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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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L’esperimento-incidente di Chernobyl - Ettore Ruberti -

Vediamo ora di riassumere in breve che cosa è realmente accaduto a Chernobyl e di chiarire le principali differenze fra quella tipologia di impianto e quelle che caratterizzano gli impianti occidentali.

Figlio della scelta di una tecnologia nata per fini militari in quanto adatta a produrre plutonio per testate nucleari, il reattore protagonista del drammatico incidente di Chernobyl era del tipo RBMK, acronimo dal russo Reaktor Bolshoi Moshchnosty Kanalny che significa “reattore di grande potenza a canali”.

Questo tipo di reattore era impiegato solo all’interno dell’Unione Sovietica (e nel 1968 l’Ucraina ne faceva ancora parte), mentre nei Paesi satelliti dell’URSS venivano utilizzati impianti di tipo VVER (Vodo-Vodyanoy Energetichesky Reaktor) a bassa potenza, simili a quelli occidentali ad acqua pressurizzata.

Il reattore RBMK 1000, a tubi in pressione, moderato a grafite e refrigerato ad acqua leggera bollente, ha una potenza termica complessiva di 3200 MW termici che permettono di produrre 1000 MW elettrici.

Il disaccoppiamento delle funzioni di moderatore, affidate alla grafite, da quelle del refrigerante, affidate all’acqua leggera (che, contenendo idrogeno, funge da assorbitore di neutroni) può generare instabilità intrinseca, nel senso che alla mancanza d’acqua si accoppia un aumento della reattività del sistema.

I reattori di tipo occidentale BWR (ad acqua bollente: Boiled Water Reactor) e PWR (ad acqua pressurizzata: Pressured Water Reactor) affidano invece all’acqua entrambe le funzioni (moderazione e raffreddamento), tanto che in mancanza d’acqua la reazione nucleare si arresta.

L’erogatore di energia nucleare – o “nocciolo” – del reattore RBMK è costituito da un grande cilindro in blocchi di grafite che ha un diametro di 12 metri ed un’altezza di 7 metri.

Nella matrice in grafite sono disposti, secondo un reticolo regolare, i canali per l’inserimento delle BARRE DI CONTROLLO ed i canali di potenza, tubi in lega di zirconio nei quali sono contenuti gli elementi di combustibile.

Negli elementi di combustibile, costituiti da fasci di barrette cilindriche in lega di zirconio contenenti pasticche (pellets) di biossido di URANIO arricchito al 2%, ha luogo la reazione di fissione a catena dell’uranio con produzione di neutroni veloci e di calore.

L’acqua, spinta dalle pompe di circolazione, scorre nei canali di potenza dal basso verso l’alto alla pressione di circa 70 kg/cm2, affluendo nel nocciolo alla temperatura di 270° C.

Uscendo dal medesimo, l’acqua è inviata a quattro grandi separatori di vapore, dai quali la frazione liquida ritorna a fluire nei canali di potenza mediante le pompe di circolazione, mentre il vapore è convogliato ad azionare due gruppi turbina-alternatore da 500 MWe ciascuno.

Il vapore esausto scaricato dalle turbine viene condensato e l’acqua risultante, preriscaldata, è rinviata al separatore di vapore tramite le pompe di alimento.

Quando il reattore è a regime la grafite ha una temperatura media di 600°C e punte di 700°C, valori inspiegabilmente elevati in quanto superiori alla soglia di reazione aria-CARBONIO e prossimi alla soglia di reazione acqua-CARBONIO. Le caratteristiche costruttive di questo tipo di reattore rendono possibile il ricambio degli elementi combustibili con il reattore in funzione, attraverso una gigantesca macchina di carico e scarico alta 35 metri ubicata nella hall superiore del reattore.

Tale hall è coperta da una struttura a capriata, che ovviamente non può essere considerata un sistema di contenimento. Al contrario, le centrali occidentali dispongono di un edificio di contenimento formato da strati di cemento al boro ed acciaio ed in condizione di resistere anche alla caduta di un aereo o ad un terremoto.

L’incidente avvenuto nella notte fra il 25 ed il 26 aprile 1986 all’unità 4 della centrale nucleare di Chernobyl avvenne nel corso di un pazzesco esperimento (gli specialisti parlano infatti di “esperimento di Chernobyl”) volto a verificare la possibilità di alimentare i sistemi di sicurezza durante il rallentamento del turbogeneratore successivo al distacco dalla rete. Tale prova fu affidata ad un tecnico non specializzato. Inoltre, durante la fase sia preparatoria che esecutiva dell’esperimento furono commessi numerosi errori di manovra e gravi violazioni a precise norme procedurali.

Va comunque chiarito che, malgrado gli errori di manovra e la volontà di terminare l’esperimento siano stati le cause iniziali del disastro, lo svilupparsi in maniera incontrollabile e le gravissime conseguenze di questo furono dovute alle caratteristiche di instabilità intrinseca a questa tipologia di reattore – particolarmente a bassa potenza – determinata da un elevato coefficiente positivo di reattività e dalla mancanza di un edificio di contenimento.

Il reattore era stato portato ad una situazione di massima instabilità in quanto le BARRE DI CONTROLLO non erano nella loro posizione prescritta (cioè 6-8 barre inserite contro il numero minimo di 30 previsto); d’altra parte, in tutto il circuito di raffreddamento si erano determinate condizioni prossime alla saturazione.

L’improvviso arresto di quattro pompe di circolazione nel momento di attuazione dell’esperimento determinò una produzione di vapore molto rapida e, conseguentemente, un fulmineo aumento di potenza del reattore dovuto alla sua instabilità intrinseca (coefficiente di vuoto positivo).

La produzione di vapore in alcune zone del nocciolo causò l’introduzione di una forte quantità di reattività positiva, tale da portare il reattore “pronto critico” alla rottura di alcuni canali di raffreddamento ed a far sbalzare di posizione la piastra-schermo superiore.

Quest’ultimo evento, in seguito documentato dalle fotografie scattate dagli elicotteri, impedì alle BARRE DI CONTROLLO di inserirsi e, tranciando tutti i canali di potenza, generò una nuova iniezione di reattività.

In seguito a questa serie di esplosioni si verificarono distruzioni delle strutture circostanti il reattore, l’espulsione di blocchi di grafite e di pezzi di combustibile, l’innesco di una serie di incendi nell’area degli edifici di centrale e l’incendio della grafite del reattore esploso.

La combustione della grafite (ne bruciò il 10%) produsse una colonna di fumo che si elevò fino a 1200 metri di quota, dove i venti, sempre presenti a quelle altezze, contribuirono a disperdere la radioattività sull’Europa.