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3 aprile 2011

Criticità accidentale e perdita d'acqua


Disclaimer: questo post contiene quasi esclusivamente mie personali opinioni sulla situazione a Fukushima. Per le notizie, i fatti e i dati, quelli ufficiali, dovete riferirvi a quest'altro post

Sembrava una domenica tranquilla, senza troppe evoluzioni e invece no. Ieri era arrivata da Fukushima quella che sembrava essere una buona notizia: da una crepa in un tombino al termine di una galleria tecnica era stata trovata una perdita d'acqua. I tecnici hanno dichiarato di volerla tappare con una gettata di cemento. Più tardi scopriamo che il cemento non tiene e che stanno sperimentando un polimero sintetico. Alla Tv ci mostrano questo filler e apertamente dichiarano che è molto simile all'assorbente dei pannolini. Poi però ci mostrano (foto a lato) l'entità della perdita. Stimano si tratti di qualcosa tipo 2 litri al secondo che sono equivalenti ad oltre 7 tonnellate in un ora.

Viste le dimensioni non si può, a parer mio, tappare il buco a valle, perché l'acqua ricomincerà ad uscire più a monte. Allora la domanda vera è: da dove arriva quest'acqua? Ci sono tanti indizi, ma purtroppo ancora nessuna prova:
  • C'è acqua nel tombino e nelle gallerie tecniche che vanno ai locali turbine del reattore 2. 
  • C'è acqua nelle cantine del locale turbine ed è radioattiva come pochi. 
  • C'è stata un'esplosione che ha probabilmente danneggiato la vasca di soppressione del reattore 2. 
  • Lo strumento che misura la pressione su questa vasca legge 0 che significa o che lo strumento è rotto o che la vasca si trova a pressione atmosferica. 
Perché non c'è una prova? Perché non vanno a vedere se questa vasca è bucata e l'acqua che è stata in contatto con le barre di combustibile danneggiate sta uscendo diretta verso il mare? Perché la dose lì è un inferno.

Adesso vi starete chiedendo, cosa si può fare? Onestamente, non lo so. Se la mia ipotesi sulla provenienza dell'acqua è corretta, allora se si vuole interrompere la perdita è necessario smettere di iniettare acqua, ma questo sappiamo che significa lasciar fondere il nocciolo. E' un dilemma a cui in questo momento e viste le mie scarse competenze non so rispondere. Sappiamo che la gravità di una fusione totale dipende dalla tenuta dei sistemi di contenimento, ma non sappiamo quanto questi abbiamo resistito o quali danni abbiano subito dal terremoto, lo tsunami e le esplosioni.

La criticità accidentale

Questa mattina qualcuno nei commenti del post di aggiornamenti ventilava l'ipotesi che la reazione a catena fosse ancora in corso nel reattore 1. In particolare riportava un articolo in inglese circa la produzione di cloro 38, un isotopo che si produce per cattura di un neutrone a partire dal cloro 37 (Cl) che è l'isotopo stabile insieme al 35. Il cloro è al momento vicino al nocciolo perché insieme al sodio (Na) forma il sale dell'acqua di mare. Avevo già letto questa storia del cloro e la questione non mi tornava. Se c'è Cl-38 ci deve essere anche Na-24 prodotto dalla cattura di un neutrone da parte del sodio-23 che è quello stabile. E poi onestamente non ricordavo questa misura di cloro, quindi non ci ho dato peso.

Prima di continuare con la discussione, è forse buona cosa prendere visione del breve filmato che segue.

E' in inglese, ma molto facile. A beneficio di coloro che non lo capiscono riporto un breve sommario. 

Arnei Gundersen presenta la possibilità che nel reattore 1 avvengano criticità (ovvero la reazione a catena riparte) cicliche producendo flussi di neutroni che potrebbero aver creato il cloro-38, altri prodotti di fissione, tra cui altro iodio - che in quel reattore è alto circa dieci volte di più rispetto agli altri - e anche altri isotopi a vita breve, come il Tellurio in quella tabella che anche noi abbiamo pubblicato (ed io non ho analizzato perché troppo stanco!). A questo si deve aggiungere il fatto che sono stati rivelati (stando a Kyodo) per 13 volte emissioni di neutroni. Cosa produce una criticità accidentale? Ulteriore calore, altri isotopi e altre radiazioni, in particolare neutroni che sono difficili da rivelare e a cui gli operatori sono inconsapevolmente esposti. Conclusione, suggerisce di iniettare boro nell'acqua per essere sicuri che la reazioni si fermi.

Il discorso mi sembra più o meno corretto, ben articolato e non gridato, cosa che gli conferisce un ulteriore livello di credibilità. Sono d'accordo che una criticità accidentale è un rischio sempre in agguato in caso di una fusione del nocciolo. La presenza del tellurio non è facile da spiegare se non attraverso una reazione a catena vista la sua brevissima vita (poco più di un'ora).

Ci sono dei punti che mi piacerebbe chiarire.
  • Perché c'è il cloro-38 e non il sodio-24? Domani mattina, appena arrivo in ufficio apro la tavola dei radioisotopi e confronto le sezioni d'urto, ovvero la probabilità che questa mutazione avvenga. Potrebbe essere che il sodio non cattura neutroni o molto meno che il cloro. Domani mattina aggiorno questa domanda. Potrebbe anche essere che semplicemente non hanno cercato il sodio nello spettro gamma dell'acqua contaminata, ma allora perché cercare il cloro? Domani verifico anche che non ci sia un'altra via di produzione del Cl-38, magari attraverso una catena di decadimenti.
    • Grazie a Stefano, abbiamo trovato le sezioni d'urto ovvero la probabilità che a causa di un neutrone un nucleo di sodio 23 si trasformi in Na-23 e un Cl-37 in Cl-38. Quella del sodio è circa il doppio. Quindi ci serve anche il sodio per poter fare per bene i conti.
  • I neutroni sono difficili da misurare, è vero. Ma non impossibili. Il funzionamento del reattore è basato sulla conoscenza del numero di neutroni nel nocciolo attraverso dei rivelatori appositi. Domanda: questi rivelatori sono accessibili ancora o guasti? Altrimenti basterebbe guardarli per capire se riparte la reazione.
  • Quando il reattore è a pieno carico, il nocciolo è letteralmente pieno di neutroni. Tutto intorno al nucleo ci sono delle specie di specchi per neutroni per farli tornare indietro a mantenere la reazione a catena. Il fatto che ci sia intensa attività neutronica al di fuori del reattore è proprio un brutto segno. Le stazioni perimetrali della centrale dovrebbero essere in grado di misurare anche i neutroni. Adesso che sono tornate in funzione, sarebbe bello monitorarle.
  • L'aggiunta di acido borico all'acqua è una procedura standard durante la fase di cooling-down. Sarebbe bello sapere se è messa in pratica. Non sento più nominare il boro da parecchi giorni ormai. 
  • TEPCO sembra non essere sicura della misura del tellurio. Questo è un altro elemento che potrebbe venire a mancare alla tesi della criticità. 
Per il reattore in sé la criticità non è un gran problema. E' costruito per essere critico! Ma concordo con Gundersen che sarebbe meglio stare ai primi danni e aggiungere boro, monitorare le dosi neutroniche e infine, possibilmente dotare ogni squadra al lavoro di un rivelatore di neutroni portatile. Esistono, ve lo posso assicurare. 



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22 commenti:

  1. Non avevo ancora visto questo articolo, di cui ti sono grato, ma le domande mi restano; comunque solo un inciso: 2 litri al secondo sono oltre sette tonnellate l'ora,,,,

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  2. Effettivamente è strano, anche perché il Sodio-24 ha un tempo di dimezzamento di 15 ore, con una sezione d'urto per attivazione neutronica di un po' più del doppio del Cloro-38 il cui T1/2 è 37 minuti. (cfr. http://www.oecd-nea.org/janis/)
    Tra l'altro con un'emivita così corta il Cl-38 potrebbe servire da misura di tutti i "respiri" del nocciolo, giusto per capire cosa succede. I neutroni rivelati a distanza vanno anche loro capiti meglio: se la criticità è indotta dal fatto che l'acqua spruzzata agisce da moderatore, non dovrebbe modereare anche i neutroni da fissione che quindi non possono essere "sparati" fino a Kyoto? I rivelatori subacquei che si usano sullo spent fuel a un metro di acqua di distanza non vedono più quasi niente...
    Complimenti per il servizio che fate.
    Stefano V.

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  3. Un'altra cosa: non capisco perché quel tizio dipinga la misura di neutroni come una cosa mostruosamente complicata (manco fossero neutrini...:)). Inoltre i dosimetri per neutroni esistono, sia a film, sia elettronici (ad esempio il DMC 2000 GN), quindi il fatto che i tecnici possano "non accorgersi" mi pare un po' difficile (ha senso poi avere flussi pazzeschi di neutroni e una completa schermatura dei gamma?).
    Ciao
    Stefano

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  4. Caspita voglio la versione GN! Il mio dosimetro è il DMC 2000 S, però ne ho una film per i neutroni.

    Lo svantaggio di quelli a film è che non sono di immediata lettura e che in una situazione come quella che prospettano ovvero di criticità cicliche potrebbe non essere facilmente identificata. Però ci sono stazioni di monitoraggio neutroniche fisse e quelle se ci sono neutroni liberi li vedono sicuro come l'oro.

    ps. Stefano, ma siamo colleghi? Direi quasi gemelli: stessa laurea, stessa università, stesso datore di lavoro...

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  5. @Toto: pensa che io ho fatto lo stesso liceo... e la stessa sezione! solo che lui e' piu' vecchio di noi!!!

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  6. Questo commento è stato eliminato dall'autore.

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  7. @Chiara: vabbè piu` vecchio ma non esageriamo, ormai la differenza è meno del 10%!

    @Toto: siamo colleghi ma tu, se non sbaglio, stai a Ispra (beato te!) io in Lussemburgo. In effetti anche tra i miei colleghi sono tra i pochi privilegiati ad avere la versione GN di default (è piu` cara), perchè facendo misure di neutroni mi tocca.

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  8. Riciao, sperando di non dare fastidio, intendevo farti notare che hai scritto "Stimano si tratti di qualcosa tipo 2 litri al secondo che tradotto in ore supera le due tonnellate.". Sono assolutamente sicuro che sia una svista, ma mi pare consono all'accuratezza del blog correggerla, anche se per il lettore disinformato come me è difficile capire cosa significhi questa differenza.

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  9. Spero di non dare fastidio nemmeno io :).
    "Na-23 e Cl-37 hanno pressoché identiche sezioni d'urto per cattura di neutroni termici [reazoni (n,gamma)], si parla di circa mezzo barn. A parità di sezione d'urto, il numero iniziale di radionuclidi formati da un flusso di neutroni è lo stesso, ma quello che ha minore vita media sarà caratterizzato da una maggior attività in Bq".

    Non mi sembra corretto guardare la sezione d'urto n-gamma, ma la n-total, che quindi viene ad essere 1.6 barn per 37Cl e 3.9 barn per 23Na. Oltretutto l'N0 per il 24Na sara` piu` elevato, in parte per effetto della differenza in sezioni d'urto, ancora piu` per il raggiungimento a valori piu` elevati dell'equilibrio tra quanto viene prodotto e quanto decade durante l'esposizione all'irraggiamento di neutroni, a causa della differenza in vita media.
    Questo e` anche consistente con quattro conti che ho fatto oggi con un paio di approssimazioni brutali.

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  10. intendevo dire 2l/s = 2kg/s = 2 * 3600 kg/h > 7 ton/ h

    però ai ragione, lo scrivo meglio

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  11. Ancora una e mi taccio...
    "Di conseguenza visto che il Cl-38 si dimezza in 37 minuti circa, mentre il Na-24 in quasi 15 ore, è possibile che l'attività di cloro sia maggiore di quella del sodio che però deve essere visibile sullo spettro gamma".

    Con isotopi a vita cosi` breve non si puo` usare questo argomento: anche supponendo un N0 uguale per entrambi i nuclidi al momento dello spegnimento il 38Cl andra` a sparire quasi subito (la sua attivita` perde 3 ordini di grandezza ogni 5 ore). Al contrario il 24Na si riduce di 3 ordini di grandezza ogni 150 ore, ossia un po' piu` di 6 giorni.
    Insomma, secondo me il 24Na forse potrebbe essere visibile dopo 20 giorni (ma ne dubito), il 38Cl non credo proprio.
    Saluti e scusate la lunghezza.
    Stefano

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  12. Stefano non ci provare nemmeno a stare zitto!

    La prima te la compro. (n,tot) è più giusta, anzi servirebbe anche sapere U-235(n,fis)Cl-38 anche se non credo sia particolarmente grande. Sono sicuro che però tu hai questi dati.

    La seconda la capirei se il reattore non fosse più andato critico dall'11 marzo. Se però come affermano gli autori del video la criticità si ripresenta ciclicamente, allora dovrei essere in grado di vedere Cl-38.

    Ti prego correggimi... e intanto aggiusto il testo.

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  13. Stefano ho capito anche la seconda. Hai ragione!

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  14. @toto & efraim: ma per me state dicendo la stessa cosa da stamattina... cmq va bene cosi..

    @stefano: piantala di scusarti e scrivi che sei un mito!

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  15. Scusa Toto il ragionamento involuto che ha fatto capire il contrario.
    Quando dico "secondo me il 24Na forse potrebbe essere visibile dopo 20 giorni (ma ne dubito), il 38Cl non credo proprio", sottintendo "se il reattore fosse stato spento dall'11 marzo". Quindi le nostre conclusioni coincidono.

    PS La sezione d'urto non ce l'ho, pero`, guardando una valutazione modellistica della composizione dello spent fuel di un BWR, non risulta nessun 38Cl (e nemmeno sodio-24) dopo 2 anni di operazioni del reattore a massima potenza, ma forse e` la mia tabella che non ne tiene conto...

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  16. @Chiara: scusa se mi sono scusato

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  17. Ehm... il mio ragionamento ha un punto debole che potrebbe spiegare l'assenza di 24Na. Chi lo trova?

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  18. Cosa vinco? A me stanotte è venuto in mente: l'acqua di mare è stata iniettata solo dopo l'arresto della reazione.

    Dicevi che hai fatto due conti, buttali giù sul retro di una busta e mandaceli...

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  19. I due conti meglio lasciarli perdere (in soldoni ho simulato un BWR con un software apposito, aggiungendo 350 kg di sale su 60ton di U nel combustibile per vedere la composizione isotopica nelle fasi di irraggiamento e decadimento), mi sono serviti solo per farmi un idea e trovare le spiegazioni possibili, ma non hanno nessun valore quantitativo.

    Comunque hai quasi visto giusto: avendo spruzzato acqua di mare a reattore spento, bisogna considerare che l'attivita` del Cl-38 e` piu` elevata, quindi all'innesco della presunta reazione, non solo raggiunge l'equilibrio a un valore piu` basso, ma ci arriva anche in tempo molto piu` breve. Se la criticita` arriva, o sia arrivata a "ondate" molto brevi puo` darsi (ma qui ci vorrebbe un modello piu` serio...) che il cloro resti piu` alto, ma appunto nn sono sicuro e mi sa che comunque un po' di Na si dovrebbe vedere. Mi sa che coi dati che abbiamo stiamo gia` speculando (io la tabella della TEPCO non la trovo)...

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  20. Infine nella seguente discussione http://lewis.armscontrolwonk.com/archive/3822/localized-criticalities-at-fukushima si affaccia l'ipotesi che il 38-Cl se lo siano sognato e quindi la nostra era solo accademia.

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  21. Questo commento è stato eliminato da un amministratore del blog.

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