CRONACALA VOCE DEL MASTER

La storia (quasi) infinita

La vita delle scorie nucleari, dalle centrali nucleari fino ai depositi di stoccaggio (tutti temporanei per ora)

LA VOCE DEL MASTER – L’incidente in Giappone, il referendum di giugno… il nucleare è alla ribalta e con esso si torna immancabilmenta a parlare di scorie. Ma come distinguere fra opinioni e dati? Un documento recentemente pubblicato dai ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) fa il punto su nucleare (in particolare, sul combustibile) e ne descrive il futuro affrontando anche il problema delle scorie. 

Come si formano le scorie
Il funzionamento di un reattore è molto semplice, non molto diverso da quello di una centrale termica a carbone o a petrolio. Il materiale combustibile viene bruciato in modo da scaldare acqua, il vapor acqueo che si forma mette in funzione una turbina e da questo movimento viene prodotta elettricità. Nel caso di una centrale nucleare il combustibile è formato da barre di uranio o di plutonio che vengono bombardate da neutroni generando una reazione a catena. Non avviene mai la fissione totale di tutto il combustibile e nel processo si generano sia atomi “trasmutati”, ovvero atomi che hanno catturato dei neutroni senza spezzarsi, sia “prodotti di fissione”, ovvero atomi che a seguito delle reazioni a catena si sono trasformati in nuclei più leggeri di quelli di partenza. Sono questi residui che risultano estremamente radioattivi e pericolosi per tempi lunghissimi; se il Cesio-137 ha un tempo di dimezzamento di “soli” 30,17 anni, l’Uranio-235 ha un’emivita di 700 milioni di anni. Questo significa che occorrono settecento milioni di anni affinché metà degli atomi di uranio del campione che si sta considerando decadano in un altro elemento più stabile.

Le scorie non si formano esclusivamente nel reattore. Tutto il materiale che entra in contatto con componenti radioattive risulta essere contaminato; non solo, già durante la fase di estrazione e di lavorazione del combustibile si creano prodotti di scarto a radioattività medio-bassa. L’uranio e il plutonio che vengono utilizzati nelle centrali infatti, non sono quelli estratti in natura: l’uranio, ad esempio, deve prima di tutto essere “arricchito” ovvero viene selezionata solo la componente U-235.

Le scorie dove le metto?

Nonostante se ne parli da più di cinquant’anni, la scienza non sembra dare ancora una risposta definitiva sulle scorie radioattive. Dati i piccoli volumi in gioco, fin’ora le prime fasi dello smaltimento sono state portate avanti, in maniera temporanea, all’interno delle stesse centrali nucleari. Per prima cosa le scorie vengono stoccate, da 5 mesi a vari anni a seconda della pericolosità, in apposite piscine d’acqua situate nel complesso delle centrali. Queste piscine hanno lo scopo di raffreddare il materiale radioattivo e schermare le radiazioni generate dagli elementi con tempo di dimezzamento più breve. Quando questi ultimi si sono trasformati in nuclei più stabili si può procedere con la fase di condizionamento nella quale,dopo essere ridotte di volume tramite compressione, le sostanze vengono inglobate all’interno di una matrice solida di materiale inerte. Questa operazione serve a imprigionare la radioattività in sostanze, come il cemento o il vetro, che non reagiscono al calore prodotto dalle scorie stesse e che quindi costituiscono una prima barriera tra il materiale pericoloso e l’ambiente. I rifiuti condizionati vengono poi stoccati in due diversi tipi di deposito.

Le scorie a basso livello di radioattività vengono collocate in depositi superficiali ovvero in aree terrene protette da barriere ingegneristiche costruite appositamente. Le scorie a più alto livello di radioattività invece, dovrebbero essere poste nei depositi geologici. Questi possono essere cavità naturali o miniere in disuso individuate per le loro particolari caratteristiche geomorfologiche in modo da schermare naturalmente la fuoriuscita della radioattività. È questo tipo di depositi che auspicabilmente dovrebbe rappresentare un deposito permanente, ma che come vedremo per ora resta un’utopia. Proprio per questo al momento sono tutte  conservate in maniera temporanea in superficie, allo stesso modo delle scorie a basso livello di pericolosità, a parte quelle che vengono ricondizionate per fungere nuovamente da combustibile (una minima parte del totale).

Si fa presto a  dire infinito

Scegliere un deposito geologico permanente non è un compito semplice in quanto devono essere geologicamente stabili ed immuni dalle infiltrazioni d’acqua che potrebbero corrompere i contenitori delle scorie. Per questi motivi i siti che vengono generalmente presi in considerazione sono le miniere di sale ma i problemi rimangono: le scorie restano pericolose per migliaia di anni (talvolta molto di più) ed è quindi difficile affermare con sicurezza che un sito possa rimanere geologicamente stabile ed impermeabile per periodi così lunghi.

Come viene riportato nello studio del MIT, la soluzione del “deposito geologico” era gia è stata individuata come soluzione migliore al problema delle scorie nel 1957 dalla National Academy of Science americana. Nonostante questo però, attualmente non esiste in tutto il mondo ancora alcun deposito permanente per le scorie radioattive.

Nel 1978 vennero portati avanti i primi studi per la realizzazione di un deposito geologico a 300 metri di profondità nella  Yucca Mountain (Nevada), a 130 Km da Las Vegas. Il deposito, che doveva accogliere 77000 tonnellate di scorie provenienti da 39 stati americani, era stato progettato per essere a tenuta d’aria e a prova di infiltrazione per 10.000 anni. Dopo venti anni di studi preliminari e più di 7 miliardi di dollari spesi, il progetto non era ancora definitivo e i problemi di infiltrazioni d’acqua non erano stati risolti. Per questo Obama, durante la campagna elettorale, promise che avrebbe abbandonato l’idea del deposito che si era rivelato un’enorme spreco di risorse. Così è stato, le manifestazioni degli ambientalisti e degli abitanti del Nevada hanno avuto successo e quest’anno i fondi per il progetto sono terminati, a seguito del nuovo bilancio steso dal Congresso.

Gli altri progetti di deposito permanente nel resto del mondo sono ugualmente in alto mare. In stati come Belgio, Canada e Francia si stanno portando avanti lunghi studi preliminari. In Finlandia, a Olkiluoto, sono cominciati nel 2004 i lavori per la costruzione di un deposito permanente che dovrà contenere più di 5000 tonnellate di scorie. Il progetto dovrebbe essere pronto per il 2020 ma la Posiva Oy, che gestisce i lavori, ha fatto capire che i problemi sono molti, non da ultimo il fatto che le scorie prodotte dai reattori EPR (della generazione III+, diffusi soprattutto in Europa) sono di difficile stoccaggio e probabilmente non potranno essere depositate nel sito.

I depositi permanenti inoltre pongono un problema in qualche modo più filosofico. Dove eravamo noi mille anni fa? E duemila? Dove saremo tra mille anni? E tra duemila o più? Decidere il luogo adatto a un deposito, non è l’unica questione da affrontare: bisogna anche assicurarsi che il posto rimanga interdetto agli uomini per migliaia di anni. È per questo che molti studiosi stanno cercando il modo giusto per comunicare ai posteri la pericolosità dei siti e cosa siano i materiali lì depositati. Di questa questione, anche discutendone con i responsabili della Posiva Oy, ha discusso abbondantemente Michael Madsen nel documentario “Into eternity”. Ne abbiamo parlato qui qualche tempo fa.

Livia Marin
Dopo la laurea in fisica presso lʼUniversità di Trieste ho ottenuto il Master in Comunicazione della Scienza della SISSA. Sono direttrice responsabile di OggiScienza dal 2014 e, oltre al giornalismo, mi occupo di editoria scolastica.

6 Commenti

  1. Se gli isotopi con emivita più lunga fossero i più pericolosi dovremmo essere terrorizzati dagli isotopi con emivita infinita, giusto? Eppure ne siamo circondati…
    L’assunto comune che un isotopo con lunga emivita sia più pericoloso di uno con breve emivita non tiene in considerazione che più l’emivita è lunga e meno frequenti sono i decadimenti, quindi le emissioni radioattive, fino a giungere agli isotopi stabili che formano la gran parte della materia e che hanno emivite infinite.
    http://oggiscienza.wordpress.com/2011/04/19/il-vaso-di-pandora-nucleare-into-eternity/

  2. @Fabio
    Allora, secondo il tuo ragionamento, l’uranio 238 (emivita = ~ 4,5 miliardi di anni) dovrebbe essere praticamente innocuo, radiologicamente parlando?

    Un tempo di dimezzamento (emivita) elevato significa che è necessario un maggior lasso di tempo affinché una massa composta da un elemento instabile, si riduca della metà. Questo non implica che il prodotto della trasformazione sia necessariamente stabile (quindi non più radioattivo), né che la metà della massa rimanente non emetta più radiazioni.
    Un isotopo con emivita breve è pericoloso per un tempo inferiore rispetto ad uno con emivita più lunga.

    1. “Un isotopo con emivita breve è pericoloso per un tempo inferiore rispetto ad uno con emivita più lunga.” Esatto, ma in quel lasso di tempo più breve è anche più attivo, cioè ha più decadimenti a parità di atomi, quindi emette una radioattività più intensa. Non per nulla un chilo di uranio si può maneggiare tranquillamente, un grammo di radon invece no. (il radon ha un’emivita di 3,8 giorni)
      Quindi a meno di ingestioni ed inalazioni*, sì, l’uranio 238 non è radiologicamente pericoloso, o almeno non lo è rispetto ad isotopi con emivita più breve.
      *essendo un metallo pesante è velenoso come piombo, arsenico, mercurio, cromo, cadmio…
      Poi per fare un discorso completo dovremmo andare a vedere i prodotti del decadimento, ma il mio punto è “non ha senso preoccuparsi dell’emivita trascurando l’intensità della radiazione, dato che è la dose a determinare i danni” cioè: se mi cade in testa un libro una volta alla settimana per tutta la vita non ottengo lo stesso effetto di farmi investire da un camion di libri una volta sola.

  3. Sono perfettamente d’accordo che è la dose a determinare il danno, ma nutro ancora dubbi sul fatto che in assoluto un radionuclide con emivita a lungo termine sia meno pericoloso di uno a breve termine. Probabilmente bisognerebbe distinguere caso per caso e, come detto da entrambi, dai prodotti del decadimento e dal tipo di emissioni.
    Invece non concordo sul fatto che un chilo di uranio si possa maneggiare con tranquillità. L’U-238 è sia radioattivo che molto tossico. Il suo tempo di dimezzamento di 4,5 miliardi di anni significa che solo pochi atomi emettano radiazioni nell’unità di tempo. Infatti l’EPA dispone che l’uranio-238 venga considerato un pericolo dal punto di vista chimico, ma anche (e soprattutto) radiologico. http://www.epa.gov/rpdweb00/understand/health_effects.html (Rif. fine pagina).

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