Scorie Nucleari e Cicli Innovativi del Combustibile Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie...

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  • Scorie Nucleari e Cicli Innovativi del CombustibileScorie Nucleari e Cicli Innovativi del CombustibileScorie Nucleari e Cicli Innovativi del CombustibileScorie Nucleari e Cicli Innovativi del CombustibileScorie Nucleari e Cicli Innovativi del CombustibileScorie Nucleari e Cicli Innovativi del CombustibileScorie Nucleari e Cicli Innovativi del CombustibileScorie Nucleari e Cicli Innovativi del Combustibile

    DIMNP (University of Pisa) & DIPTEM (University of Genova) e-mail: g.lomonaco@ing.unipi.it

    Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. IngIngIngIngIngIngIngIng. . . . . . . . GuglielmoGuglielmoGuglielmoGuglielmoGuglielmoGuglielmoGuglielmoGuglielmo LomonacoLomonacoLomonacoLomonacoLomonacoLomonacoLomonacoLomonaco Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici 11

  • Le scorie nucleariLe scorie nucleari �� Il rapporto scorie/energia della Il rapporto scorie/energia della

    fonte energetica nucleare è fonte energetica nucleare è 1/10000001/1000000 rispetto alle fonti rispetto alle fonti convenzionali (combustibili convenzionali (combustibili fossili) fossili) ancheanche con un ciclo con un ciclo non non ottimizzatoottimizzato

    �� Le scorie Le scorie nucleari si nucleari si classificano classificano nelle seguenti categorie:nelle seguenti categorie:

    �� LLW (Low LLW (Low LevelLevel WasteWaste): 90% dei ): 90% dei

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici 22

    �� LLW (Low LLW (Low LevelLevel WasteWaste): 90% dei ): 90% dei rifiuti, 1% dell’attivitàrifiuti, 1% dell’attività

    �� ILW (Intermediate ILW (Intermediate LevelLevel WasteWaste): ): 7% dei rifiuti, 4% dell’attività7% dei rifiuti, 4% dell’attività

    �� HLW HLW (High (High LevelLevel WasteWaste): ): 3%3% dei dei rifiuti, rifiuti, 95%95% dell’attivitàdell’attività

    �� Ogni anno un PWR medio Ogni anno un PWR medio scarica 30 t di combustibile scarica 30 t di combustibile irraggiatoirraggiato, di cui circa il , di cui circa il 96%96% è è costituito da costituito da uraniouranio

  • Confronto tra “rifiuti”Confronto tra “rifiuti”

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici 33

  • Rifiuti nucleari pericolosi: Rifiuti nucleari pericolosi: la reale dimensione del problemala reale dimensione del problema

    Un francese in un anno produce:Un francese in un anno produce: �� 3000 kg3000 kg di rifiuti di ogni tipo, che comprendono:di rifiuti di ogni tipo, che comprendono:

    �� 100 kg100 kg di rifiuti tossicodi rifiuti tossico--nocivi (chimici, metalli pesantinocivi (chimici, metalli pesanti-- mercurio piombo cadmio non degradabili,…), che mercurio piombo cadmio non degradabili,…), che comprendono:comprendono:

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici

    comprendono:comprendono: �� 1 kg1 kg di rifiuti nucleari, che comprende:di rifiuti nucleari, che comprende:

    �� 0.05 kg0.05 kg di rifiuti radioattivi pericolosi a lunga vita (>30 anni)di rifiuti radioattivi pericolosi a lunga vita (>30 anni)

    �� QuindiQuindi, in , in unauna interaintera vita (70 vita (70 annianni), un ), un francesefrancese cheche consumiconsumi energiaenergia elettricaelettrica prodottaprodotta solo per via solo per via nuclearenucleare, produce un volume , produce un volume didi rifiutirifiuti radioattiviradioattivi pericolosipericolosi paripari a…a…

    44

  • DEPOSITO DEPOSITO GEOLOGICO (Svezia)GEOLOGICO (Svezia)

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici

    Forsmark, Svezia Costruzione: 2015-2022 Esercizio: 2023-2070 Formazione di granito a 500 m di profondità

    55

  • • 3 depositi superficiali • Studio per il deposito

    geologico a Bure • Realizzazione del

    deposito geologico

    • Rifiuti gestiti direttamente da esercenti e produttori

    • 3 depositi sotterranei in granito presso i 3

    • 3 depositi superficiali • Deposito geologico

    per rifiuti militari • Deposito geologico a

    Yucca Mountain

    FRANCIA USAFINLANDIA

    RIFIUTI NUCLEARIRIFIUTI NUCLEARI Confronto fra strategie di altre nazioniConfronto fra strategie di altre nazioni

    deposito geologico nel 2025

    in granito presso i 3 siti nucleari

    • Studi a Olkiluoto per il deposito geologico entro il 2020

    Yucca Mountain

    Identificazione del deposito geologico con opzione di reversibilità

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici 66

  • I concetti chiave dei cicli di I concetti chiave dei cicli di combustibile futuricombustibile futuri

    �� Ciclo chiuso: Ciclo chiuso: ciclo di combustibile in cui ciclo di combustibile in cui tutto tutto l’Ul’U estratto dalla miniera viene estratto dalla miniera viene fissionatofissionato (direttamente o “indirettamente”) e le cui scorie (direttamente o “indirettamente”) e le cui scorie finali sono costituite finali sono costituite unicamenteunicamente da prodotti di da prodotti di

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici 77

    finali sono costituite finali sono costituite unicamenteunicamente da prodotti di da prodotti di fissionefissione

    �� Trasmutazione: Trasmutazione: trasformazione di un nuclide in trasformazione di un nuclide in un altro per assorbimento neutronicoun altro per assorbimento neutronico

    �� RiprocessamentoRiprocessamento e Separazione: e Separazione: riciclo degli riciclo degli attinidi (e eventuale separazione) dai prodotti di attinidi (e eventuale separazione) dai prodotti di fissione e loro reinserimento nei reattori come fissione e loro reinserimento nei reattori come combustiblecombustible “fresco”“fresco”

  • Le scorie nucleari: tutte “scorie”?Le scorie nucleari: tutte “scorie”?

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici 88

  • Quale ciclo del combustibile?Quale ciclo del combustibile?

    �� Stoccaggio diretto del combustibile Stoccaggio diretto del combustibile “esausto” (“esausto” (once once throughthrough cyclecycle//directdirect disposaldisposal))

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici 99

    cyclecycle//directdirect disposaldisposal))

    �� Ciclo “chiuso” (Ciclo “chiuso” (closedclosed cyclecycle))

  • I vantaggi del ciclo I vantaggi del ciclo ““chiusochiuso”” �� Sfruttamento Sfruttamento integraleintegrale delle risorse di Udelle risorse di U �� MinimizzazioneMinimizzazione della della massamassa e della e della radiotossicitàradiotossicità (soprattutto a lungo termine) (soprattutto a lungo termine) delle scorie nucleari destinate ai depositi delle scorie nucleari destinate ai depositi geologicigeologici

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici 1010

    geologicigeologici �� Massimizzazione della Massimizzazione della resistenza alla resistenza alla proliferazioneproliferazione dei materiali coinvolti grazie a dei materiali coinvolti grazie a opportune tecniche di opportune tecniche di riprocessamentoriprocessamento abbinate a elevati abbinate a elevati burnburn--upup

  • In sintesi: gli svantaggi dello In sintesi: gli svantaggi dello stoccaggio direttostoccaggio diretto

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici 1111

  • Geological Disposal

    Direct Disposal

    PartitioningSpent Fuel

    Geological Disposal

    Cs, Sr Temporary Storage for heat decay

    Geological DisposalGeological Disposal

    Direct Disposal

    PartitioningSpent Fuel

    Geological Disposal

    Cs, Sr Temporary Storage for heat decay

    Chiudere Chiudere il ciclo del combustibile è quindi essenziale per un nucleare sostenibilesostenibile

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucleari e Cicli InnovaticiScorie Nucleari e Cicli Innovatici 1212

    Dedicated Fuel and

    LLFP target Fabrication

    Pu, MA, LLFP

    P & T

    PartitioningSpent Fuel from LWRs

    Transmutation Dedicated Fuel and

    LLFP Target Reprocessing

    Stable FP, TRU losses

    Pu, MA, LLFP

    Stable FP, TRU losses

    LLFP: Long lived fission products (Tc -99, I -129, Se -79, ...); MA: Minor Actinides (Am, Np, Cm)

    Dedicated Fuel and

    LLFP target Fabrication

    Pu, MA, LLFP

    P & T

    PartitioningSpent Fuel from LWRs

    Transmutation Dedicated Fuel and

    LLFP Target Reprocessing

    Stable FP, TRU losses

    Pu, MA, LLFP

    Stable FP, TRU losses

    LLFP: Long lived fission products (Tc -99, I -129, Se -79, ...); MA: Minor Actinides (Am, Np, Cm)

  • Benefici potenziali della Benefici potenziali della separazione/ trasmutazioneseparazione/ trasmutazione

    �� Riduzione della sorgente di radiotossicità Riduzione della sorgente di radiotossicità potenziale in un deposito geologicopotenziale in un deposito geologico

    Guglielmo LomonacoGuglielmo Lomonaco Scorie Nucle