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Le centrali nucleari. L'energia che scaturisce dal bombardamento dell'uranio con neutroni. Il processo di 'fissione/fusione nucleare'. Il problema della radioattivitą e delle scorie.

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Programmi di Ricerca in Europa - Maurizio Cumo -

Venendo ora ai filoni di ricerca sul nucleare impostati nel mondo e cominciando dalle attività sulla sistemazione dei rifiuti nucleari condotte nell'Unione Europea a 25, rifiuti che in essa crescono ad un tasso di 40.000 m3 per anno, limitiamoci a considerare i rifiuti più problematici, ad alta attività e lunga vita.
Nell'Unione di oggi essi sono in quantità di circa 17.500 t, con una produzione annua di 1.730 t.
Gli unici impianti industriali di ritrattamento (La Hague in Francia e Sellafield in Inghilterra) ritrattano una parte di questo combustibile, ricavando plutonio e URANIO e consentendo quindi di fabbricare il combustibile MOX  (Mixed Oxides) a ossidi misti, UO2 + PuO2.
I rifiuti provenienti da questi impianti hanno finora un volume globale di circa 6.000 m3 , che si accresce ogni anno di 240 m3.
Se a questo volume si aggiunge quello delle 17.500 tonnellate di combustibile che non sarà riprocessato, si ottiene il volume  di un immaginario edificio di 850 m2 di base e 30 metri di altezza (dieci piani), che aumenta ogni anno di 3 metri (un piano).
Il vero problema è ora quello di trovare una sistemazione definitiva per questo volume, tale da essere capace di confinare, senza inconvenienti,  per centinaia di migliaia di anni i radionuclidi pericolosi.
Per il combustibile esaurito e non riprocessato attualmente si allestiscono dei depositi provvisori superficiali, o sub-superficiali a piccola profondità, che devono custodire in sicurezza i rifiuti pericolosi proteggendoli da attentati e furti.
Il loro progetto sicuro è oggetto di accurate ricerche perché devono servire come polmone di accumulo in attesa dell'allestimento dei depositi geologici, raffreddando nel contempo i radionuclidi. Si studiano quindi matrici e contenitori adatti, macchine di movimentazione e quant'altro necessario, puntando a una durata di impiego dell’ordine di qualche secolo.
Un notevole incoraggiamento alla ricerca di depositi geologici viene dalla esperienza che si è maturata nelle indagini condotte nella miniera di URANIO di Oklo, nel Gabon, a partire dal 1977. 
In questa località, per la notevole concentrazione di URANIO e per allagamenti naturali, si sono sviluppate delle reazioni nucleari  a catena  per un periodo di 500 anni con prodotti di fissione e  radionuclidi di lunga vita che si sono sviluppati seguendo il loro ciclo radiologico e sono stati rinvenuti confinati nello stesso sito di produzione.
Quindi, non si sono dispersi nella biosfera ma sono stati trattenuti per due milioni di anni.
Laboratori significativi per studiare questo tipo di  depositi sono stati costruiti in Europa.
Fra il 1990 e il 1995 la Svezia ha costruito ad Aspo l'Hard  Rock Laboratory, un vasto complesso sotterraneo a 460 metri di profondità in una enorme massa di granito, di cui solo due metri bastano ad arrestare le radiazioni più penetranti. Si vogliono ottenere delle informazioni definitive  sul comportamento delle rocce esposte  a calore e radiazioni, sulla circolazione di eventuali acque sotterranee e sui materiali impiegati nella operazione di condizionamento dei rifiuti per preservarli dalla corrosione.
A medio termine la Svezia deciderà, sulla base di questi dati, la costruzione di un deposito geologico definitivo per i suoi rifiuti nucleari.
Nella vicina Finlandia, dopo una lunga consultazione popolare, è stata presa una decisione politica per collocare un deposito geologico nel sito di Olkiluoto. 
La costruzione di questo deposito dovrà cominciare nel 2010 e concludersi nel 2020. Nell'anno 2050, alla luce delle tecnologie allora disponibili, si dovrà decidere se questo deposito sarà, o meno, definitivo.
Nell'ambito dell'Unione Europea è emersa la necessità di effettuare adeguate ricerche sulla gestione dei rifiuti nucleari impegnando, fra l'altro, il Centro Euratom di Ispra, l'Istituto dell'Energia di Petten (Olanda) e l'Istituto dei Transuranici di Karlsruhe (Germania).
L'impegno dei ricercatori è volto a studiare la possibile migrazione dei radionuclidi attraverso i manufatti ingegnerizzati che li contengono e le matrici che dovrebbero bloccarli (near field) e quindi attraverso le formazioni rocciose che li separano dalla biosfera (far field).
Questi ultimi studi sono molto più complessi e quindi soggetti ad incertezze che devono, viceversa, essere progressivamente circoscritte.
I depositi geologici oggi sono concepiti reversibili per alcune centinaia di anni, vale a dire tutti i meccanismi di caricamento e impermeabilizzazione devono poter avere una molto lunga EFFICIENZA mantenendo una completa operabilità.
La reversibilità consente, in caso di imprevisti inconvenienti, di rielaborare il confezionamento dei rifiuti  e altresì di poter utilizzare un domani questi rifiuti che contengono, per il processo di fissione, tanti nuovi elementi e radioisotopi come una miniera preziosa di questi nuovi elementi.
Nel contesto europeo si è chiaramente delineato il programma francese che, in estrema sintesi, si riconduce ai seguenti passi:
• allungamento della vita della sessantina di reattori in produzione e aumento della resa energetica del combustibile in essi integrato, con introduzione sempre più diffusa del MOX;
• entrata in fabbricazione di una filiera EPR da 1.600-1.800 MWe destinati a funzionare con il 100% di combustibile MOX e da vendersi in Francia e nel mondo;
• quando giungeranno a fine vita le più vecchie centrali PWR la loro potenza sarà rimpiazzata dai nuovi EPR e, gradualmente, dalla filiera veloce vincente di Generation IV che vede in “pole position” i reattori a sodio.
Questi verranno per una piccola parte impiegati per la trasmutazione nucleare e la riduzione della radiotossicità delle scorie.
I francesi studiano anche i GFR (per via dell'He a temperatura relativamente alta da impiegarsi nella produzione termochimica di H2).
I reattori veloci sono preferiti, in linea di massima, agli ADS. Con l'impianto ATALANTE i francesi hanno già dimostrato la possibilità della separazione spinta degli attinidi, hanno fabbricato con questi, inseriti in apposite matrici, dei combustibili speciali che stanno irraggiando nel reattore PHENIX per trasmutarli.

Successivamente, dopo il ritrattamento in ATALANTE, si valuterà la fattibilità e la convenienza industriale dell'intero processo.
E' da ricordare che in ambito europeo (EURATOM) un programma di ricerca sulla trasmutazione è stato avviato nell'ambito del FP6 (EUROTRANS). 
Questo programma è parte di un processo logico che si articola nelle seguenti fasi:

• dimostrazione dell'affidabilità di un processo radiochimico capace di trattare, in scala significativa, del combustibile irraggiato nei reattori commerciali ad acqua leggera per separare plutonio, URANIO e gli attinidi minori;
• dimostrazione della capacità di fabbricare a scala semi-industriale degli appositi combustibili nucleari da avviare alla trasmutazione;
• progetto e costruzione di un sistema "trasmutatore", vale a dire di un sistema costituito da un ACCELERATORE di protoni, da un reattore veloce sottocritico o da un apposito bersaglio in cui realizzare la produzione di neutroni molto energetici con il processo nucleare di spallazione;
• realizzazione di un impianto di ritrattamento per processare il combustibile scaricato dal "trasmutatore" e fabbricare nuovi, speciali combustibili.

Si è ritenuto in EUROTRANS di anticipare il progetto di un sistema ADS (Accelerator Driven System) di scala industriale, denominato EFIT (European Facility for Industrial Transmutation) con il progetto di un più piccolo prototipo sperimentale denominato XT-ADS.

La piena dimostrazione del concetto ADS richiede necessariamente una fase sperimentale per migliorare le conoscenze del comportamento dinamico; ad essa l'Ansaldo Nucleare ha partecipato in prima linea come progettista del prototipo XT ADS di reattore sottocritico a piombo o ad eutettico piombo bismuto, per convalidare i metodi di calcolo, sia dei parametri fisici per la sicurezza, sia dei parametri operativi.
A questa dovrà seguire una dimostrazione "full-scale" dell’accoppiamento dei tre sistemi suddetti.
Hanno inoltre particolare interesse tutti gli aspetti inerenti il licensing per i vari componenti e per il sistema integrato.
In questo quadro, l’ENEA è responsabile di diverse e importanti attività, anche in collaborazione con Ansaldo Nucleare ed INFN.
E' rilevante altresì la ricerca che l'ENEA sta conducendo nel suo centro del Brasimone sulle tecnologie di impiego impiantistico del piombo e dell'eutettico piombo-bismuto.
Fra le iniziative di ricerca in ambito Unione Europea che verranno attivate nel FP7 (2007-2013) e che sono di interesse per il nucleare vi è la creazione dell’Istituto Europeo di Tecnologia (EIT) e il lancio dell’European  Research Council (ERC) per la ricerca fondamentale e più specificamente l’avvio della piattaforma tecnologica sul nucleare da fissione, basata sui progetti del FP6 Sustainable Nuclear Fission-Technological Platform e PATEROS. L’investimento finanziario totale per le ricerche EURATOM nell’ambito FP7 ammonta a 3 miliardi di euro, con un aumento del 40% rispetto al FP6.
Nel 2007 sono operanti nell’Unione Europea a 27 152 reattori in 15 Stati membri.

L’elettricità di origine nucleare è stata al primo posto fra tutte le fonti (32%), seguita dal carbone (21%), dal GAS NATURALE (20%), dall’olio combustibile (15%), dall’idroelettrico (9%) e dalle altre RINNOVABILI (3%).