Fusione del nocciolo

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"Fusione del nocciolo"

Fusione del nocciolo


 

Il peggior incidente che può accadere in una centrale nucleare è la fusione del nocciolo. Evenienza che fino al recente incidente di Fukushima in Giappone si era verificata solo altre due volte nell’intera storia del nucleare per scopi pacifici. La prima volta è accaduto nel 1979 nella centrale di Three Mile Island Pennsylvania USA . La seconda nel 1986 nella centrale V. I. Lenin di Cernobyl Ucraina all’epoca ancora appartenente all’ex Unione delle Repubbliche Socialiste Sovietiche. Nell’articolo proveremo a spiegare col necessario rigore, ma nella maniera più semplice possibile, cosa significa un tale evento e quali sono le possibili conseguenze ad esso connesse.

Cosa è una centrale nucleare e come funziona.

Una centrale nucleare serve a produrre energia elettrica e per fare ciò si serve di turbine a vapore e di alternatori proprio come una comune centrale termica. La differenza sta nella maniera in cui viene generato il vapore. In una centrale termica il vapore viene ottenuto col calore prodotto da una comune reazione di combustione: gas, petrolio o carbone bruciato. In una centrale nucleare il calore si ottiene con una reazione di fissione nucleare. In una tale reazione un nucleo di un elemento pesante come Uranio235 o Plutonio 239 viene bombardato con neutroni e si frammenta in elementi più leggeri liberando energia.

Un reattore nucleare a fissione è perciò un complesso impianto ingegneristico capace di gestire in maniera controllata e il più possibile sicura tale reazione. E conseguentemente è quella parte della centrale nucleare che produce l’energia/calore necessario a generare vapore che azionerà le turbine.

Come è fatto un reattore nucleare.

Consideriamo più da vicino come è fatto un reattore nucleare. La descrizione che daremo sarà ovviamente sommaria e vuole essere soltanto uno schema principio che consenta di comprendere come funziona un tale apparato.

Il combustibile nucleare (miscela di U 235 ed U 238 arricchita al 5% in U 235)è racchiuso in barre di metallo e costituisce il nocciolo o nucleo del reattore. Intorno al nocciolo vi è il moderatore che è un particolare composto in grado rallentare i neutroni prodotti dalla reazione di fissione in maniera che aumenti la probabilità che essi compiano altre fissioni di nuovi nuclei di uranio. La fissione di ogni nucleo di uranio produce energia che è quella posseduta dai frammenti in cui si suddivide il nucleo di partenza dopo l’impatto col neutrone. I frammenti rallentano nella barra del combustibile e generano calore riscaldando la barra stessa. Il calore sviluppato viene asportato da un fluido refrigerante che è forzato in circolo da un sistema di pompe. Nella realizzazione pratica il refrigerante può essere costituito da diversi elementi. In talune categorie di reattori è comune acqua. E in tale caso (reattori ad acqua leggera) il refrigerante stesso ossia l’acqua è anche il moderatore. L’acqua calda che si allontana dal nucleo viene inviata in uno scambiatore dove cede la sua energia e raffreddata viene poi ricondotta al nucleo. Per impedire che la reazione diventi critica ossia che si generi una eccessiva quantità di energia che può mettere a repentaglio l’integrità dell’impianto e condurre alla fusione del nocciolo e per poter modulare l’energia prodotta in funzione di quella richiesta dagli utilizzatori o ancora per poter arrestare la reazione nel caso si voglia fermare l’impianto, vengono impiegate barre metalliche dette di controllo. Queste sono introdotte più o meno in profondità nel nocciolo e hanno la proprietà di assorbire i neutroni e perciò rallentare la reazione fino al completo spegnimento. Dette barre sono in generale costituite da leghe di argento, carburi di boro, etc. L’intera struttura è racchiusa poi in uno spesso contenitore di acciaio che a sua volta è contenuto in uno sarcofago di calcestruzzo per impedire che incidenti possano disperdere materiale radioattivo nell’ambiente circostante. L’impianto è dotato di un gran numero di dispositivi di sicurezza volti a scongiurare il grave problema accennato all’inizio della fusione del nocciolo.

I possibili incidenti.

Chiariamo che anche nel malaugurato caso di fusione ciò non implica una esplosione nucleare sul tipo della bomba atomica ma semplicemente la fusione delle barre metalliche che contengono il combustibile nucleare e della raccolta di quest’ultimo in maniera informe all’interno del vessel di acciaio di contenimento dove deve rimanere confinato per migliaia di anni perché fortemente radioattivo.

Nonostante i vari sistemi di sicurezza sul ricircolo del refrigerante essenziale per mantenere il nucleo a temperature di sicurezza, ed un dispositivo automatizzato di inserzione delle barre di controllo in caso di temperatura che raggiungono livelli di guardia, in ben diverse situazioni si è giunti a tale condizioni.

Come già accennato la fusione in se potrebbe essere un problema grave ma comunque contenuto nei limiti della struttura se però non fosse accompagnato da una serie di problemi contingenti che rendono l’evento catastrofico.

L’aumento spropositato di temperature che precede la fusione delle barre di combustibile crea un gran sviluppo di gas tra cui idrogeno che fanno aumentare enormemente la pressione all’interno del contenitore del reattore.

Pressione che va necessariamente allentata facendo fuoriuscire i gas per evitare il rischio di una esplosione che potrebbe distruggere la scotolatura.

Ma l’idrogeno contenuto nei gas a contatto con l’aria si incendia ed esplode. Tutti questi eventi possono provocare crepe nel sarcofago e riversare all’esterno gas e materiali radioattivi. 

Approfondimenti su: Fusione del nocciolo in energia Nucleare.

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