Nessuna criticità per il reattore 2

Fissione spontanea

Sarebbe da imputarsi alla fissione spontanea la presenza di alcuni gas nobili radioattivi rivelati all'interno delle contenimento primario (PCV) del reattore 2 e che durante la settimana avevano fatto pensare ad uno stato critico e riattirato l'attenzione della stampa mondiale. Abbiamo cercato di spiegare cosa significassero questi termini tecnici in un articolo precedente, ma per chiarezza riprendiamo brevemente i concetti chiave nelle prossime righe. Con l'aggettivo critico si usa definire la condizione di un reattore in cui reazioni di fissione nucleare sono autoalimentate, ovvero che lo spezzarsi di un nucleo di uranio produca un numero sufficiente di neutroni in grado di spaccare altri nuclei in una reazione a catena. In questa condizione la scissione di un nucleo avviene perché stimolata dall'interazione con un neutrone che lo colpisce. A seguito della reazione, il nucleo si spacca in frammenti, generalmente due, che si chiamano prodotti di fissione, tra cui quelli che abbiamo imparato a conoscere come lo iodio-131, il cesio-134/137, lo stronzio-89/90 e così via. Ci sono alcuni prodotti di fissione che sono gas nobili, come appunto lo xeno e hanno una vita media talmente breve da scomparire in pochissimo tempo. La loro presenza aveva fatto pensare ad un possibile stato critico perché dall'11 marzo (data in cui la reazione a catena è stata interrotta) ad oggi è passato troppo tempo da averne ancora.

Anche in uno stato non critico avvengono comunque reazioni di fissione che non sono sostenute, ovvero che non compongono una catena indefinita di reazioni. Questo fenomeno è detto fissione spontanea, ovvero lo spaccamento del nucleo anche se questo non viene colpito da nessun neutrone. Il fenomeno avviene per tutti i nuclei molto grossi ed è particolarmente importante per alcuni elementi appartenenti alla famiglia degli attinidi, come il curio e il plutonio. Questi benché non presenti inizialmente negli elementi di combustibile vengono prodotti durante il funzionamento del reattore per cattura neutronica a partire dall'uranio. Durante il normale funzionamento gli attinidi "bruciano" contribuendo alla generazione di calore, ma a reattore spento continuano a decadere spaccandosi in prodotti di fissione tra cui anche lo xeno in questione.

TEPCO ha presentato uno studio accurato in cui ha valutato la quantità di curio-242/244 - ritenuti i principali responsabili della fissione spontanea - il tasso di decadimenti e di conseguenza la quantità di xe-133/135 che è lecito aspettarsi in condizioni di spegnimento (non critiche) e dovuto appunto alla fissione spontanea. Il valore che hanno stimato è in buon accordo con quello che hanno effettivamente misurato.

A rafforzare l'ipotesi che si tratti di fissione spontanea, c'è anche da aggiungere che la concentrazione di gas nobili a vita breve non è cambiata dopo aver iniettato una grande quantità di acido borico. Il boro ha la proprietà di assorbire neutroni e quindi di inibire le reazioni a catena, ma non può fare nulla sulle fissioni spontanee che come abbiamo visto non necessitano di neutroni per avvenire.

Il documento presenta tutti i dettagli del calcolo e fa anche un ragionamento per assurdo, assumendo che ci sia una massa critica, la più piccola possibile così da non essere notata in termini di radiazioni all'esterno e di aumento della temperatura all'interno e calcola quale dovrebbe essere la quantità di xeno prodotto da tale massa. Il risultato è una concentrazione di Xe 10 mila volte più alta di quella misurata.

In ultimo, il documento presentato a NISA contiene anche una valutazione dell'impatto radiologico di questi gas nobili radioattivi emessi in atmosfera. Va tenuto presente che essendo un gas nobile è difficile da arrestare su un filtro, ma allo stesso tempo scarsamente interagisce con l'organismo umano. L'impatto dello xeno radioattivo ammonterebbe a circa 11 microSv/anno all'esterno del sito di Daiichi. 

A parte la spiegazione, che può essere più o meno convincente, la domanda che uno può porsi è cosa cambia se lo xeno arriva da uno stato di criticità o da reazioni di fissione spontanea. La differenza è piuttosto importante, nel primo caso infatti il reattore non è spento e, anche se piccole, ci possono essere delle regioni di combustibile in cui le reazioni a catena non sono sotto controllo.

La situazione degli altri reattori

Ovviamente reazioni di fissione spontanea avvengono anche negli altri reattori incidentati essendo questa una caratteristica tipica del combustibile nucleare e non una peculiarità acquisita a seguito della fusione. Nel momento in cui misureranno i radioisotopi contenuti nel gas degli altri reattori se ne valuterà l'origine caso per caso. I reattori 1 e 3 non sono esattamente identici al 2. Il numero 1 ha un numero inferiore di barre di combustibile, mentre il numero 3 è alimentato a MOX una miscela di uranio e plutonio, inoltre hanno burnup differenti ovvero differenti quantità di elementi soggetti a fissione spontanea.

Guardando i grafici dei reattori, avrete notato come la temperatura del reattore 1 sia scesa sotto i 50 gradi a seguito dell'aumento della portata del raffreddamento; questo si era reso necessario nel tentativo di abbassare la concentrazione di radioisotopi e l'umidità contenuta all'interno della copertura. Siamo ancora in attesa di una valutazione di questi benefici.

La situazione dell'acqua contaminata

Mercoledì è stato pubblicato il settimanale resoconto sulla situazione dell'acqua contaminata accumulata sul sito. Durante la settimana, ha raggiunto anche la stampa italiana (video su il Corriere.it), il gesto molto plateale di un membro del governo che ha bevuto un bicchiere d'acqua proveniente dalla centrale. Il Corriere lo etichetta come Kamikaze, ma il suo gesto merita una spiegazione. Innanzitutto bisogna precisare che l'acqua ingurgitata è quella depurata proveniente dai reattori 5 e 6 e che attualmente viene buttata (70 metri cubi al giorno) nel bosco all'interno della centrale. I dati di interesse radiologico presentati per quest'acqua di fatto la assimilano all'acqua potabile anche se andrebbero integrati con informazioni di carattere batteriologico. Il gesto, inutile, è stata la conseguenza di una richiesta di un giornalista che lo aveva invocato di fronte all'intenzione di TEPCO di scaricare in mare quest'acqua. Forse sarebbe stato più intelligente mostrare i valori di contaminanti residui presentati nella grafica qui sopra e riportati anche in questo documento.

I livelli di contaminazione residui dell'acqua proveniente dai reattori 1 - 4 sono altra cosa, ma diverso è anche lo scopo per cui quest'acqua viene trattata, non è certo l'immissione nell'ambiente, ma il riutilizzo come acqua di raffreddamento per i noccioli danneggiati. A partire da questo aggiornamento, oltre al consueto diagramma con tutti i livelli di acqua contaminata e trattata stoccata nella centrale, aggiungiamo una tabella con le quantità in metri cubi di acqua contaminata presente sul sito la settimana precedente, la previsione per questa settimana da confrontare con i valori effettivamente misurati e la previsione per la prossima settimana.

	Settimana precedente	Previsione per questa settimana	Settimana presente	Previsione per la settimana successiva
Acqua nei reattori + turbine	77 040	78 190	77 450	78 440
Acqua nello stoccaggio	16 650	14 690	15 150	13 020
Totale	93 690	92 880	92 600	91 460

La previsione per la settimana corrente è stata rispettata, anzi il risultato è stato leggermente migliore rispetto alle aspettative. La previsione per la prossima settimana è per una ulteriore diminuzione dell'acqua contaminata totale. C'è da aggiungere che la stima per la settimana corrente non teneva in considerazione l'aumentata portata del reattore 1 da 3.5 a 7.5 m3/h.

TEPCO ha pubblicato un altro video con la spiegazione nel dettaglio del funzionamento dei tre sistemi per la rimozione del cesio. Vi consigliamo di prenderne visione perché davvero interessante.  Appartiene alla serie di video che mostrano il sistema di decontaminazione dell'acqua e che affianca l'altra playlist che spiega come si sta cercando di raggiungere lo spegnimento a freddo. Se un'immagine vale mille parole, un video almeno dieci mila, a patto di capire l'inglese!


Le note in piccolo
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2/11/2011:

• Continuano ad arrivare ulteriori notizie sulla possibile criticità di R2. In un documento vengono presentati i risultati delle misure del 28 ottobre e confrontate con quelle del 1 e 2 novembre. Le misure più attuali presentano gli isotopi dello xeno, ma le precedenti avevano un limite di rivelabilità troppo alto per poter fare un qualche confronto. 
• Rassegna fotografica di prima e dopo con le aperture degli edifici reattori e turbine. L'idea è che tutte i passaggi tra un locale e un altro che non necessitano di essere aperte devono essere sigillati in modo da evitare la ri-dispersione dei contaminanti contenuti all'interno.
• Lo stato aggiornato secondo IAEA è disponibile a questo link.  

3/11/2011:

• Nei primi bollettini della giornata di oggi si afferma che JAEA ha valutato le misure di Xe-133 e Xe-135 di ieri come corrette, ma sono da imputare a fissione spontanea. (link)
• Aumentata a 26 Nm3/h la portata di azoto nel reattore 2 per controbilanciare l'aumento della concentrazione di idrogeno al sistema di gestione del gas che è aumentata da 2.7 a 2.9vol%. Deve rimanere sotto il 4vol% per evitare problemi di infiammabilità. Queste variazioni si fanno sentire anche sulla pressione del PCV. 

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