L'opzione nucleare, e la"green economy"                          Capitolo 4
    
Vivere con le radiazioni
     
 



Capitolo 1
Vivere con le radiazioni

Capitolo 2
L'opzione e la "green economy"

Capitolo 3
L'incidente di Cernobyl:
i danni maggiori  vennero dai media

Capitolo 4
Le scorie nucleari non rappresentano un rischio

Capitolo 5
Il riprocessamento del combustibile nucleare

Capitolo 6
Le origini aristocratiche dei movimenti verdi

Capitolo 8
Il WWF in Africa

Capitolo 9
Il mondo poco pacifico
di Greenpace

 

Appendice

Il rischio di cancro per basse
dosi di radiazioni

Una confutazione completa della "Linear no Threshold Theory (LNT)"
Prof. Bernard L. Cohen


Una misura scientifica del rischio nucleare
Prof. Bernard L. Cohen


 


I rifiuti nucleari: una misura scientifica del rischio

Cosa sono  e come sono classificati i rifiuti nucleari.
I rifiuti a basso e medio livello. I paradossi delle normative dovuti all'ideologia
I rifiuti ad alto livello
I depositi per i rifiuti ad alto livello
Analisi probabilistica del rischio delle scorie nucleari
Solo 0,02  è la stima del numero totale dei decessi causati dalle radiazioni delle scorie nucleari prodotte da un anno di funzionamento di  una centrale nucleare da 1000 MW
Calcolo della  LLE (loss of life expectancy) dovuta ai rifiuti nucleari, ai rifiuti della combustione del carbone e del gas naturale
Esempi di "loss of life expectancy" (LLE) per le più importanti categorie di rischio
Il caso del radon

 

 

Il problema delle scorie nucleari è quello che ha influenzato più negativamente l'opinione pubblica sull'energia nucleare. Malgrado non vi sia nessun problema tecnico, sia per per la gestione dei rifiuti nucleari che per trattamento o il riciclaggio dei rifiuti, normalmente si ritiene che il problema dei rifiuti nucleari non sia stato risolto. Quest'idea è stata inculcata in più di venti anni di intensa propaganda fino ad arrivare a gesti eclatanti come quelli di Greenpace, la più estremista delle organizzazioni ambientaliste, con l'assalto a navi o treni che trasportavano i rifiuti nucleari.
L'obbiettivo principale di Greenpace è sempre stato quello di avere grande risonanza sui media non di affermare la validità scientifica delle sue proposte. In genere quando si segnala un problema e si deformano esageratamente i fatti per sostenere una teoria palesemente falsa si commette una frode che  può essere anche punita penalmente. Nel campo dell'ecologia questa pratica è stata ed  è così diffusa  che è sorprendente che la magistratura, anzi le magistrature di vari paesi, siano intervenute così poco al riguardo. Per esempio Greenpeace ha giustificato i suoi attacchi contro le navi Akatsuki Maru (1992) e Pacific Pintail (1999), che trasportavano materiale radioattivo in Giappone, dicendo che, se fossero affondate avrebbero portato il veleno negli oceani contaminandoli per migliaia di anni e provocando un immane disastro. Si tratta di affermazioni palesemente false. Ci sono Regolamenti internazionali che disciplinano il trasporto dei rifiuti di materiale radioattivo estremamente rigorosi. Tali regolamenti sono frutto di ricerche e test scientifici fatti proprio per eliminare il rischio che i radionuclidi trasportati possano fuoriuscire dagli appositi contenitori e finire in mare. Come vedremo il mare ha inoltre una grande capacita, molto più dell'ambiente terrestre, di diluire e ridurre quindi la pericolosità  del materiale radioattivo al suo interno, tanto che in pochi anni il pericolo della radioattività sarebbe ridotto fino ad annullarsi.

Cosa sono  e come sono classificati i rifiuti nucleari.

I rifiuti nucleari non vengono solo dalle centrali nucleari, ma anche dagli ospedali, dai centri di ricerca, dall'industria. Essi, sono classificati in tre categorie, a seconda del livello di radioattività: basso (low livel waste - LLW), intermedio (medium livel waste  - MLW) ed alto (higt livel waste -  HLW). Esempio di rifiuti a basso livello sono costituiti dagli indumenti usa e getta usati nelle centrali nucleari e negli ospedali: guanti, tute, siringhe,cateteri etc.; il 90% (in volume) dei rifiuti radioattivi prodotti appartengono a questa categoria, ma contengono solo il 1% della radioattività di provenienza antropogenica. Rifiuti a livello intermedio sono, per esempio, quelli costituiti dall'incamiciatura del combustibile, richiedono schermatura, e costituiscono il 7% del volume dei rifiuti radioattivi prodotti nel mondo (contengono solo il 4% della radioattività). Al contrario i rifiuti ad alto livello costituiscono solo il 3% del volume dei rifiuti radioattivi prodotti ma contengono il 95% della radioattività. Tipico esempio di rifiuti HLR è il combustibile esausto delle centrali
nucleari. I rifiuti di basso livello (LRW) hanno una radioattività minore di 0,01 Curie/ kg che è 1.000 milioni di volte minore della radioattività che hanno i rifiuti di alto livello (HLW).

I rifiuti a basso e medio livello. I paradossi delle normative dovuti all'ideologia

Il caso più semplice da trattare è ovviamente quello dei rifiuti a basso livello per i quali non ci sono problemi o paure sollevate ad arte dai movimenti ambientalisti.  Per essi il il problema si riduce a mantenerli in deposito, anche presso gli stessi siti ove sono stati prodotti, per i pochi anni necessari al loro decadimento, dopo di che possono essere smaltiti come rifiuti convenzionali.
Anche per i rifiuti a livello intermedio lo smaltimento non presenta problemi. Per questi rifiuti, a valle del trattamento con il quale si riduce il loro volume, ad esempio comprimendoli, la prima operazione che si compie è il condizionamento che consiste nell’inglobare (o, nel caso di liquidi, solidificare) i rifiuti all’interno di una matrice solida, tipicamente cemento. Con questa operazione, la radioattività resta imprigionata in una massa inerte, che costituisce una prima barriera tra la radioattività stessa e l’ambiente. I rifiuti così condizionati sono poi posti  in depositi dove devono rimanere per qualche centinaio di anni fino al loro decadimento.  I depositi definitivi per materiali a bassa e media attività sono di tipo superficiale (Francia, Spagna) o sotterraneo (Germania, Svezia). Depositi di questo tipo sono in esercizio in quasi tutti i paesi industriali. Essi sono progettati per isolare i materiali dalla biosfera per 300 anni; trascorso questo periodo si può perdere memoria del deposito, in quanto i materiali in esso ospitati hanno raggiunto livelli di radioattività analoghi a quelli del fondo naturale.
La normativa anche per il trattamento dei rifiuti LLW è rigida, come avviene per la maggior parte delle disposizioni regolamentari sulle tecnologie nucleari, però presenta parecchie incongruenze. Nessuno menziona  che i rivelatori di fumo contengono Iodio-134 e Americio-241 entrambi radioattivi, e chi li istalla, in molti paesi, non è obbligato a seguire la normativa che si applica ai rifiuti LLW. La stessa cosa avviene per i quadranti luminosi degli strumenti degli aeromobili che contengono Trizio e per le note lampade a gas o a benzina Coleman con retino al Torio, e queste sono solo alcune delle incongruenze.
Nel campo della medicina il problema dei rifiuti nucleari assume spesso forme paradossali. Per fare diagnosi e curare una paziente malato di tiroide si inietta nel paziente una piccola quantità di Iodio-131. Una volta iniettato il 99% dello Iodio-131 (radioattività beta) rimane all'interno del corpo del paziente, mentre il restante 1% rimane nell'ago e nella sonda con cui viene iniettato e che subito diventa rifiuto radioattivo LLW e come tale viene normalmente smaltito.
Lo Iodio-131, che ha una tempo di vita media di 8 giorni, assorbito dal paziente viene invece smaltito normalmente attraverso l'urina. I pazienti non sono obbligati a deporre la loro urina in speciali contenitori fino a quando tutta la radioattività del lo Iodio-131 è scomparsa. Nessun esponente di Greenpace ha mai fatto manifestazioni o atti contro gli ospedali per difendere le fogne da tale "inquinamento radioattivo". Ovviamente la quantità di Iodio-131 che va nelle fogne è così piccola che non provoca nessun problema. Ma perchè dovremmo poi preoccuparci dell'1% di questo Iodio che rimane nelle siringhe e smaltirle come rifiuto LLW quando il 99% dello iodio radioattivo viene invece smaltito normalmente nelle fogne?
I regolamenti spesso riflettono la stupidità e il conformismo "politicamente corretto" che hanno portato molti politici e amministratori a dichiarare città o intere regioni "aree denuclearizzate".
Anche il corpo umano contiene radioattività; circa 0,1 microcurie dal Potassio-40 e 0,1 microcurie dal carbonio-14. Secondo le normative dell'EPA  degli USA per gestione dei rifiuti LLW, a causa  di questa radioattività, il corpo umano,  non potrebbe essere sepolto o cremato, ma dovrebbe essere smaltito come rifiuto nucleare a basso livello, cosa che fortunatamente non viene fatta.
Molti rifiuti contenenti piccole quantità di radioattività vengono trattati al di fuori delle leggi che governano i rifiuti LLW solo per il fatto che provengono da attività che non sono "nucleari". Ricordiamo che ci sono cinque milioni di tonnellate di ceneri di carbone prodotte da una centrale a carbone per ogni tonnellata di scorie nucleari prodotta da una centrale nucleare a parità di energia prodotta.Sir Walter Marshall del Central Electricity Generation Board della Gran Bretagna nel 1988 suscitò sgomento annunciando: "all'inizio di quest'anno, l'Inghilterra ha gettato nel Mare d'Irlanda 400 chilogrammi di Uranio". Questa dichiarazione provocò immediatamente 14 interrogazioni parlamentari e fu riportata  nella prima pagina di tutti  i giornali inglesi.  In seguito Marshall aggiunse: "vi informo che ieri Il CEGB (Central Electricity Generation Board) ha rilasciato circa 300 libbre di sostanze radioattive in mare e che la stessa cosa è stata fatta il giorno precedente e anche oggi ci accingiamo a fare la stessa cosa. In realtà, è ciò che facciamo ogni giorno da anni. Gli impianti a carbone delle nostre centrali elettriche producono rifiuti tra cui ci sono 'rifiuti nucleari '. Noi semplicemente li chiamiamo ceneri da carbone". C'è una sola parola per spiegare il comportamento dei media e dei parlamentari inglesi in questo caso: paranoia. La stessa cosa accade in tutto il mondo quando si parla di rifiuti nucleari.
Nessuno al contrario ha mai menzionato che l'unico settore che ha assunto la responsabilità di gestire adeguatamente il rifiuti fin dall'inizio è stato il settore nucleare, e che malgrado la paura inculcata nella popolazione mai nessuno è stato ferito o contaminato durante lo stoccaggio o il trattamento dei rifiuti nucleari nonostante ci siano centrali di potenza in funzione fin dagli anni 60 e attualmente ci sono 437 reattori nucleari in funzione nel mondo.

I rifiuti ad alto livello

Questi rifiuti detti anche "scorie nucleari" sono le "ceneri" prodotte dalla reazione nucleare nei reattori. I principali componenti sono i prodotti di fissione e gli attinidi transuranici. Un reattore del tipo PWR scarica annualmente da 40 a 70 elementi di combustibile, un BWR da 120 a 200,rispettivamente circa 462 e 180 Kg di uranio per elemento (assembly). Dopo 3 anni di permanenza all’interno del reattore il combustibile passa così alle piscine di raffreddamento; si sono formati in totale circa 350 nuclidi differenti, 200 dei quali radioattivi. Si ha, in media, la seguente composizione: 94% uranio 238; 1% uranio 235 (elementi presenti in natura e quindi considerati non pericolosi);  3÷4% prodotti di fissione (15 Kg), quali cesio, stronzio, iodio, tecnezio, etc., elementi innocui dopo qualche centinaio di anni di custodia in  appositi depositi. Gli elementi di maggiore rischio sono i vari isotopi del plutonio che rappresentano l’1% delle scorie (5 Kg) e gli attinidi minori (nettunio, americio e curio; così chiamati perché prodotti in minore quantità nei reattori nucleari tradizionali) che sono solo lo 0.1 % . Un tipico reattore nucleare della potenza di 1000 MW produce una media di (60 x 462) Kg nel caso del PWR e  (160x 189) Kg nel caso di BWR, circa 30 tonnellate all'anno di combustibile irraggiato, le scorie HLW.
In un programma nucleare pianificato e sviluppato in modo razionale, il combustibile esaurito verrebbe portato in un impianto di riprocessamento dove con processi chimici sarebber estratto il 99,5% dell'Uranio e del Plutonio che verrebbe quindi riutilizzato per la fabbricazione di nuovo combustibile.
Nella Figura 1 a fianco è riportata la radiotossicità nel tempo del combustibile esaurito dopo il riprocessamento. Ci si riferisce in questo caso al combustibile prodotto in un anno di funzionamento di una centrale da 1000MW.
 Quello che rimane quindi  sono le scorie nucleari o rifiuti ad alto livello, che contengono quasi tutta la radioattività prodotta dal reattore, circa 1,5 tonnellate di materiale.
Questi rifiuti dopo essere stati incapsulati in una matrice di vetro al borosilicato, sono pronti per essere collocati in un apposito deposito, occupano un volume non superiore a 3-4 metri cubi, e hanno un peso di 15 tonnellate, in pratica un carico per un camion. Due milioni di volte più piccolo in peso e un miliardo di volte minore in volume dei rifiuti, "ceneri", di un simile impianto a carbone. Si osservi che la radiotossicità del combustibile esausto  decresce nel tempo e pareggia quella dell’uranio inizialmente caricato nel reattore solo dopo 250000 anni, Figura 1. Il contributo maggiore alla pericolosità delle scorie è dato dal plutonio:  tale contributo diventa l’80% dopo 300 anni e il 90 % dopo 500 anni. Dopo il plutonio i maggiori contributori sono gli attinidi minori (nettunio, americio e curio), che  contribuiscono per un ordine di grandezza minore del plutonio ma circa mille volte più dei prodotti di fissione.
 
La Figura 2 si riferisce alla radioattività dei  rifiuti nucleari   prodotti in un anno di funzionamento di un impianto da 1000 MW senza il riprocessamento.
Rispetto alla Figura 1 si nota che nei primi anni non ci sono sostanziali variazioni ma dopo 100.000 anni la radiotossicità del combustibile esaurito non riprocessato (Figura2) è 30 volte superiore a quella del combustibile esaurito riprocessato (Figura 1)

 

 
Spiegazione del grafici della Figura 1 e della Figura 2

A scopo illustrativo consideriamo la Figura 1 e calcoliamo il numero di casi di cancro che sarebbero provocati alle persone assorbendo ciascuno 1 millicurie (3,7 x170 decadimenti radioattivi al secondo) di plutonio 239 (239Pu) che è presente nelle scorie nucleari. Poiché la radiazione emessa dal Plutonio 239, detta radiazione di particelle alfa) non è molto penetrante, potrebbe facilmente essere fermata da un sottile foglio di carta, questo materiale può causare cancro al fegato solo se è ingerito e arriva al fegato. Esperimenti dimostrano che lo 0,01% del plutonio 239 ingerito attraversa le pareti del tratto gastrointestinale e arriva al flusso di sangue, e di questo il 45 % si deposita nel fegato., allora 3,7x10alla7x0,0001x0,45 = 1.700 particelle colpiscono il fegato ogni secondo. Poiché il Plutonio 239 rimane nel fegato per un media di 44 anni (1,2 x 10  9 secondi) il numero totale delle particelle alfa che colpisce il fegato in questo tempo è 1.700 x1,2 x 10alla9 = 2 x 10 alla 12. Moltiplicando questo dato per l'energia della particella alfa che è 1,5 Joule e dividendo il risultato per la massa del fegato, 1,8 Kg, e moltiplicando infine per il fattore di conversione per ottenere la dose in millirem si ottiene 1,6x106 mrem. Il rischio di cancro al fegato millirem di radiazione da particelle alfa è stimato da studi sui pazienti esposti a queste radiazioni per scopi medici , essere 0,015x10 -6 per millirem. Il numero di cancri al fegato derivati dall'assunzione di 1 millicurie di plutonio 236 è quindi (1,6 x10 6 x 0,015 x10 -6 = 0,024. Poiché le scorie radioattive prodotte in un anno da un impianto da 1000 MW contengono 6 x 104 milllicuire di plutonio 236, il numero di casi di cancro al fegato, derivati dall'assunzione della totalità di queste scorie nucleari da parte della popolazione, sarebbe 6x10 alla 4x 0,024 = 1.400.
Una volta che il Plutonio 236 arriva al sangue può anche arrivare alle ossa, tolto il 45% che rimane nel fegato per il resto della vita, può causare quindi cancro alle ossa. Effettuando un calcolo simile a quello fatto per il fegato si ottiene che sempre per quanto riguarda la totalità della popolazione, i casi di cancro alle ossa sarebbero 700. Trattando in modo simile gli altri organi del corpo i casi di cancro aspettati arrivano a 2300, che è il valore della curva etichettata plutonio 239, nel primo periodo di tempo.
La quantità di plutonio 239 nelle scorie nucleari non è costante. Per due ragioni, ogni volta che una particella alfa è emessa un atomo di plutonio 239 è distrutto facendo decrescere la quantità di plutonio presente. Però un atomo di plutonio 239 si forma quando un altro atomo radioattivo, l'americio 243, emette la sua radiazione, il che fa crescere la quantità di plutonio. Combinando questi due effetti di ottiene l'andamento della curva disegnata in figura 1.
Ci sono molte altri atomi radioattivi nelle scorie nucleari, la curva relativa ad ognuno di questi atomi è disegnata nella figura 1. Il numero totale dei casi di cancro è quindi la somma dei casi di cancro provocati da ogni singola specie atomica radioattiva presente nelle scorie, tale somma si ottiene aggiungendo una curva sopra l'altra. Il risultato è la curva di spessore maggiore a tutte le altre. Questa è la curva utilizzata nelle nostre discussioni; questa curva da il numero di tumori attesi nella popolazione nell'ipotesi che tutti i rifiuti prodotti da una centrale elettrica in un anno finissero per essere ingeriti dalla popolazione.

Ripreso dal The Nuclear Option, Cap 11.
Prof. Bernard L. Cohen
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Dato che le scorie radioattive, al contrario dei rifiuti convenzionali, decadono nel tempo, si osserva che i prodotti di fissione sono pericolosi per circa 300 anni, gli attinidi minori per circa 10000, il plutonio per circa 250000 anni.
Un fattore importante dei rifiuti HLW è che si tratta di piccole quantità paragonate ai rifiuti di un impianto di potenza a carbone delle stesse dimensioni..
Si calcola che il 5% del ricavo della vendita dell'elettricità prodotta in una anno da un  impianto nucleare da 1000 MW sia più che sufficiente per lo smantellamento "decommissioning" di una centrale nucleare una volta terminato il suo esercizio che nel caso dei reattori di terza generazione come l'EPR arriva a 60 anni. Un altro 10 % serve per la gestione della parte finale del ciclo del combustibile, incluso il trattamento e lo stoccaggio dei rifiuti HLW nei depositi geologi.  Si tratta di cifre poco significative, attualmente i governi mettono da parte un prelievo di 0,1-0,2 centesimi di $ per kilowattora (ad esempio, 0,1 c $/ kWhnegli Stati per lUniti, 0,14 c $/ kWh in Francia) per assicurare  lo smantellamento dell'impianto e la gestione e lo smaltimento dei  rifiuti nucleari.

I depositi per i rifiuti ad alto livello

Per quanto riguardo lo smaltimento definitivo delle scorie nucleari, ci si orienta ormai in tutti i paesi del mondo verso depositi sotterranei costruiti in formazioni geologiche stabili. Il progetto del deposito consiste nella costruzione di barriere predisposte intorno al  materiale radioattivo in modo tale da ritardare il ritorno dei radionuclidi nocivi per l’uomo e per l’ecosistema nella catena biologica  per un intervallo di tempo dell’ordine dei millenni. Durante questo tempo  l’attività  delle scorie nucleari intanto andrà man mano riducendosi fino ad arrivare a a valori tali da non costituire un rischio significativo.
Le barriere sono di due tipi: ingegneristiche e naturali.
Le barriere ingegneristiche riguardano anzitutto la forma delle scorie che o possono essere trasformate, in formato ceramico, sotto forma di ossido (quindi scarsamente solubile), oppure inglobate in vetro (vetrificazione) al borosilicato (geologicamente stabile). C'è anche un metodo innovativo che prevede l’incapsulamento nei reticolo cristallini di minerali naturalmente stabili detto (Synthetic Rock). In genere i materiali ad alta attività (il 5% dei materiali radioattivi prodotti negli impianti nucleari) derivano principalmente dal riprocesssamento del combustibile nucleare esaurito. Dopo la separazione delle componenti riutilizzabili (95% del combustibile esaurito) la parte residua (5%) è inglobata a caldo in una matrice di vetro minerale all’interno di un contenitore in acciaio (flask). Il contenitore è chiuso mediante saldatura ed è avviato al deposito temporaneo. I flask sono successivamente inseriti all’interno di contenitori cilindrici corazzati (cask) aventi diametro di 2,5 m e altezza di 4,5 m, adatti al trasporto e allo stoccaggio di lungo termine all’interno di depositi idonei
.Le barriere naturali riguardano la natura dei siti e delle rocce e la disposizione delle falde acquifere. Sono da prendere in considerazione le rocce basaltiche per la loro consistenza e monoliticità o le miniere di sale nelle quali vi è la certezza dell'assenza dell'acqua, fin da tempi remoti.
Un esempio può essere considerato il sito USA scelto quale deposito permanente delle scorie nucleari. Si tratta del sito di Yucca Mountain, situato nel deserto del Nevada, a circa 100 miglia da Las Vegas. Tale sito stato sottoposto dal DOE (Department Of Energy)  a studi  geologici, idrologici, vulcanologici di tutti i tipi e le specie animali e vegetali accuratamente catalogate. Sono stati spesi 6 miliardi di dollari per lo studio del sito. L’EPA (Environmental Protection Agency), l’ente di controllo ambientale, ha richiesto per questo sito che 10.000 anni dopo la sua chiusura, la dose ricevuta dagli abitanti (raggio 70 Km) a causa dei radionuclidi depositati, sia non superiore a 15 mrem/anno. Per valutare l’esosità della richiesta, si noti che la dose media naturale è pari  più di 300 mrem/anno. Come se ciò non bastasse, recentemente tale lasso di tempo è stato oggetto di critiche, poiché ritenuto insufficiente e si è richiesto addirittura una aumento di tale periodo fino a 100.000 anni.
Queste misure derivano dal calcolo del tempo di ritorno della radiotossicità ai livelli di miniera, cioè il tempo necessario affinché la radiotossicità per ingestione delle scorie pareggi quella dell’uranio naturalmente presente in natura, si tratta della linea tratteggiata nella Figura 1 e 2.
Bisogna sempre considerare che qualunque sostanza radioattiva, in quanto tale, è soggetta a decadimento, ossia la sua pericolosità generalmente diminuisce nel tempo, al contrario di quanto accade con la tossicità chimica di sostanze come l’arsenico, che rimane costante. Poiché gli USA rientrano nella lista degli stati che hanno deciso, al contrario del Regno Unito, Francia e Giappone, di non riprocessare il combustibile esausto, i tempi di ritorno per le scorie non sottoposte al riprocessamento dei reattori USA sono dell’ordine di 250.000 anni, Figura 2.

Il calcolo del rischio delle scorie nucleari

Solo 0,02 è la stima totale dei decessi causati dalle radiazioni dalle scorie nucleari  prodotte da un anno di funzionamento di  una centrale nucleare da 1000 MW.

Riportiamo come spiegazione uno studio fatto dal Prof.  Bernard L. Cohen

Analisi probabilistica del rischio delle scorie nucleari
Prof. Bernard L. Cohen

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Per capire il pericolo a lungo termine  (in milioni di anni) della radioattività immagazzinata nei depositi per le scorie nucleari è istruttivo fare un paragone con la radioattività naturale nel terreno.
Il terreno è pieno di materiali radioattivi. Aggiungendo ad esso i rifiuti HLW collocati ad una profondità di 600 metri, la radioattività totale in superficie aumenterebbe di (1/10.000.000), uno su dieci milioni per esercizio di un anno di un  impianto da 1000 MW . Una quantità quindi che non può essere assolutamente dannosa molto al disotto delle normali variazioni di radioattività del terreno  [1].
Tutti gli specialisti, inclusi quelli che si oppongono all'energia nucleare, concordano che il principale pericolo derivante dai depositi di rifiuti radioattivi HLW consiste nel fatto che, passando i secoli e i millenni, il materiale radioattivo può essere disciolto dall'acqua presente nel sottosuolo e arrivare con quest'acqua in superficie nei fiumi e nei laghi, contaminando così la vegetazione e quindi il cibo e le falde d'acqua che si usano per i rifornimenti idrici [2].
Il materiale radioattivo collocato nei depositi  HLW è molto tossico, l'ingestione di 0,0028 grammi HLW sarebbero fatali (ovvero lascerebbero il 50% di probabilità di sopravvivenza). Tuttavia dopo 100 anni la dose fatale diventa 0,028 grammi e dopo 600 anni di 28 grammi, una tossicità paragonabile ai prodotti che si usano per l'igiene della casa (varechina, soda caustica, etc.) e molti medicinali. Dopo 10.000 anni la dose letale diventa di 285 grammi.
Alcuni potrebbero essere preoccupati sapendo che i materiali HLW devono rimanere isolati in appositi depositi per diverse centinaia  e migliaia di anni, pensando che in questi anni ci potrebbero essere terremoti, inondazioni e altri eventi che possono cambiare la conformazione del terreno. In realtà è provato che al di sotto di 300 metri dalla superficie della terra la conformazione del sottosuolo rimane immutata per milioni di anni. I piani per lo stoccaggio dei rifiuti includono inoltre misure per ritardare il rilascio di rifiuti nell'ambiente per un tempo molto lungo, ottenendo così una quasi perfetta protezione a breve termine (dove per breve termine si intende un periodo di diverse centinaia di anni).
In primo luogo, i rifiuti saranno sepolti in formazioni di roccia isolata dalle acque sotterranee e questo isolamento dovrebbe mantenersi per almeno 1000 anni. In secondo luogo, se l'acqua riuscisse di fatto ad entrare, essa prima dei i rifiuti scioglierebbe la roccia circostante, e per poter sciogliere le rocce circostanti e arrivare al materiale HLW il tempo normalmente richiesto sarebbe di milioni di anni.
Terzo, la creta con cui è costituito il materiale che circonda il blocco vetrificato in cui è incapsulato il materiale radioattivo, quando si bagna si gonfia sigillando il materiale HLW e impedendo che venga in contatto con altra acqua. Nel caso inoltre che l'acqua arrivasse anche materiale radioattivo, la creta che lo circonda avrebbe anche una funzione di filtraggio impedendo al materiale HLW di muoversi insieme all'acqua del sottosuolo. Inoltre, i rifiuti sono sigillati in involucri resistenti alla corrosione, che non si dissolvono anche se rimangono a bagno nelle acque sotterranee per molte migliaia di anni. Infine, se per qualche motivo la radioattività dal deposito fosse in grado di raggiungere le acque superficiali, sarebbe facilmente rilevata. Un milionesimo della quantità che potrebbe essere dannosa può essere facilmente e rapidamente individuata e potrebbero essere adottate  prontamente le misure per impedire che la radioattività contamini l'acqua potabile e il cibo. Con tutte queste garanzie sembra quasi impossibile che possa fuoriuscire dai depositi una quantità pericolosa di radioattività durante le prime centinaia di anni e anche in seguito vi è una sostanziale protezione a lungo termine.
Può essere utile paragonare i materiali stoccati HLW con le rocce ordinarie del sottosuolo. In media un atomo di roccia collocato in profondità (600 m) ha una possibilità in un miliardo di anni (1/1.000.000.000) di arrivare in superficie con l'acqua del sottosuolo e essere ingerito da un essere umano [3]
Applicando questo risultato ai rifiuti radioattivi HLW nei depositi sotterranei si può calcolare che tali rifiuti potrebbero causare 0,02 morti per il funzionamento di un anno di una centrale da 1000 MW, mille volte meno di quelli stimati a causa dell'inquinamento di una centrale equivalente a carbone  [4]. Le scorie nucleari rimangono radioattive per migliaia o addirittura milioni di anni, ma alcuni tumori causati dai rifiuti solidi del carbone (ceneri) come l'arsenico, berillio, cadmio, cromo, nichel e quest'ultimo dura per sempre, possono causare circa 70 morti per anno di funzionamento di un impianto a carbone, un risultato migliaia di volte superiore a quello dei rifiuti nucleari HTW.
Anche l'elettricità prodotta con le tecnologie cosiddette rinnovabili come il solare richiedono grandi quantità di materiali e energia. I rifiuti della produzione dei materiali necessari per le tecnologie solari sono molte volte più dannosi delle scorie nucleari. Alcune tecnologie solari usano, per fare un esempio, grandi quantità di cadmio che aumenta considerevolmente i pericoli per la salute.

Calcolo della  LLE (loss of life expectancy) dovuta ai rifiuti nucleari, a quelli della combustione del carbone e del gas naturale

I rischi sono calcolati in termini di probabilità di morte per vari periodi di tempo, ma per rendere tutto più comprensibile esprimiamo questa probabilità nei termini di aspettativa di riduzione di vita  ( loss of life expectancy, LLE). (La LLE di un giorno non significa che ogni persona morirà un giorno prima ma che la media della vita delle persone per le quali è stata calcolata la LLE si è accorciata di un giorno). L'LLE per l'energia nucleare è di circa un'ora (1 ora, 1/24 = 0.04 giorni), secondo le stime dei principali esperti della NRC (U.S. Nuclear Regulatory Commission); di 1,5 giorni secondo le stime degli esponenti della Union of Concerned Scientists.
L' LLE dovuto alla combustione del carbone è di 13 giorni; per la combustione del petrolio di 4,5 giorni;  del gas naturale di 2,5 giorni.
Questi risultati fanno del nucleare il settore più sicuro e pulito dalle 8 alle 300 volte rispetto al carbone, dalle 3 alle 100 volte rispetto al petrolio e da 1,7 a 60 volte rispetto al gas naturale a secondo se si prendono le stime dell' Union of Concerned Scientist o della RNC.

Nella Figura 2 la lunghezza dell'ascissa esprime il valore della  LLE sul totale della popolazione degli Stati Uniti, l'ordinata della scala è mostrata in alto. La lunghezza della scala è moltiplicata per 20 nella zona centrale e per 1000 nella parte finale. la parte finale di ogni sezione è riprodotta nella parte iniziale della successiva  mostrando gli effetti del cambiamento di scala.

Nella Figura 2 sono riportati i dati relativi alla LLE per altri tipi di rischi cui quotidianamente la popolazione è esposta. Da notare che ogni tipo di conservazione dell'energia ha un suo rischio: usare materiali isolanti per ridurre la fuoriuscita del calore dagli appartamenti e risparmiare energia comporta un aumento della concentrazione del gas Radon nelle case e quindi un maggiore rischio di cancro ai polmoni, auto più piccole riducono i consumi ma aumentano i rischi in caso di incidenti, ridurre l'illuminazione nelle città fa risparmiare energia ma aumentano i rischi di crimini e incidenti, etc. Si può vedere che ogni modo per risparmiare energia è molto più rischioso dell'energia nucleare.
 

Esempi di "Loss of life expectancy" (LLE) per le più importanti categorie di rischio

Attività o rischio*                                                 LLE (giorni)
Vivere in povertà 3500
Essere maschio (invece che. femmina) 2800
Fumatore (maschio) 2300
Malattia cardiaca* 2100
Essere celibe 2000
Essere negro (invece che bianco) 2000
Stato socieconomico basso 1500
Lavorare nelle miniere di carbone 1100
Cancro* 980
30-lb sovrappeso 900
Abbandono scolastico 800
Cure mediche Sub-ottimali* 550
Colpo-Stroke* 520
15-lb sovrappeso 450
Tutti gli incidenti* 400
Servizio militare in Vietnam 400
Vivere nel Sud-Est (SC,MS,GA,LA,AL) 350
Minatore (solo incidenti) 320
Abuso di alcool* 230
Incidente automobilistico 180
Polmonite, influenza* 130
Abuso di droghe* 100
Suicidio* 95
Omicidio* 90
Inquinamento atmosferico* 80
Incidenti sul lavoro 74
AIDS* 70
Piccole automobili(rispetto alle medie ) 60
Sposato a un fumatore 50
Annegamento* 40
Limiti di velocità: 100 invece che 88 Km /ora* 40
Cadute* 39
Avvelenamento + soffocamento + asfissia* 37
Radon nelle case* 35
Fuoco, incendi* 27
Caffè: 2 tazze/giorno 26
Lavoratori nel settore delle radiazioni, età 18-65 25
Vigili del fuoco* 11
Uso delle piccole per il controllo delle nascite 5
Se tutta l'elettricità fosse prodotta con il nucleare (UCS)* 1.5
Uso del burro di arachidi (1 Tbsp./giorno) 1.1
Uragani, tornadi * 1
Incidenti aerei* 1
Rottura di una diga* 1
Vivere vicino a una centrale nucleare 0.4
Se tutta l'elettricità fosse prodotta con il nucleare (NRC)* 0.04


- *l'asterisco si riferisce alla media della popolazione USA, altrimenti ci si riferisce al numero di individui esposti

- UCS (Union of Concerned Scientists);  NRC, U.S. Nuclear Regulatory Commission
 

Il caso del radon

Un aspetto dei rifiuti nucleari che ha importanti implicazioni con la salute è il rilascio del radon, un gas radioattivo che naturalmente viene generato dal decadimento dell'Uranio.
Ci sono stati in passato diversi problemi per il rilascio di radon nelle miniere dove si estraeva l'Uranio, questi problemi oggi sono stati sostanzialmente superati.
Gli effetti del radon sulla salute sono più grandi di quelli relativi alle altre scorie nucleari, come per esempio le scorie HTW, ma sempre problemi minori rispetto agli effetti dell'utilizzo del carbone.
Una conseguenza importante dell'industria nucleare è che l'estrazione dell'Uranio dalle miniere evita le future emissioni di gas radon e quindi i suoi effetti sulla salute. La maggior parte dell'uranio è estratto dal sottosuolo profondo, si potrebbe arguire che il radon prodotto dal decadimento dell'uranio a tali profondità non sarebbe mai in grado di arrivare in superficie. Sappiamo però che la superficie del terreno si va costantemente erodendo così che l'uranio estratto in profondità un domani si troverà inevitabilmente in prossimità della superficie dove le sue trasformazioni in radon possono provocare il cancro ai polmoni. Calcolando tali effetti sul lungo termine si arriva ad un risparmio in vite umane di 450 individui per ogni anno di funzionamento dell'impianto di un reattore da 1000 MW. Questo risparmio di vite umane è migliaia di volte maggiore di quelle che si calcola potrebbero perdersi a causa della radioattività dei rifiuti nucleari HLW
Anche l'uso del carbone nelle centrali termiche avviene con il rilascio di piccole quantità di uranio nell'ambiente, si stima che ciò provochi 30 decessi per anno di funzionamento dell'impianto, sempre da 1000 MW, a causa del radon  che deriva da tale uranio.
Il numero dei morti per anno di funzionamento di un impianto nucleare da 1000 MW a causa dei rifiuti nucleari è riassunto nella Tabella 1. Poiché penso, come molti altri esperti, che sia senza significato fare stime sugli effetti delle scorie radioattive per milioni e milioni di anni, nella tabella sono riportati gli effetti solo nei prossimi 500 anni.
Il segno meno dei numeri che riguardano il radon, nel caso di un impianto nucleare, indicano le vite salvate piuttosto delle vite che si calcola potrebbero perdersi per le emissioni di radiazioni delle scorie nucleari.
Da notare che ci sono tre tipi di rifiuti che provengono dalla combustione del carbone ciascuno dei quali è migliaia di volte più pericoloso dei rifiuti nucleari.

Tabella 1
Probabilità dei decessi  dovuti ai rifiuti prodotti da un un anno di funzionamento
di un impianto da 1000MW

Fonte Entro i prossimi  anni 500 Milioni di anni
Nucleare:    
-- rifiuti ad alto livello 0.0001 0.02
-- emissione di radon -0.0650 -450
-- rifiuti a basso livello 0.0001 0.0004
-- totale -0.0648 -450
Carbone:    
-- inquinamento dell'aria 25 25
-- emissione di radon 0.11 30
-- casi di cancro dovuti ad inquinanti chimici 0.5 70
-- totale 25.61 125
Note

[1] - Noi inaliamo circa 20 metri cubi di aria al giorno, 7000 metri cubi all'anno. Il livello delle polveri nell'aria che provengono dai materiali del terreno sono 35 x 10-6 g/ m3 Noi inaliamo quindi 20 x 35 x 10-6 =0,7 x 10-3 grammi di materiale che proviene dal terreno al giorno, ovvero 0,25 grammi di questo materiale all'anno.
L'area degli Stati Uniti è di 10 alla13 mq, il volume del primo pollice di suolo (0,025 m) è 0,024x10 13= 2,5 x10 11 m3. Poiché la densità del suolo è 2x 10 6 g/ m3 il peso del suolo è 2x 10 6 x 2,5 x 1011 = 6 x 10 7 g/yard. La probabilità che un atomo dal primo pollice di suolo USA sia inalato dalla popolazione USA è 6 x 107 /(5 x 107) =
1,2 x 10 -10, un po meno di 1/ 10 miliardi.
La probabilità che un atomo di un fiume o di un lago entri nel corpo umano è molto più grande. L'acqua totale che in un anno fluisce nei fiumi e nei laghi USA è 1,5 x 1015 litri . Mentre la quantità di acqua ingerita dagli abitanti è 2,2 litri/persona al giorno x 385 giorni/anno x 240 x 10 6 = 1,8 x 1011 litri ogni anno. La probabilità per una tomo in un fiume di essere ingerito dagli esseri umani è quindi (1,8x 1011 /(1,5x1015 ) = 1,2 x 10 -4 poco meno di 1/ 10.000 per anno

[2] - Radiazione che arriva in superficie dalle scorie nucleare collocate in profondità
Le rocce e il suolo attenuano i raggi gamma, la radiazione più penetrante prodotta dalle scorie nucleari, di un fattore maggiore di 3 per piede dello spessore del suolo (0,3048 m). Poiché le scorie saranno collocate a 2000 piedi di profondità (600 m), le radiazioni che provengono da queste sarebbero attenuate almeno di un fattore pari a 3 2000 = 10  1000, un numero enorme.
Le scorie radioattive prodotte in un milione di anni da tutti gli impianti nucleari oggi esistenti negli USA dovrebbero emettere circa 10 36 raggi gamma (fotoni), la probabilità che anche una singola radiazione di questi raggiunga la superficie sarebbe 10 36/(10  1000) = 10  -964,  una quantità infinitamente piccola.

[3] - Probabilità per una tomo di roccia collocata in profondità di entrare nel corpo umano
Dalla misura del tasso con cui i fiumi portano il materiale dissolto nei mari e negli oceani è possibile calcolare che una media di terreno dello spessore di 1,4 x 10  -5 metri viene erosa ogni anno. Gli idrogeologi stimano che il 26 % di questa erosione viene dalla dissoluzione delle rocce dall'acqua sotterranea e il rimanente dall'acqua che è in superficie. Allora 0,26 x 1,4x 10  -5 = 3,6 x 10  -6 metri di spessore di terreno sono dissolti annualmente dall'acqua sotterranea. La frazione di questo dovuta a 1 metro di profondità a 600 metri sotto il livello del terreno può essere stimata dalla  conoscenza di come il flusso di acqua sotterranea varia con la profondità; circa 2,6 x10-4. La quantità totale di roccia proveniente da questo 1 metro di spessore alla profondità (600 metri) in un anno è allora 3,6 x 10-6 x 2,6 x 10-4 =1 x 10 -9 metri di spessore di terreno all'anno. Se si rimuove 1 x 10 -9  metri di spessore di terreno ogni anno da 1 metro di profondità, la probabilità per ogni atomo di essere rimosso è 1 x 10 -9 per anno, 1/un miliardo ogni anno. Questo può esser considerato un risultato medio per tutto il continente.
Consideriamo un metodo di calcolo alternativo. Consideriamo un flusso di acqua nel sottosuolo; il cammino di una falda acquifera media, lungo un percorso attraverso il terreno sottostante e, infine, in un fiume. C'è una grande quantità di informazioni disponibili sulle falde acquifere, come sono i loro percorsi attraverso le rocce, la quantità di acqua nei fiumi che trasportano ogni anno, gli importi dei vari materiali in esse disciolte. Da questi informazioni, siamo in grado di calcolare la quantità di ciascun elemento chimico condotto nei fiumi ogni anno da una falda media, vale a dire, quanto  ferro, quanto uranio, quanto alluminio trasporta, e così via.
Da dove provengono questi minerali? Chiaramente, sono stati sciolti dalle rocce. Dalla nostra conoscenza del percorso della falda acquifera attraverso il terreno e la composizione chimica del terreno, possiamo desumere la quantità di ciascuno degli elementi chimici che è contenuta nel terreno attraversato dalla falda acquifera. Possiamo quindi calcolare la frazione di ogni elemento nella roccia che si scioglie e che viene poi trasportata nel fiume ogni anno. Ad esempio, considerando che una determinata falda acquifera trasporta 0,003 libbre di uranio in un fiume ogni anno e tale falda si muove su un percorso di 50 miglia attraverso 200 milioni di tonnellate di roccia che contengono 1.000.000 di libbre di uranio come inpurezza (questo è tipico della quantità di uranio nella roccia ordinaria), la frazione di uranio rimosso ogni anno è quindi 0,003 / 1, 000000, o 3 parti per miliardo. Simili calcoli danno 0,3 parti per miliardo di ferro, 20 parti per miliardo di calcio, 7 parti per miliardo di potassio, e 10 parti per miliardo di magnesio. Per semplificare la nostra discussione consideriamo le parti per miliardo di tutto ciò che è stato rimosso ogni anno; questo è più veloce rispetto al tasso effettivo di rimozione degli elementi. Ciò significa che la probabilità per ogni atomo  (considerando la media di tutti gli elementi) di essere rimosso è di 10 volte su 1 miliardo ogni anno. Si tratta di una stima 10 volte più grande della nostra stima precedente, 1 caso su un miliardi ogni anno. Ciò in parte può essere spiegato dal fatto che la maggior parte del terreno non è immerso nelle acque sotterranee, come abbiamo ipotizzato nel secondo caso. Ma il punto importante è che abbiamo stimato la probabilità in due casi del tutto indipendenti e siamo arrivati a circa lo stesso risultato. Per essere prudenti, si prenderà in considerazione la probabilità maggiore, 10 volte su 1 miliardo di possibilità in un anno. Per inciso, questo risultato implica che delle rocce comuni immerse nelle acque sotterranee, solo l'1% viene disciolto in milioni di anni [(10 / 1 miliardo) x 1 milione= 0,01], quindi in genere una roccia sotterranea rimane non disciolta per almeno 100 milioni di anni.
E 'stato indicato nella prima nota che in media una molecola di acqua in un fiume ha 1 possibilità /10000 di entrare uno stomaco umano prima che fluisca nel mare. Per i materiali disciolti nell'acqua, la probabilità in parte diminuisce perché alcuni di essi vengono rimossi dai processi di purificazione dell'acqua potabile, in parte però aumenta perché alcuni materiali nei fiumi trovano una loro via per entrare nel cibo e quindi negli stomaci umani. Questi due effetti si compensano l'un l'altro. Si stima pertanto che il materiale disciolto nei fiumi abbia 1 possibilità su 10000 di arrivare ad uno stomaco umano.
Dal momento che un atomo di roccia in profondità ha 10 possibilità su un miliardo di raggiungere un fiume ogni anno, e una volta in un fiume ha 1 possibilità su 10000 di raggiungere uno stomaco umano, la probabilità di un atomo di roccia per raggiungere uno stomaco umano è il prodotto di tali numeri [(10 / 1 miliardo) x (1 / 10000) ] = 1 / 1.000 miliardi =1/1 trilione di possibilità in un anno. Che è il valore utilizzato nella nostra discussione.

[4] - Solo 0,02 è la stima totale dei decessi causati dalle radiazioni delle scorie nucleari prodotte da una anno di funzionamento di una centrale nucleare da 1000 MW.

Nello spirito della nostra analogia tra le rocce sepolte in profondità e i rifiuti radioattivi, si assume che la probabilità di un atomo di roccia arrivi allo stomaco di un essere umano si applichi anche ai rifiuti nucleari; cioè che un atomo di rifiuti radioattivi sepolti ha una possibilità su un trilione di raggiungere uno stomaco umano ogni anno (vedi nota 3). Il resto del nostro calcolo è facile, perché sappiamo dalla Figura 1 le conseguenze prodotte dagli atomi dei rifiuti radioattivi, prodotti in un anno di funzionamento di una centrale, che entrano nello stomaco di un essere umano. Basta moltiplicare allora i valori della la curva della Figura 1 per un-trilionesimo, si ottiene così e il numero di tumori mortali attesi ogni anno. Questo si può fare semplicemente leggendo la scala verticale sul lato destro della Figura 1. Ad esempio, se tutti i rifiuti radioattivi prodotti in un anno di funzionamento di una centrale fossero ingeriti dalla popolazione un migliaio di anni dopo la sepoltura, ci sarebbero 300.000 morti, secondo la scala sul lato sinistro della Figura 1, ma dal momento che solo un trilionesimo di questi atomi può raggiungere uno stomaco umano ogni anno, ci sarebbero (300000 / 1 trilione = 3 x 10-7 decessi l'anno, come indicato dalla lettura della curva nella scala sul lato destro della Figura 1. Questo risultato è equivalente a una possibilità su 3 milioni per una sola morte ogni anno.
Quello che vogliamo veramente sapere è il numero totale di persone che muoiono a causa dei rifiuti radioattivi. Poiché sappiamo quanti ne muoiono ogni anno, si deve semplicemente sommarli anno per anno. Il totale nel corso di milioni di anni dà 0,014 eventuali decessi. Ci si potrebbe chiedere per quanti anni in futuro si debba procedere a questa somma, e qui sta una complicanza che richiede qualche spiegazione.
Il processo di sommare il numero dei decessi ogni anno deve essere interrotto dopo 13 milioni di anni, ciò è stato fatto e si è ottenuto il numero dei decessi sopra riportato, 0,014. A questo però dobbiamo aggiungere il numero di morti causati dal rilascio della radioattività residua dopo i 13 milioni di anni.
Nel considerare gli effetti dell'erosione, si presume che tutti i rifiuti nucleari stoccati nei depositi vadano a finire nei fiumi e nei laghi dopo il 13 milioni di anni. Secondo la Figura 1, se tutti i rifiuti restanti radioattivi a quel tempo fossero completamente ingeriti dalla popolazione, ci sarebbe una aspettativa di circa 40 morti all'anno. Ma poiché abbiamo appena dimostrato che del materiale
rilasciato nei fiumi e nei laghi, solo un 1 atomo su 10.000 raggiunge uno stomaco umano, ci aspettiamo 40/10.000 = 0,004 decessi.
Aggiungendo allora ai 0,014 morti calcolati prima dei l3 milioni di anni i 0,004 calcolati dopo 13 milioni di anni si ottiene  0,018 che approssimiamo a 0,02.
Sono solo 0,02  quindi il numero totale dei decessi causati dai rifiuti nucleari ad alto livello prodotti da una centrale nucleare da 1000 MW in un anno
.
Ricordiamo ora che l'inquinamento atmosferico prodotto dalla combustione del carbone, uccide 75 persone nel generare la stessa quantità di energia elettrica.
Una nuova tecnologia di controllo dell'inquinamento dovuto alla combustione del carbone (il carbone pulito) può ridurre tale numero a 15 decessi all'anno. Anche con questa tecnologia i rifiuti della combustione del carbone sarebbe un migliaio di volte più dannosi per la salute umana rispetto ai rifiuti nucleari ad alto livello.

Nota sull'autore :
Dott. Giuseppe Filipponi, fisico nucleare,
docente, direttore della rivista Fusione Scienza e Tecnologia


     
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