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giovedì 6 gennaio 2011

Cosa sono le scorie nucleari?


Con il termine di scorie nucleari si intende indicare il combustibile esausto originatosi all’ interno dei reattori nucleari nel corso dell’esercizio.
Esse rappresentano un sottoinsieme dei rifiuti radioattivi, a loro volta suddivisibili in base al livello di attività in tre categorie: basso, intermedio ed alto.
per capire meglio cosa sono i "rifiuti radioattivi" e la loro classificazione in categorie

Esempio di rifiuti a basso livello sono costituiti dagli indumenti usa e getta usati nelle centrali nucleari; il 90% dei rifiuti radioattivi prodotti appartengono a questa categoria, ma contengono solo il 1% della radioattività di provenienza antropogenica. Rifiuti a livello intermedio sono costituiti ad esempio dall’incamiciatura del combustibile, richiedono schermatura, e costituiscono il 7% del volume dei rifiuti radioattivi prodotti nel mondo (ma contengono solo il 4% della radioattività). Al contrario le scorie ad alto livello costituiscono solo il 3% del volume prodotto nelle attività umane, ma contengono il 95% della radioattività. Tipico esempio è costituito dal combustibile esausto delle centrali nucleari. I 436 reattori nucleari presenti in 31 nazioni infatti producono annualmente migliaia di tonnellate di scorie.
 
Un reattore del tipo PWR scarica annualmente da 40 a 70 elementi di combustibile, un BWR da 120 a 200 (rispettivamente 461.4 e 183.3 Kg di uranio per assembly). Infatti dopo 3 anni di permanenza all’interno del reattore il combustibile passa alle piscine di raffreddamento; si sono formati in totale circa 350 nuclidi differenti, 200 dei quali radioattivi.
Si ha, in media, la seguente composizione:
- 94% uranio 238
- 1% uranio 235
- 1% plutonio
- 0.1% attinidi minori (Np, Am, Cm)
- 3÷4% prodotti di fissione
 
Si osservi che:
- la radiotossicità del combustibile esausto decresce nel tempo e pareggia quella dell’uranio inizialmente caricato nel reattore solo dopo 250.000 anni;
- il contributo maggiore alla pericolosità delle scorie è dato dal plutonio: l’80% dopo 300 anni, il 90 % dopo 500 anni;
- dopo il plutonio i maggiori contributori sono gli attinidi minori (nettunio, americio e curio), che contribuiscono per un ordine di grandezza meno del plutonio ma circa mille volte più dei prodotti di fissione;
- gli attinidi rappresentano dunque il maggiore pericolo potenziale delle scorie nucleari; tuttavia bisogna tener conto anche di alcuni prodotti di fissione quali alcuni isotopi dello iodio, del tecnezio e del cesio, data la loro maggiore mobilità nella biosfera e la loro maggiore affinità biologica (vie di ritorno per l’uomo).
 
Dato che le scorie radioattive, al contrario dei rifiuti convenzionali, decadono nel tempo, si osserva che i prodotti di fissione sono pericolosi per circa 300 anni, gli attinidi minori per circa 10.000, il plutonio per circa 250.000.
Per alleggerire il problema dello stoccaggio permanente delle scorie dei reattori nucleari è necessario quindi:
- ridurre la formazione del plutonio;
- bruciare quello già prodotto.
A tale scopo sono state proposte varie soluzioni, fra le quali possono essere citati l'ADS (Accelerator Driven System), i reattori veloci ed ora anche i reattori HTR. Si noti che questo fenomeno è dovuto alla formazione degli elementi transuranici, in generale assai più radiotossici dell’uranio presente nelle miniere; si noti che le scorie high-level pareggiano la radioattività dell’uranio dopo 10.000 anni.
per maggiori informazioni su 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, abbreviando l'emivita delle scorie
Si noti che un impianto nucleare da 1000 MWe produce annualmente solo 25÷30 tonnellate di scorie ad alto livello vetrificate, pari ad un volume di circa 3 m3. E’ stato calcolato che un uomo che usasse solo energia di origine nucleare produrrebbe, nell’arco della propria vita, un volume di scorie di questo tipo tale da poter essere contenuto nel palmo di una mano. Del resto dai dati sopra esposti si calcola facilmente che il consumo di 1 KWh per 100 anni produrrebbe un volume di scorie vetrificate pari a 0.3 litri (meno di una lattina da 33 cl!), o se si preferisce una sfera di diametro pari a 8.3 cm. Un impianto da 1000 MWe, annualmente, ne produce 12 cilindri di altezza 1.3 e diametro 0.4 metri con 400 Kg di vetro.







fonte:
Tesi di laurea in ingegneria nucleare di Romanello Vincenzo - "Analisi di alcune peculiari potenzialità degli HTR: la produzione di idrogeno ed il bruciamento degli attinidi"


I rifiuti radioattivi







                                  A) Definizione di "Rifiuti Radioattivi"
Definizioni in ambito internazionale
"... qualsiasi materiale che contiene o è contaminato da radionuclidi a concentrazioni o livelli di radioattività superiori alle "quantità esenti" stabilite dalle Autorità Competenti, e per i quali non é previsto alcun uso ..."
(Dal Glossario IAEA)
"... materiale radioattivo in forma solida, liquida o gassosa per il quale non è previsto alcun ulteriore uso e che è tenuto sotto controllo come rifiuto radioattivo dall'Organismo Nazionale a ciò preposto secondo le norme e le leggi nazionali"
(Art. 2 punto "h" della Joint Convention on the Safety of Spent Fuel Management and on the Safety of Radioactive Waste Management")

Definizione secondo la legge italiana
"... qualsiasi materia radioattiva, ancorché contenuta in apparecchiature o dispositivi in genere, di cui non é previsto il riciclo o la riutilizzazione ..."
(Decreto Legislativo 17 marzo 95 N° 230 modificato dall' Art. 4, comma 3/i del Decreto Legislativo 241/00)


                                       B) Modalità di classificazione
Per classificare i rifiuti radioattivi possono essere presi in considerazione vari parametri, quali:
- il contenuto in radionuclidi
- l'origine
- lo stato fisico
- il tipo di radiazione emessa
- il tempo di dimezzamento dei radionuclidi presenti
- la radiotossicità dei radionuclidi presenti
- l' attività specifica
- l' intensità di dose
- la modalità di gestione
- la destinazione finale (tipo di smaltimento definitivo)

                               C) Classificazione in base allo stato fisico
Relativamente allo stato fisico i rifiuti sono classificati in:
- Rifiuti gassosi
- Rifiuti liquidi
- Rifiuti solidi

Rifiuti gassosi
Sono prodotti essenzialmente nel ciclo del combustibile nucleare (reattore, riprocessamento).

Sono costituiti essenzialmente da gas nobili, ad esempio:
Kr-85 (cripto 85), tempo di dimezzamento 10,7 anni
Xe-133, (xeno 133), tempo di dimezzamento 5,2 giorni
Alcuni radioisotopi solidi particolarmente volatili possono accompagnare i rifiuti gassosi. Ad esempio:
I-131 (iodio 131), tempo di dimezzamento 8 giorni
I-129 (iodio 129), tempo di dimezzamento 15 milioni di anni
Cs-137 (cesio 137), tempo di dimezzamento 30 anni.
Anche il tritio(H-3) e il carbonio-14 possono dar luogo a prodotti radioattivi gassosi (idrogeno, vapor d'acqua, anidride carbonica).
Per tutti questi deve essere previsto un efficace sistema di intrappolamento, con conseguente produzione di rifiuti solidi o liquidi, a seconda delle tecniche impiegate.

Rifiuti liquidi


Sono prodotti in tutte le attività che implicano la produzione e l'impiego di radionuclidi.
Sono costituiti essenzialmente da soluzioni acquose, più o meno concentrate in sali.
Per quanto riguarda la quantità e qualità dei radionuclidi in essi contenuti, possono appartenere a tutte le categorie di classificazione.
I volumi più importanti (anche se relativamente a bassa radioattività) sono prodotti nelle operazioni di lavaggio e decontaminazione.
Sono generalmente raccolti e contenuti in serbatoi di caratteristiche adeguate, in attesa di essere sottoposti ai processi di trattamento e condizionamento.
Sono anche prodotte relativamente piccole quantità di rifiuti liquidi non acquosi, come ad esempio i solventi organici usati nel riprocessamento, oli lubrificanti contaminati, miscele di composti organici usati per scopi analitici (scintillazione liquida).

Rifiuti solidi
Sono prodotti in tutte le attività che implicano la produzione e l'impiego di radionuclidi.
Per quanto riguarda la quantità e qualità dei radionuclidi in essi contenuti, possono appartenere a tutte le categorie di classificazione.
I rifiuti solidi possono essere distinti :
Per contenuto in acqua

 - Solidi umidi
 - Solidi asciutti
Per proprietà fisiche

 - Solidi combustibili
 - Solidi non combustibili
 - Solidi comprimibili
 -  Solidi non comprimibili
Per fonte di produzione

 - Rifiuti tecnologici
 - Rifiuti di processo
 - Rifiuti da smantellamento di impianti


                    D) Classificazione italiana - Guida Tecnica n.26 - ANPA


Categoria
Definizione
Esempi
Smaltimento definitivo

Prima Categoria
Rifiuti la cui radioattività decade in tempi dell'ordine di mesi o al massimo di qualche anno
Rifiuti da impieghi medici o di ricerca, con tempi di dimezzamento pari o inferiori a 75 giorni
Come i rifiuti convenzionali

Seconda Categoria
Rifiuti che decadono in tempi dell'ordine delle centinaia di anni a livelli di radioattività di alcune centinaia di Bq/g, e che contengono radionuclidi a lunghissima vita media a livelli di attività inferiori a 3700 Bq/g nel prodotto condizionato
Rifiuti da reattori di ricerca e di potenza, rifiuti da centri di ricerca, rifiuti da disattivazione di impianti
In superficie o a bassa profondità con strutture ingegneristiche

Terza Categoria
Rifiuti che decadono in tempi dell'ordine delle migliaia di anni a livelli di radioattività di alcune centinaia di Bq/g, e che contengono radionuclidi a lunghissima vita media a livelli di attività superiori a 3700 Bq/g nel prodotto condizionato

Rifiuti vetrificati e cementati prodotti dal riprocessamento;
combustibile irraggiato se non riprocessato;
rifiuti contenenti plutonio.
In formazioni geologiche a grande profondità
 
Guida Tecnica n. 26 - La gestione dei rifiuti radioattivi



                                     E) Origine dei Rifiuti Radioattivi
 
Tutte le attività in cui sono utilizzati o manipolati materiali radioattivi generano rifiuti radioattivi.
Si illustrano di seguito le principali fonti di produzione dei rifiuti radioattivi, distinte per le diverse concentrazioni di radioattività.

 - Rifiuti a bassa attività
 - Rifiuti a media attività
 - Rifiuti ad alta attività


Rifiuti a bassa attività
Le principali fonti di produzione sono: ·  Installazioni nucleari ·  Ospedali ·  Industria ·  Laboratori di ricerca

Essi includono generalmente: ·  Carta, stracci, indumenti, guanti, sovrascarpe, filtri ·  Liquidi (soluzioni acquose o organiche)

Un tipico reattore nucleare di potenza ne produce circa 200 m3 all'anno.
Un significativo contributo proviene dalla disattivazione delle installazioni nucleari non più in funzione.

Rifiuti a media attività
Le principali fonti di produzione sono: ·  Centrali nucleari ·  Impianti di fabbricazione del combustibile a ossidi misti (MOX) ·  Impianti di riprocessamento ·  Centri di ricerca

Includono generalmente: ·  Scarti di lavorazione, rottami metallici ·  Liquidi, fanghi, resine esaurite

Un tipico reattore nucleare di potenza ne produce circa 100 m3 all'anno.
Un significativo contributo proviene dalla disattivazione delle installazioni nucleari non più in funzione

  Rifiuti ad alta attività
Sono le "ceneri" prodotte dal "bruciamento" dell'uranio nei reattori. I principali componenti sono i prodotti di fissione e gli attinidi transuranici.

Essi sono costituiti: ·  dal combustibile nucleare irraggiato "tal quale" · dalle scorie primarie del riprocessamento

Un tipico reattore nucleare di potenza produce circa 30 tonnellate all'anno di combustibile irraggiato.
Nel caso del riprocessamento, questo quantitativo corrisponde a circa 4 m3 di prodotti della vetrificazione dei rifiuti ad alta attività.



 fonte: A.N.P.A