ripetersi di mancanze ed errori, più o meno banali, ma soprattuto impediscano ulteriori incidenti che eventualmente potrebbero anche essere più gravi.

Ricordiamo che è sempre possibile consultare dati aggiornati sui vari campionamenti per il monitoraggio della radioattività nel sito internet della TEPCO. I dati sono sottoposti al vaglio degli enti supervisori ed autorità di controllo. L’analisi dei suddetti continua a permettere l’esclusione di un rischio rilevante per la popolazione e l’ambiente. Le dosi registrate in valori elevati non aumentano tale rischio perché riguardano aree estremamente limitate e valgono a distanze molto piccole (in un caso 70 micrometri – 1 micrometro è pari ad 1 milionesimo di metro): sono sufficienti le dovute precauzioni da parte degli operatori che lavorano nelle immediate vicinanze, sia per la loro salute sia per evitare impatti sanitari all’esterno del perimetro controllato della centrale.

Con questo non si intende minimizzare l’entità delle perdite, semplicemente si vuole riportarle alla loro reale portata/pericolosità.

Qui di seguito tre figure che schematizzano l’area della centrale con le zone maggiormente monitorate ed alcuni link che si aggiungono a quelli che vi abbiamo già proposto in precedenza.

Fig.1

Acque/infiltrazioni sotterranee (acqua di falda utilizzata per le operazioni di sicurezza):

http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushima-np/f1/smp/2013/images/tb-east_map-e.pdf

Porto interno (baia):

http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushima-np/f1/smp/2013/images/2tb-east_map-e.pdf

Area esterna del Porto:

http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushima-np/f1/smp/2013/images/intake_canal_map-e.pdf

Mare aperto in prossimità delle dighe frangiflutti:

http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushima-np/f1/smp/2013/images/seawater_map-e.pdf

Mare aperto (oltre 20 km):

http://www.nsr.go.jp/english/data/131001.pdf

Fig.2.a

Fig.2.b: viene riprodotta, ingrandita e ruotata di 90°, l’area della banchina indicata dall’asterisco in Fig. 2.a con di fronte il molo che delimita il canale di ingresso/immissione, usato per convogliare le acque durante il normale funzionamento della centrale (la stessa area è indicata ai punti 3 e 4 di Fig. 1).

È qui che sono stati registrati i valori di campionamento più alti per quanto riguarda la concentrazione di radioattività da Cesio-134/137, emettitori-beta in generale e Trizio (H-3) in particolare.  Alcuni risultati per quanto riguarda l’acqua raccolta da infiltrazioni/flussi sotterranei superano ampiamente i limiti imposti dalla normativa vigente: 60 Bq/l (Cs-134), 90 Bq/l (Cs-137), 60000 Bq/l (H-3), 30 Bq/l (Sr-90) [la grande differenza tra il limite per il trizio e quello per gli altri è giustificata dalle diverse caratteristiche della radiazione emessa da questi radio-isotopi].

Occorre fare, a questo punto, almeno tre considerazioni fondamentali:

1. densità pari a qualche decina di migliaia di becquerel per litro possono risultare impressionanti, si tengano, tuttavia, presenti le linee guida della OMS per l’acqua potabile, che prevedono 10 Bq/l come limite per Cs-134/137 e Strozio-90, 10000 Bq/l per il Trizio e si consideri per confronto la radioattività tipicamente presente nel corpo umano, ad esempio per il solo Potassio-40 circa 4500 Bq e per il Trizio 0.11 ÷ 0.48 Bq per cm³ di sangue (valori medi per abitanti in regioni a basso fondo di radioattività naturale)*;
2. a poche decine di metri di distanza dalle posizioni di campionamento, dove si sono registrati i maggiori sforamenti dei limiti, i valori sono già più bassi, in alcuni casi di un paio di ordini di grandezza; nelle acque tra la banchina e il molo, così come in prossimità degli sbarramenti indicati in figura, per la maggior parte sono ampiamente nei limiti di sicurezza e man mano che ci si allontana in mare aperto i valori scendono fino ad arrivare in alcuni punti al di sotto del limite di rilevabilità. Fanno eccezione i livelli elevati di Cesio rilevati il 10 ottobre presso il litorale barricato della centrale [http://www.tepco.co.jp/en/press/corp-com/release/2013/1231317_5130.html]. La causa più probabile di valori che si discostano significativamente da tutti gli altri campionamenti nella stessa zona è che del materiale di riporto contaminato sia finito in acqua durante i lavori di costruzione degli sbarramenti tra le unità 1 & 2 ed il canale di immissione. Nel corso di tali lavori sono state iniettate nel terreno delle sostanze chimiche solidificanti con il risultato che parte del terreno si è spostato verso il bagnasciuga. Resta il fatto che all’interno dell’argine di contenimento i livelli di Cesio (effetto combinato degli isotopi 134 e 137) erano 10 volte superiori a quelli subito al di fuori. Inoltre, nessuna variazione di rilievo è stata registrata all’esterno del porto barricato (molo). È improbabile che la causa sia da attribuirsi al flusso delle acque sotterranee, poichè tali acque presentano un contenuto di Cesio abbastanza basso, certamente non sufficiente a causare un aumento di questo tipo nel corso di così poco tempo;
3. il campionamento delle acque sotterranee avviene mediante pozzi che intercettano tunnel/parti di strutture sotto le aree dell’impianto maggiormente contaminate, dove fluiscono le acque utilizzate per il raffreddamento dei reattori; si tratta, quindi, di radioattività concentrata in zone difficilmente accessibili, se non del tutto inaccessibili e sempre più circoscritte, tenuto conto delle opere di contenimento e sbarramento che sono in completamento in tutta l’area in questione.

Terminiamo con una riflessione.

Molto si discute sull’eventuale pericolosità dei quantitativi di isotopi radioattivi immessi nelle acque dell’oceano prospicienti la baia di fronte alla centrale nucleare di Fukushima.

Ne abbiamo già parlato, non abbiamo nuovi dati rilevanti a proposito, oltre a quanto qui sopra proposto. Molti continuano a parlarne a sproposito.

Vi lasciamo con una domanda: qualcuno si è chiesto quanta “radio-attività” è finita nell’oceano grazie alla semplice azione dragante dello tsunami?

Si faccia mente locale e si pensi alla superficie di costa giapponese investita dalle onde dello tsunami, ai normali livelli medi di radioattività del suolo, ossia delle percentuali di concentrazione di radionuclidi “naturali” (Uranio, Torio, Carbonio-14, Potassio-40 … tanto per fare dei nomi)*, alla percentuale di suolo che il mare si è “trascinato dietro”, ritirandosi, insieme a detriti di ogni specie e tipo, più o meno radio/tossici.

Qualcuno ha fatto i conti?

Perché tutta questa roba prima non c’era in mare, ora sì. E laddove è radio-attiva, trattasi di contaminazione?

*Per un approfondimento:

http://www.lnf.infn.it/lnfadmin/radiation/radioattivitanaturale.html#Radioattivitnaturale%20presente

http://www.lnf.infn.it/lnfadmin/radiation/radioattivitanaturale.html#Radioattivita’ naturale terrest

Nota generale:

il presente post è frutto per molta parte della traduzione ed elaborazione dei rapporti sullo stato avanzamento lavori forniti dalla TEPCO su base settimanale.