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16 aprile 2011

Piccola nota sul calore di decadimento dei combustibili nucleari


Perché il nocciolo è ancora così tanto caldo e per quanto tempo lo resterà? E' una domanda che viene spesso ripetuta nei vari commenti e quindi vale la pena riprenderla e rispondere una volta per tutte.

Quando il reattore viene spento, ovvero quando si arresta la reazione a catena di fissione nucleare, il nocciolo con tutto il suo combustibile non è solamente caldo come il forno di casa appena spento, ma continua scaldarsi a causa del calore prodotto dal decadimento radioattivo dei prodotti di fissione. Per continuare nell'analogia del forno di casa è un po' come se al momento dello spegnimento, girassimo la manopola verso lo spegnimento, ma non completamente.

Il calore prodotto dal decadimento è una grandezza che può facilmente essere modellizzata e quindi possiamo andare a ricostruire un grafico che ci mostra la potenza residua prodotta dai tre reattori che erano in funzione a Fukushima al momento dello spegnimento d'emergenza SCRAM. Il grafico è preso in prestito dal MIT.

Vedete che ci sono due righe colorate, quella blu si riferisce all'unità 1 che è più piccola e contiene nel nocciolo meno barre di combustibile (400), quella rossa invece si riferisce agli altri 2 che sono più grandi (548 barre). Nel momento in cui la reazione viene interrotta, la potenza termica prodotta crolla a circa il 7% del suo valore iniziale per diminuire molto velocemente nelle prime ore. Dopo un paio di giorni è già sotto l'1%, ma da qui in avanti l'andamento a diminuire è molto lento e dopo un anno si arriva intorno allo 0.2% della potenza iniziale.

Dire 0.2%, o 2 per mille che dir si voglia, sembra un numero estremamente piccolo, ma il punto è che è molto grande il livello di partenza, si parla di 1380 MWt per il numero 1 e 2381 MWt per gli altri due. Così dopo un anno la potenza termica è ancora di qualche MWt.

Voglio stressare nuovamente il concetto, il combustibile continua a produrre calore anche dopo un anno con una potenza di qualche megawatt: non è semplicemente caldo, ma tende a scaldarsi ed è per questo che è fondamentale raffreddarlo. Se non venisse raffreddato allora la sua temperatura tenderebbe a salire con il tempo e potrebbe raggiungere tre livelli particolarmente importanti.
  • A 1200 gradi centigradi si osserva una rapida ossidazione del rivestimento in zircaloy delle barre di combustibile. Questa ossidazione può causare l'insorgenza di fessurazioni e quindi il rilascio de materiale volatile contenuto all'interno della barra stessa. 
  • A 1800 gradi circa si verifica la fusione della lega di zirconio che non è quindi più in grado di contenere i pellets di combustibile.
  • Tra 2400 e 2800 gradi l'ossido di uranio si fonde.
Altra nota da tenere in considerazione è la bassa conducibilità termica dell'UO2 (diossido di uranio), ovvero il combustibile. Per questo motivo si viene ad instaurare una grande variazione di temperatura tra la superficie esterna del combustile e la sua parte più interna. Non a caso il combustibile viene confezionato in pellets, ovvero pastiglie compresse di ossido di uranio dalle dimensioni di un centimetro o poco più.

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10 commenti:

  1. ho trovato questo: http://www.giornalettismo.com/archives/121736/fukushima-e-una-bomba-ad-orologeria/. Non so cosa ne pensiate. cri.lomb

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  2. molto interessante!!

    RispondiElimina
  3. buongiorno a tutti, vi ringrazio e mi complimento per il vostro servizio veramente completo ed esaustivo.
    domando se è possibile quantificare, con la dovuta approssimazione, quanto tempo ci vorrà per poter smettere di raffreddare in questa maniera oserei dire precaria, i reattori, e cominciare la vera e propria dismissione, visto che il tempo necessario normalmente dopo lo spegnimento è di circa un anno per il completo raffreddamento, o almeno così mi sembra di aver capito.
    .....SE TUTTO dovesse andare terribilmente storto o ancora peggio dovesse arrivare un'altro tsunami, facciamo le corna, nella peggiore delle ipotesi!
    quali conclusioni e quali interventi di evaquazione ulteriore sarebbero necessari?
    Sono già stati approntati dei piani di emergenza "ulteriori"?
    Scusate le mie paranoie, ma non passa giorno senza pensare alle popolazioni locali della zona non evaquata e del pericolo che corrono, ma soprattutto i tecnici e tutti quelli che cercano di salvare capra e cavoli.

    Di fronte a questa immane tragedia, penso che una considerazione vada fatta!

    Se noi italiani decidiamo di costruire centrali nucleari!
    Senza nulla togliere alla nostra volontà di essere precisi bravi e competenti prevedendo le giuste contromisure in caso di guasto o cataclisma!
    Non penso potremmo mai raggiungere il popolo giapponese come livello di controlli e sicurezza, ma soprattutto non potremmo mai raggiungere la loro moralità, affrontano tutto come se fosse un disonore non risolvere il problema, anche se non è loro la colpa.
    Mentre noi saremmo solo capaci di piangerci addosso e di fare discorsoni.

    RispondiElimina
  4. Ragazzi buon giorno, vi rispondo più tardi, abbiate pazienza non mi sono dimenticato!

    RispondiElimina
  5. cri.lomb, ho letto l'articolo. Onestamente mi sembra un po' votato verso la catastrofe. E' vero che l'emergenza ancora non è finita e nessuno può ancora dire come finirà, però adesso siamo in una situazione che alcuni definisco statica, altri stabile. Spero di non sbagliarmi nel dire che, se anche la strada è ancora molto lunga, si può intravedere la fine del tunnel. Almeno adesso c'è un piano chiaro con contromisure per venirne fuori.

    Mario, grazie.

    anonimo, come dicevo, abbiamo finalmente un piano. Ci vorranno almeno nove mesi per arrivare ad un cold shutdown (che non è molto diverso dal tuo anno). E poi ci vorranno anni per ripulire e bonificare.

    Si sono già attrezzati contro possibili scosse di assestamento e tsunami, certo che al termine della fase critica dell'emergenza questi andranno ulteriormente migliorati.

    Entro un mese, forse meno, ci sarà la nuova area di evacuazione che sarà basata sulla vera e propria diffusione dei contaminanti e non tanto su un discorso geometrico (20 o 30 km di raggio dalle centrali). E' stata anche preparata una zona di preparazione all'evacuazione nel caso - non auguriamocelo - i piani dovessero fallire o qualche altro disastro dovesse mandare a monte le nostre speranze.

    Se mi permetti, mi astengo dal risponderti sulla questione nucleare in Italia. Parlarne adesso significherebbe parlare alla pancia delle persone e non alla loro testa.

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  6. Salve a tutti... sono stato via qualche giorno... quanti messaggi da leggere!... un complimento a tutti, un lavoro accurato e impressionante... ma... vi pagano bene almeno? :-)

    Scherzi a parte, avrei una domanda da porvi, se qualcuno l'ha gia' detto in un messaggio precedente lo/vi prego di dirmelo, non ho purtroppo il tempo materiale per leggere tutto.

    Domanda: qual'e' lo stato dell'altra centrale, Fukushima Daini, e cosa pensano di fare, dato che e' localizzata dentro ai 20 km dalla centrale danneggiata.

    Saluti, e grazie in anticipo della risposta.

    Roberto

    RispondiElimina
  7. Ciao Roberto, stando a quanto comunica TEPCO i quattro reattori dell'altra centrale sono in cold-shutdown e in buona forma. Continuano a misurare livelli di radioattività più alti del normale sulle stazioni perimetrali della centrale. Ma è verosimile che sia l'altra Fukushima a provocare questi livelli.

    RispondiElimina
  8. Parlarne adesso significherebbe parlare alla pancia delle persone e non alla loro testa....

    e dagli con sta cretinata della pancia!
    la pancia sta attaccata alla testa e il nucleare in Italia ve lo potete scordare!
    punto e basta

    non lo farete mai a meno di farlo con l'esercitò ad armi spianate

    e se la vostra preoccupazione è solo il lavoro degli ingegneri nucleari state tranquilli: decommissioning e sistemazione delle scorie richiederanno migliaia di anni di lavoro

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

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