Fa caldo a Fukushima

In Giappone al momento la situazione non è delle più rosee. Il terremoto ed il conseguente tsunami hanno fatto danni terribili, mettendo in ginocchio intere città e distruggendo installazioni industriali importanti.

La vicenda che ha monopolizzato l’attenzione del pubblico, almeno prima che venisse scatenato l’attacco in Libia, è stata quella della centrale nucleare di Fukushima. Per un riassunto degli eventi recenti, può bastare questo articolo, abbastanza pressapochista da risultare corretto, o magari quest’altro, più tecnico. Qui qualche immagine della centrale.

Ma cosa è successo a Fukushima? Nessuno ha certezze assolute, ad operazioni di soccorso ancora in atto. Quello che si sa per certo è che ci sono state delle esplosioni negli edifici di contenimento dei reattori. In soldoni, due dei sei reattori della centrale sono esplosi, e adesso hanno l’aspetto di un cumulo di macerie. In un terzo sito dell’impianto si è sviluppato un incendio, o qualcosa di simile: non saprei cosa possa esserci di infiammabile li dentro, a parte qualche guaina isolante. Probabilmente si è trattato di un surriscaldamento a carico di un deposito di barre di combustibile irraggiato, ma non ne possiamo sapere di più; le informazioni disponibili sono poche e poco affidabili.

Ad ogni modo, la superiore tecnologia occidentale ci ha fornito uno spettacolo simile a quello che venne a suo tempo dalla cadente tecnologia sovietica. Come ha fatto un reattore BWR ad esplodere? E prima di tutto, cos’è un reattore BWR? Riassumendo – c’è anche la pagina dell’enciclopedia – si tratta di una macchina nella quale vengono inserite barre di uranio arricchito, le quali si scaldano per fissione dell’uranio 235. L’acqua contenuta nel nocciolo del reattore entra in ebollizione – da cui il nome di reattore ad acqua bollente – e se ne va in forma di vapore ad una turbina. Si noti che il moderatore, cioè la sostanza che rallenta i neutroni emessi nella fissione e li rende capaci di causare nuove fissioni, in questo caso è l’acqua stessa; in caso di surriscaldamento, l’acqua se ne va e la fissione rallenta drasticamente. Una blanda forma di sicurezza passiva. Alla fin fine, si tratta quindi di una pentola d’acqua contenente barre di combustibile e barre di controllo; tecnicamente complessa fin che si vuole, ma questi sono gli elementi essenziali.

A Fukushima, quando è arrivato il terremoto, tutto ha funzionato in maniera eccellente: le barre di controllo sono andate dentro al nocciolo dei reattori, e la loro capacità di assorbire neutroni ha rallentato la fissione spegnendo regolarmente le macchine. A Chernobyl questo passaggio era fallito, e proprio all’atto dell’inserimento delle barre di controllo si era verificata un’esplosione. Ma in Giappone no, l’inserimento delle barre è stato operato a dovere – o almeno sembrerebbe di si. E se la questione si fosse limitata al terremoto, pur violento, nessuno di noi sarebbe mai venuto a conoscenza dell’esistenza di una cittadina di nome Fukushima. Lo spegnimento in emergenza di una centrale non è una notizia, se funziona bene.

Purtroppo, dopo il terremoto è arrivata un’onda anomala che da quelle parti chiamano tsunami. Questa ondata di acqua salata ha investito in pieno la centrale, distruggendo varie strutture secondarie; e tra queste, naturalmente, gli impianti elettrici ed i generatori diesel d’emergenza. Queste attrezzature servono a mantenere le funzioni vitali della centrale in caso di guasti gravi; e la principale funzione da tenere in piedi è il raffreddamento dei reattori. Già, perché quei reattori non possono essere realmente spenti: anche a barre di controllo inserite, continuano a produrre calore. La fissione dell’uranio 235 viene soppressa quasi interamente, ma il combustibile irraggiato contiene isotopi frutto della fissione stessa che sono altamente radioattivi e che hanno emivita variabile dalle ore ai mesi (o anni). Questi radioisotopi decadono ed mettono calore, tanto calore.

Calore prodotto da un reattore PWR: potenza in Mw termici al passare del tempo dopo lo spegnimentoPer farcene un’idea, può valere la pena di osservare il diagramma qui a fianco; proviene da questo sito, ed è stato commentato anche da quelli di TOD. Mostra l’andamento della produzione di calore causata dalle barre di combustibile in un reattore PWR; si tratta di un design differente dal BWR, ma la potenza termica di targa della macchina è nota e può essere raffrontata a quella sviluppata dai “bollitori” di Fukushima. Dopo una giornata, questo reattore pressurizzato da 3000 MW termici sta ancora producendo calore per circa 20 MW. 20.000 kW di calore da dissipare non sono pochi, specie se un guasto ti rende difficile far circolare acqua nell’impianto. E comunque anche dopo un mese, per il caso in esempio, avremo a che fare con una produzione di calore di 4 o 5 MW.

Il reattore 1 della centrale di Fukushima – Daiichi disponeva di una potenza elettrica di 439 MW; immaginando una resa di conversione analoga a quella del PWR della tavola sopra, staremmo parlando di una macchina da poco più di 1300 MW termici. La tavola relativa all’incidente riassume i parametri per questo anziano reattore. Come detto, il problema è che anche questo reattore produce calore pure da fermo; non si spegne come una lampada. E pian piano il combustibile si scalda, come ricorda questo video. Le barre di combustibile nei BWR arrivano a pesare 140 tonnellate, secondo la wiki. Se il calore prodotto per decadimento radioattivo è proporzionalmente simile a quello registrato nel PWR del grafico sopra, dopo una giornata dall’inserimento delle barre di controllo avremo pur sempre una potenza termica di 8 – 9 MW. Il calore specifico di questa roba non mi è noto, ma credo che sia possibile semplificare il problema: attorno alle barre c’è acciaio, che va scaldato. Immaginiamo di dover scaldare, diciamo, 300 tonnellate di acciaio: se la ferraglia mangia 444 J per Kg e grado Kelvin, abbiamo bisogno di 133.200 kJ per far salire di un grado la temperatura del nostro cumulo di materiale. Con 1 kWh = 3600 kJ, parliamo di 37 kWh. Non molto, e d’altronde gli acciai si scaldano più facilmente dell’acqua – che in effetti è una delle sostanze più ingorde di calore se vogliamo scaldarla. Immaginando di ignorare le perdite, al ritmo di  8 MW termici il combustibile  nucleare potrebbe scaldare questo mucchio di ferro a 1000 °C in meno di 5 ore.

Mettiamo pure che il complesso combustibile – strutture di sostegno abbia maggiore richiesta di calore per andare su di temperatura; e consideriamo anche che ci sono perdite, c’è ancora vapore d’acqua intorno. Prima di surriscaldare i metalli, devo far evaporare l’acqua residua. Però una giornata basta e avanza comunque per produrre un forno di tutto rispetto dentro a qualche settore di questa macchina, eventualmente rimasto privo di acqua liquida. Il forno che ha prodotto l’idrogeno di cui tanto si è discusso.

Ora proviamo a pensare, più bonariamente, di voler scaldare l’intera massa di acciaio del nocciolo del reattore; un dato su quanto possa pesare si trova qui: sono 790 tonnellate di ferraglia. In realtà quello della presentazione è un reattore potente circa il doppio di Fukushima 1, ma vogliamo fare i cattivi: le 790 tonnellate le mettiamo tutte. La richiesta di calore per andare su di 1000 °C ammonta ora a 444 J/kg*K per 1000 °K per 790.000 kg = 350.760.000 kJ, o in breve 97433 kWh. Immaginando di poter scalare proporzionalmente la produzione di calore del diagramma in alto,  andando ad occhio, possiamo pensare di avere ancora un paio di MW termici da dissipare dopo un mese dall’arresto. Quei 2000 kW termici emanati dalle barre di combustibile riusciranno a fornire l’energia di cui sopra in circa due giorni.

Tutti questi conti da scuola elementare sono tanto imprecisi  quanto minacciosi, ed immagino che qualcuno ci troverà delle inesattezze. Però restituiscono l’immagine di macchine che non possiamo realmente spegnere, e che se prive di manutenzione si surriscaldano, producono idrogeno ed esplodono. Giusto quel che è successo a Fukushima, ed almeno il risultato reale non si presta a polemiche di alcun tipo. La cosa meno bella, a giudicare dal diagramma dell’esempio, è che il tempo non risolve niente: il rischio di surriscaldamento delle barre di combustibile continuerà ad esistere anche dopo mesi dall’arresto della macchina. E poi va bene che 2000 kW * 24 ore equivalgono a 41280000 Kcal, e li posso eliminare facendo evaporare 65 – 70 tonnellate di acqua. Ma hai voglia a spingere acqua in un reattore che è ridotto ad un cumulo di macerie fumanti.

Il guaio grosso è che i reattori esistenti oggi sono quasi tutti concepiti in questa maniera: sono pentole d’acqua con dentro barre di uranio debolmente arricchito. E sono quindi tutti passibili di un simile incidente. Basta un danno al sistema di raffreddamento. E poi le piscine col combustibile esausto piazzate di fianco ai noccioli, le crepe nei reattori, i maltrattamenti ai lavoratori sono solo fatti secondari; il fatto importante è che abbiamo realizzato centrali nucleari dotate di una sicurezza precaria, e tragicamente dipendente dalla perizia dei gestori e dalla funzionalità di apparecchiature delicate e vulnerabili. Se vogliamo continuare a parlare di atomo, sarà bene rispolverare qualche concetto di sicurezza passiva. Parola di un incompetente totale.

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8 risposte a Fa caldo a Fukushima

  1. Pingback: Radioattiva eternità | Far di Conto

  2. vintage/me ha detto:

    Ciao! Concordo sicuramente con te nel dire che casi come Fukushima sono giustamente classificabili come disastri e che la gravità di eventi di questo tipo non deve assolutamente essere sottovalutata. Ciò che mi preme però sottolineare è che le questioni di sicurezza, riguardo ai reattori di potenza, non sono assolutamente trascurate né sottovalutate. I miglioramenti sono possibili, vero è che, nel caso del Giappone, si è verificato un terremoto di intensità straordinaria, con relativa onda talmente alta da raggiungere centraline che si trovavano in una posizione ritenuta inaccessibile e sicura. Non dimentichiamoci che neppure le altre fonti di produzione di energia sono prive di rischi annessi e che, nonostante la gravità del fenomeno naturale, tutti gli altri numerosi reattori giapponesi hanno retto e continuato a funzionare senza alcun problema di sicurezza. Per concludere, ci tengo a sottolineare che le misure radioprotezionistiche prese dal governo giapponese sono state messe in atto in tempi brevissimi e sono state estremamente efficaci. La valutazione dei rischi, in senso generico, non è affare semplice e neppure sottovalutato, e ritengo che determinati argomenti vadano affrontati con serietà scientifica piuttosto che sull’onda emozionale che porta la popolazione a dire che “il nucleare è rischioso mentre tutto il resto lo è di meno”. Complimenti comunque per l’articolo, completo ed interessante.

  3. rossana ha detto:

    Ciao!
    Ieri correva in rete la notizia, non confermata, di un’esplosione del reattore 4 a Fukushima.
    A leggere ciò che si scrive qui il sospetto rimane…

    • fausto ha detto:

      La notizia del link è del 2011, ed introduce il personaggio. Più recentemente lo stesso soggetto è stato autore di rapporti allarmati sullo stato della centrale danneggiata. Ora come ora non ho modo di fare qualche verifica; pare che negli ultimi giorni effettivamente la situazione sia peggiorata sul fronte delle lesioni alle strutture, ma come detto non so nulla di preciso.

      • rossana ha detto:

        Pare che le notizie su Fukushima siano fra le cose più difficili da verificare, in effetti.
        Ciò che invece nessuno nega, è che quella centrale ha continuato a “colare” nel sottosuolo e nell’oceano, secondo recenti rapporti di GreenPeace.
        Insomma, non se ne parla più, e questo che mi inquieta…

    • VoceIdealista ha detto:

      “Ciò che invece nessuno nega, è che quella centrale ha continuato a “colare” nel sottosuolo e nell’oceano, secondo recenti rapporti di GreenPeace” greenpeace non è affatto il massimo dell’affidabilità.

      • rossana ha detto:

        Posso concordare sull’affidabilità di GreenPeace, ma certo che se confidiamo nella Tepco o nel governo giapponese per le informazioni “affidabili”, stiamo anche peggio, non credi?

      • VoceIdealista ha detto:

        Di certo i giapponesi si sono comportati male, ma greenpeace ne spara di troppo grosse. Potrei fare parecchi esempi ma ci vorrebbe un articolo intero

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