SCORIE NUCLEARI 2: aspetti quantitativi

Situazione in gennaio 2010:
Centrali nucleari civili che producono energia elettrica: 436
Potenza elettrica 370 GW
Energia elettrica da centrali nucleari fino al gennaio 2010: 62 migliaia di miliardi di kWh
Rendimento delle centrali di seconda generazione: 33%
Energia termica prodotta: 7 828 000 GWD (GigaWattDays) 21 447GWA (GigaWattAnni)
Burn up delle centrali di seconda generazione: 40 GWD/T

Vuol dire che una tonnellata di uranio metallico produce 40 GigaWattGiorni di energia termica. Per risalire all’energia elettrica prodotta occorre ridurre questo numero per il rendimento.

Dal burn up e dal rendimento si può calcolare la quantità di uranio usato per la produzione dell’energia elettrica. Questa quantità è uguale alla quantità di combustibile esaurito e alla quantità di scorie altamente radioattive prodotte.

Il risultato di questo calcolo è che finora sono state prodotte 196 000 tonnellate di scorie altamente radioattive.

Le quantità in realtà sono più alte per i seguenti motivi:

· Il burn up all’inizio dell’energia nucleare era di 30 GWD/to.
· Il rendimento era inferiore al 33%.
· Insieme all’uranio ci sono altri materiali: Incapsulamento e ossigeno quando si usano ossidi invece di metalli.

(Da T. Mukaiyama. Motivation and Programs for Transmutation of Nuclear Waste, Otto Hahn Summer Scholl 2002 Lectures, CEA – Cadarache, France 2002,
ripreso da Wikipedia,
ripreso da Marco Calviani. Measurement of fission cross-section of actinides at n_TOF for advanced nuclear reactors, 2 febbraio 2009, tesi di dottorato, Università di Padova)

Vale la curva PWR (Pressurized Water Reactor) che è praticamente uguale a quella dei BWR (Boiling Water Reactor) che attualmente sono prevalenti.

Il diagramma mostra la radiotossicità delle scorie per 1 GWt anno. In gennaio 2010 l’energia termica prodotte dalle centrali nucleari era di 21447 GWA. La dose letale per l’uomo è 6 Sievert.

Se tra 100 anni la popolazione mondiale è di 10 miliardi di individui, le scorie nucleari prodotte fino al gennaio 2010 sono idonee a uccidere questa popolazione 300 volte.

Andamento della pericolosità di singoli elementi delle scorie per 10 milioni di anni
TRU = transuranic
FP = Fission product
da Marco Calviani. Measurement of fission cross-section of actinides at n_TOF for advanced nuclear reactors, 2 febbraio 2009, tesi di dottorato, Università di Padova)
Di nettunio 237, che a lungo termine è la scoria più pericolosa a causa della sua solubilità e della sua tendenza a migrare, dopo un milione di anni ce n’è di più che dopo l’estrazione dal reattore.

La composizione degli elementi combustibili nuovi e easuriti. MA = Minor Actinides = nettunio, americio, curio. LLFF = Low Level Fission Fragments. FF = fission fragments. Le quantità si riferiscono a 1 GW elettrico per un anno. (da Tesi di dottorato Marco Calviani).

Bombe sporche

Le scorie nucleari ad alta radioattività (HLW) possono essere usate per la produzione di bombe sporche. Distribuire nell’atmosfera 2 tonnellate di questo materiale con l’esplosione di 2 tonnellate di TNT produce un effetto devastante peggiore dell’esplosione del reattore di Cernobyl.

C’è molta preoccupazione per la proliferazione delle armi nucleari. Si litiga con l’Iran perché si prepara per la produzione di bombe nucleari. Il rischio di bombe sporche sulla base di scorie prodotte da qualsiasi reattore nucleare non viene messo in evidenza.

Produrre bombe nucleare è costoso e tecnicamente complicato. In confronto con le bombe sporche l’effetto è modesto. Con una bomba nucleare si distrugge una città, con una bomba sporca una regione.

A livello mondiale ci sono 34 paesi con impianti nucleari per la produzione di energia elettrica, tutti producono scorie nucleari e nessuno sa dove metterli.

La produzione di bombe sporche è semplice. Il materiale è disponibile, si paga per farlo portare via.

Deposito sicuro per scorie nucleari

Scorie nucleari non devono entrare nella biosfera
Scorie nucleari non devono andare nelle mani di malintenzionati

Nella tesi di Marco Calviani è specificato che soluzioni ingegneristiche potrebbero tenere per mille anni. Dopo ci vogliono depositi geologici sicuri.

In Germania c’erano due siti geologici, dichiarati sicuri da geologi, nel senso che per un milione di anni non sarebbe entrata l’acqua. Dopo dieci anni l’acqua era dentro. Occorre traslocare tutto. Il governo tedesco ha dichiarato che il problema non è risolto.

C’è un dubbio sull’affermazione che soluzioni ingegneristiche tengano per mille anni. Il sarcofago di Cernobyl non tiene. Le radiazioni lo distruggono.

I materiali usati per la protezione subiscono alterazioni a causa delle radiazioni. Ci sono raggi gamma molto penetranti, che per effetto Compton spostano elettroni. Ci sono neutroni che rendono nuclei radioattivi e li trasformano in altri elementi. Acciai diventano fragili come vetri. Vetri diventano idrosolubili.

Elmar Pfletschinger

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53 pensieri su “SCORIE NUCLEARI 2: aspetti quantitativi

  1. fabste2008 :
    Se posso dire la mia, un idea forse ancora fantascentifica e forse anche assurda, non sono un fisico, se in una futura fusione nucleare si riuscisse a produrre neutroni veloci (non so se è possibile), si potrebbero indirizzarli (con molta difficoltà dato la neutralità di carica), sui nuclei delle scorie in modo da romperli in elementi più leggeri, molto meno radioattivi, non sarà una soluzione ma certo allevierebbe un po’ la situazione :):):):)oh se funziona voglio il nobel per la medicina, per l’ecologia, per la tecnica, è un brevetto grosso come una casa……scherzi a parte le scorie sono un problema grande, molto grande, però anche altri tanti problemi affliggono il mondo, fa molti più morti la scarsità di acqua o lo sfruttamento del terzo mondo che le radiazioni, questo che serva di lezione a tutta l’umanità, non siamo i padroni, e ne pagheremo le conseguenze, noi i nostri figli e nipoti e molte altre generazioni

    L’idea della fusione che produce neutroni veloci è una strada proposta per i reattori della quarta generazione.

    La fusione T – D (trizio dueterio) produce neutroni da 14,1 MEV. Questi possono spaccare qualsiasi nucleo transuranico. Il problema è che occorre fare tutto molto grande perchè per neutroni ad alta energia la sezione d’interazione equivale grossolanamente alla sezione geometrica, che è molto piccola (ordine di grandezza: 1 barn. 1 barn = 10^-28 m^2).

    L’idea è associata a quella del reattore sottocritico, che si attiva solo con l’acceleratore. Però per non andare nella trappola dello xeno 135 dev’essere sottocritico di brutto e l’acceleratore molto grande. Penso che idee del genere vengano solo a gente che è perfettamente inconsapevole dei costi.

    Fare l’energia nucleare con il torio almeno non creerebbe il problema dei transuranici.

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  2. elmar :

    fabste2008 :
    Se posso dire la mia, un idea forse ancora fantascentifica e forse anche assurda, non sono un fisico, se in una futura fusione nucleare si riuscisse a produrre neutroni veloci (non so se è possibile), si potrebbero indirizzarli (con molta difficoltà dato la neutralità di carica), sui nuclei delle scorie in modo da romperli in elementi più leggeri, molto meno radioattivi, non sarà una soluzione ma certo allevierebbe un po’ la situazione :):):)oh se funziona voglio il nobel per la medicina, per l’ecologia, per la tecnica, è un brevetto grosso come una casa……scherzi a parte le scorie sono un problema grande, molto grande, però anche altri tanti problemi affliggono il mondo, fa molti più morti la scarsità di acqua o lo sfruttamento del terzo mondo che le radiazioni, questo che serva di lezione a tutta l’umanità, non siamo i padroni, e ne pagheremo le conseguenze, noi i nostri figli e nipoti e molte altre generazioni

    L’idea della fusione che produce neutroni veloci è una strada proposta per i reattori della quarta generazione.
    La fusione T – D (trizio dueterio) produce neutroni da 14,1 MEV. Questi possono spaccare qualsiasi nucleo transuranico. Il problema è che occorre fare tutto molto grande perchè per neutroni ad alta energia la sezione d’interazione equivale grossolanamente alla sezione geometrica, che è molto piccola (ordine di grandezza: 1 barn. 1 barn = 10^-28 m^2).
    L’idea è associata a quella del reattore sottocritico, che si attiva solo con l’acceleratore. Però per non andare nella trappola dello xeno 135 dev’essere sottocritico di brutto e l’acceleratore molto grande. Penso che idee del genere vengano solo a gente che è perfettamente inconsapevole dei costi.
    Fare l’energia nucleare con il torio almeno non creerebbe il problema dei transuranici.

    Per quello che dicevo che per ora è fantascentifico è troppo costoso, magrai in futuro non lo sarà più, grazie mille per le preziose informazioni!!!! 🙂 :), mi sa che per ora non esistono modi per conservare corretamente le scorie ce le dobbiamo tenere e basta, e sperare solo che non facciano altri danni, dopo quelli che hanno gia fatto

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  3. Trovo scandalosi certi numeri che si leggono sulle vittime di Cernobyl e certi paragoni che si fanno con altri incidenti allo scopo di minimizzare tutto, come fanno su wikipedia italia.
    Certa gente dovrebbe andarsi a vedere su youtube i documentari con i volontari che vanno a visitare gli orfanotrofi delle zone contaminate, e poi chiedersi com’è che sti bambini malformati stanno tutti lì. Provate ad immedesimarvi in una madre cui al parto tirano fuori un figlio storpio.

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  4. fabste2008 :

    elmar :

    fabste2008 :
    Se posso dire la mia, un idea forse ancora fantascentifica e forse anche assurda, non sono un fisico, se in una futura fusione nucleare si riuscisse a produrre neutroni veloci (non so se è possibile), si potrebbero indirizzarli (con molta difficoltà dato la neutralità di carica), sui nuclei delle scorie in modo da romperli in elementi più leggeri, molto meno radioattivi, non sarà una soluzione ma certo allevierebbe un po’ la situazione :):)oh se funziona voglio il nobel per la medicina, per l’ecologia, per la tecnica, è un brevetto grosso come una casa……scherzi a parte le scorie sono un problema grande, molto grande, però anche altri tanti problemi affliggono il mondo, fa molti più morti la scarsità di acqua o lo sfruttamento del terzo mondo che le radiazioni, questo che serva di lezione a tutta l’umanità, non siamo i padroni, e ne pagheremo le conseguenze, noi i nostri figli e nipoti e molte altre generazioni

    L’idea della fusione che produce neutroni veloci è una strada proposta per i reattori della quarta generazione.
    La fusione T – D (trizio dueterio) produce neutroni da 14,1 MEV. Questi possono spaccare qualsiasi nucleo transuranico. Il problema è che occorre fare tutto molto grande perchè per neutroni ad alta energia la sezione d’interazione equivale grossolanamente alla sezione geometrica, che è molto piccola (ordine di grandezza: 1 barn. 1 barn = 10^-28 m^2).
    L’idea è associata a quella del reattore sottocritico, che si attiva solo con l’acceleratore. Però per non andare nella trappola dello xeno 135 dev’essere sottocritico di brutto e l’acceleratore molto grande. Penso che idee del genere vengano solo a gente che è perfettamente inconsapevole dei costi.
    Fare l’energia nucleare con il torio almeno non creerebbe il problema dei transuranici.

    Per quello che dicevo che per ora è fantascentifico è troppo costoso, magrai in futuro non lo sarà più, grazie mille per le preziose informazioni!!!! , mi sa che per ora non esistono modi per conservare corretamente le scorie ce le dobbiamo tenere e basta, e sperare solo che non facciano altri danni, dopo quelli che hanno gia fatto

    Un altro metodo non risolutivo ma almeno di temporaneo utilizzo potrebbe essere quello di utilizzare le cave di mermo esaurite come gigantesche grotte per il magazzinamento delle scorie, le ho viste di persona delle cave di marmo e vi asicuro che sono enormi!!!!!!, certo sarebbero da rivestire con calcestruzzo per evitare infiltrazioni di acqua, il carbonato di calcio di per se insolubile non basta, il problema sarebbe costituito dal calore che le scorie emanerebbero il CaCO3 in presenza di calore o acidi si scinde in CO2 H20(in presenza di acido) e altri sali, compromettendo la stabilità della struttura, è una bella gatta da pelare, ma se noi con un poco di fantasia riusciamo a trovare idee, chi ha il dovere di gestire queste scorie se solo volessero avrebbero già sistemato tutto solo che pensano solo ai soldi e basta, è questo il vero male del mondo, non è il nucleare, il vero male è l’avidità e la corruzione delle persone che ci controllano

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  5. fabste2008 :

    fabste2008 :

    elmar :

    fabste2008 :
    Se posso dire la mia, un idea forse ancora fantascentifica e forse anche assurda, non sono un fisico, se in una futura fusione nucleare si riuscisse a produrre neutroni veloci (non so se è possibile), si potrebbero indirizzarli (con molta difficoltà dato la neutralità di carica), sui nuclei delle scorie in modo da romperli in elementi più leggeri, molto meno radioattivi, non sarà una soluzione ma certo allevierebbe un po’ la situazione :)oh se funziona voglio il nobel per la medicina, per l’ecologia, per la tecnica, è un brevetto grosso come una casa……scherzi a parte le scorie sono un problema grande, molto grande, però anche altri tanti problemi affliggono il mondo, fa molti più morti la scarsità di acqua o lo sfruttamento del terzo mondo che le radiazioni, questo che serva di lezione a tutta l’umanità, non siamo i padroni, e ne pagheremo le conseguenze, noi i nostri figli e nipoti e molte altre generazioni

    L’idea della fusione che produce neutroni veloci è una strada proposta per i reattori della quarta generazione.
    La fusione T – D (trizio dueterio) produce neutroni da 14,1 MEV. Questi possono spaccare qualsiasi nucleo transuranico. Il problema è che occorre fare tutto molto grande perchè per neutroni ad alta energia la sezione d’interazione equivale grossolanamente alla sezione geometrica, che è molto piccola (ordine di grandezza: 1 barn. 1 barn = 10^-28 m^2).
    L’idea è associata a quella del reattore sottocritico, che si attiva solo con l’acceleratore. Però per non andare nella trappola dello xeno 135 dev’essere sottocritico di brutto e l’acceleratore molto grande. Penso che idee del genere vengano solo a gente che è perfettamente inconsapevole dei costi.
    Fare l’energia nucleare con il torio almeno non creerebbe il problema dei transuranici.

    Per quello che dicevo che per ora è fantascentifico è troppo costoso, magrai in futuro non lo sarà più, grazie mille per le preziose informazioni!!!! , mi sa che per ora non esistono modi per conservare corretamente le scorie ce le dobbiamo tenere e basta, e sperare solo che non facciano altri danni, dopo quelli che hanno gia fatto

    Un altro metodo non risolutivo ma almeno di temporaneo utilizzo potrebbe essere quello di utilizzare le cave di mermo esaurite come gigantesche grotte per il magazzinamento delle scorie, le ho viste di persona delle cave di marmo e vi asicuro che sono enormi!!!!!!, certo sarebbero da rivestire con calcestruzzo per evitare infiltrazioni di acqua, il carbonato di calcio di per se insolubile non basta, il problema sarebbe costituito dal calore che le scorie emanerebbero il CaCO3 in presenza di calore o acidi si scinde in CO2 H20(in presenza di acido) e altri sali, compromettendo la stabilità della struttura, è una bella gatta da pelare, ma se noi con un poco di fantasia riusciamo a trovare idee, chi ha il dovere di gestire queste scorie se solo volessero avrebbero già sistemato tutto solo che pensano solo ai soldi e basta, è questo il vero male del mondo, non è il nucleare, il vero male è l’avidità e la corruzione delle persone che ci controllano

    volevo dire marmo non mermo, ops errore mio 🙂 🙂 🙂

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  6. @fabste2008

    Il problema è che le scorie vanno messi via per tempi lunghi in termini geologici. Basta pensare che il lago di garda ha 30000 anni e che di nettunio 237 dopo un milione di anni c’è ne di più che all’inizio. Il nettunio si scioglie facilmente e va dappertutto.

    Con le miniere di sale pensavano di aver trovato siti che per un milione di anni erano sicuri contro infiltrazioni d’acqua. Dopo 10 anni l’acqua era dentro.

    Il problema del calore delle scorie è acuto nei primi sei mesi. Gli elementi esauriti per sei mesi vanno tenuti in acqua. Poi diminuisce. Dopo cent’anni questo problema non c’è più. Il problema sono le radiazioni gamma e sopratutto i neutroni, che hanno origine nelle fissioni spontanee dei transuranici. I neutroni rendono radioattivo tutto l’ambiente intorno. I raggi gamma alterano i materiali. I raggi alfa non vanno lontani. I raggi alfa non penetrano attraverso gli strati morti della pelle. Quando sono fuori dal corpo non fanno niente. Quando sono dentro sono micidiali. Sono i raggi alfa che fanno i transuranici biologicamente circa 500 volte più dannosi dei frammenti di fissione.

      (Quote)  (Reply)

  7. @ elmar
    Secondo te la recente esplosione di u-scorpii potrebbe nascondere la reazione carbonio deuterio ? Analizzando lo spettro della nube espulsa (se fosse possibile) già da ora si potrebbe capire ?
    Non ho trovato nessuna descrizione chiara per il meccanismo di innseco di queste esplosioni novae, o almeno che sia documentata e verificabile con le osservazioni.
    La risonanza tra carbonio – deuterio alla finestra di gamow con azoto 14 mi convince sempre di più anche se avrei bisogno di una delle tue splendide spiegazioni, in questo caso sui livelli energetici di questa risonanza

      (Quote)  (Reply)

  8. Tuvok :
    @ elmar
    Secondo te la recente esplosione di u-scorpii potrebbe nascondere la reazione carbonio deuterio ? Analizzando lo spettro della nube espulsa (se fosse possibile) già da ora si potrebbe capire ?
    Non ho trovato nessuna descrizione chiara per il meccanismo di innseco di queste esplosioni novae, o almeno che sia documentata e verificabile con le osservazioni.
    La risonanza tra carbonio – deuterio alla finestra di gamow con azoto 14 mi convince sempre di più anche se avrei bisogno di una delle tue splendide spiegazioni, in questo caso sui livelli energetici di questa risonanza

    Nello spettro dell’esplosione si dovrebbe vedere quello del azoto 14.

    Il livello della risonanza del N14 è a 10432 keV. E’ un 2+. Lo stato fondamentale dell’azoto 14 è 1+. L’emissione di raggi gamma (10427 keV, dovrebbe essere uguale all’energia di eccitazione, ma la differenza è dentro le tolleranze dei risultati) è di tipo M1 ed è prevalente rispetto a transizioni verso altri livelli.

    C’è anche un’emissione di protoni. Non ho trovato nessuna notizia sull’intensità di questa emissione. Porterebbe al C13 invece che al N14. Se l’emissione di protoni ha una certe intensità, l’idea decade, dato che di C13 al mondo c’è ne ben poco. Se invece l’intensità di emissione di protoni è modesta, potrebbe spiegare il rapporto tra le quantità di azoto 14 e carbonio 13 al mondo. Se questo rapporto combacia, sarebbe una conferma.

    Nell’esplosione bisognerebbe vedere anche un lampo di raggi gamma di 10427 keV. Ma questo si vede unicamente se si vede l’esplosione stessa. Un secondo dopo è troppo tardi.

    Nell’esplosione di U-Scorpii le descrizioni del meccanismo sono di due tipi: Una dice che è l’idrogeno preso dalla stella compagna a esplodere. Ignorando il fatto che a livello nucleare l’idrogeno non esplode. Comprometterebbe l’esistenza di tutte le stelle della seuqenza principale del diagramma HR. L’altra spiegazione, ovviamente consapevole del fatto che l’drogeno non esplode, parla di “materiale” accumulato che farebbe un’esplosione termonucleare, senza entrare nei dettagli della reazione.

    Mi piace il tuo interessamento incredibilmente competente. Ho il sospetto che sei un fisico.

      (Quote)  (Reply)

  9. Naturalmente il lampo gamma è sfuggito
    Per ora ho trovato lo spettro della precedente esplosione di U-SCO nel 1999
    http://ej.iop.org/images/1538-3881/119/3/1359/Full/fg1.gif

    L’immagine nel link è lo spettro rilevato a 1,45gg dopo il massimo di magnitudine

    Mi pare che di azoto ce ne sia una discreta quantità (se quello che ci capisco è giusto). Non so se avevi già avuto questo indizio e se possa essere utile

    In attesa che in AAVSO vengano pubblicati i dati della nuova esplosione

    P.S. no no non sono un fisico per carità solo un appassionato !!!

      (Quote)  (Reply)

  10. Tuvok :
    Naturalmente il lampo gamma è sfuggito
    Per ora ho trovato lo spettro della precedente esplosione di U-SCO nel 1999
    http://ej.iop.org/images/1538-3881/119/3/1359/Full/fg1.gif
    L’immagine nel link è lo spettro rilevato a 1,45gg dopo il massimo di magnitudine
    Mi pare che di azoto ce ne sia una discreta quantità (se quello che ci capisco è giusto). Non so se avevi già avuto questo indizio e se possa essere utile
    In attesa che in AAVSO vengano pubblicati i dati della nuova esplosione
    P.S. no no non sono un fisico per carità solo un appassionato !!!

    Grazie. Io quell’indirizzo non ce l’avevo.

    Ho visto che le linee dell’azoto tre volte ionizzato (NIII) sono le più robuste dopo l’H alfa.

    Mi sa che questo è una conferma. Spero che qualcuno punti uno spettrometro gamma su una nana bianca che sta per esplodere prima dell’esplosione. La presenza dei gamma sarebbe un indice che l’azoto è nato in quel momento, non prima. Comunque nessuno ha mai parlato dell’esistenza dell’azoto nella nana bianca. Si parla solo di carbonio 12 e ossigeno 16.

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  11. Questa è un interessante (per noi) ricerca sperimentale sui livelli eccitati di azoto14 prodotti da reazioni tra C12 e protoni o deuteroni
    http://scholarship.rice.edu/bitstream/handle/1911/18320/3079754.PDF?sequence=1
    Si vede apparire il livello eccitato a 10.44 MeV ma non si fa riferimento ai gamma

    qui invece la home page dei rilevamenti swift (satellite in gran parte di ideazione Italiana) che annusa i gamma burst da qualche anno
    http://swift.gsfc.nasa.gov/docs/swift/archive/grb_table/

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