Le centrali di Chernobyl - Ucraina

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L'energia nucleare in URSS si sviluppò a partire dalla metà degli anni Cinquanta. E' del 1954  il primo impianto nucleare in grado di produrre energia per uso civile. Solo negli anni Settanta iniziò la progettazione della tipologia dei reattori che  hanno interessato l'incidente. Non è corretto dichiarare però che il reattore #4 era antiquato, fu costruito infatti due anni prima. Furono piuttosto le  caratteristiche progettuali a non garantire sufficiente sicurezza, oltre ad alcuni errori umani.

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Foto della centrale dell'87 - fonte sconosciuta

I reattori

La parte più critica di una centrale nucleare è quindi il reattore, contenente il materiale combustibile necessario per  le reazioni di fissione e produzione di energia. Per  ragioni di sicurezza  un reattore  è mantenuto  normalmente in strutture  di contenimento tra loro sovrapposte, che offrono teoricamente la possibilità di contenere la dispersione di radioattività in caso di incidente. Un confronto tra  la centrale di Chernobyl e l’esempio di una  moderna centrale occidentale mostra chiaramente le differenti caratteristiche costruttive di questi impianti.

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Esempio di struttura di contenimento di sicurezza (fonte www.nei.org)

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Vista  sui reattori di Cattenom in Francia

I reattori presenti a Chernobyl in termini tecnici appartengono alla tipologia RBMK-1000, di cui non se ne può trattare in dettaglio per mancanza di competenze tecniche. Bastino brevi cenni, estratti dalle fonti consultate sull'argomento, su siti web di agenzie del settore nucleare  e  interventi sul tema presso istituzioni (links a fondo pagina). Nell'ex  Unione Sovietica si svilupparono nei decenni recenti due diverse tipologie di reattori denominati VVER e RBMK (reaktor bolshoi moshchnosti kanalnyi = reattore a canali ad alta potenza), di quest’ultimo si tratta in questo articolo.


Questa tipologia di reattore doveva svolgere la duplice funzione di fornire energia elettrica e plutonio per impiego militare. Tali reattori infatti, oltre allo sfruttamento per produzione di energia per uso civile, possono essere sfruttati per la produzione di plutonio 239, un componente strategico per le potenze militari che possiedono testate nucleari.


Le caratteristiche costruttive delle centrali a Chernobyl sono state mantenute simili. E' possibile osservarne la struttura visitando l'area dei reattori 5\6, al tempo dell’incidente ancora in costruzione, ed oggi rimasta nelle medesime condizioni, ma soggetta ad una pesante distruzione a causa della sottrazione di parti metalliche. Questo è un fattore che estende ulteriormente il pericolo seguito all'incidente, trattandosi di materiale potenzialmente contaminato. Il tetto è stato anch'esso soggetto a rimozione di parti metalliche, ma di ciò si tratterà nell'argomento relativo alla contaminazione successiva all'incidente.

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Una parte soprastante alla centrale mai terminata

La reazione di fissione

Tra le attività più critiche  in una centrale nucleare vi è il controllo della reazione di fissione del combustibile nucleare, moderando il flusso dei neutroni. Controllandolo si sfrutta il calore generato nella reazione per ottenere vapore da acqua di passaggio nel nocciolo, quindi dirigendolo alle turbine per la produzione di energia elettrica, come indicato nello schema del reattore  RBMK.

Per comprendere  una reazione nucleare è necessario dare alcune indicazioni generali. Affinchè si liberi energia per essere sfruttata l'atomo del combustibile fissile, nel caso in questione  uranio, deve essere scisso assorbendo un neutrone. I neutroni efficaci devono essere a "bassa velocità", per questa ragione  si impiegano i cosiddetti moderatori, che sono in grado di rallentare neutroni emessi nelle reazioni. Una reazione  di fissione dell'uranio porta infatti alla formazione di due atomi, uno di krypton e uno di bario, con emissione di 2\3  neutroni. veloci Tutti questi neutroni emessi devono così essere rallentati. I moderatori comunemente usati sono acqua normale, pesante o grafite. quest'ultimo impegato nei reattori RBMK. Il successivo schema mostra  quanto descritto per spiegare  la reazione di fissione nucleare.

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Quanto detto permettere di comprendere  la struttura interna del reattore, il nocciolo, con l'ausilio del seguente schema. 

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Il nocciolo contiene quindi barre di combustibile, l'uranio, in tubi di zirconio (1). Ci sono due barre di uranio per ciascuno dei 1661 tubi. Attorno sono presenti pareti in grafite (3) in grado di agire da moderatori della reazione. Esse sono circondate da gas protettivo (5) dato che possono incendiarsi essendo materiale combustibile.  A regime la loro temperatura  raggiunge i 600°C. Per poter controllare la reazione si inseriscono nel reattore le barre di controllo (4). Queste sono 211 barre di materiale di diversa natura in grado di assorbire i neutroni. Si impiegano per questo scopo ad esempio boro, cadmio, afnio. Questo è un altro elemento critico del design del reattore, come si spiegherà nella successiva scheda dell'incidente.  

L'acqua  a 270°C  circa in pressione è convogliata in tubi (2) che scorrono nel nocciolo del reattore (core). Qui con il calore prodotto dalla reazione termonuclare diventa vapore (6) che  nel separatore (7) è convogliato (8) alle turbine (9), per la generazione di energia elettrica (10). In modo simile a quanto già spiegato nel sito web nel caso delle centrali termiche. Il separatore di vapore devia invece  l'acqua nel circuito  (16), unitamente a quella che ritorna dalle turbine dopo il passaggio nel condensatore (11), per rientrare nel ciclo di raffreddamento.

Ulteriore raffreddamento è fornito come spesso accade nelle centrali da torri di raffreddamento o da  bacini d'acqua. A Chernobyl i reattori sono costruiti a fianco di un grande bacino d'acqua, da cui si prelevava acqua tramite canali, mentre a fianco dei reattori 5\6 erano in costruzione anche due torri di raffreddamento.

Il vantaggio dell'impiego della grafite come moderatore di neutroni è la possibilità di utilizzare uranio meno arricchito, in quanto il processo di arricchimento ha un costo, ma ha lo svantaggio di richiedere un refrigerante (acqua) e di essere  infiammabile. Due aspetti chiave per comprendere le criticità dovute al reattore nell'incidente del 1986. 

Il seguente schema  è chiaro nel mostrare il funzionamento di una centrale con reattore RBMK sintetizzando quanto spiegato.

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Schema di funzionamento di un reattore  RMBK

Nel web è presente  un'applet che mostra  con animazione  una simulazione  di un reattore nucleare  generico. [ QUI ]

 

Le centrali

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La costruzione delle centrali nucleari nell'area di Chernobyl iniziò negli anni Settanta. Si pianificò anche una città, Pripyat, fondata nel 1970 per ospitare il personale dedicato alla costruzione e gestione delle centrali previste. Nel 1977 si costruì il primo dei reattori, che entrò in funzione nel Maggio del 1978. I successivi sono stati terminati negli anni seguenti, e la loro costruzione si è arrestata unicamente a causa dell'incidente nel 1986. Il numero 2 entrò in funzione l'anno successivo, il 3 dal 1982, il 4 dall'Aprile 1984. I quattro fanno parte di un impianto che costituisce il classico profilo delle corpo delle centrali con i primi quattro reattori. Nell'anno dell'incidente i reattori 5 e 6 erano in costruzione in un'area non distante, ed in tale condizione sono rimasti a partire da quella data.

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Visione di dettaglio dei reattori 1\2\3\4

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Visione di dettaglio del cantiere dei reattori previsti 5\6

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Profilo del paesaggio industriale nell’area delle centrali con la numerazione dei reattori

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Foto esterna centrale reattore 5

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I precedenti schemi possono essere confrontati con le fotografie di seguito presentate, che mostrano alcuni interni della centrale mai terminata. Nella prima è visibile la sala pompe, dove sono presenti gli enormi buchi facenti parte dell'impianto, ovvero le aree più esterne, nella vista  in sezione della centrale sopra riportata. Queste sale sono disposte ai lati della centrale, ciascuna destinata al raffreddamento di metà del nocciolo.

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Sala pompe

La prima delle successive immagini è relativa alla parte intermedia della centrale, di fianco alla camera destinata al contenimento del reattore.

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Parte intermedia della centrale

Il nocciolo, dalle dimensioni di 7 metri di altezza per 12 di diametro, era in costruzione nell'edificio adiacente alla centrale, e successivamente demolito.Per la  sua movimentazione nell’area  era previsto  all’esterno un enorme gru da 640 tonnellate, reso mobile da binari adiacenti al sito.

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Cuore del reattore destinato alla centrale in costruzione

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Gru per movimentare

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Base scorrevole su binari della gru

Nelle due foto successive sono presenti prima la parte inferiore che avrebbe ospitato il  nocciolo, quella successiva è stata scattata nella parte superiore. La restante parte soprastante era necessaria per operazioni di movimentazione, l'altezza è infatti richiesta  per la presenza di un carroponte per la frequente sostituzione di barre di combustibile, operazione resa necessaria  quando i reattori ad uso civile prevedono anche impieghi militari per ottenere  plutonio 239. Il problema è rilevante perché a causa di questo enorme spazio necessario, il reattore non era protetto nella parte superiore, impedendo quindi un più efficace contenimento di possibili fughe radioattive.

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Parte  inferiore della zona  di posizionamento del nocciolo

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Parte di movimentazione barre soprastante alla zona del nocciolo

La scheda prosegue con la cronaca dell'incidente del 26 Aprile 1986.

Fonti di consultazione principali

Soviet plant source book

Lessons from the Chernobyl Nuclear Power Plant Accident...pdf

 Links

http://world-nuclear.org/info/inf45.html

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Video

La costruzione della centrale

 

 

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