Le scorie nucleari si possono riciclare

23 Gennaio, 2024

Le scorie nucleari sono ciò che resta del combustibile fissile utilizzato per alimentare la centrale nucleare, una volta che non può più sostenere la fissione in maniera efficiente.

Il processo di fissione genera rifiuti che rimangono radioattivi per migliaia di anni, a meno che, non si riciclino.

La tecnologia per riciclare le scorie nucleari esiste già da molto tempo e consente di ottenere moltissimi vantaggi che ti riportiamo in questo articolo.

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indice

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Cosa sono le scorie nucleari?

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Come si smaltiscono le scorie nucleari?

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Il riciclo delle scorie nucleari

Cosa sono le scorie nucleari?

Il ciclo di vita delle scorie

La materia prima che costituisce il combustibile delle centrali nucleari è l’uranio, che naturalmente si trova suddiviso in 2 isotopi:

  • Uranio-238: 99,3%
  • Uranio-235: 0,7%

Quello utile per la fissione è il 235 che essendo poco, passa per un processo chiamato “arricchimento” volto ad aumentarne la percentuale.

Fatto questo, l’uranio viene ridotto in pellet grandi come una falange, impilati a formare delle barre che vengono messe nel reattore della centrale.

La fissione brucia U-235 e produce enorme calore e altri materiali “di scarto” molto radioattivi come il plutonio. Quando gli scarti arrivano ad una percentuale soglia, non consentono più la fissione in maniera efficiente. Le barre vengono quindi rimosse dal reattore e nascono così le scorie nucleari.

l'uranio arricchito viene ridotto in pellet e impilato in barre

Radioactive waste management and repository research – Società Italiana di Fisica

Classificazione delle scorie nucleari

Le scorie nucleari si classificano in base alla loro radioattività:

  • Bassa: sono scorie che emettono talmente poche radiazioni, da non aver bisogno di particolari attenzioni nel maneggiare e trasportare. Prodotte a vari stadi del ciclo di vita, ad esempio durante l’arricchimento dell’uranio, costituiscono il 90% del volume degli scarti, ma l’1% delle radiazioni.
  • Intermedia: emette più radiazioni della categoria precedente, ma non sufficienti da produrre un calore tale da tenerlo in considerazione nella progettazione delle strutture di contenimento. Le strutture pertanto sono schermate ma non hanno meccanismi di raffreddamento. Costituiscono il 7% del volume totale degli scarti e il 4% delle radiazioni
  • Alta: questa è la roba malvagia e sono tutti i prodotti “di scarto” generati durante la fissione. Le radiazioni emesse sono tali da surriscaldare molto la temperatura dell’ambiente circostante. Il contenimento deve prevedere sia raffreddamento che schermatura. Costituiscono il 3% del volume totale di scorie prodotte, ma il 95% delle radiazioni
confronto tra volume e radiazioni emesse dalle scorie nucleari

Che aspetto hanno le scorie nucleari?

Il primo mito da sfatare è che le scorie nucleari non sono affatto liquide, ma solide.

Secondo mito da sfatare, non sono affatta verde fluo, ma color pietra, cemento. Probabilmente questa credenza ha radici nel fatto che, tempo fa, il radio veniva utilizzato per rendere luminose al buio le lancette degli orologi. In commercio, se ne potrebbe trovare ancora qualcuno, nel mercato del vintage, che emette radiazioni.

scorie nucleari solide
sezione di un contenitore di scorie nucleari vetrificate

What radioactive waste actually looks like – Nuclear Decommissioning Authority

Come si smaltiscono le scorie nucleari?

Ci concentriamo, da qui in avanti, sullo smaltimento delle scorie nucleari ad alta attività, la roba cattiva, che avviene in 2 fasi:

  • Intermedio
  • Finale/definitivo

Smaltimento intermedio

Le scorie nucleari pericolose sono tutte quelle che derivano dalla fissione all’interno del reattore e si vanno ad accumulare sulle barre di uranio.

Quando le barre lasciano il reattore perchè questi materiali di scarto non rendono più la fissione molto efficiente, emettono radiazioni e calore enormi.

Di conseguenza vengono immerse in piscine, così che l’acqua, oltre a raffreddare, aiuti anche a schermare dalle radiazioni.

conservazione intermedia delle scorie nucleari in piscine

Le scorie nucleari restano in queste piscine enormi per degli anni, almeno 5, raffreddandosi. A quel punto vengono inserite in contenitori chiamati MPC (Multi Purpose Canister) e stoccati

stoccaggio delle scorie nucleari nei MPC

Smaltimento definitivo

Visto che stiamo parlando di scorie nucleari che contengono la roba malvagia, molto radioattiva, uno smalitmento definitivo deve prevedere l’identificazione di un sito che schermi, raffreddi e tenga il tutto sicuro e contenuto per decine di migliaia di anni.

Se ci pensi bene qui si tratta di un qualcosa che deve restare integro per un tempo 5 volte maggiore degli anni del Colosseo.

Al momento comunque non esiste nessun sito funzionante, nel mondo, per la conservazione indefinita delle scorie.

Riciclare le scorie nucleari

Partiamo da una considerazione: quando leviamo le barre di uranio dal reattore, c’è ancora una buona percentuale (a dipendere dai casi ma può anche arrivare al 30%) di U-235 da utilizzare.

Le scorie nucleari pertanto contengono ancora del materiale buono per la fissione.

composizione delle scorie nucleari uscite dal reattore

Radioactive waste management and repository research – Società Italiana di Fisica

Mumble

“Davide scusa, ma allora perchè le leviamo se ci sta ancora carburante da usare?”

Perchè nel frattempo, durante la fissione, si sono creati altri elementi, come il plutonio e altra robaccia, che rendono la reazione inefficiente.

Mumble

“Davide scusa, ma allora non basterebbe levare dalle scorie gli elementi di scarto per continuare ad usare le barre?”

La tecnologia

Esattamente, ed è il principio che mosse Fermi, dopo il progetto Manhattan, a teorizzare un impianto che riciclasse continuamente quello che porduceva per usarlo tutto, fino all’ultima parte.

Fu creato un impianto di prova che si avviò nel 1961 e restò attivo fino agli anni 90 per provare il funzionamento. Si chiama Experimental Breeding Reactor (EBR) o Fast Reactor.

Questa tecnologia ha dimostrato, nei suoi anni di test e attività, di:

  • riciclare le scorie nucleari per utilizzare tutto l’U-235.
  • usare il super abbondante U-238 per produrre plutonio, altrimenti scartato o inutilizzato, da usare come ulteriore combustibile. Questa tecnologia riuscì a produrre plutonio ALMENO alla stessa velocità con la quale bruciava uranio
  • essere in grado di autoregolare la propria temperatura rendendo un meltdown impossibile

Perchè riciclare le scorie nucleari?

I benefici dati dal riciclo delle scorie nucleari sono incredibili ed eccotene alcuni:

  • Minimizzare gli sprechi usando tutto l’U-235 possibile
  • Il combustibile, usandolo tutto, dura più tempo. Questo implica meno scavi per approvvigionarne di nuovo
  • Usare anche i materiali considerati di scarto, come il plutonio autonomamente prodotto durante la fissione, allunga ulteriormente il ciclo di vita del combustibile
  • Riciclare le scorie nucleari abbatte il tempo di decadimento delle scorie significativamente, consentendo uno stoccaggio che non debba essere di migliaia di anni

Conclusioni

Si stima che solo negli USA, che al momento non riciclano, utilizzando le scorie nucleari già prodotte per alimentare questi nuovi impianti, si potrebbe dare energia al paese per 100/150 anni. Questo vuol dire che gli USA non avrebbero bisogno di Uranio per il prossimo secolo.

Visto che i Fast Reactor riciclano e si autoproducono il loro combustibile, il tempo di durata dell’uranio aumenta. Considerando le scorte di Uranio presenti sulla terra, tutt’altro che esigue, avremmo energia senza emissione di gas serra per MIGLIAIA di anni (i numeri discordano parecchio, ma tutti quelli in cui mi sono imbattuto nelle mie ricerche puntano alle migliaia con qualche eccezione nelle centinaia).

Serve altro?

Davide

BIBLIO

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