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Tecnologie sperimentali e progetti alternativi per lo smaltimento dei rifiuti radioattivi: nel passato, nel presente, nel futuro



Il problema dello smaltimento delle rifiuti radioattivi ha portato i diversi Stati della mondo ad adottare diverse soluzioni: gli USA hanno deciso di stoccarli nello Yukka Mountain, in Nevada, senza riciclarli. La Federazione Russa è propensa a compiere un'operazione simile. Francia, Belgio, Inghilterra, Giappone hanno invece deciso di riciclarli sotto forma di MOX (ossidi di U e Pu) e riutilizzarli per aumentare la resa di produzione di energia e ridurre la quantità degli stessi. Sono due filosofie completamente differenti con grosse implicazioni politiche e strategiche, culminanti nel cosiddetto NPT (Non Proliferation Treaty), avente la finalità di minimizzare il rischio di proliferazione, incidente o sabotaggio.

Alcune soluzioni sono rese impossibili:
- depositare le scorie nei ghiacci polari dell'Antartico non è permesso a seguito di un trattato internazionale il quale sostiene che l'ultimo continente incontaminato non deve venire a contatto con il nucleare
- seppellire le scorie radioattive nella crosta terrestre ad un livello sufficientemente profondo perché possano essere risucchiate nel nucleo incandescente del pianeta, è una possibilità che è già stata studiata dagli Stati Uniti e dalla Russia, ma non esisterebbero i presupposti geologici per realizzarla.

Altre soluzioni sono poi state prese in considerazione nel passato e ancora altre si prendono in considerazione per il futuro. Vediamo alcune di queste idee.
 

A - Lo smaltimento sotto i fondali marini

B - La "trasmutazione" dei nuclei radioattivi a vita media-lunga in elementi stabili

C - Il Sole come discarica per le scorie nucleari

D - L'uso civile e bellico dell' uranio impoverito (il "prodotto di scarto")

E - Il batterio che ripulisce dalla radioattività

B - La "trasmutazione" dei nuclei radioattivi a vita media-lunga in elementi stabili

In tutto il mondo si stanno studiando tecnologie avanzate di trasmutazione basate sull'impiego di Nuclear Transmuters (Reattori dedicati alla trasmutazione) ed Accelerator Driven Systems for Transmutation (Acceleratori accoppiati a Reattori per la Trasmutazione o ADS); entrambe le tecnologie hanno lo scopo di abbreviare l'emivita delle scorie, permettendo un ulteriore recupero energetico. L 'Italia è coinvolta seriamente in alcuni di tali progetti.   [4]

È in corso un vasto programma europeo (oltre che programmi in altri grandi paesi industrializzati, tra cui Usa e Giappone) - che ha già ricevuto l’adesione di un gruppo di paesi (Austria, Belgio, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Portogallo, Spagna, Svezia) trasmutazione mediante sistemi pilotati da acceleratori (Accelerator Driven Systems, ADS).   [5]

E proprio nel luglio 2003, il Prof. Carlo Rubbia ( Commissario Straordinario dell'Ente per le Nuove Tecnologie, l'Energia e l'Ambiente, ENEA) e il Dr. Peter Fritz ( Condirettore del Consiglio Esecutivo del Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, FZK ) hanno firmato un Accordo di Collaborazione per attività di Ricerca e Sviluppo Sviluppo sia nel campo delle tecnologie dei metalli liquidi pesanti, sia nel campo della sicurezza nucleare e della chiusura del ciclo del combustibile degli impianti nucleari. La collaborazione tra i due Enti mira, in particolare, a sviluppare congiuntamente sistemi e tecnologie finalizzati a ridurre drasticamente la radiotossicità dei rifiuti radioattivi a lunga vita principalmente plutonio ed attinidi minori provenienti dal combustibile esausto degli impianti nucleari, mediante il processo di trasmutazione. Per raggiungere questi ambiziosi obiettivi la collaborazione fra i due Enti ha assunto come soluzione tecnologica di riferimento l'applicazione del concetto di trasmutazione dei radionuclidi a lunga vita, mediante l'uso di sistemi sottocritci sostenuti da acceleratori (cosiddetti ADS, Accelerator Driven Systems).
L'accordo firmato fra ENEA e FZK si inserisce, quindi, a pieno titolo nelle iniziative più rilevati connesse alla riduzione della pericolosità delle scorie nucleari ed allo sviluppo degli ADS e segna un riconoscimento significativo dell'impegno profuso da ENEA in questi ultimi anni in questo campo. Tale impegno potrà portare, in un prossimo futuro, ad ulteriori e rilevanti ricadute per l' Ente ed il Paese, anche in altri settori quali quelli delle sorgenti di neutroni intense, per usi industriali e di ricerca, e delle tecnologie e dei componenti per i rettori nucleari di quarta generazione.
In base a tale accordo, l' ENEA ha messo a disposizione il reattore TRIGA (Training Research Isotopes General Atomics) del Centro Ricerche della Casaccia
(Roma), per lo svolgimento delle attività relative all'esperimento TRADE (TRIGA Accelerator Driven Experiment) che, primo nel suo genere al mondo, consentirà lo studio della fisica dell'accoppiamento di un acceleratore di particelle con un sistema nucleare sottocritico, a potenza significativa.   [6]

Ed infatti l' Enea sta sperimentando già da qualche tempo una nuova tecnologia messa a punto dal premio Nobel Carlo Rubbia che prevede una variante del sistema ADS (Accelerator Driven System) e che consentirà di “bruciare” le scorie radioattive. “L’alternativa oggi allo studio è quella di ‘bruciare’ quegli elementi che hanno vita troppo lunga per garantire la sicurezza ambientale futura” ha detto Rubbia, riferendo che “l’Enea è attualmente impegnato in attività sperimentali derivanti dall’utilizzo del sistema ADS, che si basa sull’accoppiamento tra un acceleratore di particelle ad altissima intensità e un dispositivo sottocritico nucleare”. “L’ADS - ha aggiunto Rubbia - è il frutto della reciproca fecondazione di tecnologie indipendenti: gli acceleratori di particelle come quelli usati per la ricerca, i reattori – operati in regime sottocritico - refrigerati a piombo fuso, come quelli usati nei sottomarini russi, e il trattamento dei combustibili usati”.  [7]

Il motore nucleare ideato da Carlo Rubbia (detto perciò "Rubbiatron") è una delle numerose applicazioni pratiche di un esperimento, il TARC, nato con finalità di ricerca pura. L'esperimento TARC è stato avviato da Carlo Rubbia nel 1996 al Ps, il Sincrotrone a protoni del Cern (laboratorio europeo per la fisica delle particelle) di Ginevra. Scopo dell'esperimento era studiare il comportamento di alcuni particolari atomi nelle reazioni di fissioni nucleare. Da questo esperimento lo scienziato italiano è riuscito a ricavare numerose applicazioni pratiche, ora in fase di sviluppo. "L'idea, dunque, è stata quella di provocare una trasformazione delle scorie radioattive, una trasmutazione, bombardandole con neutroni che si ottengono sparando protoni nel piombo fuso. Così, uranio e plutonio diventano sostanze diverse che non emettono più radiazioni o devono essere contenuti per un periodo ben più breve, non oltre 5-600 anni: vale a dire un tempo nel quale ragionevolmente si può pensare di gestire un controllo. Al Cern abbiamo già condotto esperimenti per verificare la nuova idea e il sistema funziona. Per sparare i protoni utilizzo un acceleratore di particelle come quelli che normalmente utilizziamo nello studio della materia. La difficoltà tecnica forse maggiore è l'impiego del piombo fuso, ma ci possono dare una mano i russi; loro hanno sviluppato questa tecnologia per scopi militari, e ho già contatti con gli scienziati di Mosca che sono interessati al progetto".
Ma oltre a distruggere le scorie radioattive, la macchina di Rubbia nasce con l'obiettivo di generare energia, con un vantaggio sui generatori nucleari finora costruiti: essere molto più sicuro, allontanando lo spettro di Chernobyl. "Se nel piombo fuso immergo del torio invece delle scorie, i neutroni che lo colpiscono provocano una fissione nucleare, cioè una reazione nella quale ottengo calore utilizzabile per generare energia elettrica. Perché è più sicuro degli altri? Primo: utilizzo come elemento combustibile il torio, che si trova normalmente nella crosta terrestre, ma è tre volte più abbondante dell'uranio e, soprattutto, elimino quasi completamente le scorie radioattive, e in particolare il terribile plutonio. Secondo: a tenere acceso il reattore ci pensa l’iniettore di protoni. Se c’è un problema, lo spengo come giro l’interruttore della luce e la reazione si blocca istantaneamente. Nulla può sfuggire di mano e portare all’incubo della fusione del nocciolo, come accadde a Chernobyl."   [8]

per conoscere i dubbi espressi in Parlamento dal presidente dell’Enea Carlo Rubbia in merito allo studio effettuato dalla Sogin su Scanzano Ionico

Il problema dello smantellamento degli armamenti nucleari, l' uranio altamente arricchito (HEU),  il plutonio e il mox
 

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1. Cosa è la radioattività? e i suoi effetti?
2. L' uomo, le radiazioni corpuscolari ed elettromagnetiche, le radiazioni ionizzanti
3. Le applicazioni della radioattività e delle radiazioni ionizzanti
4. Cosa sono le scorie nucleari?
5. Cosa sono i rifiuti radioattivi? (definizione, classificazione, origine)
6. La gestione dei rifiuti radioattivi
7. Documentazione scientifica in merito alla materia "rifiuti nucleari"
8. Come si effettua rilevamento e la misurazione della radioattività? (cenni normativi, strumenti, unità di misura)