Deposito Nazionale: in diretta con “Gravina in MoVimento”

A seguito della pubblicazione delle aree potenzialmente idonee per la costruzione del Deposito Nazionali, le popolazioni locali hanno manifestato preoccupazione, basandosi su analisi spesso non supportate da dati reali e pareri tecnici.Crediamo nell’importanza di fornire informazioni oggettive, sfatando alcuni miti che tristemente vengono rilanciati sui social o nelle chat. Siamo per cui a completa disposizione delle comunità che vogliono approfondire la questione o semplicemente non trovano risposte alle loro domande.
Questa sera alle 20 interverremo anche noi al dibattito locale organizzato da Gravina in MoVimento: parteciperanno rappresentanti delle istituzioni locali dei comuni interessati e rappresentanti di associazioni di categoria, la portavoce M5S al Senato e il presidente dell’Ente Parco Nazionale dell’Alta Murgia.
Ecco il link all’evento:

https://www.facebook.com/events/412292750041392/

Deposito Nazionale: in diretta con “Liberi, oltre le illusioni”.

Domani i nostri soci Riccardo Chebac e Pierluigi Totaro saranno ospiti, assieme a Luca Romano, di una diretta video condotta da Luigi Calabrese, per “Liberi, oltre le illusioni”. Si parlerà del Deposito Nazionale per i rifiuti nucleari. Come sempre seguiteci!

L’energia del vicino è sempre più verde

Il 29 dicembre, l’ultimo incontro del 2020 in diretta su Facebook, Youtube e Twich.

Pascoli, montagne e … Uranio? I nostri vicini di casa svizzeri producono quasi un terzo della loro energia sfruttando la fissione! Parleremo della storia del nucleare in Svizzera, delle bollette e della strategia energetica 2050 nel nostro prossimo Aperitivo Nucleare con l’ing. Pedrazzi.

Moderatore della serata sarà il nostro presidente Pierluigi Totaro.

Claudio Pedrazzi si è laureato in Ingegneria Nucleare presso l‘Università di Bologna nel 1982. Dopo una iniziale esperienza nell’ambito del reattore veloce francese Superphénix, si é occupato di meccanica computazionale e calcolo agli elementi finiti presso diverse aziende europee. Dal 2010 lavora nella centrale nucleare di Beznau, in Svizzera.



Le “Regole” dell’aperitivo sono sempre le stesse:

1) collegati sul nostro canale Youtube, sulla nostra pagina Facebook o su Twich.
2) prendi una birra
3) mettiti comodo
4) ascoltaci
5) prepara le domande!
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L’energia nucleare alla conquista dello spazio!

Venerdì 27 novembre parleremo, assieme a Ivan Donati, di propulsione spaziale nucleare: il progetto NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application), la nuova corsa allo spazio, i costi e vantaggi/svantaggi. Ma parleremo anche del modo più semplice e leggero per avere sempre potenza disponibile nello spazio: i sistemi dei generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG). E infine parleremo dei progetti più innovativi: NEU, Kilopower e ARTHEMIS.

Moderatore della serata sarà il nostro socio Pasquale Barbato.

Ivan Donati ha conseguito la laurea triennale in Ingegneria Aerospaziale e magistrale in Ingegneria Nucleare. Durante il suo percorso accademico ha svolto internship presso Hitachi Research Laboratory, Japan e UC Berkeley, California, USA. L’interesse per i motori nucleari spaziali lo ha portato fino alla sua tesi “A multiphysics approach to Small Nuclear Rocket Engine”.

Vi aspettiamo, birra in mano!

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Un aperitivo…spaziale!

Riprendono i nostri appuntamenti in diretta streaming.

Quali sono le sfide nell’esplorazione spaziale e come affrontarle? Parleremo dello studio dei materiali per proteggere gli astronauti durante la missione su Marte con Francesca Luoni, dottoranda in biofisica al GSI. Ci vediamo questo Venerdì alle 18.30, drink in mano! Moderatore d’eccezione: Lorenzo Bigazzi, dell’Associazione Astrofili Alta Valdera.

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I costi del nucleare? Una scelta politica

Pubblichiamo la lettera aperta del Presidente del Comitato Nucleare e Ragione, Pierluigi Totaro, al Presidente di Associazione Italiana Nucleare, Umberto Minopoli, e già pubblicata sul sito www.associazioneitaliananucleare.it


Caro Presidente,

ho letto con estremo interesse la tua lettera nella quale auspicavi un sostegno del Governo Italiano ai progetti di reattori modulari (SMR) e condivido con te l’entusiasmo per questa innovativa tecnologia nucleare che dovrebbe affacciarsi sul mercato nel corso di questo decennio.

Credo infatti che il centro della questione, non più eludibile in un serio dibattito sulla sostenibilità del nucleare, è che i costi di questa tecnologia sono, in definitiva, una scelta politica.

Un rapporto recentemente pubblicato da The Breakthrough Institute – influente think-tank americano che si occupa non di rado di questioni energetiche – analizza alcuni scenari di sviluppo degli SMR NuScale e mostra a quali condizioni economiche essi sarebbero competitivi con le centrali a gas a ciclo combinato, attualmente tra le più convenienti fonti di produzione di energia.

La simulazione presentata si basa principalmente su tre fattori: il costo di costruzione (overnight) previsto per i moduli NuScale, il tasso di sconto applicato all’investimento ed il prezzo del gas naturale.

Tra questi, come sappiamo, il tasso di sconto è l’elemento più sensibile nei progetti nucleari, i quali vedono un ingente investimento iniziale ed un profitto nel lontano futuro, ed è risultato spesso talmente alto (10-12%) da rendere insostenibili progetti di nucleare convenzionale.

Senza addentrarmi nel merito della discussione sul quale sia l’appropriato tasso di sconto da applicare a progetti nucleari, affrontata nel rapporto, mi limito a sottolineare la principale conclusione: la massima differenza di costo (Levelized Cost of Energy, LCOE) tra SMR NuScale e centrali a gas a ciclo combinato, negli scenari considerati, sarebbe pari a 54$ per MWh, ma nella maggior parte dei casi questa sarebbe contenuta sotto i 28$ per MWh.

Tanto per capirci, il sussidio necessario a rendere competitivi gli SMR non sarebbe molto dissimile dagli attuali livelli di incentivo di cui godono le rinnovabili negli USA (fino a 25$ per MWh) o il nucleare convenzionale, in alcuni stati come New York (17$ per MWh).

Ora proviamo a contestualizzare questa cifra nel contesto italiano.

L’Autorità di Regolazione per Energia Reti e Ambiente (ARERA) ha recentemente lasciato inalterato per il quarto trimestre del 2020 il livello degli Oneri di Sistema che grava sulla bolletta elettrica degli utenti domestici italiani per 4.18 centesimi di euro per kWh. Gran parte di questi oneri (il 78.08% nel caso degli utenti domestici) sono incentivi alle fonti rinnovabili e assimilate, cui le famiglie italiane corrispondono 32.64€ (circa 37$) per MWh di energia consumata.

Le famiglie consumano però solo una frazione dell’elettricità in Italia (circa il 22%), quindi l’incentivo alle rinnovabili è maggiore di quanto sopra stimato.

Stando agli ultimi dati disponibili, nel 2019 il totale di questi incentivi che pesano sulla bolletta elettrica ha di poco superato gli 11 miliardi di euro[1] ed è stato distribuito su una produzione rinnovabile di 63 TWh. A conti fatti dunque, le rinnovabili e le fonti ad esse assimilate (come i rifiuti urbani) godono in Italia di un incentivo pari a circa 178€ (circa 210$) per MWh .

Se però andiamo a guardare il dettaglio della ripartizione degli incentivi, vediamo che il fotovoltaico si mangia il 51.77% della torta (quasi 6 miliardi di euro annui), a fronte di una produzione incentivata di 20.6 TWh (sempre nel 2019), portando l’incentivo alla produzione di energia solare alla cifra esorbitante di 282€ per MWh, ovvero circa 330$ per MWh.

Basterebbe dunque un sussidio pari al 10% di quello attualmente goduto dal fotovoltaico per rendere gli SMR competitivi con il gas naturale.

In conclusione, in Italia più che altrove, la presunta insostenibilità economica del nucleare è l’effetto dell’immane distorsione del mercato a favore delle rinnovabili, conseguenza di precise scelte politiche, e potrebbe essere facilmente colmata senza ulteriori oneri per i contribuenti.

Di questi fatti gli italiani dovrebbero essere edotti, affinché anche le giovani generazioni, che di queste decisioni politiche porteranno il peso, possano dire la loro.


Pierluigi Totaro

Presidente del Comitato Nucleare e Ragione
e socio AIN –YGN

[1] Per confronto gli oneri per il finanziamento di attività nucleari residue ammontano a 476 milioni.

Un servizio da tè all’uranio – Fiestaware

di Massimo Burbi

Radioattività in cucina, non quella di cibi “famosi” come le banane o le noci del Brasile, ma quella di oggetti che insospettabilmente contengono molto più uranio della media.

L’Uranio naturale è al 99.28% Uranio 238 (238U), per lo 0.71% Uranio 235 (235U) e il pochissimo che resta è Uranio 234 (234U). Arricchire l’uranio vuol dire aumentare la percentuale di U235, l’unico in grado di sostenere autonomamente una reazione a catena.

Il prodotto di scarto dei processi di arricchimento è il famigerato uranio impoverito, che è il contrario di quello arricchito, ha cioè una percentuale di 235U inferiore a quella dell’uranio naturale, ed è quindi meno radioattivo [1].

Abbiamo tutti sentito parlare degli usi militari dell’uranio impoverito, dalle munizioni anticarro alle corazze. Quello che non tutti sanno è che l’uranio impoverito non sta solo negli arsenali bellici, ma te lo puoi ritrovare anche dentro casa, ad esempio in un servizio da tè o caffè: il piattino e la tazzina che si vedono nelle foto all’apparenza non hanno niente di speciale, ma uno dei due contiene uranio naturale, l’altro uranio impoverito, come facciamo a saperlo? Andiamo per ordine:

Qualcosa di inaspettato si nasconde nello smalto di questo innocuo servizio da tè.

Secondo il New York Times [2] le ceramiche più collezionate negli Stati Uniti sono una serie di piatti, piattini, tazze, tazzine, teiere, etc. chiamati Fiesta (o Fiestaware), popolari per le loro tinte sgargianti: giallo, verde, blu, ma soprattutto rosso/arancio, colore con qualcosa di speciale che non si limita all’apparenza: fino alla metà degli anni ’70 infatti lo smalto usato per dargli quella tonalità vivace conteneva ossido d’uranio. Non è certo il primo esempio di uranio usato come colorante, ma è uno di quelli che ha avuto la maggiore diffusione.

Prima della seconda guerra mondiale lo smalto rosso dei Fiesta conteneva uranio naturale, poi, con l’avvio del progetto Manhattan, il governo americano requisì tutto l’uranio disponibile, e il Red Fiesta sparì giocoforza dalla circolazione, per ritornare nel 1959, stavolta non più con uranio naturale, ma con uranio impoverito, che era appunto lo scarto dei processi di arricchimento.

Negli USA ne sono stati venduti milioni, e ancora oggi sono facili da trovare nei mercatini dell’usato o su ebay, dove una ricerca dà migliaia di risultati.

Il piattino e la tazzina sono appunto dei Fiestaware, ed è fin troppo facile spaventare chi guarda avvicinandoci un Geiger e vedendo la lettura schizzare a più di 600 volte i normali valori ambientali.

La lettura del contatore Geiger a contatto schizza a 32000-35000 conteggi al minuto, circa 600 volte il normale valore ambientale.

In realtà non si tratta di oggetti pericolosi da maneggiare, come spiegato nel video, ma mangiarci sopra vuol dire finire per ingoiare un po’ di uranio. Uno studio della Nuclear Regulatory Commission americana ha stimato che mangiando su questi piatti tutti i giorni una persona finirebbe per ingerire circa 0.2 grammi di uranio all’anno, corrispondenti ad una dose efficace di 0.4 mSv all’anno [3], che è più o meno la stessa che riceviamo dai radionuclidi naturalmente presenti all’interno del nostro corpo e pari a circa il 10% di quella totale a cui siamo esposti in media per cause naturali (Radon, gamma terrestri, raggi cosmici, cibo) [4].

Insomma, io non li uso per mangiarci, ma se lo facessi il problema non sarebbe tanto la radioattività, quanto il fatto che l’uranio, come metalli pesanti tipo mercurio, piombo o cadmio, è chimicamente tossico, e quindi mangiarlo non è proprio una buona idea, ricordando sempre che è la dose che fa il veleno [5] e che una persona in media ingerisce 2 microgrammi di uranio al giorno [6].

Ma insomma come facciamo a distinguere il Fiestaware che contiene uranio impoverito da quello che contiene uranio naturale?

La risposta sta negli spettri gamma. Cominciamo dal piattino, L’238U non lascia traccia in uno spettro gamma, ma si vedono bene le impronte digitali del primo della sua progenie: il Torio 234. Più nascosto, ma comunque presente, è il “nipote”: il Protoattinio 234 metastabile. I radioisotopi successivi della catena di decadimento dell’238U non hanno ancora avuto il tempo di formarsi in quantità misurabile.

Ma soprattutto ci sono i due picchi dell’Uranio 235, ed è lì che dobbiamo guardare, perché la differenza tra uranio naturale, impoverito e arricchito sta proprio nella quantità di 235U.

Spettro vs Spettro. Guardando i picchi di 235U possiamo distinguere l’uranio naturale da quello impoverito.

Confrontando lo spettro del piattino e quello della tazzina a prima vista non sembra ci siano differenze, ma se guardiamo meglio proprio i picchi dell’235U vedremo subito che quelli della tazzina sono molto più “bassi” di quelli del piattino, segno che nella tazzina c’è molto meno 235U, e proprio da qui si capisce che si tratta di uranio impoverito, mentre nel piattino c’è uranio naturale. Il piattino è quindi un pezzo di prima della guerra, mentre la tazzina è post-1959. Chi me li ha venduti come pezzi provenienti dallo stesso servizio non me l’ha raccontata giusta, ma senza volerlo mi ha fatto un favore.

Ecco come visualizzare la differenza tra uranio naturale e uranio impoverito usando delle comuni ceramiche da cucina. La radioattività naturale è ovunque intorno a noi, ma anche quella degli oggetti “artificiali” ci è più vicina di quanto tendiamo a pensare.

P.S. nessuno dei ticchettii che si sentono nel video è dovuto a scorie nucleari nascoste sotto il tavolo.

Spettro vs Spettro: l’uranio usato per lo smalto del Fiestaware è purificato da prodotti del decadimento come piombo e bismuto, responsabili dei picchi a più alte energie, come visibile nello spettro di un campione di Tyuyamunite, un minerale di uranio.

Fonti:

[1] https://www.iaea.org/topics/spent-fuel-management/depleted-uranium

[2] https://www.nytimes.com/2002/12/01/magazine/the-way-we-live-now-12-01-02-object-of-desire-a-different-shade-of-green.html

[3] https://www.nrc.gov/docs/ML0829/ML082910862.pdf

[3] http://tech.snmjournals.org/content/45/4/253.full

[4] https://hps.org/publicinformation/ate/faqs/faqradbods.html

[5] https://www.gov.uk/guidance/depleted-uranium-du-general-information-and-toxicology

[6] https://hps.org/publicinformation/ate/faqs/faqradbods.html?fbclid=IwAR35HD6LVK9K8URzrTBQMp5JaGeFmnc4ZiuhZh9cFqdVHu677srJLUxeH4o

Passi avanti per il nucleare del futuro

Ripubblichiamo due articoli dedicati ai recenti sviluppi nei progetti di ricerca per la realizzazione di una nuova generazione di reattori nucleari da fissione.
Gli articoli originali sono disponibili qui e qui.


Terrapower ci riprova: progetto NATRIUM

Terrapower, l’azienda creata da Bill Gates con lo scopo di fornire soluzioni avanzate al problema del riscaldamento globale, ha appena rivelato un nuovo progetto basato sul nucleare.
Secondo quanto descritto sul sito e dai principali media USA (ad esempio Reuters e NYT), la compagnia, in team con GE-Hitachi, vuole proporre un SMR che, dalle info rilasciate, sembrerebbe basato sulla tecnologia del PRISM di General Electric. Quindi un reattore veloce raffreddato a sodio liquido (da cui il nome NATRIUM), scalata ad una potenza di 345 MWe.
PRISM è un reattore di 4° generazione, dotato di sicurezza intrinseca, alimentato da combustibile metallico invece che ossido, come nei convenzionali reattori PWR/BWR. E’ quindi capace di riciclare combustibile usato e funzionare da “burner” per ridurre la quantità di “rifiuti” della filiera.
La particolarità del progetto sarebbe nell’accoppiata con un sistema di storage termico a sali fusi. Questo lo renderebbe particolarmente interessante in un ecosistema nel quale sia presente una quota elevata di fonti intermittenti.
I nostri lettori ricorderanno che questa caratteristica è ad esempio presente anche nel progetto MOLTEX.
Seguiremo questo progetto e vi terremo informati degli sviluppi, sperando abbia maggior fortuna dello sfortunato TWR.

NuScale al traguardo della certificazione del design, ma la strada è ancora in salita

NuScale Power è la prima azienda, e per ora l’unica, ad ottenere da parte della Nuclear Regulatory Commission (NRC) statunitense la certificazione del proprio design di Small Modular Reactor. Tale certificazione, ottenuta al termine di un esame di tutte le specifiche di sicurezza del concetto di reattore proposto, ha durata di 15 anni (rinnovabile) e sostanzialmente apre le porte alla commercializzazione dei reattori modulari NuScale.

Il parere positivo ottenuto dall’Advisory Committee on Reactor Safeguards (ACRS) non è tuttavia senza ombre. In particolare è stato rilevato un possibile difetto nell’impianto di raffreddamento del nocciolo, nel quale acqua addizionata di boro circola più volte attraverso cicli di evaporazione e condensazione. Tuttavia, la fase di evaporazione priverebbe l’acqua del boro, riducendone la capacità di assorbire neutroni, dunque di interrompere la reazione a catena.

NuScale avrebbe già risolto questo potenziale problema, malgrado ciò l’ACRS ha chiesto un’ulteriore valutazione di questo meccanismo di sicurezza e del rischio connesso all’immissione accidentale nel circuito di acqua priva o povera di boro, richiesta fatta propria dalla NRC.

Tali approfondimenti saranno dunque oggetto d’esame al momento della richiesta di licenza operativa per uno o più reattori NuScale.

L’importante traguardo della certificazione del design è ulteriormente offuscato dai tentennamenti del primo cliente annunciato di NuScale, la Utah Associated Municipal Power System (UAMPS): l’utility elettrica ha infatti in progetto la realizzazione di una centrale NuScale da 12 moduli di potenza complessiva pari a 720 MW la cui costruzione dovrebbe cominciare nel 2023, per essere operativa nel 2026. Tuttavia, citando l’aumento dei costi attesi e l’intervenuta contrarietà al progetto di alcune municipalità che aderiscono all’utility, UAMPS avrebbe espresso a NuScale l’intenzione di rimandare il progetto di 3 anni.

La posizione più cauta di UAMPS potrebbe essere dovuta anche ad una campagna stampa fortemente ostativa al progetto, montata da alcuni media locali anche ad opera di organizzazioni ambientaliste, come The Union of Concerned Scientists e Uranium Watch, da sempre su posizioni critiche o del tutto contrarie al nucleare.

Gli sforzi di NuScale per far percepire i reattori modulari intrinsecamente sicuri, tanto da postulare la riduzione quasi a zero dell’attuale area di emergenza (di 32 km di diametro) prevista per la loro installazione, non sembrano per ora aver fatto presa, almeno nel pubblico.

Secondo i detrattori, il design che ha ottenuto la certificazione prevede moduli di potenza pari a 50 MW ciascuno, mentre la centrale dello Utah vedrebbe moduli di 60 MW di potenza, che dunque richiederebbero una nuova valutazione. Dal canto suo NuScale replica che l’aumento di potenza del 20% ricade negli ampi margini di sicurezza del design e non ha implicazioni di sicurezza rilevanti. Inoltre la licenza dello specifico impianto avverrebbe in seguito ad un altro esame approfondito da parte della NRC, come da prassi.

Sul fronte dei costi, a chi obietta che il progetto sia troppo costoso per una utility privata, UAMPS risponde che i costi previsti sono pari a 55 $ al MWh, competitivi quindi con altre fonti di produzione elettrica, quali il gas naturale e le rinnovabili.

Come abbiamo già avuto modo di sottolineare in un precedente articolo sui reattori modulari, molta della fortuna di questi progetti dipenderà però non soltanto dalla loro capacità di mantenere le promesse, ma anche dall’apertura mentale degli organismi regolatori e dalla loro capacità di evolvere al pari della tecnologia e, per quanto riguarda la riduzione dei tempi e dei costi di costruzione, dalla capacità di armonizzare a livello internazionale i requisiti normativi.

Rendering di un modulo di potenza NuScale (foto NuScale via World Nuclear News)

Qualche chilo di Uranio per trasferirsi su Marte

di Martina Gallarati

Una missione spaziale è un viaggio unico nel suo genere, che per sua natura deve essere programmato nei minimi dettagli. Sonde inviate per indagare pianeti e corpi celesti lontani, satelliti che orbitano attorno alla terra per raccogliere dati, o navicelle che prevedono la presenza di un equipaggio per condurre ricerche e sperimentazioni: in ognuno di questi casi è necessario che ogni strumento scientifico funzioni correttamente…e che disponga di sufficiente energia elettrica per farlo!

Quando il Sole non basta.

Per alimentare gli strumenti e gli apparati di bordo in uso durante una missione spaziale, tipicamente si utilizzano grandi pannelli fotovoltaici, che convertono l’energia proveniente dai raggi solari in energia elettrica. In aggiunta a questi, sono sempre presenti dei sistemi di accumulo dell’energia prodotta, come ad esempio delle batterie, che alimentano la navicella quando i pannelli fotovoltaici non sono direttamente esposti ai raggi solari. Sappiamo tutti, però, che le batterie hanno un’autonomia limitata nel tempo e che prima o poi si scaricano: a chi di noi non è mai capitato che la batteria del cellulare o dell’auto si scaricasse nei momenti meno opportuni? Supponiamo quindi che la nostra sonda si trovi in una posizione per cui i raggi solari che vi incidono sono troppo deboli. In questo caso entreranno in gioco le batterie, che erogheranno energia elettrica finché anche loro non saranno più utilizzabili. A questo punto, la domanda sorge spontanea: gli scienziati hanno pensato ad un piano C? Naturalmente! La navicella può essere dotata di una massa variabile, a seconda degli utilizzi, di elementi radioattivi. La peculiarità di un elemento radioattivo è che incorre in un processo di decadimento che, tra i suoi effetti, ha anche quello di produrre calore. Questo è l’aspetto sul quale ci concentriamo: il calore prodotto dal decadimento può essere convertito in elettricità. L’indiscutibile vantaggio di questa tecnica è che produce energia continuativamente nel tempo, perché gli elementi radioattivi scelti per questa applicazione hanno una emivita molto lunga e si “consumano” molto lentamente. Questo significa che possono funzionare per tantissimi anni (più di una vita umana!) senza bisogno di alcun intervento di sostituzione o manutenzione, indipendentemente dalla presenza o assenza dell’esposizione ai raggi solari. Si capisce quindi perché l’implementazione di questi elementi radioattivi sia di fondamentale importanza: in questo modo si ha sempre a disposizione dell’energia durante una missione, anche quando i raggi solari sono schermati e le batterie scariche. Se poi immaginiamo che la sonda sia stata lanciata nello spazio per esplorare corpi celesti lontani, troppo distanti dal Sole, allora questa soluzione diventa automaticamente il piano A.

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Figura 1. I grandi pannelli fotovoltaici della Stazione Spaziale Internazionale. [NASA]

Dai decadimenti radioattivi all’elettricità

Sulla base di questo principio, sono stati realizzati diversi sistemi adatti all’utilizzo nello spazio. Tra questi, i più utilizzati sono senza dubbio i generatori termoelettrici a radioisotopi. Non lasciamoci intimorire dal nome complicato: il funzionamento è esattamente quello descritto precedentemente. Si tratta di dispositivi che contengono una massa di elementi radioattivi a vita lunga; il calore prodotto dal loro decadimento radioattivo viene continuativamente convertito in elettricità. Normalmente sono utilizzati a questo fine il Plutonio 238, l’Americio 241 e, in misura minore, il Polonio 210. Questi generatori sono stati ampiamente utilizzati durante le missioni spaziali. Per riportare solo un esempio, sono stati utilizzati 33 kg di ossido di Plutonio 238 per alimentare la sondadella missione spaziale Cassini-Huygens, una missione frutto della collaborazione tra NASA, ESA ed ASI e avente come oggetto lo studio di Saturno e del suo satellite Titano. I risultati scientifici raccolti durante questa missione stanno permettendo di approfondire la conoscenza della composizione e della struttura del sistema planetario di uno dei più complessi pianeti gassosi.

Riscaldamento nucleare

Una seconda classe di dispositivi è rappresentata dalle unità di riscaldamento a radioisotopi. Questi strumenti funzionano come quelli precedenti, l’unica differenza è che il calore prodotto dal decadimento non è convertito in elettricità bensì utilizzato direttamente. Più precisamente, il calore prodotto viene impiegato per tenere caldi gli strumenti scientifici, così da garantirne il corretto funzionamento. Anche di questo aspetto abbiamo sicuramente fatto esperienza: in inverno, quando fa particolarmente freddo, la batteria del cellulare ha vita molto breve e tende a scaricarsi rapidamente. Per mantenere gli strumenti utilizzati nello spazio alla loro temperatura operativa ideale possono essere sufficienti alcuni grammi di isotopo radioattivo, tipicamente quelli visti precedentemente. Per riportare un esempio di questa applicazione possiamo tornare indietro alla storica missione lunare Apollo 11 che portò l’uomo sulla Luna per la prima volta: il sismometro, posizionato sul Mare della Tranquillità per misurare eventi sismici lunari, era provvisto di alcuni grammi di Plutonio 238. Le unità di riscaldamento a radioisotopi hanno trovato applicazione specialmente sulla Luna, per via della sua fredda e lunga notte, della durata di due settimane.

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Figura 4. Buzz Aldrin trasporta due componenti importanti per l’acquisizione di alcuni dati lunari: il Passive Seismic Experiments Package (sismometro) a sinistra, e il Laser Ranging Retro-Reflector a destra. [NASA]

Centrali nucleari volanti.

Gli elementi radioattivi non sono gli unici strumenti di natura nucleare che si utilizzano per queste applicazioni. L’ultima categoria di dispositivi è rappresentata da veri e propri reattori nucleari, di dimensioni molto più compatte rispetto a quelli presenti sulla Terra. Il principio fisico che ne governa il funzionamento, tuttavia, è analogo: i reattori nucleari sono in grado di fornire elettricità convertendo il calore prodotto dalle reazioni di fissione dell’uranio. Rispetto al caso precedente, quindi, il calore è prodotto da reazioni nucleari sull’uranio anziché dal processo di decadimento. I piccoli reattori nucleari per la produzione di elettricità a bordo sono in grado di fornirne molta di più dei generatori a radioisotopi citati precedentemente e sono quindi pensati per scopi più ambiziosi. In questo senso, la NASA sta portando avanti un progetto di ricerca molto importante che mira alla realizzazione di Kilopower, un reattore nucleare piccolo e leggero, che dovrebbe contenere circa 44 kg di Uranio 235 e che sarebbe in grado di fornire continuativamente fino a 10 kW di potenza elettrica. Per avere un’idea, il reattore sarebbe in grado di alimentare diverse abitazioni medie per almeno 10 anni! Kilopower avrà il principale obiettivo di alimentare missioni di lunga durata con equipaggio sulla Luna, su Marte e verso altre destinazioni. L’utilizzo di 4 Kilopower potrebbe garantire la fornitura di potenza per alimentare un avamposto umano sulla Luna o su Marte.

La ricerca e lo sviluppo di soluzioni sempre più innovative fanno sì che il fondamentale contributo della fonte nucleare all’ambito spaziale sia senza dubbio destinato ad evolversi e a crescere. Nel frattempo, iniziamo a sognare una vacanza su Marte!

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Figura 5. Prototipo del reattore Kilopower, sviluppato presso il Glenn Research Centre della NASA. Il reattore è costituito da un nocciolo che ospita l’uranio in basso, dai condotti per il trasferimento del calore al centro e infine dai motori Stirling in alto. [NASA]
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Figura 6. Immagine futurista del network di reattori Kilopower che garantirebbero l’alimentazione di una postazione su Marte. [NASA]

Per saperne di più:

Immagini:

1. https://www.nasa.gov/archive/content/solar-arrays-on-the-international-space-station

2. https://www.jpl.nasa.gov/missions/cassini-huygens/

3. https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/images/history/December2004.html

4. https://www.nasa.gov/content/buzz-aldrin-deploys-apollo-11-experiments

5. https://aerospaceamerica.aiaa.org/departments/space-nuclear-power-seriously/

6. https://aerospaceamerica.aiaa.org/departments/space-nuclear-power-seriously/