Centrale nucleare, come funziona e quali rischi. Video

Da il 14 marzo 2011

I problemi dopo il violento terremoto in Giappone non sono finiti, anzi, quello che fa paura sembra sembra ancora da venire: il Giappone possiede ancora centrali nucleari attive e potenti, e una di queste si erge in tutta la sua grandezza proprio vicino alla zona devastata dal terremoto. Si tratta della centrale di Fukushima, a circa 250 chilometri a nord di Tokyo. Dopo le iniziali affermazioni da parte del governo sulla sicurezza della centrale adesso c’è il panico. Sono stati evacuati i paesi che si trovano nel raggio di venti chilometri dalla centrale, uno dei quattro reattori sembra già essere scoppiato a causa di una delle scosse di assestamento, il refrigerante non basta, e neanche quello che gli Stati Uniti stanno inviando sembra essere sufficiente a evitare il surriscaldamento, e quindi la fusione, del nocciolo.
Come penso tutti sappiano una centrale nucleare brucia Uranio e produce energia Elettrica, ma a differenza di una normale centrale termoelettrica, che brucia carbone, petrolio o gas, non sfrutta reazioni chimiche, ma reazioni di fissione, circa un milione di volte più energetiche a parità di massa di combustibile.
Il risultato è che, mentre una centrale termica media produce 50-100 Mw bruciando migliaia di tonnellate di combustibile, una centrale nucleare media produce circa 1000 Mw bruciando poche tonnellate di uranio.
Oltretutto, come si sa, i combustibili fossili dureranno per altri 50-60 anni, forse un po’ di più, sicuramente non per l’eternità.
L’Uranio estratto in miniera durerà per altri 60-70 anni, ma c’è modo di estrarne in quantità quasi infinita dall’acqua di mare e da altri materiali comuni.

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Oltretutto l’energia nucleare, in condizioni di funzionamento normale, ha un impatto ambientale molto minore delle centrali a carbone o a metano, e non produce né anidride carbonica né ceneri come le centrali a carbone..
Il problema è che si ha produzione di scorie nucleari, (prodotti di fissione: cesio, stronzio, iodio, rubidio….) estremamente antipatiche da trattare.
Per le scorie si sono proposti tanti tipi di trattamento, dal bruciamento nel “Rubbiatrone” alla vetrificazione.

La fissione
Ma come funziona una centrale nucleare? In breve, una centrale nucleare funziona in modo simile a una centrale termo-elettrica, con la differenza che il vapore necessario a far muovere le turbine viene prodotto dal reattore. All’interno del reattore avviene la fissione nuclerare controllata, gli elementi possono essere uranio arricchito (U 235) o plutonio. Con il calore sprigionato dalla fissione, l’acqua che passa all’interno del reattore – che ha spesso anche la funzione di refrigerante – si trasforma in vapore ad alta pressione. Viene quindi mandata verso le turbine, che solitamente sono due (alta e bassa pressione), le quali ruotano e creano l’energia elettrica cercata, collegandosi all’alternatore.

Il calore
Ora, i problemi di una centrale stanno proprio nella grande quantità di calore che viene sprigionata dalla fissione dei neutroni. Sono quindi necessari vari sistemi di controllo e refrigeranti così da mantenere una temperatura accettabile all’interno del nocciolo: dovrebbe aggirarsi intorno ai 400°C. Per sfruttare una tale energia sono necessarie alcune condizioni. Occorre una enorme quantità di nuclei che simultaneamente si fissionino; occorre innestare la reazione a catena che deve mantenere la combustione per produrre energia con continuità; occorre mantenere il controllo del processo: la possibilità di regolarne la potenza nel tempo e nella durata.

Il nocciolo
La struttura di un reattore nucleare deve quindi prevedere schematicamente: un fornello, detto nocciolo, nel quale si sviluppi la reazione a catena; un efficientissimo sistema di estrazione del calore (raffreddamento) dal nocciolo; una schermatura molto importante per fermare le radiazioni prodotte in modo ineliminabile dal processo di fissione; sistemi di regolazione dei processi mediante strumenti di controllo, al fine dell’uso pratico del reattore. Diventano quindi fondamentali le barre di controllo che vengono inserite nel nocciolo. Tra le varie barre di combustibile, infatti, vengono inserite velocemente delle barre di boro o cadmio che hanno la funzione di rallentare la fissione e quindi attenuare la potenza del reattore, in più è costantemente presente un elemento moderatore come acqua pesante o grafite e, ovviamente, le barre con funzione di assorbimento di neutroni, che definiscono, insieme ai refrigeranti, la sicurezza del nocciolo.

L’instabilità
Spesso, ed è questo il caso del Giappone, l’acqua presente nel reattore non riesce ad assorbire completamente il calore, causando il surriscaldamento del nocciolo. Basti pensare che, dopo essere passato all’interno della turbina, il vapore prosegue e deve essere raffreddato. Ma la temperatura che raggiunge è così alta che non basta il contatto con l’acqua a temperatura ambiente proveniente dalla pompa, questa deve passare quindi in quelle altissime torri di raffreddamento, prima di essere di nuovo utilizzata come refrigerante. Da sempre, quando la fissione nucleare è diventata controllata e sono state costruite le prime centrali, il problema è la grande energia che il legame tra uranio arricchito crea nel reattore. Questa enorme energia, è si oggi controllata con camere di combustione spesse due metri in cemento armato, ma tutt’ora, e il Giappone lo dimostra, può creare disagi giganteschi a ogni difetto che si manifesta. Durante la fissione, infatti, il reattore sprigiona sostanze radioattive che le barre si assorbimento hanno funzione di convogliare e controllare. Ma questo che poi diventa materiale radioattivo conserva le proprie proprietà per molti anni, e diventa così un rifiuto tossico per l’ambiente. Le cellule di ogni organismo possono infatti essere intaccate dalle scorie nel caso anche di una minima fuoriuscita, e se vengono contaminate diventa altissimo il rischio di un cancro o di mutazioni genetiche ereditarie.

La IAEA ha stabilito una scala (scala INESInternational Nuclear Event Scale) di gravità degli eventi possibili in una centrale nucleare o in altra installazione, che si articola nei seguenti 8 livelli:
  • Livello 0 (deviazione): evento senza rilevanza sulla sicurezza.
  • Livello 1 (anomalia): evento che si differenzia dal normale regime operativo, che non coinvolge malfunzionamenti nei sistemi di sicurezza, né rilascio di contaminazione, né sovraesposizione degli addetti.
  • Livello 2 (guasto): evento che riguardi malfunzionamento delle apparecchiature di sicurezza, ma che lasci copertura di sicurezza sufficiente per malfunzionamenti successivi, o che risulti in esposizione di un lavoratore a dosi eccedenti i limiti e/o che porti alla presenza di radionuclidi in aree interne non progettate allo scopo, e che richieda azione correttiva.
    • esempio: l’evento di Civaux, Francia 1998 e di Forsmark, Svezia 2006
  • Livello 3 (guasto grave): un incidente sfiorato, in cui solo le difese più esterne sono rimaste operative, e/o rilascio esteso di radionuclidi all’interno dell’area calda, oppure effetti verificabili sugli addetti, o infine rilascio di radionuclidi tali che la dose critica cumulativa sia dell’ordine di decimi di mSv.
  • Livello 4 (incidente grave senza rischio esterno): evento causante danni gravi all’installazione (ad esempio fusione parziale del nucleo) e/o sovraesposizione di uno o più addetti che risulti in elevata probabilità di decesso, e/o rilascio di radionuclidi tali che la dose critica cumulativa sia dell’ordine di pochi mSv.
  • Livello 5 (incidente grave con rischio esterno): Evento causante danni gravi all’installazione e/o rilascio di radionuclidi con attività dell’ordine di centinaia di migliaia di TBq come 131I, e che possa sfociare nell’impiego di contromisure previste dai piani di emergenza.
  • Livello 6 (incidente serio): evento causante un significativo rilascio di radionuclidi e che potrebbe richiedere l’impiego di contromisure, comunque meno rischioso dell’incidente di livello 7.
  • Livello 7 (incidente molto grave): evento causante rilascio importante di radionuclidi, con estesi effetti sulla salute e sul territorio.
    • esempio: L’incidente di Chernobyl, URSS (1986)

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