Quegli elementi danneggiati nelle piscina 4 di Fukushima

Riparte la serie '2014' degli aggiornamenti tecnici dalla centrale incidentata di Fukushima con una sorta di approfondimento sulla situazione all'interno della piscina dell'unità 4 il cui svuotamento del combustibile sta procedendo come da programma. Per chi volesse sapere in ogni momento a che punto si è nel trasferimento del combustibile dalla piscina del reattore a quella comune, è possibile collegarsi a questa pagina dove la grafica vi darà l'informazione che cercate. Al momento in cui scrivo degli oltre 1500 elementi di combustibile, solo 132 sono stati trasferiti, quindi la strada è ancora lunga.



Ma nonostante manchino ancora svariate centinaia di elementi e che il piano preveda il termine delle operazioni solo entro la fine del 2014 appena iniziato, a preoccupare TEPCO è lo stato di alcuni elementi di combustibile contenuti in questa vasca (e anche nelle vasche delle altre unità, quando si inizierà il loro svuotamento) che erano stati danneggiati da manovre errate ben prima del terremoto e tsunami del 2011. In particolare, la foto che vedete in apertura di questo post mostra una crepa evidente sulla superficie esterna di un cosiddetto canale di combustibile.

Serve tornare un attimo alle basi per capire di cosa si tratta visto che spesso usiamo - erroneamente e indiscriminatamente - il termine "barra" di combustibile per intendere un po' tutto quanto c'è all'interno del nocciolo. Mi si deve perdonare l'uso di gergo tecnico e il ricorso alla lingua inglese per evitare ulteriori confusioni. Il combustibile, ovvero, l'ossido di uranio arricchito in forma di pastiglie viene impilato all'interno di barrette (rod) di una lega di zirconio (zircaloy) che ha buone caratteristiche meccaniche e ottime prestazioni nucleari, nel senso che non interferisce con la produzione dei neutroni che sono alla base della reazione a catena. Tra le altre caratteristiche interessanti e positive di questo materiale c'è il fatto che sulla sua superficie si forma molto rapidamente un sottile, ma efficacissimo strato di ossidazione che protegge dalla corrosione il resto del materiale. Proprio per questo motivo, le leghe di zirconio possono state per anni in acqua senza nessuna degradazione purché i livelli di cloro siano mantenuti bassi.

Un insieme di queste barrette di combustibile forma un cosiddetto "bundle" di combustibile, che nel caso dei reattori di Fukushima è a sezione quadrata. Il numero di barre che compongono un bundle dipende dalla versione del reattore, ma giusto per darvi un'idea potete immaginarne una cinquantina.  Le barrette sono vincolate all'interno del bundle da apposite strutture poste a distanze regolari a da due "tappi" in fondo e in testa. La testa e il fondo del bundle sono particolarmente importanti: sulla testa infatti è presente una maniglia a cui è possibile agganciare il macchinario per la movimentazione e sul fondo una particolare struttura a forma di naso permette non solo il corretto posizionamento all'interno del nocciolo, ma anche di ottimizzare il flusso di acqua all'interno.

La struttura che vedete nella foto prende il nome in gergo di fuel channel e di fatto è una scatola anch'essa in lega di zirconio che riveste completamente la superficie laterale del fascio. Il canale è attaccato al fascio e insieme formano quello che si chiama fuel assembly. Di fatto questo è l'elemento indivisibile che viene manipolato all'interno dei reattori e delle piscine.

Adesso che abbiamo ripassato un po' di meccanica torniamo alla foto iniziale e anche allo schema in cui si può vedere l'intero assieme. Stando al registro degli incidenti/anomalie negli impianti nucleari in Giappone (dove con incidente non dovete pensare ad eventi come quello del marzo 2011, ma anche altre anomalie di impatto minimo e rilevanti solo dal punto di vista tecnico), nel 1982 un operatore poco addestrato che stava movimentando elementi di combustibile dal reattore alla piscina ha causato il danno che vedete. In poche parole, dopo aver posizionato l'assieme all'interno della griglia di supporto in piscina, si è dimenticato di sganciare la maniglia prima di traslare il carroponte. Il risultato è che l'assieme si è piegato. Nell'82 era stata subito misurata la concentrazione di cesio nell'acqua della piscina per verificare se ci fosse stato un danno alle barrette con conseguente fuori-uscita di prodotti di fissione radioattivi, ma non era stata osservata alcuna anomalia. Da cui, la conclusione che lo stato delle barre fosse ancora integro. C'è da aggiungere che le crepe, ben visibili nelle recenti immagini, non erano state documentate nell'82. Attenzione però: le crepe sono sul fuel channel e visto che questo circonda il fuel bundle non è possibile avere l'immagine visiva dello stato all'interno in particolare se ci siano crepe visibili anche sulle barre.

Uno potrebbe pensare che queste crepe siano in realtà conseguenza degli eventi recenti e non dell'errore di trent'anni fa, ma onestamente non ci sono ragioni che facciano propendere per questa ipotesi, nemmeno il fatto che le crepe non mostrino segni di ruggine, come citato da alcuni, può essere sintomo di un danno recente. Questa è proprio una caratteristica delle leghe di zirconio.

Dal punto di vista tecnico, la domanda è come si vorrà procedere con la rimozione di questo elemento particolare. A questa domanda, TEPCO sta cercando di dare una risposta e per farlo ha bisogno di ulteriori informazioni circa l'entità della deformazione in modo da poter trasportare sott'acqua e in sicurezza l'assieme. A parer mio potrebbe rendersi necessario adattare il sistema di aggancio in modo che sia in grado di afferrare la maniglia anche se questa non è perfettamente orizzontale e si dovrà evitare che a causa della posizione anomala del baricentro, durante lo spostamento avvengano rotazioni. Altro punto importante sarà la verifica della tenuta della "testa" del bundle: infatti testa e coda del bundle sono tenuti insieme alle barre grazie alla testa filettata di alcune di esse. Bisogna verificare che la testa del bundle sia ancora in grado di sopportare il peso del combustibile durante il trasporto verso il cask. Inoltre credo che bisognerà tenere in considerazione la realizzazione di una griglia ad hoc da inserire nel cask ed eventualmente nella piscina comune per garantire un alloggiamento stabile dell'elemento. C'è del lavoro da fare, ma non c'è nessuna fretta, visto che la coda degli elementi da trasferire è ancora lunga e non è nemmeno troppo difficile, specie se comparato ad altri ben più complessi compiti come per esempio la rimozione del combustibile danneggiato dai noccioli delle altre unità.

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