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Titolo: Darlington (Canada)

Ho sentito a una radio che il reattore di Darlington ha raggiunto o é 
vicono a 25000 ore di funzionamento ininterrotto. Ma il "pieno" non lo 
fa mai? Nel senso quanto possono durare le barre di combistibile?

Il 31/10/20 07:52, UgoA ha scritto:

se è autofertilizzante, tanto.
 
I reattori dei sottomarini e delle portaerei possono 
funzionare se non ricordo male anche due anni senza refuelling
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 


 
Come i cinque stelle e tutte le altre grandi sciagure. Il covid, per 
esempio, può durare anche di più.
___
 

 durare le barre di combustibile?
 
I reattori di Darlington sono PHWR del tipo CANDU.
CANDU e' l'acronimo di Canada Deuterium Uranium.
PHWR sta per "pressurized heavy-water reactor"
 
Allora, stiamo parlando del Canada e degli anni '60.
A quei tempi (ed anche oggi, mi pare) l'industria
pesante canadese non aveva la capacita' di fabbricare
grossi contenitori a pressione, necessari per "inglobare2
i noccioli dei PHWR piu' potenti.
E quindi i progettisti hanno escogitato un sistema a doppio
contenitore. Nei reattori CANDU, i fasci di barre di
combustibile sono contenuti in tubi di cm di diametro,
che operano sotto pressione, in modo da permettere al fluido
scambiatore, cioe' l'acqua ("pesante") di raggiungere
temperature piu' alte, prima di iniziare a bollire.
Ogni tubo alle due estremita' e' collegato tramite un
tubo (uno per lato) al circuito primario di acqua pesante.
Il "pacco" di questi tubi e' contenuto in un recipiente
piu' grande, che contiene anche esso acqua deuterata,
solo che questa non e' sotto pressione, e quindi il grosso
contenitore non richiede particolare requisiti costruttivi
di "resistenza". A questo contenitore hanno dato il nome di
"calandria" e l'acqua pesante ivi contenuta, non circola,
avendo solo funzione di "moderatore", e inoltre, il
fluido in esso si trova a temperature minori dell'acqua
all'interno dei condotti a pressione. Questa minore
temperatura e' dovuto al fatto che ogni tubo a pressione
e' circondato da un altro tubo, che e' integrato
(saldato) alla "calandria" e tra i due tubi e' iniettato
uno strato di CO2. La CO2 funge da isolante termico (mi
pare che tutti l'abbiano ormai capita tale sua funzione,
leggesi "cambiamento climatico :-)
L'intenzione e' di evitare che il calore generato dal
combustibile e trasferito all'acqua pesante del circuito
primario sotto pressione, va a disperdersi nel ben piu'
alta quantita' di acqua pesante dentro la "calandria",
che poi con la sua grande superficie esterna, andrebbe
a disperderlo, sprecandolo.
 
Notare che i tubi contenenti il combustibile nucleare,
sono disposti con orientamente orrizontale, e non
verticale come nei modelli piu' comuni di reattori.
 
Questa complicazione costruttiva, permette un trucco:
e' possibile "sfilare" il fascio di barre di combustibile da
un singolo tubo di pressione, semplicemente chiudendo delle
valvole alle due estremita', senza "depressurizzare" l'intero
circuito primario, cosa che sarebbe possibile solo "spegnendo"
il reattore. In questo modo i PHWR di tipo CANDU possono
rimpiazzare il combustibile a piena potenza.
La realizzazione pratica prevede due attuatori, uno da ogni
lato, che possono posizionarsi alle estremita' del tubo a
pressione selezionato. Lo scambio avviene in contemporanea,
mentre un attuatore spinge dentro la barra di combustibile
"nuovo/raffinato", l'altro attuatore "riceve" la barra di
combustibile "esausto" che viene spinto fuori. In questo
modo si evitano che, anche solo localmente, nel nocciolo
si verifichi qualche, seppure modesto, "squilibrio" a livello
nucleare, dovendo altrimenti "giocare" con le barre di
controllo.
 
Ed ecco quindi la risposta alla sua domanda: a Darlington
il combustibile viene rimpiazzato a ciclo continuo.
 
Un PHWR di tipo CANDU puo' funzionare per anni, ed esso viene
fermato solo per manutenzione straordinaria o programmata.
Notare che una centrale a carbone ha bisogno di pulire
le caldaie e camini dalle scorie con una frequenza molto
piu' alta. E le centrali a ciclo combinato hanno bisogno
di "controllare l'olio" (scherzo) delle turbine a gas
molto prima di 25'000 ore di funzionamento. Se fosse un
auto che viaggia ad una media di 50 km/h, 25'000 ore
sarebbero 1'250'000 chilometri percorsi.
 
Non e' un caso che i "primati" di durata in produzione
continua sono dei CANDU (o Magnox/AGR, che parimenti si
possono ricaricare in opera).
 
Il 15/9/2020, il reattore 1 di Darlington (un CANDU 850) ha
ottenuto il primato, con 963 giorni di funzionamento senza
sosta, rompendo il primato precedente, durato 22 anni,
del reattore n.7 di Pickering (un CANDU 500 B) che era di
894 giorni, che poi nel 2016 era stato battuto dal reattore
n.2 di Heysham (un AGR 600, ovvero un reattore a gas, evoluzione
dei reattori Magnox britannici).
 
Il reattore 1 di Darlington non era ancora stato fermato al
28 settembre (quindi arrivato a 976 giorni) e da quello che
dice lei, non l'hanno ancora fermato (33 giorni aggiunti ?
per 999 giorni fatti ?). Domani dovrebbe festeggiare il
millesimo giorno di generazione continuativa.
 
 
I CANDU sono molti interessanti. Si tratta di reattori che
usano acqua deuterata, ovvero nota anche come acqua pesante
(non e' che sia poi cosi' pesante, se un atomo di acqua
"comune" pesa 18 unita' atomiche, quella di acqqua "pesante"
pesa 20 unita' atomiche). In termini di massa molare, una mole
di acqua leggera pesa circa 18 grammi (18,0153), una mole
di acqua deuterata pesa circa 20 grammi (20,0276 gr).
La vera acqua pesante dovrebbe essere quella triziata, con circa
22 grammi per mole, ma tant'e.
PS: esiste anche l'acqua leggera, che non e' acqua comune, ma acqua
in cui si e' abbassata la presenza naturale di deuterio a meno del
valore di 155 ppm dell'acqua naturale.
Bere in quantita' acqua pesante per giorni puo' essere mortale.
 
Perche' i CANDU sono interessanti ? Perche', utilizzando acqua
pesante come moderatore, sono alimentati usando uranio naturale,
SENZA ALCUN ARRICCHIMENTO. Questo significa che un paese (come
il Canada) non ha bisogno di impianti di arricchimento per
mantenere in piedi il ciclo del combustibile. E questo significa
che il Canada non e' in grado di produrre bombe usando il ciclo
del combustibile del nucleare civile.
 
Al contrario, i paesi che usano reattori comuni, quelli ad
acqua naturale, possono "accendersi" solo se il loro combustibile
contiene molto piu' U-235 dell'uranio naturale (che ne ha circa
il 0,72% in massa). Tipicamente e' richiesto dal 2% al 5% di
U-235 nel combustibile nucleare dei reattori ad acqua comune.
Per ottenere questo combustibile servono i cosidetti impianti
di arricchimento, che aumentano la concentrazione di U-235 ai
livelli desiderati, producendo come "scarto" il cosidetto
"uranio impoverito" che si puo' anche leggere come "uranio di
maggiore purezza in U-238, un isotopo relativamente innocuo,
radioattivamente, dell'uranio. Quale e' il problema ? Che nei
paesi che hanno gli impianti di arricchimento, se sale al
potere un governo "guerrafondaio", puo' avere la tentazione di
usare quei impianti produrre uranio a concentrazione cosi'
elevate di U-235 da essere di "qualita' militare".
E' la cosidetta paventata proliferazione militare.
 
D'altra parte, pero', quando quando l'U-238 resta a lungo
nel reattore (come avviene nei CANDU e altri reattori a bassa
concentrazione di U-235), aumenta la probabilita' di produrre
Pu-239 a partire da atomi di U-238 colpiti nel modo giusto
dai neutroni. Ed il Pu-239 e' facile da separare dall'U-238,
essendo una sostanza diversa. Ed ovviamente il Pu-239 e'
anche un materiale utile per fare bombe.
 
In conclusione, il CANDU e' molto efficiente nel "bruciare"
uranio, consumando un 30%-40% di uranio minerario in meno
a parita' di energia elettrica prodotta, rispetto ai piu'
comuni reattori ad acqua comune. La combinazione di potere
usare uranio comune e di usarlo in modo piu' efficiente,
significa che il funzionamento dei CANDU e' il piu'
economico dei reattori a fissione convenzionali.
 
Un altro vantaggio e' che le catene di reazione nei CANDU
hanno una maggiore stabilita', dando agli operatori umani
piu' tempo per capire e reagire in caso di emergenza.
 
Il CANDU ha pero' un difetto che ricorda quello degli
RBMK: se nel liquido del circuito primario si forma vapore,
le reazioni nucleari incrementano, generando ancora piu'
vapore. Pero', il grosso del moderatore (quello che in sostanza
tiene stabile la fissione, e' quella contenuta nella
calandria, la cui massa enorme significa che ci vuole molto
tempo, in caso di guasto, per portarla alla ebollizione.
Quindi gli operatori, al contrario che con gli RBMK, hanno
tanto tempo per diagnosticare il tipo di problema e
prendere i passi opportuni (risolvere il problema e nel
frattempo iniziare a raffreddare la massa di acqua
"pesante" contenuta nella calandria). Anzi, in caso di
emergenza, sostituire l'acqua pesante nella calandria,
con acqua comune, farebbe "morire" la catena di reazione,
perche' con acqua comune ci vuole un combustibile molto
piu' "ricco" di quello "povero" contenuto in un CANDU.
 
Un altro sistema di sicurezza e' che le barre di
controllo sono tenute "appese" con elettrocalamite.
Se succede qualcosa, si toglie la corrente, e le barre
di controllo "cadono" nel nocciolo, bloccando la
catena delle fissioni. Un ulteriore sistema, inietta
nell'acqua pesante della calandria, un potente
assorbitore di neutroni, un "veleno" per le reazioni
di fissione.
 
Ora avrete capito che il combustibile "spento" (esausto)
di un reattore ad acqua comune (che contiene almeno un
residio 0,9% di U-235 in massa), e' per i CANDU un
combustibile "ricco", ovvero abbiamo gia' un utilizzo delle
tanto deprecate scorie nucleari nei reattori CANDU.
Questo permette ai CANDU di spremere un altro 40% di
energia da quella barre "esauste" di uranio.
Questo processo e' denominato DUPIC (Direct Use of spent
PWR fuel in CANDU, uso diretto del combustibile spento
di un PWR nei CANDU). Il procedimento e' semplice:
il combustibile spento viene ossidato (sinterizzato in
aria), poi in idrogeno (riduzione), per sbriciolarlo in
polvere. La polvere ottenuta viene poi pressata in
pellet di combustibile. Il CANDU puo' anche "consumare"
torio, ed e' quello che sta faccendo/studiando in questi anni
l'India, che ha grandi depositi di torio.
 
Ovviamente, i CANDU possono anche usare MOX (miscela
di plutonio - estratto sia dalla "scoria" di un CANDU
che dalle bombe nucleari dismesse - con uranio impoverito).
 
Ma allora, perche' i CANDU non hanno avuto un grande
successo commerciale ?

 Bere in quantita' acqua pesante per giorni puo' essere mortale.
 
vero, e nonostante il deuterio non sia affatto radioattivo.
Nell'immaginario comune D2O essendo usata nei reattori nucleari viene 
spesso considerata radioattiva di suo, ma non lo è per niente (D è un 
isotopo stabile a tempo indeterminato, a differenza di T).
Che poi se esposta a intenso flusso di neutroni possa subire attivazione 
è un fatto diverso (infatti acquisisce luminescenza azzurra).
 
 
Semplicemente O-D è un legame cineticamente meno reattivo di O-H, e 
inoltre l'acqua deuterata deutera anche altri gruppi funzionali OH e NH 
presenti in molti enzimi e ne rallenta le cinetiche di catalisi, 
sregolando oltre la possibilità di compensazione rispetto a altre 
reazioni che magari non risentono di questo rallentamento.
 
CUT
 
Una cosa non la ricordo : se relativamente all'OSSIGENO, invece, l'acqua 
pesante da usare come moderatore abbia qualche prescrizione, ad es. di 
essere boh impoverita degli isotopi "non standard" di O che, MAGARI (è 
proprio la cosa che non ricordo) hanno una sezione d'urto maggiore di O 
standard (di suo 16-O è un nuclide molto stabile e piuttosto inerte 
all'assorbimento dei neutroni, visto che il suo nucleo rispetta i numeri 
magici nucleari ... ma un 15-O o un 17-O boh, chissà ... magari vanno 
rimossi in qualche maniera che non so)
 
 
 
 
-- 
la firma la setto dopo

 
 
Molto interessante grazie, certo che anche per la parte non nucleare 
25000 ore di funzionamento ininterrotto sono un bel risultato.


Mettiamola cosi': in una centrale nucleare non si lesina
sulla qualita' dei componenti. Questo da' qualche vantaggio
collaterale :-)
 

 
Il materiale fissile, prodotto da un autofertilizzante, è usabile senza 
lavorazione?
 
-- 
 
Augusto

Il 03/11/20 21:00, Augusto Cagnani ha scritto:

che ricordi viene bruciato praticamente TUTTO ciò che è roba 
"pesante" (attinidi), sia che fossero gli isotopi naturali 
iniziali sia quelli auto-prodotti per radiosintesi.
 
Questo significa produrre un volume molto minore di scoria 
per terawattora prodotta (ma anche che quella scoria sia 
qualitativamente del tutto inutile e fetentissima contenendo 
in proporzione grandissima ricchezza di frammenti medi e 
lantanidi).
 
 
N.B. : ovviamente molti reattori autofertilizzanti sono 
stati usati (e ancora lo sono) senza spingere il bruciamento 
al massimo, poiché tra i sottoprodotti pesanti (attinide) 
generati c'è anche il plutonio (che in natura è 
introvabile), assai ambito dai militari perché molto adatto 
alle testate nucleari.
 
Quindi poi spesso il tipo di processamento dopo l'essere 
state usate delle barre dipende anche dalle finalità 
prevalenti dei sottoprodotti. Se lavorano ad uso civile è 
conveniente bruciare tutto (tutto quanto possibile al 
mantenimento agevole della criticità, che richiede 
regolazioni continue e monitoraggio del flusso di neutroni e 
la conoscenza delle "sezioni d'urto" dei nuclidi creati per 
neosintesi). Se il reattore è una facility dell'esercito, 
allora si assoggetta alla massimizzazione della produzione 
di plutonio "intermedio" o cmq a una produzione significativa.


 che ricordi viene bruciato praticamente TUTTO ciò che è roba "pesante" 
 
Grazie per le precisazioni.
 
-- 
 
Augusto