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Titolo: Centrali nucleari al torio

Carlo Rubbia:
http://www.youtube.com/watch?v=8xrqu4GeU1c
ha detto che l'uso del torio nelle centrali nucleari darebbe enormi vantaggi 
rispetto all'uranio:
- maggiore efficienza (meno torio per produrre lo stesso ammontare di 
energia)
- minor costo (il torio e' diffuso circa quanto il piombo sulla terra. 
L'Italia ne possiede negli appennini)
- durata delle riserve naturali (migliaia di anni)
- minore quantita' di scorie (quasi zero!)
- decadimento delle scorie entro pochi decenni
Perche' non si va in questa direzione? Perche' non se ne parla? Che cosa mi 
sfugge?
Scusate, sono un profano e non ho le conoscenze per farmi un'opinione seria, 
potreste per favore aiutarmi a capire?
Grazie.
GiorgioPP

 rispetto all'uranio:
[...]
Il progetto, a quanto ricordo, prevede che la fissione del Torio sia
innescata da un fascio esterno di protoni, fatto che permeterebbe lo
spegnimento immediato del reattore in caso di necessità. Non credo che le
scorie siano azzerate, tra l'altro, nella catena dei processi, potrebbe
comparire l'Uranio 232 che non è esattamente una caramellina. Non dovrebbe
invece prodursi Plutonio.
Vero è che il Torio è abbondante in natura.
Sull'efficienza, non so.
Rubbia cercò di trovare finanziamenti in Italia per studiare e forse,
passare poi a un prototipo, ma non li ottenne. Mi sembra che se ne sia
interessata la Spagna. Da vari anni non ne sente più parlare, o quantomeno
non l'ho sentito io.
-- 
et maintenant, en route vers de nouvelles aventures.


è tutto vero, con il solo distinguo che anche con questi reattori l' 
incidente in Giappone sarebbe accaduto ugualmente, semplicemente per l' 
impossibilità di asportare il calore residuo di decadimento (~ 5-7% 
della potenza termica nominale). Inoltre, va da sè, che un acceleratore 
è una macchina terribilmente complicata e costosa, per cui 
difficilmente avrà mai un ruolo nella produzione di elettricità di 
potenza per motivi prima di tutto economici
Esiste però un' altra tecnologia al torio ovvero quella
basata sui reattori a combustibile fluido (molten salt reactor o MSR,
ovvero "reattore a sali fusi") di cui per giunta sono già esistiti due
piccoli prototipi di gran successo negli anni '60 e '70, l' ARE e il
MSRE, si veda pagina di wikipedia
http://en.wikipedia.org/wiki/Molten_salt_reactor
 e i cinesi di recente
(e giapponesi precedentemente) hanno annunciato di voler iniziare un
ambizioso programma di ricerca e sviluppo
http://energyfromthorium.com/2011/01/30/china-initiates-tmsr/
Questa tecnolgia nucleare risolve tutti, ma proprio tutti, i problemi
del nucleare tradizionale basato sostanzialmente sulla tecnologia  a
combustibile solido. Una "fusione del nocciolo" è un termine
irrilevante in questo caso in quanto il combustibile è già nella forma
liquida. I sali combustibili (fluoruri) sono sempre a pressione
atmosferica sebbene ad alta temperatura (quindi si produce elettricità
con elevate efficienze senza bisogno di pesanti, complessi e costosi
contenitori in pressioni come nei reattori oggi sfruttati), totalmente
inerti e non reattivi con aria o acqua a differenza di acqua in
pressione a 70-150 atm o sodio liquido,o corrosivi come il piombo 
liquido, i gas di fissione volatili(come lo iodio rilasciato in questo 
ed altri incidenti) vengono
estratti continuamente ed in caso di malfunzionamento/anomalia il
contenuto del reattore viene scaricato per semplice gravità - senza
NESSUN bisogno di *alcun intervento umano* o di macchinari
esplicitamente da attivare - per banale fusione del dispositivo di
congelamento ("freeze plug") e raccolto in serbatoi sottocritici per
il raffreddamento successivo in cui la semplice geometria impedisce
fisicamente che le reazioni a catena ripartano di nuovo. Una piccola
perdita, inoltre, per es. per rottura di una tubazione tende ad 
otturarsi istantaneamente e quindi ad impedire rilasci di radioattività 
in
quanto i sali solidificano a temperatura ambiente, anche qui senza
alcun bisogno di alcun intervento esterno. La sicurezza del reattore,
quindi, a differenza di quanto accade oggi non dipenderebbe più da
piccoli e numerosi dettagli e non va a spese della maggiore
complessità (e quindi costi) dell' impianto
http://energyfromthorium.com/2011/02/25/need-rugged-reactor/
http://energyfromthorium.com/2011/01/09/liquid-fuel-nuclear-reactors/
http://energyfromthorium.com/2010/12/07/not-so-fast-with-thorium/
Inoltre, è interessante notare che essendo un sistema ad alta
temperatura con temp dei sali > 700 °C, queste tecnolgie potrebbero
pure essere sfruttate non solo per produrre elettricità (che cmq può
anche alimentare pompe di calore per il riscaldamento/condizionamento
civile e veicoli elettrici o treni per il trasporto di persone e merci
!) con alta efficienza (~ 50%) e quindi senza bisogno di acqua per il
raffreddamento, al limite anche in zone aride e quindi facilitando la
localizzazione dei siti, ma anche per produrre, senza grosse perdite
di potenza elettrica, calore a bassa temp per la dissalazione dell'
acqua e il riscaldamento urbano
In più, rimangono valide le altre considerazioni solitamente elencate 
da Rubbia sui reattori al torio,
ovvero quella sulla proliferazione (il torio è sempre "sporcato" da
altri elementi radioattivi forti emittitori gamma che rendono
praticamente impossibile una sua applicazione militare, ragion per cui
sulle decine di migliaia di testate atomiche esistenti oggi nel
pianeta, nessuna si è mai basata sul torio), sulla riduzione delle
scorie (se il 100% della nostra energia in Italia, non solo l'
elettricità, si basasse sul torio ai MSR, si produrrebbe al più un
volume di scorie a lunga vita pari a poche decine di litri...) e sulla
sostenibilità del torio come combustibile nucleare nel lungo periodo
(milioni di anni e più ai consumi attuali dell' intero pianeta).
Infine, a differenza di tante altre proposte come la fusione o l'
idrogeno, ecc...faccio notare che la tecnologia è stata già ampiamente 
sviluppata in
passato, per cui non si tratterebbe di ripartire da zero, ma al più di
"industrializzare" una tecnologia già sostanzialmente matura

Il riferimento del "bruciare le rocce" ("burning the rocks and the 
sea") può per es. essere letto qui :
http://nucleargreen.blogspot.com/2008/02/how-fast-breeder-won-great-breeder.html
" About this time I wrote two essays on the role of the breeder...the 
other essay [was] "Energy as an Ultimate Raw Material, or Burning the 
Rocks and Burning the Sea," appeared in 1959 in Physics Today (vol. 12, 
no. 11, p. 18). In this essay I speculated on the very long-range 
future-hundreds, even thousands, of years in the future. Where will our 
energy come from at that distant time when coal, oil, and natural gas 
have been used up? Solar energy is one obvious inexhaustible source. 
Another, if it works, could be controlled thermonuclear energy based on 
deuterium from the sea (thus "Burning the Sea"). My main point, 
however, was to stress what Phil Morrison and then Harrison Brown had 
already noticed: that the residual and all but infinite uranium and 
thorium in granite rocks could be burned with an energy yield larger 
than the energy required to mine and refine the ore�€"but only if 
breeders, which could burn nearly all the fertile material, are used. I 
spoke of "Burning the Rocks": the breeder, no less than controlled 
fusion, is an inexhaustible energy system. Up till then we had thought 
that breeders, burning 50% instead of 2% of the uranium, extended the 
energy derivable from fission "only" 25-fold. But, because the breeder 
uses its raw material so efficiently, one can afford to utilize much 
more expensive�€"that is, dilute�€"ores, and these are practically 
inexhaustible. The breeder indeed will allow humankind to "Burn the 
Rocks" to achieve inexhaustible energy! "

 - durata delle riserve naturali (migliaia di anni)
Solo un' ultima osservazione su questo punto : per alimentare una 
centrale da 1000 MWe (capace di soddisfare i consumi di una comunità di 
un milione di abitanti) occorrono diversi milioni di tonn di carbone (o 
gas o oli) all' anno, o circa 200 tonn/anno di uranio naturale nei 
reattori attuali, o meno di una tonn di torio od uranio annuo nel caso 
di centrale nucleare autofertilizzante (il nostro caso, con la 
importante differenza che un ciclo autofertilizzante a partire dall' 
uranio si può ottenere solo con i neutroni veloci, il ciclo del 
plutonio e quindi i reattori veloci al sodio, mentre partendo con il 
torio con la più semplice e nota tecnologia a neutroni lenti/termici).
Una IMPORTANTISSIMA conseguenza di ciò è che con un ciclo 
autofertilizzante *qualsiasi* risorsa di torio per quanto scarsa può 
essere praticamente ed economicamente sfruttata in reattori di potenza, 
persino a livello di concentrazione delle rocce comuni : Alvin Weinberg 
(l' inventore dei reattori ad acqua) coniò a questo proposito il 
termine "bruciare le rocce e i mari". In sostanza, con reattori di 
questo tipo, le risorse di torio sarebbero praticamente illimitate e 
completamente estraibili persino a livello locale. Ancora più 
interessante è il legame torio-terre rare, ovvero il fatto che per 
alimentare gli interi consumi energetici mondiali in questo modo 
sarebbe sufficiente soltanto il torio oggi scartato nelle operazioni di 
estrazioni delle terre rare (quel gruppo di elementi essenziali nell' 
eletronica ed in molti attività industriali), quindi in effetti nessun 
bisogno di nuove estrazioni di miniera anche a livello planetario

 Sull'efficienza, non so.
L' efficienza (nel senso di combustibile consumato per unità di energia 
prodotta) "sarebbe" il punto forte della tecnologia, occorre meno di 
una tonn/anno di uranio per alimentare mille MWe (anche se non so la 
complessità che possa avere un acceleratore di particelle tale da 
generare 3000-3300 MW termici). Di nuovo, lo stesso si potrebbe fare 
con l' uranio in reattori autofertilizzanti, ma solo con i neutroni 
veloci e la complessa e rischiosa tecnologia al sodio, mentre il torio 
può "autofertilizzare" anche con neutroni lenti o termici

 al contrario del pu-239 debole alfa
I progetti che prevedono l'impiego dell'uranio (e del ciclo
plutonio-uranio), puntano al rendere meno proliferante il plutonio
prodotto aumentando la percentuale degli isotopi 238, 240 e 242.
Con burnup di 100 MWd/kg, il tenore di plutonio 238 arriverebbe al 7 %.
Con percentuali del 6 %, il plutonio prodotto sarebbe inutilizzabile per
armi atomiche. Questa protezione durerebbe "solo" per un paio di secoli,
per il minor tempo di dimezzamento del Pu 238 (87 anni).
http://web.mit.edu/nuclearpower/
 , pagina 73 nota 5.

 una tonn/anno di uranio per alimentare mille MWe
Okay, però mi sembrava che la domanda iniziale riguardasse l'idea rubbiana
di una centrale basata su un ciclo acceso dall'esterno. E che innanzitutto
dovrebbe produrre almeno l'energia necessaria a far funzionare
l'acceleratore.


 basata sui reattori a combustibile fluido (molten salt reactor o MSR,
Io intendo queste appunto.
Ciao,
-- 
  Daniele Orlandi					つづく


per quanto ne so però anche in questo caso, secondo alcuni esperti, è 
ancora possibile realizzare un dispostivo atomico esplosivo, seppur di 
basso potenziale, in quanto il 238, 240 242 sono ancora piuttosto 
deboli emettitori alfa
http://www.fas.org/rlg/980826-pu.htm
un ciclo autofertilizzante al torio a *regime* non dovrrebbe avere di 
questi problemi perchè sempre contaminato da forti emissioni gamma del 
U-232 - dico a regime perchè un ciclo autofertilizzante al torio 
funziona con il ciclo U-233 fissile (da produrre, non esistente in 
natura) e torio fertile, e non essendovi attualmente grandi quantità 
prodotte di U-233 nel mondo, almeno all' inizio occorrerà produrle a 
partire da plutonio o altro materiale fissile; dopo di che il reattore 
si autososterrà e consumerà solo torio naturale

 l'acceleratore.
è ovviamente un rapporto largamente positivo, ma è uno dei motivi 
perchè preferisco di gran lunga i reattori a combustibile fluido al 
torio (tipo MSR) che fanno la stessa cosa ma "gratis"...

 non centrali sub-critiche.
Che io sappia la proposta di Rubbia sul torio è proprio questa invece, 
un acceleratore di particelle sotto ctitico al torio (sul perchè al 
torio, che avrebbe la possibilità di autofertilizzare anche con 
neutroni lenti, e non l' uranio non so dire...)

 .....
Ne ha parlato a Radio Tre Scienza ieri mattina (1° aprile):
http://www.radio3.rai.it/dl/radio3/programmi/puntata/ContentItem-fe1dfcd7-fd06-4581-80b7-e8d707591e49.html
Io però non riesco a riascoltare la puntata. Fatemi sapere se voi ci
riuscite.
--
Gino da Napoli
"E' curioso a vedere che quasi tutti gli uomini che valgono molto
hanno le maniere semplici e che quasi sempre le maniere semplici sono
prese per indizio di poco valore."
(Giacomo Leopardi)

 Ne ha parlato a Radio Tre Scienza ieri mattina (1° aprile):
appunto, sembra confermare che la sua idea è quella degli acceleratori 
di particelle che bombardano il torio.
Mi piacerebbe capire da qualcuno più esperto : 1) se esistono già e 
quanto grande e complesso deve essere un tale acceleratore per produrre 
per es. 3300 MW termici/1000 MW elettrici di potenza; 2) dal punto di 
vista della sicurezza, si dice che la reazione si può facilmente 
spegnere ed evitare così incidenti come Chernobyl, ma come si risolve 
il problema dell' asportare la potenza  termica residua di decadimento 
sempre presente in ogni reattore (i reattori MSR risolvono questo 
problema in maniera molto semplice ed elegante); 3) qual'è inotre il 
refrigerante usato ? Se piombo, che io sappia è molto corrosivo ed è 
per questo che non è stato mai sviluppato in alcun serio progetto o 
prototipo nucleare

sfugge?
Perchè non esistono ancora le tecnologie per attuare il progetto di
Rubbia; al momento gli ADS (Accelerator-Driven System) che sfruttano
l'idea di Rubbia sono solo sperimentali.
http://it.wikipedia.org/wiki/Rubbiatron
Ma non per questo già attualmente non sarebbe possibile mettere al
bando i reattori che bruciano uranio e plutonio; i reattori al torio
infatti sono una realtà già da moltissimi anni
http://en.wikipedia.org/wiki/Thorium_fuel_cycle#List_of_thorium-fueled_reactors
Per rispondere al "pechè non se ne parla", occorre considerare che
l'implementazione ai fini commerciali dei reattori al torio non è
stata sviluppata ulteriormente nella maggior parte del mondo, perchè
quei paesi che più avevano interesse ad investire nel nucleare ed
erano nelle condizioni di farlo, erano le superpotenze nucleari dotate
di armamento nucleare che necessita della tecnologia dell'uranio e del
plutonio, mentre notoriamente i reattori al torio non sono
utilizzabili per produrre le bombe nucleari...
Ma c'è stato un paese, il Canada, che ha implementato i reattori PHWR
(ad acqua pesante pressurizzata) adatti all'utilizzo del torio come
combustibile, producendo negli ultimi 40 anni una collaudata filiera
di reattori, i CANDU, che possono essere utilizzati anche con uranio
naturale (senza arricchimento) e con il torio.
Attualmente in l'India sono pienamente funzionanti una decina di
reattori PHWR basati sulla filiera CANDU, alimentati con il torio:
- 6 unità in Rajasthan
http://en.wikipedia.org/wiki/Rajastan_Atomic_Power_Project
- 4 unità in Kakrapar
http://en.wikipedia.org/wiki/Kakrapar_Atomic_Power_Station
 
Sappi quindi che le centrali al torio sono già realizzate da tempo e
che, volendo, in Italia si potrebbero costruire già anche domani, se
solo vi fosse la *volontà politica* di operare una scelta in questa
direzione: c'è ad esempio il nuovissimo CANDU ACR-1000
http://www.aecl.ca/Reactors/ACR-1000.htm
che viene venduto su richiesta del committente anche con il ciclo
chiuso del torio come combustibile
	"One of the unique features of the CANDU® reactor design is
	 its ability to use alternative fuels such as [...] thorium
	 and actinides, in addition to the conventional natural
	 uranium. Options with thorium include Th-Pu and Th-LEU.
	 The design's high neutron efficiency and on-power refuelling
	 uniquely positions CANDU as the solution for customers
	 seeking to extend fuel resources, reduce used fuel volume and
	 enhance non-proliferation."
	 (fonte: 
http://www.aecl.ca/Reactors/CANDU_Fuel_Cycles.htm
)
Si puote colà dove si vuole, diceva il poeta... ;-)