Spiegazione dei meccanismi di una fusione nucleare

Jenny Marder Jenny Marder

Lascia il tuo feedback

Dopo la potente esplosione di martedì, i lavoratori giapponesi stanno ancora lottando per riprendere il controllo di una centrale nucleare danneggiata dal terremoto e dallo tsunami, tra i crescenti timori di una completa fusione.

Il che solleva le domande: cos’è esattamente una fusione nucleare? E cos'è un tracollo parziale?

"Il termine 'fusione' viene sbandierato e penso che la gente pensi che quando si scalda il carburante le cose iniziano a sciogliersi e diventano liquide", ha detto Charles Ferguson, fisico e presidente della Federation of American Scientists. “Ma ci sono diversi passaggi lungo il percorso.”

All'interno del nucleo dei reattori ad acqua bollente dell'impianto giapponese di Fukushima Dai-ichi ci sono migliaia di barre di combustibile metallico di zirconio, ciascuna impilata con palline di ceramica delle dimensioni di gomme da matita. Questi pellet contengono biossido di uranio.

In circostanze normali, l’energia viene generata sfruttando il calore prodotto attraverso un processo di scissione dell’atomo chiamato fissione nucleare. Quando gli atomi di uranio si dividono, producono calore, creando i cosiddetti prodotti di fissione. Si tratta di frammenti radioattivi, come bario, iodio e cesio-137. In un reattore nucleare funzionante, l'acqua viene pompata nel nucleo riscaldato del reattore, bolle, si trasforma in vapore e alimenta una turbina, generando elettricità.

"Fondamentalmente, ogni atomo di uranio si divide in due parti e si ottiene un'intera zuppa di elementi al centro della tavola periodica", ha affermato Arjun Makhijani, ingegnere nucleare e presidente dell'Istituto per l'energia e la ricerca ambientale.

Un reattore è come una pentola a pressione. Contiene acqua bollente e vapore e all'aumentare della temperatura aumenta anche la pressione, poiché il vapore non può fuoriuscire. In caso di guasto del raffreddamento, viene iniettata acqua per raffreddare le barre di combustibile e la pressione aumenta.

Questo nucleo surriscaldato deve essere raffreddato con acqua per evitare il surriscaldamento e un eccessivo accumulo di vapore, che può causare un'esplosione. In Giappone, alleviano la pressione rilasciando vapore attraverso valvole di pressione. Ma è un compromesso, poiché non c’è modo di farlo senza rilasciare anche materiale radioattivo.

Una fusione nucleare è un incidente derivante da un forte riscaldamento e da una mancanza di raffreddamento sufficiente nel nocciolo del reattore e si verifica in diverse fasi.

Quando il nucleo si riscalda, lo zirconio metallico reagisce con il vapore per diventare ossido di zirconio. Questo processo di ossidazione rilascia ulteriore calore, aumentando ulteriormente la temperatura all'interno del nucleo. Le alte temperature fanno sì che il rivestimento di zirconio che ricopre la superficie delle barre di combustibile si gonfi e si gonfi. Col tempo, il metallo zirconio ultra caldo inizia a sciogliersi. Le parti esposte delle barre di combustibile alla fine diventano liquide, affondano nel liquido di raffreddamento e si solidificano. E questo è solo l’inizio di un evento potenzialmente catastrofico.

"Questo può ostruirsi e impedire il flusso di più liquido refrigerante", ha detto Ferguson. “E questo può diventare un circolo vizioso. La fusione parziale può solidificare e bloccare i canali di raffreddamento, portando a una maggiore fusione e a temperature più elevate se non è presente un raffreddamento adeguato”.

Una fusione completa comporterebbe la fusione di tutto il combustibile presente nel nucleo e una massa di materiale fuso che cade e si deposita sul fondo del recipiente del reattore. Se il recipiente si rompe, il materiale potrebbe fluire nell'edificio di contenimento più grande che lo circonda. Tale contenimento è protetto da strati protettivi di acciaio e cemento.

“Ma se il contenimento dovesse rompersi, potenzialmente molto materiale potrebbe disperdersi nell’ambiente”, ha detto Ferguson.

La fusione può verificarsi anche nelle piscine contenenti barre di combustibile esaurito. Le barre di combustibile usate vengono rimosse dal reattore e immerse in quella che viene chiamata una vasca di combustibile esaurito, che raffredda e protegge il materiale radioattivo.

Il surriscaldamento delle vasche del combustibile esaurito potrebbe far evaporare l'acqua che contiene e raffredda le barre. Senza refrigerante, le barre di combustibile diventano altamente vulnerabili al fuoco e alla combustione spontanea, rilasciando livelli pericolosi di radiazioni nell'atmosfera.