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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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Metodologia della Sicurezza di Sistemi Nucleari (Introduzione) - Giuseppe Quartieri -

INTRODUZIONE

La metodologia della analisi e previsione della sicurezza, della garanzia di esenzione da rischi inaccettabili così come viene normalmente supportata dall'analisi dei rischi e il piano di sicurezza di grandi sistemi complessi artefatti è una metodologia relativamente moderna.
Questa metodologia, però, viene sviluppata caso per caso con schemi specifici e peculiari di ciascun sistema complesso in esame.
In particolare, il progetto della sicurezza nei sistemi complessi viene eseguito con la metodologia della analisi e previsione di sicurezza di grandi sistemi complessi basata sul calcolo della “dependablity” ossia delle interfacce fra affidabilità, disponibilità e mantenibilità del sistema stesso.
Le tecniche impiegate (FMEA, FMECA, FTA, CCA, HAZOP, ecc.) sono ormai standardizzate ed impiegate per ogni tipo di analisi di sicurezza.
Quest'approccio è nato agli inizi del secolo scorso con applicazioni a sistemi aeronautici e sistemi energetici sostanzialmente nucleari.
Per un lungo periodo durato molti decenni, durante il quale si impiegavano solo e soltanto approcci empirici, le regole di prevenzione e di applicazione di sicurezza venivano trasferite di padre in figlio oppure da praticante a praticante in maniera orale senza alcun trattato scritto.
Finalmente, a cavallo delle due guerre mondiali del secolo scorso, la necessità di garanzia della sicurezza del volo (dagli aerei agli Zeppelin, dai siluri alle navi stesse ecc.) indusse alcuni ricercatori, matematici e fisici a studiare l'analisi probabilistica delle catene dei guasti e della loro propagazione ai vari livelli di “indenture” (livello di assemblaggio) del sistema globale.
In campo fisico, già negli anni '30 del secolo scorso, alcuni fisici ricercatori si posero il problema della sicurezza delle radiazioni ionizzanti e quindi posero le basi per la sicurezza nucleare.
Attualmente, l'analisi della sicurezza, secondo il flusso standard di analisi del rischio, valutazione del rischio, controllo del rischio, valutazione del rischio residuo, informazioni di campo, si applica a qualsiasi sistema complesso che presenta problemi di sicurezza ossia guasti che producono situazioni ed allarmi critici con eventuali morti e perdita consistente di proprietà.
In particolare, si ritiene che ancora oggi bisogna considerare critico la applicazione della metodologia della sicurezza, in altri termini del “sistema sicurezza” includente non solo la “safety” ma anche la “security”, ad ogni tipo di impianto energetico quantunque semplice come un impianto eolico oppure un impianto solare (termico, FOTOVOLTAICO o combinato).
Infatti, non sempre le aziende che producono questi sistemi energetici semplici sono in grado di produrre, su richiesta, l'analisi dei rischi e la analisi di sicurezza in generale per il loro sistemi. Di conseguenza, si intravede e si propone la necessità di organizzarsi in modo che per ogni singolo tipo di sistema complesso (energetico, aeronautico, trasporti, telecomunicazione ecc.) si possa sviluppare lo stesso tipo di metodologia di analisi e attuazione di sicurezza.
Di fatto, già all'inizio della progettazione di sistemi critici per la sicurezza quali sistemi aerospaziali (arei, missili, apparati satellitari e di telecomunicazione) la metodologia della sicurezza veniva e viene sviluppata con maggiore intensità rispetto a tutti gli altri sistemi ad eccezione dei sistemi nucleari ed in particolare delle centrali nucleari.
Recentemente, in campo biomedicale è stata sviluppata una norma (UNI CEI EN ISO 14971) molto specifica e ben articolata per la analisi dei rischi e della sicurezza di dispositivi medici specifici critici.
In ogni caso, sempre più spesso non viene messo in evidenza l'applicazione dei sistemi metodologici di analisi dei rischi e della sicurezza a impianti come le centrali termiche, le centrali chimiche in generale, turbogas ecc.).
Si mette quindi in evidenza la necessità della sistema di un Organo superiore per la sicurezza dei sistemi complessi in grado di controllare tutti gli aspetti della sicurezza (safety e security) in tutti i campi dei sistemi complessi.
In particolare, la metodologia si applica in modo completo ed esaustivo ai sistemi energetici moderni avanzati, quali sistemi nucleari avanzati a fissione (SANF), oppure a sistemi energetici a fusione (SEF) sia ad alta temperatura (FNC), che a temperatura intermedia (FNI) che a temperatura fredda-ambiente (FNF).
Questi sistemi costituiscono il fronte d'onda della ricerca energetica mondiale.
Molto interessante è la ricerca nel campo della FUSIONE NUCLEARE Fredda (FNF) che si basa sui nuovi concetti di reazioni nucleari a bassa energia (LENR, LENT, Fisica della Materia Condensata) possibilmente nella materia condensata.
Si è notato inoltre che non sempre i piani energetici nazionali includono i requisiti di sicurezza e di analisi dei rischi espressi in modo da garantire una trattazione equipollente basata su una metodologia standard riconosciuta ed accettata da tutte le parti interessate (stakeholders).
In quest'ultimo periodo storico, piuttosto che il progetto della sicurezza inerente ed intrinseca ai sistemi complessi si è accentuato, invece, l'aspetto della “security” ossia della gestione della sicurezza operativa in termini di emergenze sociali (emergenza rifiuti a livello cittadino e regionale) che può essere affrontata solo con metodi di miglioramento di protezione da intrusione, da sabotaggi e da attività di terrorismo.
Alcuni aspetti di queste emergenze possono essere analizzate con la metodologia standard della sicurezza basata sull'affidabilità, la disponibilità e la mantenibilità in altre parole sulla cosiddetta “dependabiliity” che normalmente vengono impiegate solo per la progettazione della sicurezza dei sistemi complessi artefatti.
Per concludere si presentano alcuni cenni al problema della sicurezza delle centrali nucleari classiche ed avanzate.
La metodologia e le tecniche su menzionate hanno definito e garantito un altissimo livello di sicurezza delle centrali nucleari.
La moderna teoria dell’organizzazione applicata al sistema di sicurezza delle centrali nucleari consente di individuare, immediatamente, i seguenti fattori organizzativi cardini non necessariamente esaustivi:

1. La posizione del responsabile del sotto-sistema di sicurezza della centrali nucleare nella organizzazione della sicurezza nucleare in generale.
2. La necessità di DISTRIBUZIONE e disseminazione di informazioni concernenti la sicurezza delle centrali nucleari a tutte le parti interessate interne alle aziende di gestione operativa (controllori, operatori ecc.) e a tutte le parti esterne al sistema: i clienti e utenti del servizio di utenza di energia elettrica.
3. La necessità di impiego di personale competente, consapevole e ben formato.
4. La garanzia e CERTIFICAZIONE di qualità di sicurezza delle singole centrali nucleari.
5. La manutenzione per la sicurezza delle centrali nucleari.
6. La gestione delle score radioattive.

Quindi l'impiego della energia nucleare è sicuro, non inquinante e, in parte anche rinnovabile in termini artificiali e non naturali.
Così, il problema di rischio residuo è connesso, solo e soltanto, alla gestione dei rifiuti radioattivi.
I ricercatori (fisici, ingegneri, chimici nucleari ecc.) stanno affrontando questo problema con molti metodi ma prima di tutto quello dell'innesco di reazioni nucleari mediante irraggiamento di neutroni che impongono la scissione delle score radioattive con forte diminuzione della vita media di radioattività.
Questo processo può essere ripetuto più volte sino a raggiungere isotopi materiali con vita media e intensità di emissione residua estremamente bassa e completamente accettabile.
Di fatto molti convegni sono stati organizzati ultimamente per riprendere il problema dell’alternativa nucleare alla vessata questione della crisi energetica prodotta dall’incremento esorbitante dei costi del BARILE di petrolio che ha quasi raggiunto 150 dollari al BARILE.
Ad esempio, il Convegno  “ENEA e la ricerca sul nucleare” del 10 aprile 2008 si è proposto lo scopo primario del “rilancio della ricerca sul nucleare”.
In altri termini, qualcuno ha parlato di un vero e proprio “rinascimento del nucleare come fonte energetica pulita e sicura”. L’abbandono del “nucleare” da parte italiana, nel 1987, avvenne a seguito del Referendum che imponeva una moratoria i 5 anni, mentre, per cattiva interpretazione da parte del popolo italiano, la moratoria si è protratta fino ad oggi.
La nuova crisi energetica petrolifera ha quindi di questi ultimi tempi ha imposto la ripresa del nucleare assieme con le altre fonti energetiche alternative, integrative e pulite.
Finalmente, il problema del nucleare è di nuovo scoppiato come unica alternativa percorribile rispetto all’aumento inusitato del prezzo del petrolio.
La parte più conservativa dei fisici e ricercatori stima che il rilancio del nucleare non può avvenire prima di almeno un decennio, mentre nel frattempo bisognerebbe tamponare con l’impiego di fonti tecnologicamente più semplici e mature.
Costoro parlano di solare FOTOVOLTAICO e sorgenti eoliche, ma non tengono presente il fatto storico dei tempi di realizzazione impiegati dai tedeschi sono stati abbastanza lunghi poiché, nel periodo di quasi due decenni, hanno realizzato solo una la piccola quota energetica di pochissimi punti percentuali del fabbisogno nazionale.
Gli ultimi Convegni sono stati tenuti da ricercatori e professori di elevatissimo livello che hanno sviscerato la problematica mettendo in evidenza vantaggi e svantaggi della soluzione nucleare rispetto alle altre soluzioni anche dal punto di vista generale nazionale.
Le attività di ricerca nucleare in esecuzione presso i vari laboratori italiani (ENEA, INFN ecc.) sono focalizzati sui due fondamentali aspetti  classici per la produzione di energia “nucleare”:

1. La FISSIONE NUCLEARE classica (uranio) secondo i criteri moderni avanzati che ormai culmina con l’EPR  finlandese.
2. La FISSIONE NUCLEARE avanzata (uranio arricchito e reattori veloci) che dovrebbe essere finalizzata con la ormai famosa quarta generazione (generation four).

Purtroppo, anche questi due approcci che si potrebbero definire classici poiché non includono la FUSIONE NUCLEARE (calda, intermedia e fredda) pongono enormi problemi, tutti italiani, di attualità delle competenze e professionalità in considerazione del fatto che il lungo periodo di stasi ha ridotto enormemente la numerosità dei fisici e ingegneri nucleari.
Di fatto, questo problema è uno di quelli usati sempre dagli oppositori al nucleare che sostengono che la “expertice” da ricreare pone ulteriori problemi, non facilmente solubili.
Ad esempio, durante il suddetto Convegno -  che può  di buon grado essere considerato un “casus belli” - il Prof. Cumo ha fatto notare che esistono ancora forti potenziali competenze di italiani (fisici, chimici ed ingegneri oltre che tecnici) che hanno continuato a lavorare nel campo della costruzione di centrali nucleari, negli ultimi due decenni, in Paesi diversi dall’Italia ma anche molto vicini.
Questi problemi sono stati ripresi da tutti i conferenzieri da punti di vista diversi con la finalità di potere indicare una via di soluzione.
Interessante è stato l’intervento dell’italo americano Salvatores che ha illustrato i moderni reattori nucleari e ha indicato vie per aggirare il paventato problema della eventuale mancanza di giovani competenze, professionalità e conoscenze.
A questo tipo di istanze, normalmente l’Establishment italiano reagisce in modo leggermente scomposto asserendo appunto che non è problema vero e che l’Italia aveva mantenuto tutte le competenze necessarie ad assolvere al compito di costruire nuovi reattori avanzati. Purtroppo il giudizio globale non può che evidenziare e porre l’accento sull’aspetto “vetusto” della classe dei fisici ed ingegnerei nucleari che propongono antiche problematiche e non cedono il passo a nuovi elementi.
Appare comunque che i decisori politici o solo manageriali hanno iniziato a prendere qualche decisione consona ai tempi, ad esempio con le nuove nomine di direttore Generale (Ing. Urbani)  e Vice direttore (Dottoressa Battaglia) che sono giovani.
Continua comunque il “rispetto reverenziale”  nei confronti degli anziani professori che hanno condotto da decenni la battaglia (finora perduta) per il nucleare.
Viene quindi spontaneo pensare e auto convincersi che la riscoperta e la rinascita del nucleare deve avvenire in modo “esplosivo e rivoluzionario” costruendo rapidamente forze nuove, nuove competenze e nuovi reattori nucleari.

Introduzione alla cultura della sicurezza

La cultura della sicurezza si basa prima di tutto sulla definizione di “sicurezza” (di un impianto). 
Di fatto, il significato di “Sicurezza /nucleare)” è:

“Sicurezza è il raggiungimento di opportune condizioni operative, di prevenzione di incidenti o mitigazione delle conseguenze degli incidenti che producono come risultato la protezione dei lavoratori, del pubblico e dell'ambiente circostante da azzardi prodotti da radiazioni”.
  
La espressione “Sicurezza Nucleare (SN)”  viene spesso abbreviata con la parola “sicurezza” nell'ambito di IAEA e delle relative pubblicazioni.
Quindi in questo contesto con la parla “sicurezza” si intende sempre dire “sicurezza nucleare” a meno che non sia diversamente specificato.
Normalmente ciò accade quando altri tipi di sicurezza (ad es. sicurezza rispetto ad incendi, sicurezza convenzionale industriale nonché la sicurezza in termini di protezione da rapine, furti ecc. oppure la sicurezza pubblica di natura poliziesca) devono essere inclusi nel discorso.
In particolare, va sottolineata (di nuovo) la differenza fra le due parole anglosassoni di “safety” e “security”.  La “security” che in italiano può essere espressa con diverse circonlocuzioni è sostanzialmente la protezione di proprietà  con antifurti, antieffrazione ecc.  
In questo contesto, la “sicurezza” riguarda la protezione del popolo e dell'ambiente rispetto ai rischi di radiazione, oltre alla sicurezza degli impianti, degli stabilimenti e della attività che sono alla base della nascita delle radiazioni.
La “sicurezza” riguarda quindi sia il rischio esistente in circostanze normali che il rischio che si genera a seguito di guasti e di incidenti vari cos' come tutte le possibili conseguenze dirette (e possibilmente indirette) della perdita del controllo sul nocciolo del reattore, sulla catena di reazioni nucleari, sulle sorgenti radioattive, e su ogni altra sorgente di radiazioni.
Di fatto, esistono diversi tipi di sorgenti di radiazioni  e quindi la sicurezza include la sicurezza della installazioni nucleari, la sicurezza da radiazione, la sicurezza della gestione delle scorie radioattive, e la sicurezza dei trasporti del materiale radioattivo, senza peraltro includere gli aspetti di sicurezza di natura non radiante (radiazioni ecc.).
Estremamente importante è riportare la posizione della IAEA, l'Ente Internazionale per la Energia Atomica  con sede a Vienna. 
I principi fondamentali della sicurezza elaborati dalla IAEA, così come le cosiddette norme standard, costituiscono una vera e propria filosofia unificante della sicurezza nucleare e della protezione contro le radiazioni ionizzanti.
Per sua stessa natura e statuto, la IAEA emette norme e criteri o principi solo con il consenso e la approvazione della maggioranza dei rappresentanti dei Paesi che la compongono.
Pertanto, i principi fondamentali di sicurezza [Fondamenti di Sicurezza, Requisiti di Sicurezza, Linee Guida di Sicurezza] della IAEA  costituiscono la base concettuale per l'intero programma sugli  standard di sicurezza e sono il “razionale” basilare per ulteriori miglioramenti di programmi di sicurezza (safety and security) più ampi che potranno essere concepiti e condotti a tempi successivi.
Questi programmi sono sponsorizzati anche dalla European Atomic Energy Community (EURATOM), da Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), da International Labour Organization (ILO), da International Maritime Organization (IMO), dal Nuclear Energy Agency of the OECD (OECD/NEA), dalla Pan American Health Organization (PAHO), dalla United Nations Environment Programme (UNEP) e dalla World Health Organization (WHO).
Gli obiettivi dei principi di sicurezza sono quelli di proteggere la popolazione e l'ambiente da effetti allarmanti e critici delle radiazioni ionizzanti.
Sono stati sviluppati 10 principi che assieme con l'obiettivo della sicurezza forniscono le basi per stabilire i requisiti e le misure necessari per proteggere la popolazione e l'ambiente dalla radiazioni e da incidenti degli impianti nucleari (normali o di potenza) installati a scopi pacifici, oltre al relativo trasporto di materiale radioattivo e gestione delle relative scorie. 
I dieci principi sono:

1. La responsabilità della sicurezza.
2. IL ruolo del Governo.
3. La leadership e a gestione managerial per la sicurezza.
4. La giustificazione della esistenza degli impianti e delle loro attività.
5. L'ottimizzazione della protezione.
6. La limitazione dei rischi direttamente agli individui.
7. La protezione delle generazioni presenti e future.
8. La prevenzione dei guasti e degli incidenti.
9. La preparazione e la risposta alla emergenza.
10. Le azioni protettive atte a ridurre i rischi di radiazioni e sistemi e non regolamentati.

Entro i limiti del possibile si ritiene necessario distribuire e rendere noto alla maggioranza delle persone i suddetti principi fondamentali per la sicurezza, impiegando, se possibile, un linguaggio semplice e piano comprensibile alla maggior parte delle persone non specializzate.
In particolare questo messaggio dovrebbe raggiungere tutti i livelli pubblici e privati implicati nella vita sociale e pubblica. 
Appare evidente che l'accettazione ad applicare questi principi dovrebbe rendere più facili le collaborazione fra Paesi diversi alla soluzione di problemi di questo genere.
In altre parole, la emissione di “standard” di sicurezza concordati a livello internazionale dovrebbero favorire le relazioni ed i commerci internazionali.
Ovviamente a questo tipo di approccio che promuove la sicurezza globale collaborano e/p devono collaborare anche tutte industrie implicate.