Gli scenari che ci vengono proposti ogni giorno sono vari e poco precisi, presentati in maniera diversa dalle diverse istituzioni che si occupano di studiare tali eventi.
Un articolo che mi ha mandato Niccolò Loret, prova a chiarire quali sono i meccanismi che si innescano in un incidente nucleare, ci presenta un confronto tra le più devastanti crisi alle centrali, prova a chiarire quali possano essere le reali condizioni della centrale di Fukushima e analizza i possibili scenari delle conseguenze.
Grazie Niccolò.
Disastri a confronto
La International Nuclear and Radiological Event Scale (INES) è stata introdotta nel 1990 per classificare i diversi disastri nucleari, è una scala logaritmica come quella Richter per i terremoti, ed ogni gradino della scala indica un eveno circa 10 volte più grave del gradino precedente.
Basandoci su di essa passiamo in rassegna i più gravi e noti incidenti nucleari per comprendere l'effettiva gravità del disastro di Fukushima.
-1979- Three mile island, livello 5: L'incidente fu causato da una perdita del liquido refrigerante dal vessel ad acqua pressurizzata per via di un malfunzionamento ad una valvola. Si susseguì una serie di malfunzionamenti ed errori umani che portarono all'ebollizione dell'acqua ed all'esposizione delle barre di combustibile, questo ha provocato l'innalzamento della pressione interna e la produzione di idrogeno che, in seguito, ha causato una piccola esplosione. Le barre di combustibile si fusero parzialmente tra loro, ma i tecnici furono comunque in grado di inserire le barre di controllo e raffreddare il nocciolo nei giorni successivi. Esplosione e perdita del liquido di raffreddamento provocarono una pericolosa perdita radioattiva, per cui l'impianto venne evacuato ed isolato. L'effettiva poratata dei danni fu verificata solamente qualche anno dopo, in fase di decommissioning, nel momento in cui il reattore venne riaperto.
-1957- Disastro di Kyshtym, livello 6: Ben poco si sa dell'incidente, avvenuto in URSS e venuto alla luce solamente dopo il crollo del muro di Berlino. Un problema al sistema di raffreddamento dell'impianto di riprocessamento militare di scorie radioattive causò un esplosione di vapore che rilasciò in atmosfera circa 80 tonnellate di materiale radioattivo (con probabili tracce di Plutonio).
-1986- Chernobyl, livello 7: Il disastro di Chernobyl è la sinfonia all'umana idiozia, dalla progettazione del reattore, alla disinvoltura con la quale i tecnici giocavano con le manopole. Il reattore era stato progettato con moderazione a base di grafite, la grafite, come l'acqua, è un materiale che rallenta i neutroni, rendendoli in grado di innescare una reazione a catena. La grafite venne utilizzata poiché i reattori sovietici modello RBMK furono pensati per poter funzionare ininterrottamente per ottenere una continua produzione di Plutonio (per le bombe): le barre di contenimento di questo tipo di reattori è stata concepita con una punta di grafite, affinchè si consumassero in maniera maggiore le pasticche poste più in basso, così da poter far scivolare da sotto il combustibile esausto, ricaricando contemporaneamente nuove pasticche in alto senza a reattore in funzione. Questo progetto, molto efficiente da un punto di vista industriale, presenta un'importante criticità: mentre nei reattori in cui la moderazione è affidata all'acqua in caso di ebollizione le reazioni rallentano (il vapore, a differenza dell'acqua lascia passare indisturbati i neutroni veloci), nei reattori a grafite la reazione continua nonostante l'ebollizione, crescendo esponenzialmente in intensità.
L'esplosione del reattore di Chernobyl avvenne durante un esperimento di funzionamento dell'impianto a bassa potenza (del quale i responsabili si sono probabilmente pentiti quando i loro organi interni si sono liquefatti per via dei raggi gamma): i tecnici raffreddarono le barre con un ingente flusso d'acqua, ma per far sì che la produzione elettrica restasse in funzione estrassero del tutto le barre di controllo, così bastò una minima diminuzione del flusso d'acqua per provocare l'ebollizione. Il vapore fece aumentare la pressione nel vessel e scattare l'allarme. I tecnici di conseguenza premettero il pulsante d'emergenza che fece scattare l'inserimeno delle barre di controllo, la cui punta di grafite, però provocò un intensificazione delle reazioni: in pochi secondi la temperatura salì sopra i 2000°C, le barre di contenimento si spaccarono, l'acqua si separò in idrogeno ed ossigeno, l'idrogeno esplose spaccando il vessel e pochi secondi dopo l'altissima escursione termica delle pasticche di combustibile senza più alcun sistema di raffreddamento provocò la loro esplosione che fece saltare la centrale, spargendo ovunque materiale altamente radioattivo incandescente. Come se non bastasse la grafite prese fuoco, innalzando una colonna di fumi e ceneri caldissime che spedirono fin nella stratosfera sostanze radioattive di tutti i tipi, che arrivarono un po' in tutto il mondo seguendo i venti.
-2011- Fukushima, livello 5?...6?....7???: Il disastro di Fukushima è esteso e variegato, comprende 4 reattori costruiti tra il 1970 (il primo abbastanza vecchio) ed il 1982 (gli ultimi piuttosto moderni). Il primo reattore a dare segni di cedimento è stato quello numero uno: dopo il terremoto è scattato il meccanismo di emergenza che ha fatto sì che venissero inserite le barre di contenimento, così da arrestare i processi di fissione nucleare. In caso di incidente, però, dopo lo spegnimento del reattore la temperatura interna continua ad essere altissima, si parla di circa l'8% della potenza di una centrale in esercizio (quindi stiamo parlando di circa 100-200 MW), per via delle reazioni residue dei radionuclidi con piccoli tempi di dimezzamento, ed il raffreddamento, non potendo più contare sull'alimentazione elettrica della centrale, deve contare, per il funzionamento delle pompe su dei generatori Diesel d'emergenza. A seguito del terremoto pare che siano stati proprio questi a subire i maggiori danni (anche se non escludiamo che si siano verificati danni alle condotte). Per questo motivo la temperatura all'interno del vessel ha continuato a salire fino ai 2000 °C, temperatura alla quale può avvenire la razione di termolisi, cioè la rottura delle molecole d'acqua nelle componenti di idrogeno ed ossigeno.
Metallo + nH2O => Ossido metallico + nH2
Se la reazione è sufficientemente esotermica si instaura un loop auto-alimentante ed all'interno del vessel la pressione sale in maniera incontrollata.
L'aumento vertiginoso della temperatura è dovuto al fatto che non funzionando l'impianto di raffreddamento le barre potrebbero non esser più totalmente immerse nell'acqua e potrebbero quindi essersi fuse tra loro.
Per evitare che le pareti del reattore si spaccassero per l'elevata pressione, quello che probabilmente hanno fatto i tecnici giapponesi è stato lasciar sfogare in atmosfera vapore surriscaldato, ossigeno, idrogeno e tutta una serie di sostanze radioattive allo stato gassoso, come lo Iodio131 o il Cesio137.
A pressione atmosferica idrogeno ed ossigeno hanno reagito, causando l'esplosione a cui tutti abbiamo assistito. Questo ha sparso in atmosfera numerose sostanze radioattive che si stanno diffondendo, seguendo i venti, nelle aree circostanti.
A differenza dell'incidente di Chernobyl, durante il quale l'incendio del tetto di grafite del reattore aveva disperso in atmosfera le polveri derivanti dalle barre di combustibile (le barre, infatti, per via delle reazioni di fissione si riducono ad una massa molto simile in consistenza a del ferro arruginito), a Fukushima pare che le pareti del reattore siano ancora intatte (almeno stando a quanto fanno sapere i media ufficiali) e, quindi non c'è stata probabilmente dispersione di sostanze più pesanti e pericolose.
Per quel che riguarda il reattore 2 si è quasi sicuramente avuto lo scioglimento delle barre (che si ha a 2800°C), in quanto il nocciolo è stato esposto all'aria per un periodo prolungato per via della mancanza di alimentazione alle pompe dell'acqua, si sono avute alcune piccole esplosioni e l'emissione di vapori radioattivi, ma i tecnici del reattore sono riusciti ad evitare l'esplosione dell'idrogeno lasciando defluire il gas da fori appositamente praticati nel cemento armato della blindatura.
Non si capisce ancora quanto sia fuori controllo la situazione di questo reattore, in quanto essendosi fuso il metallo non è possibile stabilire quanto l'acqua possa fluire attraverso le barre per raffreddarle. Non si riesce per ora neanche a capire quanto la fissione in questo nocciolo possa auto-alimentarsi nonostante l'inserimento delle barre di raffreddamento, gli scenari possibili vanno dal rientro dell'emergenza alla cosiddetta ''sindrome cinese'' ,cioè la creazione di una massa fusa che potrebbe restare incandescente per un lunghissimo periodo di tempo e penetrare la crosta terrestre.
Il terzo reattore, alimentato da una mistura di Uranio e Plutonio (MOX), è quello che ha dato i problemi maggiori e le maggiori fughe radioattive, inizialmente la situazione in questa parte dell'impianto era molto simile a quella del reattore 1, ma, in seguito all'esplosione dell'idrogeno è plausibile pensare che il vessel si sia danneggiato, dato che le barre sono state raffreddate gettando acqua dagli elicotteri, provocando la fuoriuscita di vapori radioattivi, il che fa pensare che l'acqua sia entrata direttamente in contatto con il nocciolo. Come nel reattore 2 è probabile che le barre si siano parzialmente fuse tra loro e non è chiaro se andando avanti con i giorni la fissione possa riprendere o che una volta finito di decadere i prodotti di fissione secondari la temperatura si abbasserà.
Il reattore quattro, spento nel momento del terremoto, ha avuto problemi alla vasca dello stoccaggio delle scorie. Le vasche di stoccaggio delle scorie, poste al di sotto dei reattori sono delle enormi piscine profonde 10 metri in cui vengono accumulate le barre esauste di combustibile. Le barre esauste sono estremamente radioattive e calde e possono tranquillamente raggiungere i 100°C. Per questo motivo nella vasca sono presenti numerosi sistemi di raffreddamento che fanno sì che l'acqua non superi i 50°C. Non si capisce bene cosa non abbia funzionato, se un misuratore di pressione o di calore, se i tecnici preoccupati per gli altri reattori non abbiano controllato o se il terremoto abbia danneggiato la vasca, causando la fuoriuscita del liquido nell'ambiente esterno; fatto sta che l'acqua è arrivata ad ebollizione e dal reattore si sono sollevate dense volute di vapori radioattivi, non si sa di quale entità.
Per valutare l'impatto complessivo del disastro di Fukushima sono da considerare molti fattori: per quanto ancora i reattori continueranno a emettere vapori radioattivi, il tipo di radionuclidi immessi in atmosfera, se vi è sono state infiltrazioni delle acque di raffreddamento nelle falde acquifere e nel mare e verso dove soffierà il vento. Allo stato attuale è solamente possibile catalogare l'attuale disastro al di sotto di Chernobyl ed al di sopra di quello di Three mile island.
Niccolò Loret
Materiale
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