ENERGIA DAL NUCLEAREENERGIA DAL NUCLEAREENERGIA DAL NUCLEAREENERGIA DAL NUCLEARE

L’incidente di ChernobylL’incidente di ChernobylL’incidente di ChernobylL’incidente di Chernobyl

Saverio Altieri

DIPARTIMENTO DI FISICA NUCLEARE E TEORICAUNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PAVIA

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE (INFN)SEZIONE DI PAVIA

ChernobylChernobylyy26 aprile 1986

ore 1:24 del mattino

Due esplosioni in rapida successione distruggono il nocciolo dell’unità 4 della centrale nucleare

La potenza delle esplosioni lancia 6 tonnellate di sostanze radioattive verso gli p p gstrati alti dell’atmosfera

I venti disperdono la radioattività su tutto l’Emisfero Nord del mondoI venti disperdono la radioattività su tutto l Emisfero Nord del mondo da Canada e Stati Uniti fino al Giappone

solo l’Emisfero Sud rimane indenne dalla contaminzione radioattiva

L’Europa viene investita in pienoma l’Ucraina, la Bielorussia e la Federazione Russa sono le nazioni più colpite. , p p

Ancora oggi molti si chiedono:

cosa ha provocato una simile catastrofe?

cosa hanno mai fatto gli operatori della centrale per arrivare a tanto?

Da una parte tutto sembra complesso dall’altra è facile vedere in Chernobyl la materializzazione della paura del

nucleare e giungere naturalmente alla più ovvia delle conclusioni:g g p

L’energia nucleare è pericolosa!!!

Questi sono i disastri che ci toccanoQse usiamo l’energia nucleare !!!

Invece tutto era chiaro ancora prima che il disastro si verificasse

agli operatori forse NOma ai progettisti del reattore sicuramente SI

gli operatori hanno causato l’incidente

i progettisti hanno voluto correre il rischio

Sarebbe stato sufficiente usare acqua pesante o anidride carbonica q pcome refrigerante al posto dell’acqua leggera, e oggi non saremmo

qui a parlare di Chernobyl

Il disastro è connesso a tre ingredienti essenziali su cui si fonda la sicurezza di un reattore:

IL COEFFICIENTE O O

LE BARRE DI CO O O

IL SISTEMA DI CONTENIMENTODI VUOTO CONTROLLO CONTENIMENTO DEL REATTORE

CHERNOBYL PIU’ DA VICINOCHERNOBYL PIU’ DA VICINO

130 Km

PotenzaElettrica

Prima Stato ElettricaMWe

criticità attuale

Unità 1 925 8/1977 Shut down1996

Unità 2 950 5/1979 Shut down8/1991

Unità 3 925 6/1981 Shut down2000

Unità 4 950 4/1984 Shut down4/1986 Altre 2 unità erano in costruzione 1.5 Km più a Sud

RBMKReactor Bolshoi Moschnosti Kanalynyi

Reattore ad acqua bollente in tubi a pressione

3200 Mwth

1000 Mwe

500 M

000 e

500 Mwe500 Mwe

Reactor Bolshoi Moschnosti Kanalynyi

250 t

1000 t

700 t

Reactor Bolshoi Moschnosti Kanalynyi

840canali

840840canali

1000 t1000 tBlocchi di piombo

250 tMacchina di carico e scarico b tibil

700 tSchermo biologico

La sala controllo

NOCCIOLONOCCIOLOReattore ad acqua bollenteM d t fit

211 barre di controllo B Cvapore

Moderatore: grafiteRefrigerante: acqua leggera

2500 t di grafite

211 barre di controllo B4C

192 t di 235U 2 %1680 canali di combustibile

Rivestimento in lega di zirconio

7 m

acqua leggeragrafite

acqua leggera

SICUREZZA DEL NOCCIOLOSICUREZZA DEL NOCCIOLOBARRE DI CONTROLLOBARRE DI CONTROLLO

211 barre di controllo La grafite sposta l’acqua

sistema di controllo molto complesso

211 barre di controllo al carburo di boro B4C

e inserisce unareattività positiva di +0.5β

Tempo si inserimento rapido: 20 s

barra di controllo1 m1 m

5 m

1 m1 m

grafite

B4C

5 m

B4C

acqua

1 m1 m

L’inserimento delle barre di controllo nelL inserimento delle barre di controllo nel tratto iniziale provoca un aumento della potenza

CONTENIMENTOCONTENIMENTO

CARATTERISTICHE DEL CONTENITORE EPR

• Doppio contenimento.

• “Liner” interno in acciaio a tenuta (6 mm)mm).

• Cilindro interno in calcestruzzo armato precompresso 1.3 m.

• Cilindro esterno in calcestruzzo calcestruzzo rinforzatoc 1.3 m.

• Volte ellissoidali tra l i di d ti loro indipendenti.

• Basamento in calcestruzzo 6m.

19

Eventi che hanno portato all’incidente25 aprile 1986l’unità 4 della centrale doveva essere spenta per manutenzione ordinaria

L’ESPERIMENTOL’ESPERIMENTO

turbina generatore

SFRUTTARE l’inerzia del rotore della turbina per alimentare le pompe dell’ECCS; già eseguito inpompe dell ECCS; già eseguito in passato ma con esito negativo

G i 86Gennaio 86 V.P. Briukhanov (direttore della centrale) manda il programma della prova alle autorità perdella prova alle autorità per approvazione

Si d id l di ff l’ iNessuna risposta Si decide ugualmente di effettuare l’esperimento

L’ESPERIMENTOL’ESPERIMENTO

In sala controllo

Akimov: capo turnoAkimov: capo turno

Toptunov: ingegnere capo operazione reattore

Diatlov: aggiunto ingegnere capo (dirige l’esperimento)Diatlov: aggiunto ingegnere capo (dirige l esperimento)

Stoliarcuk: ingegnere principale conduzione reattore

Kersenba m i i i l d i t biKersenbaum: ingegnere principale conduzione turbine

Davletbaiev: aggiunto capo turbina n. 4

Palamarcuk: responsabile laboratorio impresa esercizio centralePalamarcuk: responsabile laboratorio impresa esercizio centrale

Tregub: capo del turno precedente

Matlenko: rilevatore elettrico al generatore per esperimentoMatlenko: rilevatore elettrico al generatore per esperimento

Proskurianov: tirocinante

Kudriastev: tirocinante

P(M

W)

Turbogeneratore n.7disaccoppiato rete

L’ESPERIMENTOL’ESPERIMENTO

P

3000

disaccoppiato rete

Su turbogeneratore n.8:4 pompe primario2 pompe

OK ripresadi i i

500 MWControllotrasferito2 pompe

Attrezzature varie

ECCS

diminuzioneda dispacciatore

trasferitodal locale

all’automatico

1600

ECCSdisinserito 00.05

720 MW Estrazionedi molte

800

Richiestaenergia da

dispacciatore

barredi controllo

200 MWXe

t

200 MWXe

1.06 13.05 23.10

25/4 26/4

tempo14.00 00.00 1:0030 MW

25/4 26/4Akimov entraTregub esce

L’ESPERIMENTOL’ESPERIMENTO

Stanno pompando troppa acqua nel nocciolo 58.000 m3/h proibito: rotture per vibrazioni

1.07Riduzione di vapore nel separatore di vaporeQuesto avrebbe provocato scram automatico ma … l’operatore ha disabilitato lo scram per poter effettuare la prova

1:19 Toptunov, Akimov, Stoliarcuk tentano di ristabilire a mano i parametrigiusti nel reattore; estraggono altre barre di controllo per aumentarel t d l tt i t bili i t t l tla potenza del reattore e ristabilire pressione e temperatura nel separatoredi vaporeIl numero minimo di barre di controllo nel nocciolo non deve essere inferiorea 30; ora erano di meno: forse 8 Bisogna spegnere: in ece si contin aa 30; ora erano di meno: forse 8. Bisogna spegnere: invece si continua

1:22:45 L’operatore crede di aver stabilizzato la situazione

Si decide di proseguire con l’esecuzione del test

L’ESPERIMENTOL’ESPERIMENTO

1:23:04 Metlenko dalla sala reattore comunica: Oscilloscopio in funzioneChiusa valvola del vapore al TG n 8Chiusa valvola del vapore al TG n. 8

1 23 10 Ora entrambe le turbine sono disconnesse (previsto scram)Questo scram era stato escluso per poter effettuare la prova

Diminuisce portata d’acqua nel nocciolo (le 4 pompe del primario

1:23:10

Diminuisce portata d acqua nel nocciolo (le 4 pompe del primarioerano collegate su TG n.8)

Aumenta vapore1:23:21

E la potenza comincia a salire per coefficientedi vuoto positivo

Aki biAkimov: bisogna spegnere

L’INCIDENTEL’INCIDENTE

1:23:40

SCRAM con pulsante AZ5Coefficiente di vuoto

+ Aumenta la potenzaBarre di controllo

p

1.500.000 MW

300 000 MW300.000 MW

La potenza del reattore raggiunge 100 volte il valore di progetto 1.23:44

L’INCIDENTEL’INCIDENTE

1:23:45 Il combustibile comincia a frammentarsi, reagisce con l’acqua di raffreddamento e produce un impulso di alta pressione

1:23:49 I canali del combustibile si rompono

p p p

1:23:49 I canali del combustibile si rompono

1:24 Si verificano due esplosioni: una di vapore d’acqua, l’altra prodotta dal combustibile evaporatol altra prodotta dal combustibile evaporato

Nella sala centrale: piastra 1000 tgru 50 tgru 50 tmacchina carico e scarico 250 t

Pavimento crollatoTetto sfondato

Pezzi di grafite e combustibile incandescenti tutt’intornoprovocano incendi:p

• in sala macchine (olio)• nei depositi di gasolio

I RESTI DEL REATTOREI RESTI DEL REATTORE

I RESTI DELI RESTI DELREATTOREREATTORE

I RESTI DEL REATTOREI RESTI DEL REATTORE

Il combustibile fuso

I SOCCORSII SOCCORSI

I primi ad arrivare sono i pompieri: a un primo gruppo di 14 si aggiungono rinforzi che continuano ad arrivare; alle 4 del mattino sono 250; 69 di essi partecipano alle operazioni di spegnimento

1.28

17 i i i i 4 di i i l hi h

I pompieri domano incendio sul tetto della sala macchine ed entrano in sala macchine69 di essi partecipano alle operazioni di spegnimento

2.10

2.30 Viene domato incendio sul tetto della sala reattore17 pompieri vengono ricoverati; 4 di essi in sala macchine hanno preso dose da pezzi di combustibile finiti su un trasformatore (10 Gy); alla fine 31 di essi moriranno.

5.00

L’INCENDIO DELLA GRAFITEL’INCENDIO DELLA GRAFITE

2500 t

La rottura del nocciolo porta aria in contatto con la grafite che si incendia

2500 t di grafite

Non ci sono esperti per affrontare questo tipo di incendio

C li tt i l i ti l i l 5 000 t di t i l i

p g

Con elicotteri vengono lanciati sul nocciolo 5 000 t di materiale vario40 t di carburo di boro per assorbire neutroni600 t di dolomite per produrre CO2 per spegnere incendio2 400 t di piombo per assorbire radiazioni gamma2 400 t di piombo per assorbire radiazioni gamma1 800 t di sabbia e argilla per ridurre il rilascio di particolato

150 t di materiale era stato lanciato il 27 Aprile150 t di materiale era stato lanciato il 27 Aprile300 t il 28750 t il 291 500 t il 301 900 t il 1 Maggio 400 t il 2 Maggio. 1800 voli di elicottero per lanciare il materiale

9 maggio Viene spento l’incendio della grafite

IL RILASCIO, LA DISPERSIONE E LA DEPOSIZIONE DEI RADIONUCLIDIDEPOSIZIONE DEI RADIONUCLIDI

Il t i l di tti il i t i t f è tit it d lIl materiale radioattivo rilasciato in atmosfera è costituito da gas, aereosols ecombustibile finemente frammentato

Si stima che sia stato rilasciato

il 100% dell’inventario dei gas nobili (xenon e krypton)il 100% dell inventario dei gas nobili (xenon e krypton)

tra il 10 e il 20% degli elementi più volatili: iodio, tellurio e cesio

il 3 5 % d l b ibil ( 6 ll di b ibil )il 3.5 % del combustibile ( 6 tonnellate di cobustibile)

IL RILASCIO

PBq1015Bq

⎪⎧

⎪⎪⎪

⎨

⎪⎪

⎪⎨

− γβ ,

⎪⎪⎩

⎨⎧

α⎩⎨α

131I

IL RILASCIO

131I

Exa Bq=1018BqPBq=1015 Bq

TOTALE

Andamento giornaliero dei rilasci neiAndamento giornaliero dei rilasci neiprimi giorni; la ripresa dopo il mininoè dovuta all’aumento di temperaturaprovocato dal materiale di coperturaprovocato dal materiale di coperturalanciato con gli elicotteri

Durante i primi 10 giorni, quando i rilasci radioattivi furono più intensi, le condizioni

LA DISPERSIONE

meteorologiche e la direzione del vento cambiarono in continuazione, interessando viavia vari settori

LA DISPERSIONE

Al momentodell’incidente il ventosoffiava verso la Scandinavia. I primia rivelarea rivelareradioattività nell’ariafuori dalla ex URSS furono i tecnici di unafurono i tecnici di unacentrale svedese. Dopo aver capito cheil il iil rilascio non era legato alla lorocentrale diederol’allarme

April 26 May 2

LA DISPERSIONENel resto dell’Europa

April 28 May 4

L’arrivo in Italia il 30 aprile

April 30 May 6

L arrivo in Italia il 30 aprile

LA DISPERSIONEsu scala planetaria

Solo l’Emisfero Sud rimane indenne da questa contaminazione

su sca a p a eta a

LA DEPOSIZIONE DEI RADIONUCLIDIIntorno a Chernobyl

C137 Cs13755

30 Km

60 Km

Deposizione

Sr90

La deposizioneLa deposizionedi 90Sr e 239Pu ha interessatosoprattutto le zone vicine allacentrale; le zone con contaminazionecontaminazioneda plutonio> 4 kBq m-2

si trovano entrosi trovano entroi 30-km

240239 PuPu 240239 −

I TRE SPOT DI CONTAMINAZIONE

ZONA CENTRALE – BRIANSK KALUGA-TULA.OREL

Deposizioni di oltre 40 kBq/m2 furono prodotte nelle zone dove il passaggiodella nube fu accompagnato dalla pioggia

C137 Cs13755

I TRE SPOT DI CONTAMINAZIONE

ZONA CENTRALE – BRIANSK KALUGA-TULA.OREL

I131

IN EUROPA

Deposizioni di oltre 40 kBq/m2 furono prodotte nelle zone dove il passaggio dellanube fu accompagnato dalla pioggia

Cs13755

nube fu accompagnato dalla pioggia

55

L’ESPOSIZIONE DELLA POPOLAZIONE

La popolazione esposta viene suddivisa in quattro categorie

(1) Lo staff della centrale nucleare e i lavoratori che hannopartecipato alle operazioni di decontaminazione (i cosiddettip p p (“liquidatori”);

(2) i residenti nelle vicinanze che furono evacuati dalla zona dei(2) i residenti nelle vicinanze che furono evacuati dalla zona dei30-km durante le prime settimane dall’incidente (116.000);

(3) la popolazione dell’ex Unione Sovietica inclusi i residenti(3) la popolazione dell ex-Unione Sovietica, inclusi i residentidelle aree contaminate: circa 5 milioni;

(4) l l i i P i f i d ll’ U i S i ti(4) la popolazione nei Paesi fuori dall’ex-Union Sovietica

Lo staff della centrale

Gli effetti più gravi: operatori della centrale, vigili del fuoco, primi soccorritori(491 al momento dell’incidente, 566 alle 8 del mattino):

499 furono posti in osservazione

237 ricoverati entro 24 ore con sospetta SAR

2 morti immediati: esplosione e trombosi

1 morto durante la mattinata per ustioni termichep

28 morti nei giorni successivi nei centri di trattamento

totale di 31 i morti nelle prime settimane.totale di 31 i morti nelle prime settimane.

56 affetti da bruciature della pelle da radiazioni, cataratta eulcerazioni.altri 11 morti fra il 1987 e il 1998 per varie cause (dosi 1.3 - 5.2 Gy): 3malattia cardiaca, 2 sindrome mielodisplasica, 2 cirrosi epatica, 1 cancrenapolmonare 1 tubercolosi polmonare 1 embolia 1 leucemia mieloidepolmonare, 1 tubercolosi polmonare, 1 embolia, 1 leucemia mieloide

totale di 42 i morti entro il 1998; 50 entro metà 2005

Gli evacuati dalla zona dei 30-km26 aprile

intensità di dose nei dintorni della centrale

Dose letale: 3000 5000 mGy

La sera del 26 aprile dopo

Dose letale: 3000-5000 mGy

p pcirca 20 ore dall’incidente il

vento cominciò a soffiareverso Pripyat. mGy/hverso Pripyat.

L’intensità di dose in cittàaumentò significativamente: 0.8

fu deciso di evcuare la città.

80080

800

Gli evacuati dalla zona dei 30-km

49.000 abitanti di Pripyat lasciano la città su 1200 autobus

altre 67 000 persone saranno evacuate nei giorni e nelle settimanealtre 67.000 persone saranno evacuate nei giorni e nelle settimaneseguenti

U l di i 116 000 i d di 30 K iUn totale di circa 116.000 evacuati da una zona di 30 Km intorno al reattore

Gli evacuati dalla zona dei 30-kmDose al corpo intero

La dose al corpo intero fu dovuta essenzialmente all’esposizioneLa dose al corpo intero fu dovuta essenzialmente all esposizioneesterna e all’inalazione dei nuclidi nell’aria.

La dose efficace fu mediamente di circa 17 mGy, con valoriLa dose efficace fu mediamente di circa 17 mGy, con valoriindividuali variabili fra 0.1 e 380 mGy.

Dose alla tiroideDose alla tiroide

I liquidatoriCirca 600.000 lavoratori furono coinvolti nelle operazioni di

decontaminazione

I più esposti furono i lavoratori coinvolti all’inizio e gli scienziatiI più esposti furono i lavoratori coinvolti all’inizio e gli scienziatiche intervennero con compiti speciali (circa 1000 con dosi da 2 a 20 Gy)

L d i di f i 170 S l 1986 15 S l 1989Le dosi medie furono circa 170 mSv nel 1986 e 15 mSv nel 1989

Popolazione delle zone contaminate ex-Unione Sovietica

Aree contaminate classificate facendo riferimento alla contaminzione di 137Cs presente prima dell’incidente - test bellici in atmosfera anni 50-60 pari a 2-4 kBq/m2

> 37 kBq/m2 contaminata> 37 kBq/m contaminata circa 5 milioni vivono

la maggior parte < 1 mSv/anno oltre il fondo, 100.000 >1mSv/anno

> 555 kBq/m2 sono soggetta a controllo> 555 kBq/m2 sono soggetta a controllo circa 400.000 vivevano e sono stati evacuati

116.000 (49.000 Pripyat + 67.000) primavera-estate 1986

200.000 anni successivi200.000 anni successivi

> 1500 kBq/m2 zona proibita

Nel 2003, su iniziativa della IAEA è statocostituito il Chernobyl Forum con lo scopocostituito il Chernobyl Forum con lo scopodi facilitare la comprensione della portatadell’incidente e di suggerire le azioni daintraprendere per risolvere i vari problemiintraprendere per risolvere i vari problemieconomici e sociali derivati dall’incidente.

Le conclusioni più recenti del Forum sonoLe conclusioni più recenti del Forum sonoriportate nel rapporto “Chernobyl’sLegacy:Health, Environmental and Socio-Economic Impacts” (600 pagine in 3p ( p gvolumi) che ha visto impegnati centinaia diesperti di varie discipline.

Lo staff della centraleFino alla metà del 2005 circa 50 persone sono morte per cause attribuibilidirettamente alle radiazioni assorbite in seguito al disastro; nella maggioranza dei casisi tratta di lavoratori intervenuti nelle prime ore dopo il disastro e deceduti entrosi tratta di lavoratori intervenuti nelle prime ore dopo il disastro e deceduti entropochi mesi

Gli evacuati dalla zona dei 30 kmGli evacuati dalla zona dei 30-km

1800 tumori fatali possono essere attesi fra i 350.000 evacuati; i sintomi più riportatisono stress depressione ed ansiasono stress, depressione ed ansia.

I liquidatori intervenuti 1986-1987Circa 4000 tumori fatali a causa delle radiazioni potrebbero verificarsi fra i 600.000liquidatori (comopresi quelli intervenuti nel 1986-87 e i circa 1000 lavoratoriliquidatori (comopresi quelli intervenuti nel 1986 87 e i circa 1000 lavoratoriintervenuti nei primi giorni dopo l’incidente esposti alle dosi più elevate; rappresentacirca l’1% di incremento della percentuale di popolazione che muore per tumoriindotti da altre cause (il 25% della popolazione); sarà probabilmente difficile daindotti da altre cause (il 25% della popolazione); sarà probabilmente difficile damettere in evidenza

Tumori alla tiroide

4000 tumori alla tiroide fra quelli che erano bambini o adolescenti nel 1986;

La dose alla tiroide dovuta soprattutto al consumo di latte fresco nelle prime settimane

letali per circa l’1%

Bambini della regione di Gomel in Bielorussia ricevettero le dosi più altre variabili frada quasi zero fino a 40 Gy e una media di circa 1 Gy per bambini fra 0 e 7 anni.

Tumori alla tiroide nei bambini

Leucemie e tumori solidi diversi da quelli alla tiroide

A 20 anni dall’incidente non sembrano emergere chiareevidenze di un aumento dell’incidenza di leucemie o ditumori solidi diversi da quelli alla tiroide; tuttavia vienesegnalato un raddoppio di incidenza (nel periodo 1986-g pp ( p1996) nel gruppo di liquidatori russi esposti ad una doseesterna superiore a 150 mGy. Sono in corso ulteriorip ystudi. Ma il rischio di leucemie diminuisce con la dose equindi col tempo dall’incidente.q p

Per i tumori solidi i tempi di latenza sono più lunghi (10-p p g (15 anni) e quindi occorre attendere ancora.

Non sembrano emergere evidenze di un aumento d ll’i id d ll lf i i li b ti i ti itidell’incidenza delle malformazioni negli aborti e nei nati viti

Fertilità ed effetti genetici e malformazioniNon sembrano emergere evidenze di un aumento

d ll’i id d ll lf i i li b ti i ti itidell’incidenza delle malformazioni negli aborti e nei nati viti

B t i iBassa contaminazione

Alta contaminazione

Conseguenze ambientaliEffetti ambientaliConseguenze ambientali

– Andamento d ll della concentrazio

di C 137 ne di Cs-137 nello

d l spessore del suolo.

– Contaminazione da Cs-137 e Sr-90 nell’acqua del bacino qdi raffreddamento della centrale.

– Contaminazione da Cs-137 e Sr-90 nell’acqua del fiume qPripyat in prossimità di Chernobyl.

– Concentrazione di Cs-137 e Sr-90 nella falda superficiale d ll di l i tt l’ i d t i l di Ch b ldella zona di esclusione sotto l’area industriale di Chernobyl.

– Contaminazione da Cs-137 nel pesce del Bacino di Kievp

Concentrazione media annua (Bq/kg) di Cs-137 nel latte e nella carne di mucca prodotti nella regione di Briansk Russiacarne di mucca prodotti nella regione di Briansk, Russia.

Concentrazione di Cs-137 nei funghi raccolti nella i di Zh t i (U i ) regione di Zhytomir (Ucraina).

La regione era caratterizzata da una deposizione al suolo di 555 kBq/m2suolo di 555 kBq/m2.

Il sarcofagoUn contenimento in cemento e acciaio perUn contenimento in cemento e acciaio perracchiudere ed isolare i resti del reattore.

Nell’agosto 1986 vari sensori e monitor diradiazione gamma furono inseriti con l’uso diradiazione gamma furono inseriti con l uso dielicotteri per misurare l’intensità di dose gammaper programmare il lavoro di costruzione

La costruzione del sarcofago fu completata in soliLa costruzione del sarcofago fu completata in soli7 mesi nel novembre 1986.

Il sarcofago potrebbeIl sarcofago potrebbecollassare con conseguenterilascio di materialeradioattivo.radioattivo.

Si sta progettando un nuovocontenitore che possapracchiudere l’attualesarcofago e che possaresistere almeno per isuccessivi 100 anni.

Terminata la costruzione sipotrebbe procedere allarimozione del vecchio e delmateriale a bassa attività ef i llforse poi passare allosmantellamento del reattore.Doveva essere fatto entro il2009 è litt t l2009 ma per ora è slittato al2015