Salve a tutto il Newsgroup
Come immagino voi tutti ve ne siate accorti qua la televisione ci ha
assillato con la notizia del costo del barile sta aumentando in
modo insostenibile e le poche contromisure citate da "autorevoli" personaggi
della politica italiana si spingono sul risparmio
energetico e le fonti alternative, e nel caso qualcuno avanzi l'opzione
nucleare si viene sommersi da valanghe di affermazioni, molte
in contraddizione; di qui il motivo del mio post: capire se tutto quello che
ho imparato in questo tempo da poche e scelte fonti (Le
Scienze, alcuni libri e Internet) e' falso oppure se non LA Verita',
qualcosa di simile.
Funzionamento e regolazione.
Immagino che il funzionamento di una centrale nucleare non dovrebbe
rappresentare nulla di problematico, ma ho visto, anche in questo
tema, affermazioni discordanti. Il funzionamento e' "semplice": in un
contenitore a pressione ci sono numerose barre cave di zirconio,
con all'interno pastiglie di materiale fissile. Nel contenitore scorre un
liquido di raffreddamento, che puo' anche NON essere acqua,
con il compito di stabilizzare la temperatura del reattore, e in caso di
problemi inserire sostanze atte a bloccare il reattore.
Assieme alle barre di zirconio sono presenti barre, dette di controllo,
composte di elementi che assorbono neutroni. Perche' neutroni?
Per il principio della fissione nucleare: un atomo assorbe un neutrone, e se
l'atomo e' fissile esso si spezza liberando energia,
radioattivita' ed altri neutroni: i neutroni liberati possono:
1) essere assorbiti da altri atomi fissili e continuare la reazione (cosi'
si mantiene una reazione a catena)
2) essere assorbiti da atomi fertili, che questi si trasformano in elementi
fissili
3) essere assorbiti dalle struttture del reattore
La produzione per ogni atomo varia secondo le leggi del caso (o piu
realisticamente del culo), ma per mantenere una reazione nucleare
bisogna che il numero dei neutroni assorbiti sia uguale a quelli prodotti,
cioe' un rapporto 1:1. Se il rapporto e' maggiore, anche
di poco, la reazione diverge producendo calore; se il rapporto e' inferiore
la reazione si spegne. Un altro modo di definire lo
stato di un rattore in funzione e' dire se e' critico o no: se e' critico la
reazione si autosostenta, se e' sotto critico si spegne
inesorabilmente. Ovviamente un reattore ha varie criticita', come per
esempio quella secca, cioe' la reazione si sostiene quando nel
reattore non circola liquido di raffreddamento.
La reazione, producendo calore, viene assorbito dal liquido refrigerante,
che fa' bollire acqua, il vapore prodotto viene convogliato
alle turbine, le turbine fanno girare gli alternatori per produrre
elettricita'.
La potenza del reattore viene regolata tramite l'inserimento o l'estrazione
delle sopracitate barre di controllo: assorbendo o meno i
neutroni rallentano o meno la reazione a catena, e cosi' l'energia prodotta.
All'interno delle pastiglie il materiale fissile non e' allo stato puro (mi
pare ossido di uranio, e vorrei capire perche'), e la
percentuale di atomi capaci di sostenere tale reazione va dallo 0,7% al 3%.
Per fare un confronto una bomba atomica per detonare ha
bisogno di una percentuale del 90%, quindi una centrale nucleare non esplode
come una bomba.
Ottenimento materiale fissile
Uranio
Una centrale nucleare per funzionare ha bisogno di un combustibile
"speciale": generalmente viene utilizzato l'uranio , presente in
natura, o il plutonio, elemento artificiale.
L'uranio viene ottenuto scavandolo nelle miniere, che possono trovarsi anche
in posti "impensati". Con questo intendo che i giacimenti
economicamente sfruttabili di uranio sono discretamente sparpagliati sulla
superficie del mondo, quindi nessuna nazione ne detiene il
monopolio, e giacimenti in Italia (non so se sfruttabili economicamente) ne
sono stati localizzati.
Una volta estratto dalla miniera l'uranio deve percorrere alcuni passaggi
per essere utilizzato, primo fra tutti l'essere separato da
tutto il materiale "inutile" (chi mi puo' dire di che processi si
trattano?), per aumentarne il tenore; in seguito puo' venir
processato in un impianto di "arricchimento". Se tale trattamento non viene
eseguito, l'uranio si definisce "naturale", altrimenti
"arricchito". Tale arricchimento alza la percentuale di atomi fissili dallo
0,7% al 3%. E tutto il resto? Il resto e' si' uranio puro,
ma dell'isotopo 238, inadatto a sostenere una reazione nucleare, mentre lo
e' l'uranio 235.
Esistono vari processi di arricchimento: il piu' utilizzato (ma non il
migliore) e' la separazione gassosa: l'uranio viene combinato
con il fluoro (perche' ?), producendo un gas altamente corrosivo denominato
esafluoro di uranio (UF6) che viene pompato contro delle
barriere di materiale poroso, come il palladio; gli isotopi di uranio piu'
leggeri (235) si trovano cosi' a compiere una distanza maggiore
e via via ad "allontanarsi" dagli isotopi piu' distanti. Questo processo
deve essere eseguito piu' e piu' volte per ottenere
l'arricchimento desisderato, e richiede molta energia. Un altro metodo e'
l'ultra centrifugazione, praticamente l'uranio viene
introdotto in alcune centrifughe e processato fino a che non viene
arricchito a piacimento (vorrei sapere come funziona piu'
esattamente, magari anche quali principi fisici). Tale metodo e' stato
sviluppato fra i tedeschi e i francesci, e alcune centrifughe
furono vendute all'Iraq negli anni 70 mi pare. Questo sistema dovrebbe
richiedere meno energia della separazione gassosa.
Nel processo di arricchimento vengono eliminati anche altri isotopi, come il
236 (un veleno neutronico mi pare), e lo scarto risulta
di bassa radioattivita'. Per le sue proprieta' fisiche l'uranio e' stato
utilizzato per creare i dardi, "frecce" di materiale che
vengono sparati a qualche Mach, oppure come contrappeso negli aerei o nelle
automobili, ed in passato per stabilizzare i campi
magnetici delle antenne radio. Il suo utilizzo in questi campi e' data dalla
sua alta densita', non per altri motivi
Un'altra via per ottenere uranio e' dal riciclo del combustibile bruciato,
ma tale tecnica dipende dal reattore che ha utilizzato il
combustibile (praticamente deve avere il piu' alto tasso di conversione
possibile) e da altro che non so.
Plutonio
Il plutonio viene invece estratto dalle scorie prodotte nei reattori
(qualunque reattore? o solo quelli veloci?).
Tale processo e' definito "riprocessamento", e sotto il governo di Jimmy
Carter si svilupparono alcuni timori che tale processo
potesse fornire ai paesi il modo di ottenere la bomba atomica. Per questo
negli Stati Uniti non esistono impianti di riprocessamento
(e neanche reattori veloci mi sembra, forse un prototipo degli anni '50) e
le scorie vengono direttamente inserite nei depositi
nucleari. In Europa invece, per motivi politici, la Francia ha puntato molto
su questo processo e un po' tutti gli altri paesi.
In teoria il problema di proliferazione nucleare non dovrebbe esserci,
perche' in un reattore commerciale il plutonio prodotto non e'
"buono" per fabbricare le bombe (weapon grade), praticamente in un reattore
l'irraggiamento neutronico produce isotopi del plutonio
239 (adatto alle bombe), 240, 241 etc..., una purezza non sufficiente per
fini bellici. Meglio dunque avere reattori "militari".
All'inizio della corsa nucleare Francia ed Inghilterra svilupparono reattori
capaci di produrre energia a buon mercato e plutonio
"weapon grade", ma senza eclatanti successi.
Note
In passato, e forse anche attualmente, anche l'uranio viene sottoposto al
riprocessamento, quindi nelle scorie nucleari viene prodotto
anche dell'uranio, durante il funzionamento dell'impianto.
Filiere di reattori.
Attualmente esistono due "tipi" di reattori, veloci e termici: hanno
ottenuto questo nome per il tipo di neutroni impiegati nel
funzionamento.
Termici: in questo caso i neutroni vengono rallentati per facilitarne
l'assorbimento da parte degli atomi fissili, con sostanze
"moderatrici", come l'acqua e la grafite.
Veloci: qui i neutroni non vengono rallentati (e come avviene la reazione?).
Chi sa' dirmi cosa sono poi i reattori a "spettro veloce" ?
Filiere
Deriva dal francese ed significa famiglia, praticamente le famiglie di
reattori.
- PWR (Pressurized Water Reactor, reattore ad acqua pressurizzata), mi
sembra con il maggiore numero di installazioni.
In questo caso il contenitore a pressione contiene acqua in pressione (150
atm), entra a 290�C e ne esce a 325�C. Data l'alta
pressione non avviene il cambiamento di stato. Questa acqua (da notare che
e' radioattiva, perche' poi non lo so) viene pompata in uno
scambiatore di calore, praticamente un altro contenitore in cui c'e' una
serpentina percorsa dall'acqua del nocciolo che cede calore
ad altra acqua non in pressione. Il secondo circuito di acqua non e'
radioattivo, e il vapore prodotto viene convogliato alle turbine,
condensato e poi di nuovo pompato nello scambiatore. Mi piacerebbe sapere se
questo reattore era uno di quelli a cui recentemente
c'era stata la fuga di vapore in Giappone .
- BWR (Boiling Water Reactor, reattore ad acqua bollente), Reattore
installata a Caorso.
Un questo caso nel reattore circola acqua non in pressione e viene generato
vapore nel contenitore a pressione, per poi essere
direttamente convogliato alle turbine. Il rendimento e' maggiore rispetto al
PWR perche' non ci sono circuiti intermedi.
Note: a Caorso il contenitore a pressione era alto 22m, con un diametro di
6m e l'acciaio inossidabile di 13 cm di spessore, per un
peso complessivo di 587t. Lo spessore non era dovuto alla pressione
esercitata dal vapore, quanto dal fatto che in caso di incidente
nel reattore doveva essere introdotta immediatamente acqua gelida, per
evitare che per lo shock termico il nocciolo si spaccasse (e
li si che son cazzi acidi)
Plutonigeni o autofertilizzanti
Questi impianti non sono una invenzione recente, e gia' li si studiava dagli
anni '60.
Praticamente questi reattori hanno la capacita' di produrre materiale
fissile partendo da maateriale "inerte", o almeno mi pare si
dica cosi'. Immaginiamo di prendere la nostra macchina e nel serbatoio,
oltre alla benzina, ci buttate del fango, fate i vostri
chilometri e alla fine vi accorgete che parte del fango si sia trasformato
in benzina. Questo e' quello che succede, solo con la
capacita' che dopo qualche anno di produzione la quantita' di carburante e'
raddoppiata rispetto all'inizio (credo).
Il funzionamento e' questo: nel reattore avviene la solita reazione nucleare
e vengono prodotti i soliti neutroni; i neutroni posso
avere le tre possibilita' elencate sopra, quindi nel caso un neutrone venga
assorbito da un atomo fertile, bisogna che un altro
neutrone mantenga la reazione viva: in questo caso il reattore deve essere
sopra critico, altrimenti si spegne.
Esempi di questo tipo di reattore sono il Phoenix e il Super Phoenix, il
primo piu' piccolo non ha avuto esagerati problemi di
funzionamento, mentre il secondo, piu' gigante e complesso, ha avuto piu'
problemi, tanto che il governo ne ha deciso la chiusura
(nonostante guadagnasse 2 miliardi di franchi l'anno).
Il Super Phoenix era un bestione con 3, TRE, circuiti, due al sodio e uno
all'acqua. Il primo circuito, a sodio, era a contatto con il
reattore, quindi radioattivo e cedeva solo il calore al secondo circuito,
anch'esso a sodio; il secondo circuito (non radioattivo)
cedeva quindi calore al terzo circuito, ad acqua, che si trasformava in
vapore. Il rendimento era ridotto dal numero di circuiti
intermedi. Il motivo di questa "separazione" e' che il sodio a contatto con
l'aqua causa una reazione chimica esotermica, quindi per
evitare il doppio problema di una esplosione delle condutture e
contaminamento, si e' preferito questa via. Francamente avevo sentito
di progetti di nuovi scambiatori di calore, ma non ne ho piu' sentito nulla.
Reattori a Gas
In questo caso i reattori sono refrigerati a gas, come anidride carbonica o
elio, Questo aumenta il rendimento della centrale perche'
non si perde energia nel cambiamento di stato fra liquido-vapore.
Spesso (ma quanto spesso?) questo tipo di reattore utilizza come moderatore
la grafite (s�, quella che si trova nelle matite), ma per
evitare problemi, la grafite stessa NON dovrebe MAI essere a contatto con
acqua, per questo si utilizzano gas inerti.
Reattori a canali
Reattori con questa tecnologia sono il CANDU, di concezione canadese, e
praticamente il refrigerante scorre in tubi, e non lambisce
direttamente i materiali che contengono il combustibile nucleare.
Altri ed eventuali
.....
Fuori dal reattore
Piu' o meno ogni anno il reattore viene fermato e gli elementi porta
combustibili vengono cambiati. Non tutti, solo una parte.
Praticamente quelli delle regioni piu' periferiche vengono avvicinati al
centro, in modo che la produzione sia simile in ogni regione
del nocciolo. Ogni elemento subisce 4-5 spostamenti in tutta la sua vita,
dopodiche viene sostituito con uno con materiale "fresco".
Il combustibile esasusto puo' seguire due vie: il "One Throught", o aperto,
o il ciclo chiuso.
Il ciclo aperto viene seguito principalmente dagli americani per i motivi
sopracitati del presidente Carter, e praticamente il
combustibile esausto dal reattore passa direttamente alla fase di stoccaggio
definitivo.
Il ciclo chiuso, seguito da europei e giapponesi penso per motivi anch'essi
piu' politici che pratici, consiste nel far processare le
scorie in alcuni impianti per estrarre l'uranio e il plutonio prodotti, e le
scorie veramente scorie spedite negli impianti di
stoccaggio definitivo.
Lo stoccaggio definitivo deve essere situato in un luogo dove non ci siano
stati terremoti e che non vi siano infiltrazioni di acqua,
perche' quest'ultima e' l'unica sostanza capace di riportare le sostanze
radioattive nella biosfera
Per le infiltrazioni di acqua ci si affida a 3 tipi di formazioni
geologiche: miniere di salgemma (perche' se il sale non si e'
scolto, allora non c'e' acqua), strati argilla (perche' impermeabile), e
granito (bello duro e compatto).
Novita'
Nonostante quello che si dica, mi sembra che il nucleare non sia dimenticato
od obsoleto, anzi.
Esiste un consorzio internazionale per sviluppare i reattori di 4^
generazione, che dovrebbero fondarsi sulla standardizzazione dei
progetti e sulla sicurezza intrinseca (praticamente se il reattore vuole
andare a prendere una boccata d'aria, questo si spegne da
solo, senza sistemi che necessitino di energia o interventi dell'uomo). Fra
questi progetti c'e' ache quello di un reattore veloce che
all'occorenza possa anche "bruciare" le scorie.
Un simile progetto lo ha avanzato anche Rubbia, che consiste in un reattore
pieno di piombo liquido, con all'interno barre di torio o
di scorie radioattive. I neutroni necessari per la reazione nucleare vengono
forniti indirettamente da un'acceleratore di particelle,
che bombarda con protoni il piombo, da cui escono i neutroni. La
particolarita' di questo progetto e' che se bisogna spegnere il
reattore basta disattivare l'acceleratore, che e' una macchina. Alcuni dubbi
pero' sono da mantenere svegli: anche se l'acceleratore
e' fermo, il piombo rimane a 600 gradi e ti puo' ancora far bruciare tutto.
Notiziole sul nucleare
L'unica nazioneche ha rinunciato al nucleare e' l'Italia, perche' la
Germania ci ha rinunciato si nel 2000, quando al governo c'era
Schroeder (governo rosso-verde) e il petrolio non costava tanto come adesso,
ma ha detto anche che i reattori chiuderanno nel 2020,
cioe' quando sarebbero stati chiusi per uscita di servizio...
La Francia con il suo bel 68% di energia nucelare prodotta, ce ne vende 4-5
megawatt, e durante la notte dipendiamo per rifornimenti
esteri per 1/3, altrimenti per il 12-15%. Altro che rinuncia, ne abbiamo
fatto solo una nuova merce di importazione
Dalla prima gettata di calcestruzzo all'attivamento dell'impianto corrono 36
mesi (fonte Westinghouse, interpellata dal nostro
ministro per le attivita' produttive).
E con questo ho finito, magari un'altra volta chiedero' informazioni su
Three Miles Island, Chernobyl e il reattore giapponese (non
mi ricordo il paese!!!!!!).
Una domanda: ma con tutti questi uragani e brezzoline di mare che si stanno
battendo sul Giappone, chi sente problemi dalle centrali
nucleari giapponesi?
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Inviato via
http://arianna.libero.it/usenet/
Received on Wed Sep 01 2004 - 17:48:26 CEST