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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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Disponibilitą di combustibile nucleare - Ugo Spezia -

L’edizione 2006 del “Red Book”, pubblicato in collaborazione da ONU-IAEA e OCSE-NEA, che costituisce la pubblicazione di riferimento a livello internazionale sulle RISERVE di uranio, indica che le risorse uranifere estraibili a costi non superiori a 130 $/kg (risorse commerciali) attualmente accertate a livello mondiale ammontano a 4,7 milioni di tonnellate, mentre le risorse estraibili a costi di poco superiori a 130 $/kg sono stimate in 9,7 milioni di tonnellate.
Al tasso attuale di utilizzazione (il fabbisogno mondiale di URANIO nel 2006 è stato di 66.529 tonnellate) e senza utilizzare i materiali in giacenza, le risorse minerarie commerciali (estraibili a costi non superiori a 130 $/kg) basterebbero per 70 anni e quelle totali per 220 anni.
Occorre tuttavia considerare che esistono attualmente in giacenza URANIO depleto, URANIO ad alto arricchimento e plutonio in grado di alimentare per 20 anni il funzionamento dei reattori attualmente in esercizio (attraverso l’uso di combustibili a ossidi misti di URANIO e plutonio).
Utilizzando le risorse minerarie esistenti e i materiali in giacenza la durata delle risorse all’attuale tasso di utilizzazione è dunque quantificabile in circa 240 anni.
Un prolungamento sostanziale della durata delle risorse è legato alla prossima introduzione (2030) dei reattori della quarta generazione.
I reattori a spettro neutronico termico attualmente in funzione nel mondo utilizzano infatti come combustibile l’uranio-235, che rappresenta solo lo 0,7% dell’uranio naturale.
L’entrata in funzione dei reattori a spettro neutronico veloce basati sulla fissione dell’uranio-238 (la cui tecnologia è stata già sviluppata negli anni Ottanta con il reattore Superphénix e che costituiscono il principale riferimento per lo sviluppo dei nuovi reattori di quarta generazione) avrà l’effetto di consentire lo sfruttamento dell’uranio-238 (99,3% dell’uranio naturale moltiplicando teoricamente per un fattore 60 la durata delle RISERVE di URANIO accertate.
L’uso di combustibili a base di URANIO e torio (il cui ciclo è stato studiato in molti paesi, fra cui l’Italia) avrà l’effetto di ampliare ulteriormente le RISERVE di combustibile nucleare, essendo il torio 3,5 volte più abbondante in natura dell’uranio.
Il nucleare da fissione ha dunque un orizzonte temporale teorico di sfruttamento pressoché illimitato, e comunque superiore a quello di ogni altra fonte energetica impiegabile su vasta scala.
La durata delle risorse fissili si prolunga praticamente all’infinito se si considera che l’uranio è presente in soluzione nell’acqua degli oceani con una concentrazione di circa 13 mg/m3.
Si valuta che in questa forma sia disponibile un quantitativo di URANIO pari a 1.000 volte le risorse minerarie esistenti.
I ricercatori giapponesi (Nature, 2008) hanno già messo a punto una tecnica di separazione mediante la quale sono riusciti a ricavare in un anno l’uranio necessario per il funzionamento di due centrali nucleari da 1.000 MWe ciascuna.
Negli ultimi due decenni è gradualmente aumentato l’impiego di combustibile ad ossidi misti di URANIO e plutonio (MOX).
La crescente adozione del combustibile MOX risponde all’esigenza di valorizzare sul piano energetico gli stock di plutonio accumulati attraverso il ritrattamento del combustibile esaurito, ma anche di eliminare definitivamente il plutonio derivante dallo smantellamento delle testate nucleari, che solo in questo modo può essere definitivamente distrutto.
Per ragioni connesse con l’ottimizzazione dello sfruttamento del combustibile nucleare e con la riduzione della produzione di materiali ad alta attività, si va affermando in tutto il mondo l’adozione del ciclo chiuso del combustibile, in alternativa allo smaltimento del combustibile esaurito tal quale.
Il concetto del ciclo chiuso prevede il ritrattamento del combustibile scaricato dai reattori, processo finalizzato al recupero dell’uranio 238 (95% del combustibile scaricato), dell’uranio 235 non fissionato (1%) e del plutonio prodotto nel reattore (1%).
Uranio e plutonio sono riutilizzati per fabbricare combustibile fresco (di tipo MOX) e in tal modo il problema dello smaltimento di materiali ad alta attività si pone solo per i prodotti non riutilizzabili (3%), che costituiscono le cosiddette “scorie ad alta attività”, mentre il 97% del combustibile nucleare esaurito è riciclato per fabbricare nuovo combustibile.

Tratto da "L'Opzione Nucleare in Italia" AIN a cura di Ugo Spezia