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ⓘ Centrale elettronucleare




Centrale elettronucleare
                                     

ⓘ Centrale elettronucleare

Con centrale elettronucleare, si intende generalmente una centrale elettrica che, attraverso luso di uno o più reattori nucleari a fissione, sfrutta il calore prodotto da una reazione di fissione nucleare a catena auto-alimentata e controllata per generare vapore a temperatura e pressione elevate, col fine di azionare delle turbine a vapore accoppiate ad alternatori, e produrre così – infine – elettricità.

Il termine potrà essere esteso anche alle eventuali future centrali a fusione nucleare, che potrebbero impiegare un reattore nucleare a fusione; tuttavia la ricerca in questo campo è ancora in una fase sperimentale-prototipale di impianto vedi lapparecchiatura ITER e la fusione nucleare controllata è stata ottenuta in laboratorio solamente per brevi periodi di tempo e con una bassa resa energetica.

                                     

1.1. Storia Origini

La fissione nucleare fu ottenuta sperimentalmente per la prima volta dal gruppo guidato da Enrico Fermi nel 1934 "bombardando" luranio con neutroni opportunamente rallentati con un blocco di paraffina. Tuttavia i fisici italiani non compresero correttamente il processo che avevano creato identificando erroneamente i prodotti di fissione con nuovi elementi transuranici la cui creazione spiegavano mediante decadimento beta. Nel 1938, praticamente nel periodo in cui Fermi era a Stoccolma a ritirare il premio Nobel, la spiegazione corretta del fenomeno venne descritta dai chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann, congiuntamente ai fisici austriaci Lise Meitner e Otto Robert Frisch. Essi determinarono che il neutrone, relativamente piccolo, è in grado di scindere il nucleo dei pesanti atomi di uranio in due parti pressoché uguali. Numerosi scienziati tra i primi Leó Szilárd compresero che le reazioni di fissione rilasciavano ulteriori neutroni, con il risultato di potere originare una reazione nucleare a catena in grado di autoalimentarsi. Gli scienziati in molte nazioni furono spronati dai risultati sperimentali a chiedere ai loro rispettivi governi un supporto alla ricerca sulla fissione nucleare.

Fermi, recatosi a Stoccolma nel 1938 per ritirare il premio Nobel assegnatogli per la fisica, non rientrò in Italia a causa delle leggi razziali sua moglie era ebrea ed emigrò negli Stati Uniti dAmerica, così come gran parte delle personalità della fisica europea. A Chicago gli fu affidata la direzione della realizzazione del primo reattore nucleare, conosciuto come Chicago Pile-1, che entrò in funzione il 2 dicembre 1942. Famosa rimane la frase in codice con la quale fu comunicata alle autorità il successo dellesperimento: "Il navigatore italiano ha raggiunto il nuovo mondo" parafrasando la scoperta dellAmerica da parte di Cristoforo Colombo. Questa attività fu condotta nellambito del progetto Manhattan, che portò anche alla costruzione di alcuni reattori a Hanford allo scopo di produrre plutonio da utilizzare per le prime armi nucleari parallelamente fu approntato un piano di arricchimento delluranio.

Dopo la seconda guerra mondiale, il timore che la ricerca sui reattori nucleari potesse incoraggiare un rapido sviluppo di armi nucleari e lopinione di molti scienziati che invece ritenevano occorresse un lungo periodo di sviluppo, spinsero i Governi a tenere sotto stretto controllo la ricerca in questo settore celebre il carteggio tra Albert Einstein e il presidente statunitense Franklin Delano Roosevelt. La maggioranza delle ricerche sui reattori nucleari fu pertanto indirizzata a fini puramente militari e per diversi anni le principali scoperte nel campo delle applicazioni dellenergia atomica continuarono ad essere circoscritte alle armi con la realizzazione di migliaia di testate atomiche in grado di alimentare quel timore costante di una guerra nucleare tra superpotenze che fu la base della guerra fredda.

A scopi puramente civili invece lelettricità venne prodotta per la prima volta da un reattore nucleare il 20 dicembre 1951, alla stazione sperimentale EBR-I Experimental Breeder Reactor I vicino ad Arco, che inizialmente produceva circa 100 kW fu anche il primo reattore a subire un incidente di parziale fusione del nocciolo nel 1955. Nel 1953 un discorso del presidente Dwight Eisenhower, "Atomi per la pace", enfatizzò lutilizzo dellatomo per scopi civili e sostenne un piano politico per porre in primo piano gli Stati Uniti in unottica di sviluppo internazionale del nucleare. Nel 1954 Lewis Strauss, presidente della United States Atomic Energy Commission, in un convegno di scrittori scientifici sostenne: "Non è troppo aspettarsi che i nostri figli usufruiranno nelle loro case di energia elettrica troppo economica per poter essere misurata".

                                     

1.2. Storia Primi anni

Il discorso pronunciato da Strauss nel 1954 contribuì ad alimentare il dibattito pubblico. A quei tempi il consenso politico ed economico sulluso dellenergia nucleare era dettato dalla speranza di usufruire di energia più economica rispetto alle fonti energetiche convenzionali.

Il 27 giugno 1954, la centrale nucleare di Obninsk divenne il primo impianto al mondo a generare elettricità per una rete di trasmissione e produceva circa 5 MW di potenza.

Nel 1955 la "Prima Conferenza di Ginevra" delle Nazioni Unite, il più grande incontro mondiale di scienziati e ingegneri, si riunì per studiare la tecnologia. Nel 1957 venne creato lEURATOM accanto alla Comunità Economica Europea quella che successivamente divenne lUnione Europea. Nello stesso anno nacque anche lAgenzia internazionale per lenergia atomica IAEA.

La prima centrale nucleare commerciale al mondo fu quella di Calder Hall, a Sellafield in Inghilterra, e iniziò a lavorare nel 1956 con una potenza iniziale di 50 MW successivamente divenuti 200 MW. Il primo reattore nucleare operativo negli Stati Uniti fu invece il reattore di Shippingport, in Pennsylvania dicembre 1957.

Una delle prime organizzazioni che svilupparono la tecnologia nucleare per la propulsione dei sottomarini e delle portaerei fu la Marina statunitense. Grande sostenitore di questa applicazione del nucleare fu lammiraglio Hyman Rickover, che tra laltro sostenne anche la costruzione del reattore di Shippingport. La Marina Americana ha utilizzato più reattori nucleari di qualsiasi altra organizzazione, inclusa la Marina Sovietica. Il primo sottomarino nucleare, USS Nautilus SSN-571, solcò i mari nel 1955.

Enrico Fermi e Leo Szilard condivisero il brevetto U.S. Patent 2.708.656 nel 1955 per il primo reattore nucleare, garantendosi, sia pure tardivamente, per il loro lavoro svolto durante il progetto Manhattan.

In Italia un piccolo reattore nucleare termico omogeneo, chiamato "L-54 Enrico Fermi" venne costruito dalla Atomics International, divisione della North American Aviation di Los Angeles. Limpianto venne realizzato tra il 16 giugno 1958 inizio scavi edificio reattore ed il 29 ottobre 1960 inaugurazione ufficiale, e gestito dal CeSNEF nel Politecnico di Milano, a scopo didattico e di ricerca fino al 1979, e alimentato con solfato di uranile; sviluppava una potenza termica di 100 kW termici.

                                     

1.3. Storia Sviluppo

La potenza complessiva delle centrali nucleari aumentò velocemente, passando da meno di 1 GW nel 1960 a 100 GW nei tardi anni settanta e 300 GW nei tardi anni ottanta. Dalla fine del 1980 la potenza è andata crescendo molto più lentamente, raggiungendo i 366 GW nel 2005, con la maggiore espansione avutasi in Cina. Tra il 1970 e il 1990 furono in costruzione centrali per più di 50 GW di potenza, con un picco di oltre 150 GW tra il tardo 1970 e i primi anni ottanta; nel 2005 sono stati pianificati circa 25 GW di nuova potenza. Però più dei 2 ⁄ 3 di tutti gli impianti nucleari programmati dopo il gennaio 1970 furono alla fine cancellati.

Durante gli anni settanta e ottanta il crescere dei costi economici legati ai tempi di costruzione delle centrali, alla richiesta di maggiore sicurezza degli impianti dopo i primi incidenti seri occorsi, e la contestuale diminuzione dei prezzi dei combustibili fossili resero gli impianti nucleari allora in costruzione economicamente meno interessanti.

La crisi del petrolio del 1973 ebbe un forte effetto sulle politiche energetiche: la Francia e il Giappone che usavano soprattutto petrolio per produrre energia elettrica rispettivamente, il 39% e il 73% dellenergia elettrica totale prodotta investirono sul nucleare. Oggi le centrali nucleari forniscono rispettivamente circa il 75% e il 30% di elettricità in queste nazioni.

Lopinione pubblica, in seguito a incidenti quali quello di Three Mile Island Stati Uniti nel 1979 e il disastro di Černobyl del 1986, ha dato vita negli ultimi venti anni del XX secolo ad alcuni movimenti che hanno influito sulla costruzione di nuovi impianti in molte nazioni.

Lincidente di Three Mile Island ha influito molto sulla regolamentazione della costruzione dei nuovi reattori occidentali, mentre quello più grave di Černobyl ebbe un impatto minore, dato che la tecnologia di Černobyl che utilizzava i problematici reattori RBMK era utilizzata solamente in Unione Sovietica ed era carente di strutture di contenimento. Nel 1989 venne creata lAssociazione Mondiale di Operatori del Nucleare WANO allo scopo di promuovere la cultura della sicurezza e lo sviluppo professionale degli operatori impiegati nel campo dellenergia nucleare.

In Irlanda, Nuova Zelanda e Polonia lopposizione ha impedito lo sviluppo di programmi nucleari, mentre in Austria 1978 e Italia 1987 e 2011 un referendum ha bloccato lutilizzo del nucleare. In Polonia lopposizione trova la sua base nella politicamente potente organizzazione dei minatori, che è riuscita a far sospendere il progetto dei primi due nuovi reattori in Polonia. In Svezia 1980 un referendum ha interrotto un ulteriore sviluppo di questa fonte energetica. Ma, nel 2009, il governo svedese ha annunciato un accordo che consentiva il rimpiazzo dei reattori esistenti, in effetti terminando la moratoria. La vicenda però non è chiusa, perché lopposizione al nucleare continua la sua campagna. Oggi le centrali elettronucleari forniscono circa il 40% di elettricità in Svezia.

Al contrario nel Referendum nucleare lituano del 2008 si arrivò al 91.5% di voti favorevoli allincremento delle attività delluso del nucleare, ma siccome non si raggiunse il quorum richiesto dei votanti il referendum fu invalidato.



                                     

1.4. Storia Il nucleare in Italia

In Italia, il governo Berlusconi il 23 maggio 2008 ha annunciato la ripresa del piano nucleare interrotto da due decenni, con limpegno di avviare la costruzione di una centrale entro il 2013. Il 26 maggio 2011 il Governo è tornato sui suoi passi con un emendamento al decreto omnibus con il quale si rinunciava allenergia nucleare "al fine di acquisire ulteriori evidenze scientifiche". La norma, tuttavia, è stata abrogata dalla consultazione referendaria del 12 e 13 giugno 2011, rendendo impossibile, per un periodo di almeno cinque anni dallo svolgimento del referendum, la riproposizione dellenergia nucleare in Italia.

Delle suddette centrali, alla data dei referendum italiani di cessazione dellutilizzo del nucleare 1987, la centrale di Garigliano era già stata chiusa per lantieconomicità di significative riparazioni da eseguirsi su componenti del circuito primario, mentre quelle di Latina e Trino, su cui erano appena terminati lunghi e costosi interventi di revamping, avevano ottenuto dallAutorità di Controllo allepoca ENEA - DISP il rinnovo per un ulteriore decennio della Licenza di esercizio. Lunica centrale davvero chiusa prematuramente in quanto fermata dopo appena 6 anni di esercizio fu quella di Caorso in provincia di Piacenza, ma è doveroso ricordare anche la chiusura del prototipo CIRENE Latina, giunto al 99% della costruzione, e la centrale di Montalto di Castro due reattori BWR, che si trovava al 70% delle opere civili e al 100% degli ordinativi per la componentistica, ordini che furono tutti onorati, riversandone i costi unitamente a quelli della chiusura del ciclo del combustibile e del decommissioning degli impianti, sui cosiddetti "oneri di uscita dal nucleare" ricompresi nella "bolletta elettrica" dei consumatori italiani.

                                     

1.5. Storia Futuro

La Watts Bar 1, divenuta operativa il 7 febbraio 1996, è lultimo reattore commerciale entrato in funzione negli Stati Uniti. Questo fatto viene spesso citato come riprova del successo della campagna mondiale per il superamento dellenergia nucleare. A dispetto di ciò negli stessi Stati Uniti e in Europa linvestimento nella ricerca è continuato, ed appare fortemente emblematico che, dopo venti anni, il primo nuovo reattore negli Stati Uniti ad entrare, prossimamente, in servizio, sia proprio la seconda unità Watts Bar 2. Alcuni esperti prevedono che la carenza di energia elettrica, laumento di costo e lesaurimento dei combustibili fossili, il riscaldamento globale le emissioni legate allutilizzo di tali combustibili, ed in considerazione dei livelli di controllo e di sicurezza raggiunti dagli impianti atomici porteranno a una nuova domanda di centrali nucleari.

Molte nazioni restano particolarmente attive nello sviluppo dellenergia nucleare, tra le quali Cina e India, tutte attive nello sviluppo della tecnologie sia veloce sia termica; la Corea del Sud e gli Stati Uniti solamente nello sviluppo della tecnologia termica; e Sudafrica e Cina nello sviluppo di versioni di reattore nucleare modulare pebble bed PBMR. Finlandia e Francia perseguono attivamente programmi nucleari; la Finlandia ha in costruzione uno dei primi reattori nucleari di III generazione del tipo EPR dellAreva, che attualmente è in ritardo di due anni rispetto ai programmi. Il Giappone ha un attivo programma di costruzione di centrali nucleari con nuove unità divenute operative nel 2005. Negli Stati Uniti tre consorzi risposero nel 2004 alla sollecitazione del dipartimento dellEnergia degli Stati Uniti riguardante il "Programma di Energia Nucleare 2010" e furono compensati con fondi per la costruzione di nuovi reattori, tra cui un reattore di quarta generazione VHTR concepito per produrre sia elettricità che idrogeno. Nei primi anni del XXI secolo lenergia nucleare ha destato particolare interesse in Cina e India per sostenere il loro rapido sviluppo economico; entrambe stanno sviluppando reattori autofertilizzanti veloci. La politica energetica del Regno Unito riconosce la probabile futura carenza di approvvigionamento energetico, che potrà essere colmata dalla costruzione di nuove centrali nucleari o prolungando il tempo di vita degli attuali impianti esistenti.

Il 20 dicembre 2002 il Consiglio dei ministri bulgaro si espresse favorevolmente alla ripresa della costruzione della centrale nucleare di Belene. Le fondamenta dellimpianto furono poste nel 1987, però la costruzione fu abbandonata nel 1990, con il primo reattore pronto al 40%. Si prevedeva che il primo reattore divenisse operativo nel 2013, e il secondo nel 2014. Alla fine la costruzione è stata definitivamente cancellata nel 2012.

                                     

2.1. Centrale nucleare a fissione Funzionamento

In una centrale nucleare a fissione refrigerata ad acqua leggera viene realizzata una fissione nucleare al fine di utilizzarne il calore scaturito per portare a ebollizione dellacqua, sfruttando il vapore acqueo così ottenuto per la produzione di energia elettrica tramite un ciclo di Rankine, ciclo in cui - come in un motore a vapore - il vapore sotto pressione viene incanalato per generare la rotazione di turbine accoppiate ad alternatori elettrici, per poi tornare allo stato liquido condensando tramite raffreddamento, pronto ad un nuovo ciclo ebollizione-vapore-condensazione.

Il principio fisico alla base della generazione del calore in una centrale nucleare a fissione è la fissione nucleare, ovvero la scissione del nucleo di atomi pesanti quali uranio e plutonio.

                                     

2.2. Centrale nucleare a fissione Caratteristiche generali

Ad agosto 2007 vi erano 439 centrali nucleari operative nel mondo, in 31 diversi stati, che attualmente producono il 17% dellenergia elettrica mondiale.

La potenza degli impianti varia da un minimo di 40 MW fino ad oltre 1 GW 1000 MW. Le centrali più moderne hanno tipicamente potenza compresa tra i 600 MW e i 1600 MW. Attualmente solo le centrali termoelettriche a combustibili fossili le centrali nucleari raggiungono questa potenza con una sola unità.

La vita operativa di una centrale nucleare, di prima e seconda generazione, è in genere intorno ai 25-30 anni, anche se oggi si progettano centrali di terza generazione ed oltre, che, mediante la sostituzione periodica di componenti importanti, si ritiene possano rimanere attive fino a 60 anni. Al termine di questo periodo limpianto va smantellato, il terreno bonificato le scorie stoccate adeguatamente. Questi aspetti, in parte comuni ad esempio alle miniere ed agli impianti chimici, assumono particolare rilevanza tecnica ed economica per le centrali nucleari, riducendo il vantaggio dovuto al basso costo specifico del combustibile. Il costo di smantellamento viene oggi ridotto prevedendo un lungo periodo di chiusura della centrale, che permette di lasciar decadere naturalmente le scorie radioattive poco durevoli, costituite dalle parti di edificio sottoposte a bombardamento neutronico.

Per quanto riguarda i consumi, in base ai dati a disposizione, una centrale nucleare "media" da 1000 MW e necessita allincirca di 30 tonnellate di uranio arricchito allanno o 150/200 tonnellate di uranio naturale arricchimento al 2.5-3.3%; a titolo di confronto, una centrale elettrica a carbone da 1000 MW e richiede 2 600 000 t di combustibile fossile che devono essere trasportati fino allimpianto. La produzione di questi quantitativi di uranio presuppone lestrazione di grandi quantitativi di roccia che rimangono vicini al luogo di estrazione e luso di ingenti quantitativi di acidi ed acqua per la concentrazione del minerale: ad esempio la miniera di Rossing in Namibia per estrarre quel quantitativo di uranio per larricchimento considerato si richiede lestrazione di 1.9-2.5 milioni di tonnellate di minerale e luso 115-150 000 tonnellate di acqua, altri calcoli concentrazione di uranio al 0.15% e rapporto waste/ore a 35 invece individuano, per un arricchimento al 3.5%, un fabbisogno di 6 milioni di tonnellate di minerale, luso di 16 500 tonnellate di acido solforico e 1 050 000 tonnellate di acqua.

Infine, per quanto riguarda il rendimento termodinamico, va evidenziato che le centrali nucleari hanno una efficienza di conversione del calore in energia elettrica media, per le relativamente medie temperature del vapore che producono. Infatti solo una parte variabile dal 30% al 35% della potenza termica, peraltro in linea con i rendimenti degli impianti termoelettrici a ciclo semplice meno recenti, sviluppata dai reattori è convertita in elettricità, per cui una centrale da 1000 MW elettrici MW e ha in genere una produzione di calore di 3000-3500 MW termici MW t; a titolo di confronto una centrale termoelettrica, come la Federico II a Brindisi, esprime un rendimento tra il 34.8% ed il 35.6%. Occorre considerare una centrale a ciclo combinato a metano per avere rendimenti superiori, fino al 60%. La grossa taglia media delle unità nucleari necessità di dissipare in atmosfera, in un fiume o in mare, enormi quantità di calore poco pregiato con un fabbisogno di acqua di raffreddamento veramente molto cospicuo; se per qualche motivo la portata dacqua al condensatore di raffreddamento del vapore fosse insufficiente, si dovrebbe ridurre la produzione di energia elettrica, alla stregua di un qualunque impianto termico, sia nucleare, o a biomasse o a solare termodinamico. Ad esempio in Francia il raffreddamento delle centrali elettriche nel 2006 ha assorbito 19.1 miliardi di m³ dacqua dolce, cioè il 57% dei prelievi totali dacqua del paese; una parte di questacqua, il 93%, viene restituita ai fiumi, mentre la quota consumata cioè utilizzata in torri evaporative ed emessa in atmosfera rappresenta il 4% 1.3 miliardi di m 3 di tutta lacqua consumata in Francia. A tale proposito si osserva che anche il sistema termoelettrico a carbone non è da meno.



                                     

2.3. Centrale nucleare a fissione Sicurezza

In alcune tipologie di reattori lacqua del ciclo di potenza dei generatori a turbina non ha alcun contatto con il reattore nucleare, e quindi è esente da qualsiasi forma di emissione radioattiva; in altre tipologie come ad esempio i reattori BWR o gli RBMK invece questa separazione non esiste.

In ogni caso, durante lesercizio, una centrale nucleare emette piccole dosi di radioattività sotto forma di effluenti sia liquidi che gassosi, in particolare trizio, isotopi del cesio, del cobalto, del ferro, del radio e dello stronzio; tali emissioni perdurano anche a distanza di decenni dalla chiusura degli impianti in quantità che vanno dalle migliaia alle centinaia di milioni di becquerel, ovvero intorno ai milliCurie.

Le centrali nucleari a fissione seguono oggi norme di sicurezza di livello molto elevato e condensano un bagaglio tecnologico molto avanzato. Le centrali nucleari a fissione sebbene siano tra gli impianti più controllati hanno dato luogo a numerosi incidenti di varia gravità, alcuni anche famosi come ad esempio quello di Černobyl, ma gli incidenti gravi hanno riguardato solo unità la cui progettazione è iniziata prima dellincidente di Three Mile Island, ovvero impianti di prima generazione. A tale proposito, il terremoto del Tōhoku del 2011 è stato un non desiderato banco di prova della evoluzione tecnologica dei reattori nucleari. Infatti sono stati coinvolti svariate centrali nucleari vicine, tra cui la Centrale nucleare di Fukushima Dai-ichi Dai-ichi sta per N.1 e la Centrale nucleare di Fukushima Dai-ni Dai-ni sta per N.2. Ebbene, tra i reattori funzionanti al momento del sisma, tutti quelli di prima generazione situati a Fukushima n.1, 3 unità sono stati danneggiati, mentre tutti quelli di seconda generazione Fukushima n.2, 4 unità hanno superato levento senza danni rilevanti e oggi potrebbero anche rientrare in servizio, e questo avendo lo stesso operatore, TEPCo.

Procedure e tecniche costruttive si sono affinate nel tempo anche al fine di contenere i rischi tipici di funzionamento, tali rischi, però, non potranno mai essere completamente annullati. Dal punto di vista tecnico, una centrale nucleare recente dispone di sistemi di protezione ad esempio contro la discesa del nocciolo e di verifica tali da poter mitigare, gli inconvenienti, almeno quelli prevedibili.

La IAEA ha stabilito una scala INES - International Nuclear Event Scale di gravità degli eventi possibili in una centrale nucleare o in altra installazione, che si articola nei seguenti 8 livelli:

  • 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. per laumento dei casi leucemici, in generale, nelle vicinanze di un impianto nucleare. Le prove per laumentato rischio di cancro è limitata ad una area non superiore ai 5 km, non cè quindi alcuna giustificazione per attribuire un fattore di rischio e calcolare gli ipotetici casi extra di cancro per distanze maggiori". Conclude dicendo: "Il motivo per cui si è riscontrato laumento della leucemia osservato dallo studio KiKK osservati nei bambini non è chiaro. Dal momento che la leucemia è causato da molteplici fattori, numerosi fattori contingenti avrebbe potuto essere responsabile dei risultati osservati. Sono quindi da compiere più esaustivi studi per cercare di dirimere le discordanze fra i vari studi".

    Nel 2010 gli scienziati tedeschi Ralf Kusmierz, Kristina Voigt e Hagen Scherb, dello HelmholtzZentrum di Monaco di Baviera Centro Tedesco di Ricerca per la Salute Ambientale, hanno pubblicato uno studio preliminare che si focalizza in particolare sulle radiazioni ionizzanti e sulla possibilità che inducano disparità nelle percentuali di nascita di maschi e femmine nelle vicinanze di impianti nucleari. Prendendo le mosse da studi similari preesistenti tra cui lo studio KiKK sullincidenza di tumori infantili vicino alle centrali nucleari e passando poi ad analizzare i registri ufficiali dei dati riguardanti i nuovi nati in Belgio, Svizzera e Germania, le coordinate geografiche dei centri abitati, quelle degli impianti nucleari ed i loro periodi di operatività, sono arrivati a conclusioni che riassumono così: "La disparità nella nascita di maschi e femmine è aumentata a livello globale dopo i test di esplosioni atomiche nellatmosfera, ed in Europa dopo il disastro di Černobyl; cè un aumento di tumori infantili nelle vicinanze delle centrali nucleari; la disparità nella nascita di maschi e femmine aumenta nei pressi di impianti nucleari in un modo che potrebbe essere associato al rilascio di radiazioni durante le operazioni di routine di tali impianti", rilevando poi la necessità di ulteriori studi al riguardo.

    In un commento sulla autorevole rivista Environmental Health è stata avanzata lipotesi che alcuni radionuclidi, quali il trizio, il carbonio-14, i gas nobili radioattivi come kripton, argon, xeno, normalmente rilasciati dagli impianti insieme al vapor acqueo, vengano incorporati nel suolo e nei vegetali e che quindi si ritrovino nella catena alimentare. Le donne gravide esposte a queste sostanze radioattive le trasmetterebbero ai feti con conseguente imprinting cellulare che indurrebbe tumori nelle prime fasi della vita. In effetti anche studi canadesi dimostrano che la concentrazione di trizio in frutta, verdura, carne, latte e uova è tanto più alta quanto più si è vicini allimpianto nucleare.

    Ad inizio 2011 uno studio effettuato dal Committee on Medical Aspects of Radiation in the Environment COMARE inglese ha analizzato i dati sui bambini fino a 5 anni residenti in un raggio di 10 chilometri delle centrali considerate, lo studio ha quindi dimostrato che i tassi di leucemie non sono diversi rispetto a un gruppo di controllo, cioè a un campione di bambini residenti lontano dalle centrali: "Non cè alcuna prova che indichi un aumento del rischio di leucemie e altri tumori nelle vicinanze delle centrali nucleari".

    Infine cè da osservare che non è stato fatto alcun confronto con gli effetti sulla salute delle centrali termoelettriche, che, a causa della taglia tipica delle centrali elettronucleari, sono la tecnologia e fonte alternativa più probabile, come avvenuto a Montalto di Castro, dove la Centrale elettronucleare Alto Lazio è stata rimpiazzata dalla centrale termoelettrica policombustibile Alessandro Volta.

                                     

2.4. Centrale nucleare a fissione Impatto ambientale in caso di incidente

Limpatto ambientale in caso di incidente grave in una centrale è una delle preoccupazioni che riguardano luso civile dellenergia nucleare. Non è tuttavia lunico impatto possibile: anche lestrazione, la purificazione e larricchimento delluranio comportano notevoli impatti ambientali, non solo dal punto di vista della semplice radioattività, ma anche in termini di consumo di risorse idriche ed energetiche nonché luso di sostanze chimiche fluoro, acido solforico per lattività di produzione del combustibile nucleare. Il trasporto e lo stoccaggio delle scorie nucleari comporta infine notevoli rischi potenziali.

Per quanto riguarda limpatto ambientale in caso di incidente, un criterio fondamentale di radioprotezione è che maggiore è la distanza dal sito dellincidente, minore è il rischio. Questo aspetto è stato tragicamente riscontrato con il Disastro di Černobyl del 1986: benché la nube radioattiva abbia percorso praticamente tutta lEuropa con gravi conseguenze, va rilevato che le aree circostanti la centrale sono tuttora inadatte alla permanenza umana fu evacuata unarea di circa 30 km di diametro, mentre così non è per il resto dEuropa.

Il motivo di questa differenza va ricercato nella tipologia di emissioni radioattive: gli elementi più pesanti ed a emivita lunga-lunghissima uranio, plutonio,… tendono infatti a ricadere nelle immediate vicinanze di un impianto severamente danneggiato. Viceversa elementi altamente radioattivi ma leggeri ed a vita relativamente breve-brevissima cesio, iodio ed in generale i prodotti di fissione tendono a "volare" più facilmente e quindi coprire ampie distanze. Il tempo di permanenza "in volo" permette tuttavia ad una quota di radioattività di decadere, per cui maggiore è la distanza dal sito incidentato minore sarà limpatto radioprotezionistico. Naturalmente anche le condizioni meteorologiche hanno una notevole importanza nel trasportare o far cadere al suolo gli elementi radioattivi. In considerazione di ciò, non è corretto affermare che la presenza di centrali nucleari oltreconfine Francia, Svizzera determini situazioni analoghe allavere impianti sul territorio italiano: in genere larea di maggior controllo in caso di incidente severo è stimata in 50–70 km dal sito, corretta in base alla situazione meteo.

                                     

2.5. Centrale nucleare a fissione Scorie

Il problema delle scorie radioattive è probabilmente il più critico per lindustria nucleare a fissione. Il procedimento di fissione nucleare produce materiali residui ad elevata radioattività che rimangono estremamente pericolosi per periodi lunghissimi fino a tempi dellordine del milione di anni. Si tratta di vari elementi radioattivi leggeri i prodotti di fissione e di combustibile esaurito uranio, plutonio ed altri radioelementi attinoidi pesanti che vengono estratti dal reattore. Questo materiale, emettendo delle radiazioni penetranti, è molto radiotossico e richiede dunque severe precauzioni nel trattamento e nello smaltimento. Ad oggi applicazioni pratiche di soluzioni realmente definitive non sono ancora state realizzate e collaudate dal tempo.

Un altro problema del combustibile nucleare esausto le scorie radioattive comunemente dette è che il decadimento radioattivo produce energia attraverso lemissione di raggi beta decadimento beta, e per questo è importante raffreddare le barre di combustibile nucleare dopo lo spegnimento di un reattore o quando diventano non più utilizzabili per produrre energia.

Nel caso della fusione nucleare, invece, la produzione di energia avviene senza emissioni di gas nocivi o gas serra, e con la produzione di minime quantità di trizio: un isotopo dellidrogeno con un tempo di dimezzamento di 12.33 anni la cui radioattività non supera la barriera della pelle umana, e che non è quindi pericoloso per luomo se non viene ingerito. In ogni caso, i tempi di dimezzamento della radioattività residua sarebbero confrontabili con la vita media della centrale decine danni.



                                     

2.6. Centrale nucleare a fissione Smantellamento

Lo smantellamento di una centrale richiede tempi estremamente lunghi e diverse volte superiori al tempo di costruzione e di funzionamento. Ad esempio l Autorità inglese per il decommissioning ritiene che per il reattore di Calder Hall a Sellafield in Gran Bretagna, chiuso nel 2003, i lavori potranno terminare allincirca nel 2115, cioè circa 160 anni dallinaugurazione, avvenuta negli anni cinquanta.

Naturalmente deve anche essere trovato un sito atto ad accogliere le scorie ed i materiali provenienti dallo smantellamento.

  • 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.
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    3. Energia nucleare e riscaldamento globale

    Lenergia nucleare è stata proposta al fine di ridurre le emissioni complessive di gas serra e mitigare così leffetto del riscaldamento globale. Favorevoli ad un utilizzo dellenergia nucleare a tale scopo si sono dichiarati, ad esempio, il chimico James Lovelock ambientalista inventore dellipotesi Gaia, il premio Nobel per la fisica Steven Chu a capo del Department of Energy statunitense sotto lamministrazione Obama e il cofondatore di Greenpeace Patrick Moore.

    Il documento The Energy Challenge del Department for Trade and Industry dipartimento del commercio e dellindustria del Regno Unito sostiene lopportunità del potenziamento dellenergia nucleare al fine di raggiungere gli obiettivi relativi alle emissioni di CO 2. Nel documento si asserisce peraltro che lemissione per kilowattora del processo produttivo dellenergia nucleare sia comparabile a quelle dellenergia eolica.

    LOxford Research Group, unorganizzazione non governativa indipendente con sede nel Regno Unito ha redatto nel 2007 un documento dedicato alla sicurezza dellenergia nucleare e alla sua relazione con il riscaldamento globale dal titolo Secure Energy? Civil Nuclear Power, Security and Global Warming, che contiene un esame critico della relazione del DTI. Il documento evidenzia come manchino, ad oggi, indagini e pubblicazioni scientifiche sufficientemente esaustive sulle emissioni del processo di produzione dellenergia nucleare, in cui sono coinvolti anche gas diversi dallanidride carbonica, ma che potrebbero contribuire in maniera molto più significativa alleffetto serra.

    Le emissioni di gas serra sono dovute prevalentemente alla fase di produzione del combustibile nucleare che coinvolge lestrazione e larricchimento delluranio e alla costruzione della centrale. La qualità del minerale di uranio estratto e il tempo di vita operativa della centrale risultano essere le due variabili principali nel determinare la quantità di emissioni. Sono stati pubblicati molti studi inerenti alle valutazioni, studi compiuti dalla IAEA, Vattenfall, Japan Central Research Institute of Electric Power Industry, Suitable Development Commission report, World Nuclear Association, Australian Nuclear Association, attribuiscono al nucleare dai 6 ai 26 g/kWh di anidride carbonica, mentre assegnano dai 5.5 ai 48 per leolico, dai 53 ai 280 per il fotovoltaico, dai 4 ai 236 per lenergia idroelettrica, dai 439 ai 680 per centrali termiche a ciclo combinato a gas e dai 860 ai 1200 g per le centrali a carbone. Altri documenti invece assegnano valori per il nucleare tra gli 84 e i 122 g/kWh contro i 755 per il carbone, i 385 per il gas e un intervallo tra gli 11 e i 37 per lenergia eolica. Il report dellOxford Research Group conclude che le emissioni derivanti da energia nucleare si attestano su valori intermedi tra quelli delle fonti fossili e quelli delle fonti rinnovabili, destinati ad aumentare nei prossimi decenni, e sottolinea la necessità di effettuare revisioni indipendenti sullargomento.

                                         

    4. Centrale nucleare a fusione

    Le centrali a fusione nucleare si basano su un principio differente: anziché scindere atomi pesanti mediante bombardamento con neutroni come avviene nella fissione, la fusione implica invece lunione di due atomi leggeri, generalmente trizio e deuterio, ottenendo dal processo una enorme quantità di energia termica, un nuovo nucleo più grande quale lelio e nucleoni. È lo stesso processo che ha luogo nel Sole e nelle bombe termonucleari o bombe allidrogeno, infatti deuterio e trizio sono isotopi dellidrogeno. Questo tipo di reattori è da anni allo studio di diversi gruppi di scienziati e tecnici, ma apparentemente ancora senza risultati apprezzabili in quanto, pur essendo riusciti ad avviare la reazione di fusione, a oggi non si è in grado di mantenerla stabile per tempi significativi. Attualmente si attende la realizzazione del progetto ITER, un impianto che vorrebbe dimostrare la possibilità di ottenere un bilancio energetico positivo ma senza produzione di energia elettrica. Un altro progetto è DEMO che prevede la realizzazione di una vera e propria centrale a fusione nucleare. Le stime attuali non prevedono lutilizzo effettivo di energia da fusione nucleare prima del 2050.

                                         

    4.1. Centrale nucleare a fusione Vantaggi e svantaggi

    Le centrali a fusione nucleare produrrebbero come principale tipo di scoria lelio, che è un gas inerte e non radioattivo, inoltre non userebbero sistemi a combustione e quindi non inquinerebbero latmosfera: di fatto non avrebbero emissioni di pericolosità rilevante, ad esclusione del trizio. In più dovrebbero essere in grado di generare grandi quantità di energia, superiori rispetto a quelle delle centrali a fissione odierne.

    Esistono vari meccanismi di fusione nucleare e il più facile da produrre artificialmente richiede lutilizzo di due isotopi pesanti dellidrogeno: deuterio e trizio. Il deuterio rappresenta una minima percentuale, un cinquemillesimo dellidrogeno in natura, e può essere convenientemente ottenuto ad esempio tramite elettrolisi dallacqua pesante. Il trizio, al contrario, essendo radioattivo ed avendo una vita media molto breve, non è presente sulla Terra; può essere prodotto con reazioni nucleari indotte tramite bombardamento neutronico di isotopi del litio. Inoltre, per le sue caratteristiche affini allidrogeno che possiede una forte capacità di trafilamento attraverso i contenitori, il trizio non può essere stoccato per lunghi periodi; deve essere prodotto sul momento sfruttando i neutroni prodotti dalle reazioni di fusione oppure da una centrale ausiliaria a fissione.

    Si può alimentare una reazione di fusione anche solo con atomi di deuterio, tuttavia il bilancio energetico, meno conveniente della reazione di fusione del trizio, ne rende molto più difficile lo sfruttamento ai fini della produzione di energia.

    La fusione richiede temperature di lavoro elevatissime, tanto elevate da non poter essere contenuta in nessun materiale esistente. Il plasma di fusione viene quindi trattenuto grazie allausilio di campi magnetici di intensità elevatissima, le alte temperature vengono raggiunte con vari metodi, come liniezione di neutri, radioonde e nella prima fase di riscaldamento con correnti indotte Effetto Joule. Il tutto rende il processo difficile tecnologicamente, dispendioso e complesso.

    Il problema delle scorie derivanti dallattivazione neutronica di parti degli edifici del reattore, dovrebbe essere ridotto: i tempi di decadimento della radioattività indotta nei suddetti materiali sarebbero comparabili con i tempi di vita delle centrali stesse. E benché le quantità di materiale attivato possano essere considerevoli, il problema del loro stoccaggio potrebbe essere più semplificato rispetto al caso delle centrali a fissione. Comunque sia, i risultati nel campo della ricerca di materiali a bassa attivazione, sono incoraggianti.

                                         

    5.1. Classificazione dei reattori nucleari Reattore nucleare a fissione

    Tutti questi reattori utilizzano generalmente uranio e/o plutonio; sono stati condotti alcuni studi ed avanzate proposte per luso del "ciclo del torio" su alcune tipologie di impianti.

    • Reattori moderati a grafite
    • Reattori nucleari di II generazione, versioni commerciali derivate di quelli di prima generazione. Sono gran parte dei reattori attualmente in funzione.
    • Reattori nucleari di I generazione: si tratta di piccoli reattori sperimentali o proto-commerciali degli anni quaranta-cinquanta, evoluti poi nella II generazione.
    • RBMK, classe sovietica raffreddata ad acqua bollente ormai obsoleta cui appartiene la centrale di Černobyl.
    • Magnox - reattori di origine britannica raffreddati a gas oggi obsoleti;
    • AGR Advanced gas-cooled reactor - evoluzione dei Magnox;
    • Reattori raffreddati e moderati ad acqua
    • VVER Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reactor, in cui vi sono due circuiti dacqua in serie, di origine russa.
    • PWR Pressurized Water Reactor, in cui vi sono due circuiti dacqua in serie categoria a cui appartiene la centrale di Three Mile Island; di origine americana.
    • CANDU Reattore ad acqua pesante pressurizzata di origine canadese.
    • BWR Boiling Water Reactor in cui il fluido che muove la turbina è in contatto diretto con gli elementi di combustibile; di origine americana.
    • AP1000, reattore pressurizzato avanzato, basato sul PWR statunitense.
    • VVER1000 e VVER1200 Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reactor, in cui vi sono due circuiti dacqua in serie, di origine russa.
    • ACR, Evoluzioni della filiera CANDU di origine canadese.
    • EPR, basato sul PWR europeo, è un reattore nel quale il raffreddamento e la moderazione vengono ottenuti grazie allacqua pressurizzata; di origine franco-tedesca.
    • ESBWR, Reattore Economico Semplificato ad Acqua Bollente, basato sul BWR.
    • Reattori nucleari di III generazione e di III+ generazione, introducono migliorie delle tipologie precedenti, ad esempio
    • ABWR o reattore nucleare avanzato ad acqua bollente, basato sul BWR.
    • Reattori nucleari di IV generazione: attualmente la dicitura si riferisce ufficialmente ad alcune proposte di un consorzio internazionale; introducono cambiamenti sostanziali nel processo tecnologico in fase di studio.

    Si fa presente che queste distinzioni sono state definite sostanzialmente a posteriori e che il confine fra una e laltra generazione non è sempre netto ed individuabile. Ad esempio alcune caratteristiche tipiche dei cosiddetti 4ª generazione sono già state sperimentate fin dagli anni quaranta con una accelerazione negli anni settanta, senza tuttavia far decollare la filiera a causa dei problemi riscontrati.

                                         

    5.2. Classificazione dei reattori nucleari Reattore nucleare a fusione

    Questi reattori dovrebbero usare come "combustibile" deuterio e trizio principi fisici applicati in fase di definizione teorica

    • Tokamak тороидальная камера с магнитными катушками o camera toroidale a bobine magnetiche
    • IGNITOR progetto italiano dellENEA.
    • ITER, DEMO e PROTO, progetti successivi dellUnione europea.
    • JET Joint European Torus, progetto principale dellUnione europea, su cui si basa ITER;