Fusione Nucleare

L'Ibriodo fusione fissione

   

L'opzione nucleare,
un'alternativa alla "green economy"
(Scarica gratuitamente i capitoli del libro)


 

La Cina programma di costruire 200 reattori nucleari entro il 2050

Fusione inerziale

Fusione magnetica

Torcia al plasma per un riciclo completo dei materiali
 

Sarebbe gia possibile costruire un reattore
ibrido fusione fissione!


Schema del reattore ibrido fusione fissione

Questa tecnologia parte dal fatto che la reazione di fissione è povera di elettroni e ricca di energia, mentre la fusione è ricca di neutroni e povera di energia.
Sebbene ogni reazione di fissione di un atomo di Uranio rilascia una media di 3 neutroni, tali neutroni in parte sono utilizzati per manetenere la reazione a catena fissionando altri nuclei di Uranio, in parte vengono assorbiti dalla mistrura di isotopi del combustibile, in parte si perdono. La reazione a catena di fissione opra quindi con margini molto stretti di bilancio neutronico. Nella fusione ei neutroni prodotti dalla reazione di Deuterio e Trizio consono necessari per il mantenimento della reazione, il plasma inoltre non è un grande assorbitore di neutroni, c’è quindi una grande quantità di neutroni prodotto dalla reazione che sono disponibili per essere utilizzati. La singola reazione di fusione D-T rilascia inoltre 10 volte meno energia della fissione di un atomo U-235.
Il principio di funzionamento del reattore ibrido è quello di usare la fusione nucleare per produrre neutroni e quella di fissione per produrre energia. In pratica si utilizza il flusso neutronico generato dalla reazione di fusione nel plasma per fertilizzare il combustibile nucleare di fissione (U-238 o Torio, inoltre lo stesso flusso neutronico per trasmutare i prodotti di fissione.
L’importante è che questa applicazione della fusione non richiede che il reattore a fusione produca un’energia netta capace di sostenere la reazione. L’energia a questo scopo sarà fornita dalla reazione di fissione che “brucerà” il combustibile fertilizzato dai neutroni della reazione di fusione.
In questo caso il reattore di fusione può lavorare al di sotto del punto di “breakeven”, riducendo di molto i requisiti richiesti. Attualmente sia il JET, gia realizzato in Inghilterra, che l’ITER, in costruzione in Francia, anche se sono programmati per lavorare al di sotto del punto di “breakeven” per generare energia netta, hanno abbondantemente raggiunto i parametri per fertilizzare il combustibile nucleare su larga scala e per operare la trasmutazione delle scorie nucleari.
Da più di dieci anni ricercatori dell'Univeristà di Osaka (Giappone) così come quelli della General Atomic Company di San Diego, California, stanno lavorando ad un progetto di reattore ibrido fusione-fissione nucleare.
In tutti e due i progetti l'idea base è che è possibile raggiungere l'autosufficienza del Trizio: produrre nel mantello del reattore il Trizio necessario al mantenimento della reazione di fusione a partire dal minerale di Litio  bombardato  con i neutroni della reazione di fusione e  abbastanza energia con un plasma a condizione relativamente basse. I neutroni generati nel plasma dalla reazione di fusione tra Deuterio e Trizio sarebbero  sufficienti inoltre anche  per produrre la fissione del combustibile nucleare (Uranio, Plutonio o Torio) e quindi la relativa energia.
Da questi studi sembra assodato che risulta più vantaggioso usare come refrigerante del mantello del reattore (blanket) il gas elio, è che per la reazione di fissione sarebbe preferibile usare un ciclo del combustibile basato sul Torio per produrre Uranio 233.
Il ciclo Torio-Uranio sarebbe da preferire rispetto a quello dell'Uranio-Plutonio perchè, avendo il Torio massa minore, sarebbero prodotte meno scorie nucleari, in particolare meno Attinidi minori che sarebbero quindi più facilmente trattabili (inceneribili).

Un reattore ibrido a fissione e fusione, in grado di bruciare le scorie radioattive altamente tossiche e di lunga vita, potrebbe rivelarsi la strada giusta per rilanciare l’energia nucleare, superando lo scoglio della costruzione di grandi e costosi depositi di rifiuti nucleari.

Un progetto con questa impostazione è stato presentato da un gruppo di fisici americani dell’Institute for Fusion Studies dell’Università di Austin, Texas, nell'aprile 2009 e pubblicato dalla rivista di tecnologie della fusione nucleare “Fusion Engineering and Design” .
I fisici dell'Universiytà di Austin sostengono di essere in grado di realizzare una «Compact Fusion Neutron Source» (CFNS), una potente sorgente di neutroni, non più grande di una stanza, costituita da un «tokamak», cioè da un reattore  a fusione nucleare magnetico contenente deuterio a 100 milioni di gradi di temperatura. Il CFNS  è considerato dai fisici di Austin non un reattore che deve produrre energia ma una fonte di neutroni e farebbe  parte di un complesso ciclo  nucleare così organizzato:
* le scorie prodotte dagli oltre cento reattori nucleari americani ad acqua leggera (LWRs) dovrebbero, in prima istanza, essere riciclate attraverso sistemi di  riprocessamento al 75%, in modo da diventare nuovo combustibile nucleare.
* le parti attualmente non riciclabili, costituite da elementi transuranici altamente radio tossici e con vite medie di centinaia di migliaia di anni, verrebbero sottoposte al bombardamento neutronico dei nuovi reattori ibridi fusione-fissione CNFS dove, oltre a produrre energia, sarebbero bruciate al 99%.
Ogni CNFS brucerebbe in questo  modo le scorie di 15 reattori convenzionali e, cosa da non poco, il materiale da custodire in depositi geologici si ridurrebbe ad appena l’1% delle scorie attuali. Negli Stati Uniti il dibattito sui depositi di di scorie nucleari è aspro e non si attenua con il passare degli anni; la diatriba sul fatto se sia sicuro e conveniente il grande deposito nazionale di Yucca Mountin, va avanti da anni. Attualmente si prevede che il deposito sarà pronto nel 2020 e che potrà ospitare 77 mila tonnellate di rifiuti nucleari. Ma già nel 2010 questa quantità di rifiuti sarà superata e quindi si porrà il problema di un secondo e costosissimo deposito. In Italia, dopo il flop del deposito nazionale di Scanzano, cancellato a furor di popolo, non si è più parlato di sito nazionale per la raccolta delle scorie nucleari, nonostante ora si progetti una riapertura dell’opzione nucleare.
“Con il progetto CNFS tutti questi problemi saranno superati e in più si potrà contare su un’espansione del nucleare in sostituzione del carbone e di altre centrali a combustibili fossili che aggravano l’effetto serra” affermano gli ideatori ed inventori di questa nuova teconologia. Il progetto americano è stato accolto con interesse, ma anche con cautela da uno dei massimi esperti italiani di tecnologie nucleari, l’ingegner Giancarlo Aquilanti, capo della task force nucleare dell'Enel: “Si tratta sicuramente di un progetto serio ma anche complicato. E non è detto che sia l’alternativa più economica e vicina nel tempo per sbarazzarsi delle scorie nucleari di alta attività. Personalmente penso che possa risultare più promettente bruciarle nei reattori ad alta velocità di quarta generazione che vedranno la luce fra il 2025 e il 2040“.
Come si vede dalle affermazioni si parla di depositi aperti nel 2020 che sarebbero già il prossimo anno sottodimensionati per la quantità di scorie prodotte dagli Stati Uniti e di reattori ad alta velocità di quarta generazione.

NOTA

Il ciclo del Torio
Il Torio, come l'Uranio, può essere usato come combustibile in un reattore nucleare: anche se non è fissile, il Torio-232 assorbe neutroni termici trasmutandosi in Uranio-233 , che invece lo è. Perciò il Torio viene considerato fertile, come l'Uranio-238 . L'Uranio-233 è migliore dell'Uranio-235 e del Plutonio-239 per via della sua maggiore resa in termini di assorbimento dei neutroni. Il Torio-232 assorbe un neutrone trasformandosi in Torio-233 che successivamente decade in Pa233 e quindi in U233. Il combustibile così irraggiato viene quindi scaricato dal reattore, l' U233 viene separato dal Torio e usato per alimentare un altro reattore come parte di un ciclo chiuso.
Tra i problemi che fino ad oggi hanno bloccato l'utilizzo del cicloTorio-Uranio rientrano gli elevati costi di produzione del combustibile, legati all'alta radioattività dell'Uranio-233, che è sempre contaminato da tracce di Uranio-232; anche il riciclo del Torio presenta problemi simili dovuti all'altamente radioattivo Torio228; U233 può inoltre essere impiegato per la produzione di ordigni nucleari e pone alcuni problemi tecnici per il suo riciclo.
Fa eccezione l'India che ha enormi riserve di Torio è sta sviluppando un ambizioso pragramma di ricerca per la realizzazione di un reattore che utilizza appunto il ciclo Torio-Uranio

Home

   
 

Indice (tecnologie del 21 secolo)