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

53 pensieri su “SCORIE NUCLEARI 2: aspetti quantitativi

  1. Il mondo per molto tempo non ha preso sul serio la radioattività.

    All’inizio del secolo scorso sono nate industrie per l’estrazione del radio. Non c’era giorno che non si faceva pubblicità di quanto fosse salutare. Producevano anche supposte radioattive.

    Poi hanno fatto i quadranti degli orologi con il radio. Era nel solfuro di zinco. Disturbava il cristallo in maniera da fare luce. Le donne che hanno dipinto i quadranti sono morte tutte. Le hanno insegnato che la punta del pennello viene bene se si bagna con la saliva.

    Questi orologi (e tutta la strumentazione della seconda guerra mondiale) oggi non fanno più luce. Si pensa che siano innocui. Sbagliato. Il radio 226 ha una semivita di 1600 anni. Le ciffre di questi orologi sono radioattive come prima. Non fanno più luce perchè la radioattività nel frattempo ha distrutto i cristalli.

    Trent’anni fa gli alberghi con acque termali (esempio: Ischia) facevano ancora publicità dicendo che la radioattività delle acque termali (Radon 222) era benefica. Adesso è successo il miracolo: La radioattività non c’è più.

    Si portavano le persone con malattie polmonari nelle miniera per farle respirare l’aria con radon 222. Allo scopo di guarire. Sbagliato.

    La Swatch ha fatto oroglogi con quadranti luminosi sulla base di trizio fino agli anni 90. Non lo fa più.

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  2. elmar :

    Giovanni :

    Andrea B :L’uranio 238 è un tipo di uranio impoveritohttp://it.wikipedia.org/wiki/Uranio_impoveritoLa radioattività dell’uranio impoverito (DU) viene considerata “di basso livello”(comparabile al livello naturale di radiazione di fondo) confrontata con quella ad “alto livello” dell’uranio arricchito in uranio-235 (o di altri materiali), perché l’uranio impoverito è costituito in maniera predominante dall’isotopo uranio-238 (T1/2 = 4.5 109 a) dotato di emivita più lunga – e quindi di attività specifica più bassa – di quella dell’isotopo uranio-235 (T1/2 = 7.0 108 a), nonostante entrambi siano prevalentemente emettitori di particelle alfa. Infine, in questo contesto, il terzo isotopo uranio-234 (T1/2 = 2.5 105), presente in percentuale molto bassa nell’uranio naturale (0.0055%), si trova a sua volta maggiormente concentrato nell’uranio-235 arricchito (LEU o HEU), aumentandone ulteriormente l’attività specifica e quindi la radiotossicità.

    Scusa ma non ribaltare la realtàL’uranio 238 é l’isotopo NATURALE piu diffuso, costituisce circa il 99% ( e piu) dell’uranio in forma naturale, l’U 235 meno dell 1%. Purtroppo per le centrali come combustibile é necessario uranio ricco in U235, perché piu fissile quindi si deve aumentare la concentrazione di U235 per produrre combustibile nucleare.Quindi si definisce arricchito quell’uranio in cui tramite processi umani e artificiali si aumenta la concentrazione di uranio 235 rispetto al 238. Gli scarti dell’arricchimento sono, per semplificare, costituito solo da U238 e lo chiamano uranio “impoverito” perché gli manca l’U235. Ora l’U238 é un elemento altamente radioattivo di gran lunga lontano dall’essere innoquo. Come giustamente hai detto tu é semplicemente meno radiattivo del 235. Ora il punto é che arricchendo dell’uranio in 235 si otterrà uno scarto senza U235 e con solo U238 definito uranio impoverito, che costituisce un “rifiuto radiattivo” non utilizzabile nelle centrali ma utilizzabile negli armamenti. Rispetto a quello che dice elmer sulla trascurabilità del pericolo dell’U238 non sono per niente d’accordo, se é vero che alcuni prodotti della fissione sono piu pericolosi dell’U238 ( ex il plutonio o il nettunio) la dimostrzione non scientifica ma di buon senso é che con l’U238 ci fanno armi di distruzione di massa e non ospedali….poi basta guardare le tabelle.

    Per quello che so l’uranio impoverito, usato nei proiettili, è più tossico a livello chimico come metallo pesante che a livello radioattivo.
    Ma sembra che per proiettili sia stato usato anche uranio da elementi di combustibile nucleare esauriti. Si può chimicamente separare l’uranio dagli altri elementi. Sarebbe “chimicamente quasi puro”, ma inquinato con sostanze radioattive, tipo i vari isotopi del plutonio in maniera che diventa pericolosissimo.

    Sono d’accrodo, in effetti l’uranio 238 esprime piu velocemente il suo potere tossico rispetto a quello radiattivo, nel senso che se respiri polvere di uranio crepi prima di avvelenamento che per la radioattività. Pero se sei a contatto con uranio 238 quotidianamente anche se non lo respiri ti becchi delle dosi di radioattività che alla fine ti provocheranno leucemie tumori o altre simpatiche malattie. Poi trovare la verità in queste cose dipende anche se leggi articoli di pro-nuclearisti, che minimizzeranno questi effetti, o di ambientalisti che li accentueranno. Io comunque in ogni caso preferisco la tossicità della patata e del pesto….

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  3. ELMAR:
    All’inizio del secolo scorso sono nate industrie per l’estrazione del radio. Non c’era giorno che non si faceva pubblicità di quanto fosse salutare. Producevano anche supposte radioattive.

    ECCO trovata la soluzione per le scorie radioattive!!!
    Fare delle belle supposte munite di elica (tipo siluro) da iniettare a tutti i politici, sottopolitici, portaborse, lecchini del mondo per poi metterli tutti dentro dei sommergibili (che tanto diventerebbero inutili, perché in un mondo senza politici non ci sarebbero guerre) e affondrli nelle piú profonde fosse oceaniche.
    Ci liberiamo delle scorie radioattive e ci liberiamo di tanti parassiti.

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  4. elmar :

    sand-rio

    Le scorie sono troppe per il tuo metodo. O i politici sono troppo pochi.
    Anche i sommergibili non bastano.

    Per i sommergibili non so… ma i poltici e assimilati nel mondo sono milioni!!!
    a 100 gr. per supposta con l´elica si smaltiscono tonnellate di scorie. L´unico problema é che la decisione dovrebbe essere politica e non penso che la approverebbero… che pena! 🙁

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  5. sand-rio:

    facciamo che i politici siano 10 milioni. 100 grammi per ciascuno (basterebbe anche qualche milligrammo) fa 1 milione di kg, cioè 1000 tonnellate. Le scorie già esistenti sono 200 volte tante.

    Se dei politic ne mettiamo 200 in ogni sommergibile, ci vogliono 50000 sommergibili.

    Bisogna fare supposte molto più grandi e usare navi grandi.

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  6. oppure aspettare la tecnologia per riconvertire le scorie in materiali inerti. ho sentito da amici che c’e’ gia’ ma siccome e’ nel pacchetto dell’antigravita’ allora ancora non ci viene data e rimane nell’ambito militare.
    pero’ non prendetemi sul serio… al momento si va con quello che dice elmar che lo ha spiegato anche molto bene, bell’articolo, bravo.

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  7. Cavolo Elmar, oggi mi fai venire i brividi. Mi sa che vado su e-bay a comprare un contatore Geiger.

    Comunque bellissimo articolo e commenti. Grazie

    Beppe

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  8. Alcune domande x Elmar:

    – secondo te’ queste scorie dovranno veramente restare al sicuro per milioni di anni, oppure fra qualche secolo si riuscira’ a sviluppare una tecnologia in grado di riprocessarle in materiali inerti?

    – bastano pochi milligrammi di Plutonio per generare il cancro al polmone. Chernobil quanti transuranici ha buttato nell’ambiente, e quanti morti/malati ha prodotto realmente?

    – se dobbiamo veramente tenercele milioni di anni queste scorie, resto convinto che l’unica soluzione sia spedirle nello spazio verso il sole. Alla fine costera’ sempre meno che pagare tutti i danni che faranno queste scorie nei prossimi 10 milioni di anni. Sempre che rimanga qualcuno vivo. Se facciamo 500/600 lanci di Ariane 5 all’anno i costi di lancio si abbatteranno comunque a causa dell’economia di scala. Naturalmente, visto che non si puo’ sbagliare nemmeno un lancio, i vettori dovranno essere rivisti e diventare più’ sicuri. Che ne pensi? Quali alternative abbiamo?

    Grassie

    Grazie

      (Quote)  (Reply)

  9. Per me le quantità di scorie nucleari già prodotte e quelle che vengono prodotte attualmente dimostrano che i sostenitori dell’energia nucleare ci prendono in giro. Dichiarono quantità ridicole.

    Ho letto appena che un reattore nucleare fa una quantità esigua di scorie. Quelle prodotte in un anno si potrebbero mettere in una scattola di cartone.

    Faccio qualche calcolo:

    Prendiamo un reattore che produce 1 GW (GigaWatt) elettrico, con un rendimento del 33%. Valori attuali, reattore di seconda generazione.

    La potenza termica è di 3 GW.

    Burnup: 40 GWdt/toU (Gigawatt termici giorni per tonnellata di uranio metallico). Valore corrente. Dice che con una tonnelata di uranio (arrichito) produce 40 Gigawatt termici di energia.

    In futuro si mira su uno sfruttmento di 60 – 70 GWdt/toU. Le scorie saranno meno in quantità, ma più radioattivi, dato che si parte da Uranio 235 arricchito a oltre il 5% invece degli attuali 3,5%. Cambia niente.

    La quantità di scorie ad alta radioattività è uguale o superiore (incapsulamento, ossigeno etc)alla quantità di uranio usato per gli elementi.

    Con un fattore di servizio di 0,9 (vuol dire acceso per il 90% del tempo a potenza piena) si ottiene la quantità di uranio metallico negli elementi combustibile consumato in un anno: 24,6 tonnellate. Questo è anche la quantità di scorie altamente radioattivi. NON CI STANNO IN UNA SCATTOLA DI CARTONE.

      (Quote)  (Reply)

  10. mistral-101 :
    Alcune domande x Elmar:
    – secondo te’ queste scorie dovranno veramente restare al sicuro per milioni di anni, oppure fra qualche secolo si riuscira’ a sviluppare una tecnologia in grado di riprocessarle in materiali inerti?
    – bastano pochi milligrammi di Plutonio per generare il cancro al polmone. Chernobil quanti transuranici ha buttato nell’ambiente, e quanti morti/malati ha prodotto realmente?
    – se dobbiamo veramente tenercele milioni di anni queste scorie, resto convinto che l’unica soluzione sia spedirle nello spazio verso il sole. Alla fine costera’ sempre meno che pagare tutti i danni che faranno queste scorie nei prossimi 10 milioni di anni. Sempre che rimanga qualcuno vivo. Se facciamo 500/600 lanci di Ariane 5 all’anno i costi di lancio si abbatteranno comunque a causa dell’economia di scala. Naturalmente, visto che non si puo’ sbagliare nemmeno un lancio, i vettori dovranno essere rivisti e diventare più’ sicuri. Che ne pensi? Quali alternative abbiamo?
    Grassie
    Grazie

    Le scorie non potranno diventare inerti. Esiste però l’idea della “trasmutazione” dei transuranici (reattori di quarta generazione) . Vuol dire farli subire una fissione. Il risultato poi sono nuclei con una radioattività più blanda e una vita più breve (basta metterli via per qualche millenio). C’è un problema: La maggior parte dei nuclei dei transurani non è fissile. Possono essere spaccati, cioè fare una fissione solo con proiettili (neutroni o protoni) con energie alte. Le energie di neutroni in reattori veloci sono insufficienti. Ci vogliono acceleratori. Le quantità di scorie per questo procedimento sono troppo grandi. Accleratori che riescono lavorare via centinaia di tonnellate di roba sono fantscienza. Costi non affrontabili.

    60 anni fa il limite mortale del plutonio 239 era di un milligrammo. Poi è stato abbassato a un decimo di milligrammo. Il plutonio 238 e il plutonio 240 sono ancora più pericolosi. Il plutonio va nelle ossa e ci resta. Da fuori del corpo non si trova, non fa radiazioni che escono dal corpo. Ci vuole la biopsia dell’osso.

    Per me l’unico modo realistico sarebbe sepellire le scorie nel mare nelle zone di subduzione, dove dai movimenti geologici vanno portati verso l’interno della terra.

    L’andrangheta collabora volentieri. Sistema le scorie su discariche ordinarie o fa affondare navi.

    Non si sa quanti morti abbia fatto l’incidente di Cernobyl. La IAEA (International Atomic Energy Agenzy) ha presentato nel 2005 in un convegno a Vienna una statistica che ha “chiarito” tutto: I morti erano 48.

    In un articolo pubblicato poco fa da “Il giornale” Franco Battaglia ha ripreso l’argomento: Cernobil ha causato 50 morti, tutti adetti al lavoro. Nessun civile sarebbe ammalato o morto.

    Nell’Ukraina 17000 (diciasettemila) vedove di uomini che hanno lavorato a Cernobil dopo l’incidente (“liquidatori”) prendono una pensione.

    Le stime dei morti di Cernobyl vanno da 60000 a 200000. Si è fatto tutto il possibile per nasconderlo e ci si imbatte nei valori esagerati dei antinucleari e nei valori ridicoli dei sostenitori.

    Nella mia parentela due morti possono essere attribuiti a Cernobyl: Un tumore osseo, e una leucemia infantile (la bambina aveva 9 anni).

      (Quote)  (Reply)

  11. elmar :


    I vettori sono già disponibili.

    . Costa di più portare via le scorie che costruire le centrali.

    Avevo questo sospetto 8)
    Ormai le abbiamo fatte e ce le godiamo ….

    Cia

    Luca
    Ciao
    Luca

      (Quote)  (Reply)

  12. elmar :
    Per me le quantità di scorie nucleari già prodotte e quelle che vengono prodotte attualmente dimostrano che i sostenitori dell’energia nucleare ci prendono in giro. Dichiarono quantità ridicole.
    Ho letto appena che un reattore nucleare fa una quantità esigua di scorie. Quelle prodotte in un anno si potrebbero mettere in una scattola di cartone.
    Faccio qualche calcolo:
    Prendiamo un reattore che produce 1 GW (GigaWatt) elettrico, con un rendimento del 33%. Valori attuali, reattore di seconda generazione.
    La potenza termica è di 3 GW.
    Burnup: 40 GWdt/toU (Gigawatt termici giorni per tonnellata di uranio metallico). Valore corrente. Dice che con una tonnelata di uranio (arrichito) produce 40 Gigawatt termici di energia.
    In futuro si mira su uno sfruttmento di 60 – 70 GWdt/toU. Le scorie saranno meno in quantità, ma più radioattivi, dato che si parte da Uranio 235 arricchito a oltre il 5% invece degli attuali 3,5%. Cambia niente.
    La quantità di scorie ad alta radioattività è uguale o superiore (incapsulamento, ossigeno etc)alla quantità di uranio usato per gli elementi.
    Con un fattore di servizio di 0,9 (vuol dire acceso per il 90% del tempo a potenza piena) si ottiene la quantità di uranio metallico negli elementi combustibile consumato in un anno: 24,6 tonnellate. Questo è anche la quantità di scorie altamente radioattivi. NON CI STANNO IN UNA SCATTOLA DI CARTONE.

    Dipende da quanto la fai grande 8) …

    E comunque non mi pare un idoneo ricovero per scorie nucleari ….

    ( ….. Sarcastico ……. )

    Luca

    P.S.

    Sulla questione della “riduzione” via acceleratore, non e’ neanche pensabile.
    anche producendo macchine apposta ad altissima luminosità, il costo energetico sarebbe probabilmente superiore a quello ricavato dalle barre in centrale…

    Luca

    P.P.S.

    Per i profani :
    tre ti pi di radiazione : alfa, beta e gamma (nell’800, non mi ricordo chi, mise degli elementi radioattivi in un cubo di piombo con un buco.
    Davanti al buco mise una lastra fosforescente : vide una bella macchia luminosa.

    Intorno al buco mise un bel magnete

    Le macchie diventarono tre :Quella che si spostava a destra la battezzarono “ALFA” , quella a sinistra “GAMMA” e quella al centro (non spostata) venne chiamata “GAMMA”.

    Un po’ di tempo dopo si scopri’ che le gamma sono radiazioni elettromagnetiche (come le onde rafio, la luce, i raggi X) ma molto energetiche.
    Le BETA sono elettroni molto accelerati (come quelli che escono – ormai uscivano – dai tubi catodici dei televisori, solo molto piu’ energetici)
    Le ALFA sono “nuclei di elio” (Due protoni e due neutroni, che scappano dai nuclei di isotopi instabili) .
    Sui libri del liceo si legge che ” le alfa sono fermate da un foglio di carta, le beta da un foglio di alluminio e che per fermare le gamma servono dei metri di calcestruzzo….
    In realtà, se ci mangiamo un emettitore alfa, la particella attiva si piazza a qualche micron dalle nostre cellule e le bombarcda con un proiettile molto ma molto distruttivo …. E’ come confrontare una mitragliatrice con una clava… certamente la mitragliatrice e’ piu’ letale, ma se la metto a 5 km di distanza, devo temere di piu’ la clava che mi arriva alle spalle….

    Ciao
    Luca

      (Quote)  (Reply)

  13. Volevo lanciare un concorso….

    Sapete dove possiamo trovare quantità di energia veramente enormi ?
    [domanda retorica … risposta aspettata Nooo…. Dove? ]

    Nella rotazione della Terra. se si fanno i conti escono fuori delle cifre da capogiro.

    Ogni tanto mi lambicco il cervello cercando di capire come fare a tirarla fuori dalla terra… standoci sopra….

    L’unica idea era un gigantesco giroscopio di cui sfruttare la precessione … ma mi sa che ci si tira fuori pochino….

    Qualche idea ?

    Occhio che si diventa ricchi e famosi !!!

    Ciao
    Luca

      (Quote)  (Reply)

  14. P.S.
    Maree ed aliseri sono fuoi concorso…. Voglio un metodo che possa essere valido in qualunque punto della terra ( o quasi..)

    Ciao
    Luca

      (Quote)  (Reply)

  15. 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

      (Quote)  (Reply)

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