Lezione 11/2015 - Energia Nucleare. Attualità e Prospettive. Parte 2

La propulsione nucleare viene utilizzata quasi esclusivamente per usi
militari. Le eccezioni sono alcuni rompighiaccio russi (9, di cui 6 in funzione)
e pochissimi mercantili (4, di cui 1 in funzione).
Fra le imbarcazioni militari spiccano le portaerei (gli USA ne hanno
attualmente 11) e i sommergibili (gli USA ne hanno attualmente 71);
NAVI A PROPULSIONE
NUCLEARE
Gli incrociatori (navi da battaglia) sono molto meno numerosi: gli USA ne
hanno realizzati 9 (attualmente tutti fuori servizio) mentre la Russia ne ha
in servizio 4.
I reattori utilizzati sono in genere progettati in modo da poter funzionare
per tempi molto lunghi (anche molti anni) senza bisogno di sostituire le
barre di combustibile. Questo risultato viene raggiunto utilizzando uranio
fortemente arricchito (da 20% a 93%); il combustibile non è UO2 ma una
lega U-Zr. La vita utile del combustibile viene aumentata mediante l’utilizzo
di un “burnable neutron poison” (per esempio un composto di boro o di
gadolinio) che assorbe efficacemente i neutroni con formazione di nuclidi
poco assorbenti. A mano a mano che si accumulano prodotti di fissione in
grado di assorbire neutroni l’efficacia del “burnable poison” diminuisce, con
l’effetto di mantenere il flusso di neutroni più o meno costante.
Per curiosità
Nautilus
È stato il primo sommergibile nucleare. È rimasto in servizio dal 1954 al
1979. Attualmente è esposto al pubblico a New London (Connecticut)
Il 3 agosto 1958 ha raggiunto il Polo Nord con una navigazione di 2940
km sotto i ghiacci.
La Russia ha in programma la realizzazione di impianti nucleari galleggianti,
destinati alla produzione di energia elettrica o di calore ed eventualmente
alla dissalazione dell’acqua di mare. Si tratta di imbarcazioni con una stazza
di 21 500 tonnellate dotate di due reattori (derivati da reattori per uso
navale) in grado di fornire una potenza elettrica di 70 MW o una potenza
termica di 300 MW. L’utilizzo dovrebbe avvenire principalmente nelle zone
artiche, ma una quindicina di paesi, fra cui la Cina, l’Indonesia, la Malaysia e
l’Argentina, avrebbero dimostrato un certo interesse alla possibilità di
affittare questi impianti. Una unità di questo tipo è già in costruzione.
Sono state avanzate
riserve sulla pericolosità di
questo tipo di centrali, ma
dopo l’incidente di
Fukushima è stato
osservato che impianti
nucleari galleggianti
sarebbero molto più sicuri
dal punto di vista sismico di
impianti collocati a terra.
Il Nautilus di J. Verne
Disponibilità di torio e di uranio
Abbondanza (ppm)
Riserve (Gt)
IL CICLO DEL COMBUSTIBILE
PRODUZIONE E ARRICCHIMENTO
DELL’URANIO
U
Th
1.7 – 2.6
6.5 – 10.0
5.4 (<130 $/kg)
1.9 - 2.8
6.3 (<260 $/kg)
Risorse (Gt)
10.4
(?)
I dati relativi al torio sono molto più incerti di quelli relativi all’uranio, dato
che l’interesse per l’impiego del torio è attualmente molto modesto.
La quantità di uranio disponibile a un prezzo confrontabile con quello attuale
garantisce, secondo la Word Nuclear Association, circa 80 anni di
funzionamento dei reattori convenzionali, ai ritmi di consumo attuali.
Il ricorso ai reattori autofertilizzanti, che trasformano 238U in 329Pu (fissile) e
232Th in 233U (fissile), estenderebbe la disponibilità a parecchi secoli. Infatti
nel primo caso la quantità di energia producibile aumenta di due ordini di
grandezza; nel secondo si usa una materia prima che, nonostante la grande
incertezza nei dati disponibili, potrebbe essere significativamente più
abbondante.
1
Il prezzo dell’uranio
prezzo in $ / lb (U3O8)
110 $ / kg (U) (aprile 2013)
30.75 $ / lb (U3O8) Æ 58 € / kg (U) (maggio 2014)
39.39 $ / lb (U3O8) Æ 97.6 € / kg (U) (marzo 2015)
Reasonably assured resources = Riserve
Arricchimento dell’uranio
(16%)
(in rosso valori 2007)
La tecnologia più largamente utilizzata per l’arricchimento consiste
nella separazione di 235UF6 da 238UF6 mediante centrifugazione
(21%)
(23%)
produzione 2009: 50572 t
Produzione di esafluoruro di uranio
Rappresentazione (molto schematica)
di una centrifuga per l’arricchimento dell’uranio
U3O8 (yellowcake) + acido nitrico --> UO2(NO3)2 (nitrato di uranile)
UO2(NO3)2 + ammoniaca
--> (NH4)2U2O7 (diuranato di ammonio, ADU)
(NH4)2U2O7 + idrogeno
--> UO2
UO2 + acido fluoridrico
--> UF4
UF4 + fluoro
--> UF6 (solido, sublima a 56.5 oC)
massa molecolare di 235UF6:
349.03
massa molecolare di 238UF6:
352.04
differenza: 0.86%
Caratteristiche di una
centrifuga di ultima
generazione
lunghezza del rotore:
12 m
diametro del rotore:
60 cm
velocità di rotazione:
480 giri/s
velocità periferica:
900 m/s
2
L’URANIO IMPOVERITO
L’uranio impoverito è un ovvio sottoprodotto del processo di arricchimento, con
valore medio della concentrazione di 235U di circa 0.025%.
Altro uranio impoverito può (o potrebbe) essere ricavato dal ritrattamento del
combustibile nucleare “esaurito”.
La quantità di uranio impoverito immagazzinata globalmente è stimata a 1.2 Mt.
La maggior parte dell’uranio impoverito (negli Stati Uniti circa 700 kt) viene
conservato come esafluoruro in grossi recipienti di acciaio sotto pressione.
La conservazione a lungo termine dei recipienti presenta seri problemi. In
caso di rottura, UF6 reagisce con l’umidità dell’aria con produzione di UO2F2 e
HF, entrambi tossici e corrosivi. Negli Stati Uniti si sono avuti vari incidenti
dovuti a perdite di UF6; il più grave, nel 1986, ha provocato un morto e
numerosi casi di intossicazione.
Usi dell’uranio impoverito
L’uranio impoverito potrebbe essere utilizzato come combustibile nucleare,
dopo ulteriore arricchimento o direttamente come tale (in reattori del
tipo CANDU). Dato l’attuale basso costo dell’uranio naturale questo tipo di
impiego appare poco conveniente.
Gli impieghi effettivi sono tutti legati all’elevata densità del metallo (1.7
volte quella del piombo)
Impieghi in campo civile:
- Come contrappeso negli aerei
- Come schermo per radiazioni (medicina nucleare, radiografia industriale,
contenitori per il trasporto di materiali radioattivi)
La radioattività dell’uranio impoverito è leggermente inferiore a quella
dell’uranio naturale (-4.6%); le proprietà chimiche e tossicologiche sono
ovviamente le stesse.
L’impiego militare di uranio impoverito ha dato luogo a
considerevoli controversie. I proiettili perforanti si
frantumano dando luogo alla formazione di una polvere
piroforica e quindi ad un aerosol di ossidi di uranio, che
produce un certo livello di inquinamento ambientale.
Se inalato, questo aerosol può accumularsi nei polmoni; la
tossicità chimica è bassa, ma si possono avere dei danni
legati all’irraggiamento locale.
È stata affermata l’esistenza di vari tipi di effetti nocivi
(leucemia, effetti genetici e neurologici), sia per i militari
che hanno utilizzato questo tipo di munizioni sia per le
popolazioni civili esposte.
Proiettile perforante
USA (Armor Piercing
Incendiary)
La parte in bianco è
costituita da una lega
di uranio impoverito
Tuttavia, secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità,
non sono stati riportati in modo attendibile rischi di
effetti riproduttivi, sullo sviluppo o cancerogenici
sull’uomo dovuti all’esposizione all’uranio impoverito.
Impieghi in campo militare:
- Corazze
- Proiettili, in particolare proiettili perforanti (utilizzati contro carri
armati)
IL CICLO DEL COMBUSTIBILE
GESTIONE DEI RIFIUTI
Secondo una notizia di fonte non verificata (2011), nei
militari italiani che hanno prestato servizio nei Balcani è
stata riscontrata un’incidenza inferiore alle attese
statistiche per tutti i tipi di cancro.
3
Rifiuti radioattivi
Rifiuti operativi (dell’ordine di ca. 75 m3 / anno per reattore)
low level: materiale e attrezzi usati, ecc.
intermediare level: resine a scambio ionico utilizzate per
la depurazione dell’acqua di processo, ecc.
Rifiuti high-level (dell’ordine di ca. 20-30 t / anno per reattore)
Il problema principale riguarda il combustibile esaurito (il problema dei
rifiuti da smantellamento viene in genere accantonato!).
Il combustibile esaurito contiene, oltre ai prodotti di fissione, il plutonio239 formato per cattura di neutroni a partire dall’uranio-238 e altri
attinidi (plutonio-240, americio-241, americio-243, curio-245, curio-246,
californio-249, ecc.).
La maggior parte dei prodotti di fissione hanno tempi di dimezzamento
abbastanza brevi, mentre gli attinidi sono i principali responsabili della
radiotossicità e della produzione di calore nel combustibile esaurito nel
medio termine (300 – 20 000 anni).
il combustibile esaurito
Rifiuti di smantellamento (decommissioning)
materiali resi radioattivi dall’irraggiamento. In
particolare il contenitore a pressione del reattore
Produzione di attinidi
in un reattore moderato ad acqua leggera
Caratteristiche dei prodotti di fissione
nuclidi a vita media
nuclidi a vita lunga
Esistono due possibilità:
Il combustibile esaurito è fortemente radioattivo e viene in
un primo tempo conservato sott’acqua in modo da garantire
il raffreddamento.
- riprocessamento del combustibile esaurito con recupero
dell’uranio e del plutonio
- stoccaggio del combustibile esaurito come tale
La radioattività si riduce del 99.9% nell’arco di 40 anni;
secondo le stime dell’Agenzia per la protezione
dell’ambiente USA (EPA) il materiale non è più pericoloso
per l’uomo e per l’ambiente dopo 10 000 anni.
La seconda possibilità, che viene considerata nettamente
più conveniente dal punto di vista economico, è quella più
largamente adottata, anche se il problema dello stoccaggio
definitivo è tutt’altro che risolto.
Gli Stati Uniti hanno accumulato oltre 50 000 tonnellate
(circa 37 000 m3) di combustibile esaurito da reattori
nucleari civili (escludendo il materiale di origine militare)
(dato 2007).
Il riprocessamento viene attualmente condotto in Gran
Bretagna, Francia, Russia, Cina, India, Pakistan e Giappone.
4
Deposito “geologico” di Yucca Mountain (Nevada)
Deposito “geologico” di Yucca Mountain (Nevada)
- l’idea di un deposito “geologico” nasce nel 1957
- gli studi sono iniziati nel 1978 e si sono
focalizzati sul sito di Yucca Mountain nel 1987
- il progetto è stato approvato per legge nel 2002
- l’inizio dell’attività era previsto per il 2017
- nel bilancio federale del 2011 i fondi sono stati
tagliati
- i costi per gli indennizzi per le inadempienze
contrattuali, inizialmente previsti in 11 G$,
sono stati stimati nel 2013 in 21 G$
tunnel principale lungo 8 km, largo 7.6 m
era prevista la realizzazione di 65 km di tunnel secondari (meno
ampi) in gradi di alloggiare 77 000 t di scorie
era anche in progetto un raddoppio della capacità a 135 000 t
Deposito per rifiuti operativi (Olkiluoto, Finlandia)
(in funzione dal 1992)
visita turistica
al Portale Nord
- è possibile che il progetto venga nuovamente
finanziato nel 2015 ad opera della maggioranza
repubblicana nel Congresso
Deposito finale per combustibile esaurito (Eurajoki, Finlandia)
(progetto avviato nel 2004)
Il deposito è collocato nel basamento (bedrock) a ca. 400 m di profondità
Riprocessamento
Il riprocessamento può portare all’eliminazione degli attinidi
e al recupero della maggior parte dell’uranio residuo e del
plutonio prodotto, che possono essere riutilizzati per la
produzione di combustibile MOX (mixed oxide fuel).
Ovviamente, il plutonio può essere utilizzato per la produzione di bombe nucleari.
Il volume dei rifiuti può essere ridotto a meno del 10% del
volume originale.
Contenitore per l’immagazzinamento definitivo del combustibile
esaurito
Si tratta comunque di una tecnologia di difficile applicazione:
anche la Francia, che viene considerata all’avanguardia in
questo campo, riprocessa attualmente (secondo una notizia
non confermata) meno del 30% del combustibile esaurito
prodotto annualmente.
Realizzato in ghisa nodulare e ricoperto da uno strato di 5 cm di rame
5
Processo PUREX
Impianti di riprocessamento
Secondo i dati riportati dalla World Nuclear Association gli impianti di
riprocessamento attualmente in funzione sono 10 (mancano i dati
riguardanti Cina e Pakistan).
Capacità (t/anno)
Francia, La Hague
1700
UK, Sellafield (2 impianti)
2100
Russia, Ozersk (Mayak)
400
Giappone, Rokkasho e Tokai
840 (?)
India (4 impianti)
330
Totale
5370
Si deve osservare che i dati sulle quantità effettivamente trattate non
vengono riportati!
È il principale metodo per
il recupero di uranio e
plutonio dal combustibile
nucleare esaurito
(Plutonium and Uranium
Recovery by Extraction).
Il combustibile esaurito
viene sciolto in acido
nitrico e il plutonio e
l’uranio vengono estratti
in un solvente organico
come complessi con
tributilfosfato
MO2(NO3)2.2TBP. Il
plutonio viene ridotto allo
stato di ossidazione +3 e
retroestratto con acqua;
successivamente l’uranio
viene retroestratto con
acido nitrico diluito.
Unità di misura
Ricordiamo che la radioattività di un materiale si misura in
becquerel (Bq):
1 Bq
1 disintegrazione al secondo
oppure in curie (Ci)
ESPOSIZIONE ALLE
RADIAZIONI
1 Ci = 3.7 x 1010 Bq
La dose assorbita è misurata dalla quantità di energia trasmessa
dalla radiazione al materiale assorbente e si misura in gray (Gy)
1 Gy = 1 J/kg
Un’altra unità di misura, non più ufficiale ma ancora largamente
usata, è il rad
1 rad = 0.01 Gy
Gli effetti biologici della radiazione assorbita si misurano in
sievert (Sv)
La dose in sievert si ottiene moltiplicando la dose in gray per un
fattore di peso W il cui valore dipende dal tipo di radiazione:
W
Tipo di radiazione
radiaz. elettromagnetica (raggi X e γ)
1
elettroni (raggi β)
1
protoni
2
particelle α, ioni pesanti
20
neutroni
da 1 a 30
Un’altra unità di misura non più ufficiale ma ancora largamente
utilizzata è il rem (Roentgen equivalent man)
1 rem = 0.01 Sv
Effetti della radiazione assorbita
Effetti acuti (dose ricevuta in un giorno)
• 0 – 0.25 Sv: nessuno
• 0.25 – 1 Sv: nausea e perdita di appetito; danni al midollo osseo,
ai linfonodi, alla milza.
• 1 – 3 Sv: nausea da lieve a grave; perdita di appetito; infezioni;
danni gravi al midollo osseo, ai linfonodi, alla milza; guarigione
probabile ma non sicura.
• 3 – 6 Sv: nausea grave; perdita di appetito; emorragie; infezioni;
diarrea; esquamazione della pelle; sterilità; morte in assenza di
trattamento adeguato.
• 6 – 10 Sv: gli stessi sintomi, più danni al sistema nervoso
centrale; morte.
• oltre 10 Sv: morte.
6
Dose di radiazione assorbita da varie fonti
Esposizione professionale a radiazioni
(in mSv / anno)
radiazione cosmica al livello del mare
radiazione cosmica a quota 1000 m
dal suolo
da un impianto nucleare (entro 50 miglia)
da un impianto termoelettrico (c.s.)
da radioisotopi presenti nell’organismo
dal radon atmosferico
10 sigarette al giorno
(in mSv / anno)
0.26
0.35
0.15 – 0.60
0.0001
0.0003
0.40
2.28 (?)
0.18
estrazione dell’uranio
metallurgia dell’uranio
arricchimento dell’uranio
addetti a un reattore
riprocessamento dell’uranio
4.5
3.3
0.1
1.4
1.5
0.005 / ora
0.00002
radiologi
dentisti
addetti a medicina nucleare
addetti a radioterapia
0.5
0.06
0.8
0.6
(in mSv)
volo aereo
esame a raggi X in aeroporto
radiografie
torace
rachide
intestino
mammografia
tomografie
addome
rachide
angiografia coronarie
0.10
0.15
8.0
0.42
15
6
16
piloti e personale di bordo aerei civili
3.0
estrazione di carbone
estrazione di metalli
0.7
2.7
Radioattività dei radioisotopi
contenuti nell’organismo
Limiti di legge
La materia è regolamentata dalla Direttiva comunitaria n.
29 del 1996 “che stabilisce le norme fondamentali di
sicurezza relative alla protezione sanitaria della
popolazione e dei lavoratori contro i pericoli derivanti
dalle radiazioni ionizzanti”.
Il limite di esposizione della popolazione in generale è
fissato a 1 mSv / anno; per i lavoratori esposti
professionalmente il limite è di 100 mSv nell’arco di 5
anni consecutivi, con un massimo di 50 mSv / anno.
La dose assorbita è di 0.40 mSv / anno
International Nuclear and Radiological Event Scale
(INES)
È stata introdotta nel 1990 dall’IAEA (International Atomic Energy
Agency) e classifica gli incidenti nucleari e radiologici su sette livelli,
ciascuno dei quali riguarda incidenti approssimativamente 10 volte più gravi
di quelli del livello precedente
INCIDENTI NUCLEARI
Incidente
Guasto
7
La scala INES
Livello 7, incidente catastrofico
Rilascio all'esterno di materiale radioattivo in quantità radiologicamente equivalente a più di 10 PBq di iodio-131. Effetti acuti sulla
salute della popolazione e conseguenze gravi sull’ambiente.
Livello 6, incidente grave
Rilascio all'esterno di materiale radioattivo, in quantità radiologicamente equivalente a valori 1 - 10 PBq di iodio-131. Necessità di
adeguate contromisure per limitare gravi effetti sulla salute della
popolazione.
Livello 5, incidente con possibili conseguenze all'esterno
dell'impianto
Rilascio all'esterno di materiale radioattivo, in quantità radiologicamente equivalente a 100 – 1000 TBq di iodio-131. Necessità di
contromisure. Danni gravi al nocciolo del reattore o alle barriere
protettive.
Iodio-131
Viene prodotto in quantità significative dalla fissione
dell’uranio e del plutonio (quasi il 3% in massa dei prodotti di
fissione).
Livello 4, incidente senza conseguenze significative all'esterno
dell'impianto
Incidente con impatto esterno minore. Danni significativi al nocciolo
del reattore o alle barriere protettive. Esposizione di un lavoratore
dell'impianto con conseguenze fatali.
Livello 3, guasto grave
Evento con impatto esterno molto lieve. Grave contaminazione
all'interno dell'impianto e/o conseguenze acute sulla salute dei
lavoratori dell'impianto
Livello 2, guasto
Evento senza impatto esterno. Significativa contaminazione all'interno
dell'impianto e/o sovraesposizione dei lavoratori dell'impianto
Livello 1, anomalia
Anomalia che supera i livelli di sicurezza del normale regime operativo.
Livello 0, deviazione
Evento senza conseguenze sulla sicurezza.
Cesio-137
Emissione beta e gamma
Emivita: 8.02 giorni.
Emette radiazioni beta energetiche (energia media 190 keV)
in grado di penetrare nei tessuti per 0.6-2 mm.
Si accumula nella tiroide producendo danni che possono, in
seguito, provocare l’insorgenza di un carcinoma. Il rischio
diminuisce al crescere dell’età al momento dell’esposizione;
nella maggior parte dei casi questo tipo di carcinoma può
essere curato con successo (sopravvivenza a 5 anni 96-97%).
I danni alla tiroide possono essere prevenuti mediante la
somministrazione di quantità adeguate di iodio (come ioduro
di potassio).
Meccanismi di esposizione a radiazioni
in caso di incidente
Emivita: 30.17 anni
Comportamento biologico (ovviamente) simile al potassio
Emivita nell’organismo: circa 70 giorni
Viene utilizzato in sorgenti di raggi gamma
Statistica degli incidenti nucleari
2 incidenti di livello 7: Chernobil e Fukushima
1 incidente di livello 6: Mayak (Kyshtym)
vari incidenti di livello 5 (esempi):
Chalk River (Canada) 1952
Windscale (U.K.) 1957
Lucens (Svizzera) 1969
Three Mile Island (USA) 1979
Goiânia (Brasile) 1987
8
L’incidente di Goiânia
(livello 5)
13 settembre 1987, Brasile
È un esempio di “incidente radiologico”.
Una sorgente di radiazioni per uso medico (cloruro di cesio-137),
abbandonata in un ospedale, è stata rubata e venduta come
rottame. Il contenitore è stato aperto e il contenuto (fluorescente)
è stato maneggiato e distribuito come una curiosità.
29 persone contaminate e 4 morti.
L’incidente di Three Mile Island
(livello 5)
28 marzo 1979, in Pennsylvania
Tipo di reattore: PWR
Causa: un guasto al circuito idraulico secondario ha provocato un
aumento di temperatura nel circuito primario, a seguito del quale è
stata aperta una valvola di sfogo. La valvola non si è chiusa al
momento giusto e il fatto non è stato rilevato per la mancanza di un
adeguato sistema di segnalazione e per incapacità degli operatori. Di
conseguenza una quantità significativa dell’acqua di raffreddamento
è evaporata con surriscaldamento del nocciolo.
Effetti: parziale fusione del nocciolo, emissione di gas nobili
radioattivi (481 PBq) e di iodio-131 (740 GBq).
Dose media ricevuta dai residenti in vicinanza dell’impianto (2 milioni
di persone): 1.4 mrem (0.014 mSv).
Per curiosità: il film “The China Syndrome” è uscito 12 giorni prima
dell’incidente.
Schema del reattore PWR di Three Mile Island
Il disastro di Kyshtym
(livello 6)
la valvola “incriminata”
29 settembre 1957, Unione Sovietica.
Un guasto al sistema di raffreddamento in un impianto militare per il
riprocessamento di scorie nucleari (Mayak) ha provocato l’evaporazione
dell’acqua contenuta in una cisterna contenente 70-80 tonnellate di
rifiuti liquidi e la conseguente esplosione dei residui secchi
(principalmente nitrato di ammonio e acetati). L’esplosione ha provocato
l’emissione di circa 20 MCi (800 PBq) di materiali radioattivi
nell’ambiente e la contaminazione di un’area di 20 000 km2.
Circa 13 000 persone sono state evacuate; gli effetti sulla popolazione
non sono ben noti. Un recente rapporto ufficiale afferma che “Not a
single case of chronic or acute radiation disease resulted from the
accident among the Mayak workers or the population was recorded”.
L’area inquinata in conseguenza del disastro di Kyshtym
(EURT - East Urals Radioactive Trace)
La catastrofe di Chernobil
26 aprile 1986, in Ucraina.
(livello 7)
Tipo di reattore: RBMK
Causa: Durante un test di sistema che comportava la simulazione di un
guasto al sistema di raffreddamento si è avuto un improvviso
aumento di potenza. Un tentativo di spegnimento di emergenza del
reattore ha provocato un ulteriore aumento della potenza, con
produzione di idrogeno e rottura del contenitore. È seguita una serie
di esplosioni e un incendio della grafite usata come moderatore.
Effetti: fusione del nocciolo ed emissione in forma di particolato del
3.5% del combustibile (6 t).
200 Ci/km2
9
Emissioni secondo il Chernobyl Forum (ONU)
Totale (compresi i gas nobili)
iodio-131
cesio-137
stronzio-90
plutonio-239 e plutonio-240
(PBq)
t1/2
14000
1800
85
10
3
(8 giorni)
(30 anni)
(29 anni)
(24000 e 6560 anni)
Conseguenze per le persone (Chernobyl Forum)
decessi fra i lavoratori e i soccorritori:
2 uccisi dall’esplosione
28 morti nei mesi successivi (su un totale di 134
affetti da sindrome da esposizione acuta a radiazioni)
19 morti entro il 2005 per varie cause
effetti sulla popolazione:
4000 casi di tumore alla tiroide con 9 decessi entro il 2005
(popolazione fino a 18 anni)
effetti ipotizzati:
4000 morti per tumori e leucemie in eccesso rispetto alla
cifra attesa di 1 milione
Il disastro (catastrofe?) di Fukushima - Daiichi
(livello 7 ?)
11 marzo 2011 (Giappone)
6 reattori BWR, entrati in servizio negli anni ’70. Al momento
dell’incidente erano attivi i reattori 1, 2 e 3; i reattori 5 e 6 erano
spenti per manutenzione; il reattore 4 era del tutto inattivo (privo
di combustibile).
Il sisma ha provocato un’onda di maremoto alta 14 m, che ha
superato le difese, progettate per un’onda massima di 5.7 m.
Sono andati fuori servizio i sistemi di raffreddamento (i reattori
attivi si erano spenti automaticamente al momento del terremoto);
le condizioni disastrate dell’intera regione, e in particolare il
collasso della rete elettrica, hanno impedito un ripristino del
raffreddamento in tempi brevi.
Ricordiamo che subito dopo lo spegnimento un reattore produce una
quantità di energia termica pari a circa il 6% della potenza
nominale; dopo 2 ore la potenza si riduce a circa l’1%.
Zona interessata dagli
ordini di evacuazione
Nel settembre 2014 il numero
delle persone ancora evacuate
era sceso a 120˙000 (notizia di
stampa).
Nelle zone verdi è prevista la
revoca dell’ordine di evacuazione
“in tempi brevi”.
Nelle zone arancioni è permesso
l’accesso degli ex residenti ma
non il soggiorno.
Nelle zone rosse si prevede che
l’evacuazione dovrà essere
prolungata per un tempo
indefinito.
Si è avuta fusione del nocciolo dei reattori 1, 2 e 3; esplosioni da
idrogeno (prodotto dalla reazione dell’acqua con il rivestimento
metallico delle barre di combustibile) ai reattori 1 e 3; una
successiva esplosione al reattore 2 ha provocato danni anche
all’edificio del reattore 4.
Anche i reattori 5 e 6, che erano inattivi al momento del
terremoto si sono surriscaldati, apparentemente senza gravi
conseguenze.
La classificazione dell’incidente ha comportato notevoli
incertezze. Alla fine sembra che ci sia accordo nell’indicare il
livello 5 per i reattori 1, 2 e 3 e il livello 3 per il reattore 4. La
classificazione al livello 7 tiene conto della situazione
complessiva (??).
È stata stabilita una zona di esclusione per la popolazione del
raggio di 20 km, ed è stato consigliato un allontanamento
volontario per la zona fino a 30 km; complessivamente sono state
evacuate 300 000 persone.
Quantità rilevanti di materiali radioattivi sono stati immesse
direttamente in mare a seguito dello scarico deliberato o di perdite
di acqua utilizzata per il raffreddamento di emergenza dei reattori
danneggiati; anche in questo caso i dati disponibili sono molto
variabili. Secondo l’ente francese INRS (Institut de Radioprotection
et de Sûreté Nucléaire) la quantità di materiali radioattivi immessa
in mare fino al luglio 2011 è stata di 27.1 PBq. A tutt’oggi (maggio
2015) acque radioattive continuano ad essere sversate nel suolo.
Il problema dell’inquinamento radioattivo
dell’acqua dell’Oceano Pacifico ha sollevato
notevoli preoccupazioni. Da notizie di
stampa, tonni pescati al largo della
California sono risultati significativamente
contaminati.
Va però citato un lavoro pubblicato nel 2013 sui PNAS, secondo la
quale la dose di radioattività dovuta ai radioisotopi provenienti da
Fukushima contenuti in 200 g di tonno è circa il 5% della dose
contenuta in una banana (notoriamente le banane sono ricche di
potassio).
10
Le stime della quantità di materiali radioattivi emessi variano
molto da fonte a fonte. Da misure eseguite in varie zone fuori
dal Giappone la quantità di iodio-131 è stata valutata fra 10 e
700 PBq; per il cesio-137 le stime variano fra 6 e 12 PBq (per
confronto, a Chernobyl le emissioni sono state di 85 PBq).
Secondo una stima del 2014 il totale delle emissioni in
atmosfera è compreso fra 340 e 800 PBq, di cui l’80% è
ricaduto nel Pacifico.
Secondo l’Organizzazione mondiale della Sanità la dose di
radiazioni ricevute dalle persone evacuata è stata molto bassa,
tale da non provocare danni alla salute rilevabili. In particolare
il rischio cancerogeno è stato piccolo o estremamente piccolo.
Sempre secondo l’OMS il rischio di sviluppare il cancro nel corso
dell’intera vita per i bambini maggiormente esposti è aumentato
rispetto ai livelli naturali del 7% per quanto riguarda la leucemia
nei maschi, del 6% per il cancro alla mammella nelle femmine.
L’aumento maggiore (+70%) sarebbe previsto per le femmine
per il cancro alla tiroide, con un passaggio dal livello “naturale”
dello 0.75% a un livello dell’1.25%.
Fukushima – unità 4
(per curiosità)
fonte: Le Scienze – giugno 2011
A metà maggio 2011 il governo giapponese, viste anche le continue
notizie negative sul fronte della soluzione del disastro, ha deciso di
abbandonare i piani per la costruzione di 14 nuovi reattori.
Nel giugno 2011, subito dopo il referendum in Italia, il ministro
dell’industria ha dichiarato che l’energia nucleare “continuerà ad
essere uno dei pilastri della politica energetica in Giappone”.
Nei mesi successivi tutte le centrali nucleari giapponesi sono state
gradualmente fermate, ufficialmente per controlli o per ordinaria
manutenzione. L’ultima centrale è stata disattivata nel maggio 2012.
INCIDENTI “NON NUCLEARI”
Successivamente sono stati rimessi in funzione solo due reattori (le
unità 3 e 4 della centrale di Ōi). Questi reattori sono stati fermati
per “controlli” nel settembre 2013; nel maggio 2014 la corte
distrettuale della prefettura di Fukui ne ha vietato il riavvio.
Per curiosità: secondo la World Nuclear Association in Giappone vi
sono 43 reattori “operativi” e 3 reattori in costruzione (maggio
2015).
Disastro del Vajont
9 ottobre 1963
Frana di 270 milioni di metri cubi di roccia in un bacino idroelettrico con produzione di un’onda (25-30 milioni di metri cubi
d’acqua) che è passata al di sopra della diga, provocando la
distruzione totale dell’abitato di Longarone e di altri centri
minori
Disastro di Viareggio
30 giugno 2009
Deragliamento di un treno merci con 14 carri cisterna carichi di
GPL a seguiti di un guasto a un carrello; fuoruscita e incendio del
GPL contenuto in uno dei carri
33 morti
1917 morti
11
Costi del nucleare
L’ “era nucleare” inizia con il Progetto Manhattan (1942-1946).
Si tratta di una operazione colossale, che ha impegnato 130 000
persone e che ha portato alla realizzazione delle prime bombe
nucleari. Il costo complessivo è stato di 1.9 G$, equivalenti a
circa 24.8 G$ 2015 (23.5 G€). Per curiosità, il costo della
costruzione di carri armati nello stesso periodo è stato triplo.
PRODUZIONE DI ENERGIA
NUCLEARE
I costi attuali degli impianti nucleari sono enormemente più
elevati: come si è accennato, il costo per la realizzazione di
ciascuno dei due reattori EPR attualmente in corso di costruzione
in Europa sarà di circa 8.5 G€ (contro un costo preventivato di
circa 3 G€), senza tenere conto di quelli che saranno i costi di
smantellamento.
Reattori nucleari nel mondo
in funzione:
in costruzione:
2015 - 2014 - 2013 - 2012 - 2011
437 - 434 – 435 - 433 – 441
65 - 72 – 67
– 63 – 58
Reattori in costruzione
Cina – 23
India – 6
Corea del Sud - 4
Emirati Arabi - 3
Pakistan - 2
Taiwan - 2
Brasile – 1
Francia - 1
Russia - 9
USA - 5
Giappone – 3
Bielorussia - 2
Slovacchia – 2
Argentina - 1
Finlandia - 1
(Fonte: World Nuclear Association – aprile 2015)
Reattori giapponesi: 43 operativi + 3 in costruzione (??)
Secondo la WNA (World Nuclear Association) l’entata in funzione di nuovi
impianti è ampiamente bilanciata dalla chiusura di impianti obsoleti. Nel
periodo 1996-2013 71 reattori sono entrati in funzione e 66 sono stati
dismessi. Si stima che almeno 60 reattori attualmente operativi saranno
dismessi entro il 2030.
Il contributo del nucleare al bilancio energetico globale
Produzione mondiale di energia elettrica nucleare
(anno 2013 - valori in Mtep)
12 730.4
Petrolio
Carbone
Gas
Totale fossili
4 1 85.1
3 826.7
3 020.4
11 032.2
Idroelettrico (*)
Solare (*)
Eolico (*)
Geotermico, biomasse, altre (*)
Totale rinnovabili (*)
Nucleare (*)
3000
1000
1990-2013
tempo di raddoppio: 60.8 anni
(86.7%)
855.8
28.2
142.2
108.9
1 135.1
(9.1%)
563.2
(4.4%)
TWh / anno
Produzione totale di energia (†)
300
100
(†) Esclusa l’energia “non commerciale”
30
(*) Questi valori sono “rivalutati” e rappresentano la quantità di energia termica che
sarebbe stata necessaria per produrre la quantità corrispondente di energia
elettrica in una centrale con rendimento del 38%.
10
Fonte: British Petroleum – Statistical Review of World Energy 2014
1965-1978
tempo di raddoppio: 2.7 anni
1970
1980
1990
2000
2010
Fonte: British Petroleum – Statistical Review of World Energy 2014
12
Produzione mondiale di energia elettrica
elettrica nucleare
nucleare
3000
3000
2500
2500
2000
2000
TWh / anno
TWh / anno
Produzione mondiale di energia elettrica nucleare
1500
curva logistica
1500
1000
1000
500
500
0
0
1970
1980
1990
2000
2010
Fonte: British Petroleum – Statistical Review of World Energy 2014
1970
1980
1990
1990
2000
2000
2010
2010
Fonte: British Petroleum – Statistical Review of World Energy 2014
?
simbolo ISO 21482:2007
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