Newsgroup: it.discussioni.energia
Titolo: Reattori al torio a combustibile liquido su "Scientific American"

Questa è un' anteprima (!) perchè l' articolo sarà pubblicato solo nell' 
edizione di luglio-agosto
http://www.americanscientist.org/issues/feature/2010/4/liquid-fluoride-thorium-reactors
http://www.energyfromthorium.com/forum/viewtopic.php?f=7&t=2429
Dello stesso autore : 
http://www.slideshare.net/robert.hargraves/liquid-fuel-nuclear-reactors-presentation-draft4
 

Questa è un anteprima assoluta (!) in quanto l' articolo apparirrà sull' 
edizione di luglio/agosto del  Scientific American



Sui vantaggi della tecnologia, nulla da dire.
Anzi, viene subito la domanda: dal punto di vista della ricerca
univeristaria, del CNR, ricerca che precede l'industrializzazione,
esistono oggi progetti sull'uso del torio come fonte di energia ?
Infatti, se e' vero che lo Stato non ha da costruire centrali nucleari,
questi sono affari dei produttori di energia elettrica, e' pero' lo
Stato che dovrebbe/potrebbe fornire la conoscenza di base per l'avvio di
una filiera dell'energia nucleare in Italia e possibilmente di
tecnologie con un futuro, non l'"acqua calda".
Naturalmente e' sempre possibile che qualche grossa azienda privata si
faccia carico del problema, bypassando uno Stato che pare troppo
controllato da interessi particolari (come quelli di coloro che
vorrebbero mantenere, come appare evidente dall'operato, anche se le
parole paiono diverse, lo status quo, che significa continuare a fare
affari con arabi e russi).
Tornando ai sali fusi, pero' manca una offerta "chiavi in mano".
La soluzione di uso del torio, che mi pare piu' vicina ad essere
disponibile e' quella indiana. Ovvero, se in questo momento volessi
mettermi al tavolo per firmare un contratto che apre un cantiere per la
costruzione di una centrale nucleare, e volessi avere la possibilita' di
consumare torio e/o uranio impoverito, sul mercato viene offerto l'AHWR
(Advanced Heavy Water Reactor ... un cugino del Candu, che pero' non
viene commercializzato come funzionante a torio).
Il AHWR300-LEU e' una reattore fertilizzante passivo, che grazie
richiede il 42% in meno di uranio minerale per unita' di energia
prodotta di un moderno reattore PWR ad alto rapporto di consumo di
uranio (ovvero tra i piu' efficienti in uso commerciale).
Un AHWR300-LEU ha una vita stimata in 100 anni (quindi un investimento
che rende nell'ordine degli impianti idroelettrici). Ha un reattore in
pressione verticale a tubo, raffreddato con acqua normale bollente, e
che acqua pesante come moderatore.
Nella progettazione sono state eliminate le pompe del circuito primario
di raffreddamento, con relativi motori, circuiti di controllo ed
alimentazioni di emergenza, risparmiando anche l'energia elettrica
necessaria per farle funzionare. Ma ancora piu' importante e' la
maggiore sicurezza. Infatti, un reattore costruito per funzionare in
condizioni normali SENZA pompe evita il ripetersi di un incidente del
tipo accaduto a Chernobyl, incidente che puo' accadere sia per guasti
alle pompe, alle alimentazioni, oppure per errore degli umani ...
L'acqua pesante utilizzata, il moderatore, e' a bassa pressione, cosa
che riduce il rischio di perdite da infiltrazioni. Il calore generato
all'interno del moderatore (nella sua attivita' di cattura dei neutroni)
viene recuperata e usato per riscaldare l'acqua di alimentazione.
Il reattore e' costruito con tecniche modulari che permettono di
sostituire facilmente i tubi del circuito a pressione dei banchi di
canali di raffreddamento, senza toccare altri componenti (questo
significa che l'area piu' coinvolta in caso di guasti o danni da
surriscaldamento, seppure improbabile, del nocciolo puo' essere riparata
rapidamente e senza problemi).
Il progetto del reattore e' fatto nell'ottica di evitare la necessita'
di zone di esclusione al di fuori del recinto dell'impianto (problema
importante per una paese densamente popolato come l'India). L'uso di
circolazione naturale per la rimozione del calore di produzione del suo
nocciolo sia durante il funzionamento che in condizioni di spegnimento
evita il rischio da fallimenti da sistemi articiali di recircolazione.
Incluso atti di sabotaggio da parte di dipendenti malevoli.
Inoltre, all'interno del nocciolo ci sono dei contenitori contenenti un
veleno (un liquido ad alto assorbimento di neutroni) che in caso
critico, per un semplice processo naturale, senza intervento esterno,
uccidono in pochi secondi la reazione nucleare, invadendo il nocciolo in
sovratemperatura. I calore residuo in accumulazione poi viene
neutralizzato da un'afflusso di acqua fredda da un serbatoio di riserva
posto sopra il nocciolo.
In questo modo, un'atto terroristico oppure l'azione di un dipendente
pazzo o vendicativo potra' solo creare danni economici all'azienda (dopo
un'evento del genere, il nocciolo ha da essere ripulito dal veleno e
ripristinato), ma non ci saranno effetti sull'ambiente e le popolazioni
circostanti (a parte la mancanza di elettricita', causa fermo impianto).
Durante il normale funzionamento, il nocciolo e' molto caldo. Il
raffreddante rimuove il calore (per portarlo alle turbine).
In caso di rottura di un tubo dell'impianto primario, un ampio flusso di
acqua da accumulatori d'acqua, continuera' ad asportare calore, mentre
viene attivita' la procedura di fermata della reazione.
In seguito una iniezione di acqua fredda da un serbatoio di 7000 mc
posto sopra l'edificio del reattore continuera' a raffreddare il
nocciolo. La capacita' del serbatoio di emergenza permetterebbe di
raffreddare il nocciolo, in caso di fallimento del circuito primario,
per ben 3 giorni, qualora' ci fosse ritardo nello spegnere il reattore.
E ripeto, qualora per oltre 3 giorni si continuasse a tenere in funzione
il reattore (cosa che evidentemente puo' essere solo un'atto
terroristico/sabotaggio, visto che senza il circuito primario guasto non
si puo' mandare energia utile alle turbine), l'unico risultato e'
mettere fuori uso il nocciolo per avvelenamento, senza effetti
sull'ambiente locale (evidentemente in India sono molto sensibili al
problema terrorismo).
Il reattore prevede un doppio condimento progettato in modo tale da
agevolare la formazione di una sigillo passivo di acqua nel caso di una
perdita' accidentale di raffreddante. Questo sigillo liquido isola il
contenimento del reattore dall'ambiente esterno, prevenendo lo
propagazione di elementi e polveri radioattive.
Ed ora, andiamo oltre gli incidenti, e vediamo come funziona.
Il combustibile contiene circa il 19,75% di uranio a basso arricchimento
(LEU), ossia con una moderata percentuale di U-235 rispetto alla massa
di U-238. Il resto e' ossido di torio (80,25%). Circa il 39%
dell'energia prodotta dal reattore risulta dalla fissione di U-233
prodotto direttamente all'intorno del nocciolo dalla conversione del
Th-232 contenuto nell'ossido.
Siamo lontani da un reattore che funzioni solo a torio, cio' nonostante
si e' ridotto fortemente la dipendenza dal raro U-235 (la parte
dell'uranio che produce energia nei reattori nucleari commerciali).
Inoltre, man mano che si diffondono impianti di trattamento del torio,
l'AHWR si puo' alimentare anche con le ricavate barre di U-233, portando
la parte di energia proveniente dal torio al 75% del totale ed ad
un'utilizzo del 65% dell'energia del combustibile (confrontarlo con il
3%-5% dei reattori attuali ...).
Ad oggi non ci sono reattori che usano il torio in grande scala, quindi
nel 2013, gli indiani potranno dire di avere aperto una nuova via.
Nel 2020 e' poi prevista l'operativita' commerciale in massa.
Purtroppo l'AHWR300-LEU non piace ad alcuni, perche' produce meno
plutonio anche dei PWR che oggi sono il tipo piu' diffuso di reattori
nucleari. Anzi, il nocciolo iniziale puo' essere interamente formato da
una miscela di Th e PU-239, un metodo efficace per consumare plutonio e
toglierlo dalla circolazione per sempre (altrimenti, gli ambientalisti
come pensano di eliminarlo ? qualsiasi metodo che prevedesse solo di
immagazzinarlo significa solo lasciarlo alla portata di forze abbastanza
potenti da soppraffare il controllo dei depositi).
-- 
Roberto Deboni
[Messaggio Usenet via Tiscali su 
text.giganews.com
. Se leggete via Web
il sottoscritto informa che non conosce o partecipa al sito/forum Web.]

> Questa � un' anteprima (!) perch� l' articolo sar� pubblicato solo nell'

Come si diceva qualche giorno fa, sono un grosso sostenitore della 
tecnologia
dei Candu, per cui non posso che plaudire allo sviluppo e all' innovazione
tecnologica indiana - interessante pure il fatto chegli indiani stiano
sviluppando un HWR da soli 220 MWe, ideale per l' esportazione in Paesi in
via di sviluppo.
Tuttavia, credo che se si voglia sfruttare a pieno il torio
come combustibile nucleare, i reattori a sali fusi (MSR) siano senza ombra 
di dubbio molto meglio
di QUALSIASI approccio a combustibile solido (Candu compresi), perch� questi
hanno eccezionali caratteristiche in termini di 1) sostenibilit� : �
relativamente facile impostare con essi un ciclo basato esclusivamente sul 
torio,
quindi non solo a maggiore efficienza nell' uso dell' uranio, e cmq a 
bassissima produzione di scorie radiottive a lunga vita (poche decine di 
litri in volume se tutta l' energia in 100 anni venisse prodotta solo cos�), 
2) sicurezza :
non � possibile un incidente grave come TMI o Chernobyl o una fusione del
nocciolo, qualsiasi anomalia dell' impianto scarica in maniera passiva,
senza bisogno di alcun intervento umano, il reattore in contenitori adatti
ed in sicurezza, e cmq fa spegnere la reazione a catena, 3) economicit�, il 
reattore � a pressione atmosferica, non contiene alcun materiale reattivo 
con aria ed acqua, non v� � pericolo di esplosioni di vapore (flash) e il 
fatto che sia sempre allo stesso liquido, particolarmente in un ciclo al 
solo torio, ne rende molto semplice un suo ritrattamento all' interno dell' 
impianto e persino 4) versatilit�, � perfettamente possibile grazie alle 
elevate efficienze
termiche usare un raffreddamento ad aria con torri a secco in siti lontano
da sorgenti d' acqua e si pu� scegliere se adottare un ciclo del
combustibile pi� economico, ma meno efficiente, con una pi� ridotta
efficienza nell' uso dell' uranio (che � probabilmente oggi l' opzione pi�
conveniente) in semplici reattori convertitori, che uno che sfrutti 
completamente il ciclo del torio, ma con
una maggiore complessit� del trattamento del combustibile radioattivo, in 
reattori completamente autofertilizzanti
Persino nel primo caso,
http://memagazine.asme.org/Articles/2010/May/Too_Good_Leave_Shelf.cfm
� cmq da 4 a 6 volte pi� efficiente (e non solo il
40% come l' AHWR) sfruttare l' uranio in questi reattori che nei reattori
attualmente in uso e, cosa parecchio interessante,  praticamente tutto l' 
investimento in ricerca e sviluppo � stato gi� realizzato
http://www.energyfromthorium.com/TEAC1/02_LeBlanc_LFRchoices.pdf
slide 23 "simplified liquid fluoride converter reactors .. Almost no R&D to 
build now"

 torio,
Resta pero' una tecnologia di uso del torio di seconda generazione. A
meno che non le risulti che c'e' qualche industria nucleare che sta gia'
proponendo impianti di questo genere.
Nel caso dell'AHWR ho (notizie dell'anno scorso):
http://theenergycollective.com/TheEnergyCollective/48929
http://www.powermag.com/nuclear/India-Designs-Thorium-Fueled-Reactor-for-Export_2260.html
Nel 2012 il cantiere per l'AHWR aggiornato dovrebbe essere avviato.
Insomma, siamo allo stato dell'EPR quando e' stato proposto dai francesi
ai finlandesi (ma essendo molto piu' piccolo, non credo che sara' un
prototipo cosi' problematico). Progetti pronti, finanziamenti ed
autorizzazioni per il prototipo locale gia' assicurati, etc.
Insomma, vista anche la dimensione moderata dell'impianto, ENEL potrebbe
benissimo rischiare l'esperienza di una unita' prototipo da 300 MW(e)
funzionante al torio. Indubbiamente sarebbe il futuro, mentre l'EPR
rappresenta il dinosauro della vecchia teconologia, sicuro, potente,
efficiente (ma solo al confronto della vecchia tecnologia), ma un enorme
dinosauro.
Capisco che ENEL debba assicurarsi una diversificazione delle fonti di
energia elettrica il prima possibile, pero' e' ancora piu' lungimirante
mettere un piede nella prima generazione commerciali di reattori al
torio, e nel frattempo sviluppare (ENEL ha le risorse) anche la prima
versione industrializzata dei reattori a sali fusi.
Ma mi pare importante sottolineare, che mentre un primo AHWR puo'
tranquillamente entrare in produzione nella rete elettrica negli stessi
tempi in cui entrerebbero in produzione il primo EPR, temo che per i
reattori a sali fusi occorre almeno una fase preliminare di
industrializzazione (se c'e' di mezzo lo Stato o ENEL, almeno cinque
anni in piu' da aggiungere ai tempi indicati ?).


 dinosauro.
Sì, potrebbe essere una strategia da perseguire, però secondo me a questo
punto occorre fare una distinzione in funzione di quello che si vuole
realmente ottenere, mi spiego meglio.
Se quello che si vuole ottenere è qualcosa che possa funzionare *subito*,
diciamo <entro il decennio>, bè, allora non c'è niente di meglio dei Candu
tradizionali ad uranio naturale, perchè sono stati già sviluppati e ultra
collaudati in Canada (ed altrove), e persino l' Ansaldo ne ha di recente
costruito un paio in Romania con ZERO problemi di ritardi e sovracosti;
inoltre, non richiedono uranio arricchito (tecnologia che non disponiamo), 
fanno un uso più efficiente dell' uranio (non è oggi un argomento 
essenziale, ma fa sempre comodo) e hanno taglie tali 650-900 MWe da non 
soffrire del gigantismo
potenziale dell' EPR che dici
Se invece si vuole qualcosa di più "sofisticato" che faccia risparmiare un 
bel
pò di uranio (o che non usi per nulla uranio di miniera) - il reattore 
indiano in questo
non va bene, perchè permette risparmi solo molto modesti di uranio, quasi
totalmente controbilanciati da un Candu tradizionale - ma su tempi più
lunghi, diciamo dopo il <2020-30>, allora la strategia ottimale è di
investire sulla tecnologia dei MSR (molten salt reactor, ovvero reattore a
sali fusi), con l' obiettivo finale di standardizzare (diciamo in una taglia
attorno ai 400 MWe) i due progetti possibili di MSR, ovvero quello più
efficiente ma leggermente più complesso funzionante esclusivamente con il
ciclo del torio (che permette la totale indipendenza energetica, attraverso
la possibilità di "bruciare le rocce") e quello "convertitore" che usa
ancora uranio, ma con una efficienza enormemente più elevata che i reattori
tradizionali, da 4 a 6 volte meglio (a differneza del AHWR che permette solo
modesti miglioramenti). Entrambi i progetti praticamente eliminano il
problema della produzione delle scorie a lunga vita (ne produrrebbero un
volume di poche decine di litri se tutta l' energia in Italia per cento anni 
fosse prodotta
così, riscaldamento e trasporto compresi) e, a differenza dei
reattori tradizionali, realizzano la totale sicurezza "passiva" o
"intrinseca", ovvero la sicurezza dell' impianto è esclusivamente affidata a
leggi fisiche (gravità, circolazione naturale, espansione del fluido, ecc..) 
inemendabili
e non all' intervento umano o di macchinari da attivare
Inoltre, essendo un sistema ad alta temperatura con temp del fluido > 700 °C
(ed ad alto rendimento, 45-50 % anche con gli attuali cicli a vapore) c'è un
altro vantaggio oltre alla semplice seppur importantissima produzione 
produzione di elettricità,
ovvero la possibilità di sfruttarne le applicazioni termiche con modeste
riduzioni del rendimento elettrico netto, per es. per la dissalazione dell'
acqua nel Sud Italia (non so il numero esatto, ma suppongo sia una quota di
energia non trascurabile), per il teleriscaldamento nei climi più freddi 
negli usi civili o altre
applicazioni termiche industriali.

 
http://www.slideshare.net/robert.hargraves/liquid-fuel-nuclear-reactors-presentation-draft4
Un utente sul ng di scienza mi ha fatto giustamente notare che l' articolo � 
del "American scientist" , non "Scientific American" come avevo scritto.