QUESTIONI APERTE SULLE TECNOLOGIE NUCLEARI: Le scorie nucleari Marino Mazzini Professore Ordinario...

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  • QUESTIONI APERTE SULLE TECNOLOGIE NUCLEARI: Le scorie nucleari Marino Mazzini Professore Ordinario nel s.s.d. Impianti Nucleari Universit di Pisa Facolt di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione
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  • NUCLEAR ENERGY TODAY Critical Issues Some issues are or are believed critical for nuclear energy: Nuclear wastes: more a political than a technical problem: possible solutions exist final repositories being selected (e.g., Yucca Mountain in USA) Occurred accidents: TMI-2: considerable plant damage with no consequences Chernobyl: possibly the maximum credible disaster, considered impossible in western reactors
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  • NUCLEAR ENERGY TODAY Critical Issues (Cont.) Some issues are or are believed critical for nuclear energy: Environmental protection: nuclear energy avoids greenhouse gas emissions in combination with hydrogen production, it may decrease the need of fossil fuels - Nuclear proliferation: military applications of nuclear energy preceded peaceful ones constructing nuclear weapons requires anyway sophisticated techniques minimization of the possibility to divert nuclear fuel for non-energy applications
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  • Uno dei punti di forza del nucleare in relazione alle scorie prodotte sono le piccole quantit di massa coinvolte a parit di energia prodotta Le scorie vengono prodotte dalla fissione nucleare e sono costituite da isotopi radioattivi la cui vita media pu essere anche molto lunga (fino migliaia o centinaia di migliaia di anni) In particolare: le scorie ad alta attivit, le sole di cui ci si debba seriamente preoccupare, costituiscono il 3% del volume totale e contengono il 95% della radioattivit; le scorie a media attivit sono il 7% in volume e contengono il 4% della radioattivit; le scorie a bassa attivit costituiscono il 90% in volume e l1% in radioattivit TEMI FREQUENTEMENTE DIBATTUTI Cosa sono le scorie nucleari
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  • Rifiuti e scorie
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  • 1. 1.Separazione spinta degli attinidi durante il ritrattamento del combustibile 2. 2.Fabbricazione di elementi di combustibile speciali contenenti gli attinidi 3. 3.Trasmutazione degli attinidi mediante irraggiamento neutronico in un reattore veloce (tipo ADS) 2 x 10 5 anni tempo in cui la radioattivit del combustibile irraggiato come scaricato dal reattore si riduce a quella del minerale di uranio originale 10 4 anni se si separano e si riutilizzano uranio e plutonio 200 anni se si separano e si trasformano gli attinidi in elementi pi leggeri
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  • Una centrale da 1000 MWe produce annualmente scorie ad alta attivit per un totale di circa 6 tonnellate, includendo la matrice vetrosa che le ingloba Se prodotta con carbone, la stessa energia darebbe luogo a centinaia di migliaia di tonnellate di ceneri e milioni di tonnellate di CO 2 Una celebre immagine (reperibile su internet) mostra la quantit di scorie ad alta attivit inglobate in matrice vetrosa che risulta dalla produzione dellenergia necessaria per sopperire al consumo energetico di una persona in un paese industrializzato per tutta la vita TEMI FREQUENTEMENTE DIBATTUTI La quantit delle scorie
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  • Le scorie nucleari possono essere inglobate in matrice inerte (vetro, cemento) a sua volta inclusa in recipienti (ad esempio di acciaio inox) che vengono sepolti in formazioni geologiche stabili (sale o granito) Un deposito di questo genere attivo dal 1999 nel New Mexico ed accoglier scorie fino al 2035 (Waste Isolation Pilot Plant) TEMI FREQUENTEMENTE DIBATTUTI Il trattamento delle scorie Gli Stati Uniti stanno mettendo a punto la repository retrievable di Yucca Mountain Molti Paesi impegnati nel nucleare stanno individuando siti per la deposizione finale delle scorie Il riprocessamento del combustibile e la trasmutazione permetteranno tempi di decadimento pi brevi e lo sfruttamento del Pu
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  • TEMI FREQUENTEMENTE DIBATTUTI Il trattamento delle scorie Sweden Design Repository
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  • TEMI FREQUENTEMENTE DIBATTUTI Il trattamento delle scorie Cygar Lake (Canada)
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  • TEMI FREQUENTEMENTE DIBATTUTI Il trattamento delle scorie Reattori nucleari naturali ad Oklo in Gabon: 2 miliardi di anni fa ad Oklo lalta concentrazione di uranio nel terreno rese possibile il raggiungimento della criticit per 17 reattori nucleari Essi operarono ad intermittenza per circa 1 milione di anni dando luogo a prodotti di fissione Queste sostanze rimasero in loco con movimenti limitati a decine di metri al massimo per due miliardi di anni in un solo normale, sotto leffetto degli agenti atmosferici Non si pu riscontrare alcuna differenza evidente tra gli ecosistemi e le popolazioni in questa area e nelle aree vicine con lo stesso habitat, clima, abitudini di vita
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  • Sistemazione Definitiva Scorie Radioattive a bassa e media radioattivit Cilindri di stoccaggio a secco dei rifiuti a media radioattivit dellimpianto nucleare di Wolsong in Corea
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  • Il problema della sistemazione definitiva delle scorie non di natura tecnologica, ma culturale e politica E necessario che l'opinione pubblica recepisca l'idea che il deposito definitivo delle scorie radioattive non una discarica nucleare, ma un impianto tecnologico avanzato e come tale va progettato e gestito Bruciamento & Sistemazione Definitiva delle Scorie Radioattive
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  • LAccelerator Driven System (ADS) concepito per il bruciamento delle scorie nucleari. LADS si basa sullaccoppiamento tra un acceleratore di particelle e un impianto nucleare sottocritico Con leliminazione delle scorie ad alta attivit i depositi attuali verrebbero meglio sfruttati e diminuirebbe la richiesta di realizzare nuovi depositi Bruciamento & Sistemazione Definitiva delle Scorie Radioattive
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  • Conclusioni sulle scorie nucleari Il problema della distruzione dei waste radioattivi, ed in particolare del contenuto di attinidi minori, ha gi soluzioni tecnicamente fattibili Una soluzione possibile in prospettiva futura potrebbe essere ladozione di cicli simbiotici LWR- HTR-GCFR Sono in corso ricerche su tale tema anche presso lUniversit di Pisa e sono gi stati presentati svariati articoli sullargomento in contesti internazionali Per maggiori informazioni: http://www2.ing.unipi.it/~d0728/GCIR/gcir.htm http://www2.ing.unipi.it/~d0728/GCIR/gcir.htm
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  • Fonti e Letture Consigliate Ingegneria Nucleare e Sicurezza D. Bodansky, Nuclear Energy Principles, Practices and Prospects, American Institute of Physics, New York, 1996.D. Bodansky, Nuclear Energy Principles, Practices and Prospects, American Institute of Physics, New York, 1996. J.R. Lamarsh, A.J. Baratta, Introduction to Nuclear Engineering, 3rd Edition, Prentice Hall, New Jersey, 2001.J.R. Lamarsh, A.J. Baratta, Introduction to Nuclear Engineering, 3rd Edition, Prentice Hall, New Jersey, 2001. E.E. Lewis, Nuclear Power Reactor Safety, John Wiley and Sons, New York, 1977.E.E. Lewis, Nuclear Power Reactor Safety, John Wiley and Sons, New York, 1977. Nuclear News, ANS.Nuclear News, ANS. G. Petrangeli, Nuclear Safety, Elsevier Publ., 2006G. Petrangeli, Nuclear Safety, Elsevier Publ., 2006 Prospettiva storica sulla nascita dellera nucleare e nuovo ambientalismo R. Rhodes, The Making of the Atomic Bomb, Touchstone, 1988.R. Rhodes, The Making of the Atomic Bomb, Touchstone, 1988. G. Cravens Power to Save the World, A.A. Knopf, New York, 2007G. Cravens Power to Save the World, A.A. Knopf, New York, 2007 J. Lovelock, The Revenge of Gaia: Earth's Climate Crisis and the Fate of Humanity, Perseus Books GroupJ. Lovelock, The Revenge of Gaia: Earth's Climate Crisis and the Fate of Humanity, Perseus Books Group Ian Hore-Lacy, Nuclear Energy in the 21st Century, World Nuclear University PressIan Hore-Lacy, Nuclear Energy in the 21st Century, World Nuclear University Press Informazioni generali sullenergia nucleare e non-nucleare www.world-nuclear.org, www.uraniumsa.org, www.iaea.org, www.eia.doe.gov,www.world-nuclear.org, www.uraniumsa.org, www.iaea.org, www.eia.doe.gov,www.world-nuclear.orgwww.uraniumsa.orgwww.iaea.orgwww.eia.doe.govwww.world-nuclear.orgwww.uraniumsa.orgwww.iaea.orgwww.eia.doe.gov www.nei.org/www.nei.org/www.nei.org/
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  • Visitate il sito YouNuclear http://younuclear.ing.unipi.it