Centrali di Fukushima: come funzionano e cosa non ha funzionato

12 anni fa

6 minuti

Le centrali di Fukushima sono reattori BWR, che forniscono energia dal vapore. Il carburante nucleare scalda l’acqua, l’acqua bolle e diventa vapore, il vapore muove delle turbine che creano elettricita. Il vapore alla fine di questo ciclo si raffredda e ridiventa acqua, che viene reimmessa nel ciclo. Il tutto avviene scaldando l’acqua alla temperatura di circa 250 gradi.
Nell’approfondimento un’immagine che aiuta a capire meglio
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Il carburante nucleare è ossido di uranio, che ha un punto di fusione di circa 3000 gradi, ed è contenuto in barre fatte di zircalloy (una lega di zirconio e stagno che ha una temperatura di fusione intorno ai 2200 gradi). Ogni barra viene definita come “primo livello di contenimento”.
L’insieme di queste barre viene definito “core”.
Il core è posto in un contenitore a pressione, detto “reactor vessel”, che contiene una gran quantità di acqua demineralizzata (torneremo più avanti sul motivo per cui è demineralizzata). Questa acqua funge sia da refrigerante, per evitare che la temperatura del core superi il punto di fusione delle barre, sia da vettore energetico, perchè il suo passaggio allo stato di vapore mette in moto le turbine.

Un’altra immagine che aiuta a capire meglio
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Il reactor vessel è definito come “secondo livello di contenimento”.

Al reactor vessel sono collegati tubi, pompe, turbine, e la riserva di liquido refrigerante. Tutto intorno c’è il terzo livello di contenimento: una enorme scatola di spesso acciaio sigillato ermeticamente il cui scopo è contenere indefinitamente una eventuale fusione del core. La base di questa scatola è uno spesso pavimento pieno di grafite, studiato per evitare che in caso di fusione il nucleo scappi via da sotto (con buona pace delle teorie sulla sindrome cinese :-) ).

Intorno a questa scatola, c’è l’edificio della centrale, che è studiato solo per tenere fuori le intemperie e non fa quindi da barriera verso l’esterno.

Cosa non ha funzionato quindi in Giappone?
[more]A seguito del sisma le centrali sono state immediatamente fermate, abbassando completamente le barre di controllo. Quando questo avviene è comunque necessario mantenere il livello del liquido refrigerante, perchè la temperatura iniziale è comunque molto alta. In questa fase deve essere il liquido refrigerante ad occuparsi di abbassare la temperatura del nucleo, che altrimenti tenderebbe comunque ad alzarsi (di circa il 3% rispetto al normale innalzamento della temperatura con il reattore in funzione)

Il terremoto ha interrotto la fornitura esterna di energia al reattore nucleare e non era possibile utilizzare l’energia generata dal reattore perchè questo era stato messo in blocco. E’ quindi partito il generatore ausiliario diesel, che è però stato messo fuori uso dallo tsunami circa una ora dopo il terremoto.
A quel punto sono intervenute le batterie di emergenza, che hanno una durata di 8 ore. Nel frattempo, si è lavorato per portare sul posto un nuovo generatore.
Da qui in avanti le notizie diventano confuse. C’è chi dice che il nuovo generatore fosse incompatibile con l’impianto, ma è improbabile che un semplice cambio di spina abbia necessitato di 2 giorni. In ogni caso, il nuovo generatore non è entrato in funzione immediatamente, le batterie si sono esaurite, e il liquido di refrigerazione si è tutto trasformato in vapore.

Per controllare la pressione, è stato necessario liberare parte di quel vapore nell’atmosfera, ma fino a questo momento la perdita di radiazioni è stata minima, perchè si trattava di vapore generato da acqua demineralizzata.

Le componenti base dell’acqua pura hanno numero atomico molto basso, e non possono quindi essere arricchite troppo dalle radiazioni perchè nell’idrogeno e nell’ossigeno le radiazioni decadono in fretta.
Il problema è che l’alta energia fornita dalla eccessiva temperatura accumulata tende a scomporre l’acqua nelle sue componenti base e idrogeno ed ossigeno sono una miscela altamente esplosiva.

Questo è il motivo delle esplosioni che si sono verificate. La buona notizia è che si sono verificate esternamente al terzo livello di contenimento, ed hanno interessato solo l’edificio esterno.[/more]

Perché allora ci sono delle fughe di radiazioni?
[more]Ad un certo punto sono arrivate notizie della presenza di piccole quantità di cesio e iodio nel vapore emesso dalla centrale. Questo è sintomo del cedimento del primo livello di contenimento, le barre di zircalloy. Se si è arrivati a quel punto è perchè non c’era più un livello sufficiente di liquido di refrigerazione.

Probabilmente il terremoto e lo tsunami hanno portato via o inquinato tutte le riserve di acqua pulita usata per la refrigerazione e non è stato possibile farne arrivare altra in un tempo sufficientemente breve

In mancanza di acqua pura è stato quindi necessario utilizzare acqua di mare. Se l’acqua non è pura, l’arricchimento radioattivo è decisamente maggiore perchè lo sporco e i sali nell’acqua assorbono neutroni più rapidamente, diventando più radioattivi, e quindi sono maggiori le radiazioni che vengono liberate ogni volta che viene espulso vapore per evitare che la pressione salga troppo (di per sé il vapore sarebbe puro, ma, a causa della pressione, si porta dietro tutto il resto).

A questo punto però si sta lavorando per evitare la fusione del nucleo e tutti gli altri problemi passano in secondo piano.[/more]

Cosa succederà adesso?
[more]La mancanza di notizie sicure ci impedisce di sapere se hanno usato l’acqua di mare per inondare il secondo livello di protezione (il reactor vessel) o il terzo (la gabbia esterna d’acciaio). Questa scelta dipende da quanto si sono usurate le barre durante il periodo di mancata refrigerazione.

La situazione è fluida, e cosa accadrà dipende dal fatto che non si presentino altri problemi.

In ogni caso fino a che si continuerà ad usare acqua di mare, si continueranno anche ad emettere vapori radioattivi. L’emissione di questi vapori è indispensabile, proprio per evitare ulteriori esplosioni che potrebbero intaccare la gabbia di protezione di livello 3.
Comunque la temperatura dei reattori dovrebbe, nel tempo, scendere fino al livello in cui il vapore generato sia molto basso.

Considerata la quantità di cose che sono andate storte fino ad ora però, l’uso del condizionale è d’obbligo.[/more]

Fonti:
Wikipedia (un sacco di articoli, impossibile citarli tutti)
bravenewclimate.com (ottimo articolo, ma attenzione che questo sito è fortemente pro-nuclearista)

Via l’ottimo :bazinga: di NomeRichiesto

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