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Titolo: Un futuro di energia abbondante che non vogliono sappiate [F]

Mentre gli scienziati e tecnici europei “istituzionali” stanno giocando
con la fusione, non mi e' chiaro se perche' cosi' hanno un posto
assicurato per i prossimi decenni oppure perche' tanto amici dei vari
Ehrlich-Lovins-Rifkin (signori che si dichiarano troppo preoccupati che
l'umanita' abbia energia in abbondanza) e quindi stanno prendendo tempo,
gli Stati Uniti, quieti-quieti stanno preparando l'energia del futuro.
Niente di misterioso come la fusione fredda, o di faraonico (e pare
praticamente irraggiungibile in tempi generazionali) come la fusione in
“salsa” Tokamak.
Bensi' una vera fissione di quarta generazione, che promette energia a
basso costo, indipendente dal Sole, e con una produzione di rifiuti per
kwh di energia prodotta, minore del fotovoltaico (la cui produzione
anche inquina l'ambiente).
Ricordiamo alcuni problemi che gli anti-nuclearisti sventolano contro
l'energia da fissione nucleare:
a) la seccatura dello stoccaggio del combustibile esausto (non e' un
grosso problema, si parla di volume di al massimo di pochi migliaia di
metricubi, niente di paragonabile del problema delle discariche di RSU)
b) una presunta carenza di sostanza fissile (alcuni dicono solo 30 anni
di produzione elettrica con gli attuali reattori)
      c) la cura e cautela con cui occorre gestire un reattore a
fissione di prima-terza generazione per evitare una possibile fuga della
reazione. I reattori di terza generazione prevedono una molteplicita' di
sistemi di prevenzione e “spegnimento” di una ipotetica fuga, anzi,
prevedono anche il totale contenimento degli effetti (niente di simile a
Chernobyl potrebbe succedere con un reattore di 3 generazione) ma resta
il fatto che tutte queste sicurezze rendono i reattori molto costosi e
quindi al problema “sicurezza” abbiamo sostituito un problema
“economico” (seppure meno costosto del fotovoltaico).
Partiamo dal punto c)
Il dott.Rubbia aveva proposto un reattore in cui la produzione di
neutroni necessari per mantenere in fissione il “combustibile” nucleare
era prodotto NON dal combustibile stesso (come e' anche nei reattori di
terza generazione) e quindi con tutti i problemi di evitare una
retroazione attiva (ovvero una intensificazione della reazione che
produca piu' neutroni che produce piu' reazione e piu' neutroni fino al
collasso termico del nucleo). Bensi', i neutroni erano prodotti
esternamente con un acceleratore lineare e “sparati” sul “combustibile”
nucleare. Con questa soluzione tecnica, un eventuale guasto avrebbe come
effetto piu' probabile semplicemente lo spegnimento della reazione, e
nel caso in cui cosi' non avvenga, e' sufficiente “staccare la spina”
perche' il tutto si fermi nel giro di pochi minuti.
Esiste pero' il problema di come costruire un acceleratore lineare che
produca un fascio di neutroni sufficientemente intenso per sostenere una
reazione nucleare. E che produca questo fascio senza consumare troppa
energia (ovvero che sia altamente efficiente) altrimenti ricadiamo nello
stesso vicolo cieco in cui si trova attualmente la fusione versione
Tokamak, ovvero tutto il “marchingegno” per produrre la fusione consuma
molta, ma molta piu' energia di quanta si produca nella fusione stessa
(e per ora pare che restera' cosi' per molto tempo, a meno di non
riuscire ad inventare materiali esotici che conducano l'energia
elettrica senza alcuna resistenza anche a temperature elevate, oppure
materiali che resistano a temperature come quelle sulla superficie del
Sole, insomma vera e proprio fantascienza tipo Star Trek).
Alla prossima (uno di tre se seguite il follow-up)
-- 
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.]

 Alla prossima (uno di tre se seguite il follow-up)
Quale e' la soluzione degli Stati Uniti ? Utilizzare una sequenza di
micro-fusioni nucleari per produrre un potente fascio di neutroni che
non solo e' in grado di sostenere una fissione nucleare, ma e' in grado
di fissionare la seguente lista di materiali, oltre ai soliti U-235 e
Pu-239, ovvero:
1)U-238 (30 volte piu' disponibile dell'U-235, il combustibile
primariamente usato fino ai reattori di 3za generazione)
2)Th-232 (ancora piu' abbondante dell'uranio)
3)Combustibile esausto, incluso gli attinidi contenuti
E nota bene: questa fissione consuma il 99% del combustibile (contro il
3-5% dei reattori di 3za generazione) ... in altre parole la produzione
di residui (ceneri?) della combustione nucleare sono di due ordini
inferiori di quanto avvenga oggi. Insomma puo' anche essere
economicamente pensabile “spararli” nello spazio, se proprio non si
vuole immergerli nel magma delle fosse marine.
Come pensano gli Stati Uniti di produrre le micro-fusioni ? Penso che
molti avranno sentito parlare di un metodo inerziale che utilizza
potenti fasci laser. A tale proposito ho ricordato tempo fa che il loro
prototipo e' gia' completato per operare con potenze fino a 1,8 MJ per
impulso. Il 21 Giugno 2010 e' stato completata la messa a fuoco finale
dei 192 ultrapotenti fasci laser.
https://lasers.llnl.gov/newsroom/project_status/2010/june.php
in preparazione di una sequenza di “spari” durante una regolare campagna
di operazioni ad alta energia.
L'energia di 1,8 MJ viene “sparata” nel giro di  3-4 nanosecondi
(miliardesimi di secondo) ed essendo la potenza pari a P = E/s si ha:
1'800'000 / (3,5 E – 09) = 5.14E+14 = 514 E+12 ovvero circa 500 TW di
potenza netta.
Si stima che l'energia prodotta da ogni micro-fusione sia dell'ordine di
20-35 MJ (puntando ad un possibile obbiettivo di 100 MJ), ovvero si
tratterebbe di un “guadagno” di 25-30 volte (30 x 1,2 MJ = 36 MJ) e
considerando una frequenza di spari di uno ogni 70 millisecondi si spera
in una potenza termica resa di 35 MJ/0,07 secondi = 500 MW. Considerando
l'elevato consumo di energia per far funzionare i laser, non resta molto
per la produzione. Tra l'altro l'enegia prodotta e' sotto forma di un
potente flusso di neutroni e frenarli e trasformarli in calore non e'
uno scherzo (questo e' il problema che il Tokamak dovra' risolvere,
se/quando raggiunge una stabile fusione del combustibile).
Quello che forse a molti non e' chiaro e' che l'energia prodotta da ogni
evento di fusione non e' poi cosi' tanta se confrontata a quella di una
fissione. Infatti l'energia nucleare e' determinata dalla equazione m=e
* c * c (ove c  e' la velocita' della luce, 299'792'458 m/s) e quindi
dalla massa di materiale che si trasforma in energia. Ebbene, in ogni
reazione di fissione si “consuma” molta piu' massa che in ogni reazione
di fusione.
Alla prossima (due di tre)


 Alla prossima (due di tre)
L'uovo di colombo percio' e' pigliare il fascio di neutroni delle
micro-fusioni nucleari e spararlo su materiale fissionabile, provocando
reazioni di fissione.
E questo e' il progetto L.I.F.E. iniziato negli Stati Uniti.
Il flusso di 10 alla 20 neutroni al secondo prodotti dalle micro-fusioni
e' sparato su un rivestimento di di materiale fissionabile, U-238,
oppure Th-232 oppure combustibile esausto con tanto di attinidi .
Il risultato e' di ottenere una guadagno energetico ulteriore di almeno
4-10 volte, ottenendo percio' una resa finale che va da 100 a 300 volte
l'energia laser immessa. Qui si comincia a ragionare, con una resa tale,
si restituisce agevolmente tutta l'energia necessaria per far funzionare
i laser e ne' resta abbondante per la produzione.
Ecco i dati del primo reattore nucleare ibrido fusione-fissione che gli
Stati Uniti stanno preparando:
Raggio laser di 350 nm di lunghezza d'onda (ultravioletto), 1,4 MJ di
potenza per ogni impulso di durata 25 ns e  frequenza di sparo di 13,3
Hz (ovvero 75,2 ms di intervallo tra ogni cannonata laser).
L'ultima lente laser si trova a 25 metri dal bersaglio.
Il bersaglio colpito dalla sfera di raggi laser e' una mistura di
deuterio-tritio a 18 kelvin dentro una sfera di berillio di 2 mm di
diametro e spessa 150 micron. Il gas viene inserito attraverso un foro
di 5 micron di diametro. La capsula e' contenuta dentro una camera di
reazione alta 9 mm e 5 mm di diametro e fatta di oro o uranio. Lo
spessore della camera di reazione e' di 7 micron. La camera di reazione
e' definita una “hohlraum” ovvero una cavita' le cui pareti sono in
equilibrio radiativo con l'energia radiante dentro la cavita'. La camera
di reazione e' costruita in modo da accoppiare la massima energia laser
sulla sfera contenuta.
Potete immaginare 500 TW di potenza netta su un bersaglio di 2 mm ? La
fusione nucleare ... :-)
Il risultato e' un potente flusso di neutroni (roba da far impallidire
anche il piu' potente acceleratore di neutroni), ovvero una potenza
neutronica di 300-500 MW, che va a colpire un rivestimento di 40
tonnellate di U-238 oppure di Th-232. Notare che l'U-238 puo' essere
“sporco” come nel combustibile esausto. Nessuno problema, il L.I.F.E.
consuma tutto anche gli attinidi (nettunio, americio, etc.). In
alternativa si possono usare poche tonnellate di Pu-239 (insomma si puo'
consumare anche le testate nucleari).
La resa termica delle fissioni che avvengono nel rivestimento e'
prevista tra i 2000 MW ed i 4000 MW.
Questo funzionamento e' previsto in “continuo” per anni fino a decenni,
“consumando” il 99% del rivestimento.  Questo rivestimento non e' un
blocco solido, bensi uno strato di sfere di combustibile contenuto tra
due pareti circoncentriche della camera di fusione (quella grande, non
la micro-camera di reazione). Ma le due pareti sono precedute da una
parete piu' interna che delimita uno strato di sfere di berillio. Le
sfere di berillio producono 1,8 neutroni rallentati, per ogni neutrone
veloce che assorbono, che sono piu' ideali per una efficace reazione di
fissione. Le sfere di combustibile sono immerse in un sale fuso di
composizione 2LiF + BeF2  (miscella fluoruri di litio e berillio)
denominato flibe. Credo sia una miscela eutettica (come quella delle
centrali Andasol, ma di diversa composizione). Il flibe asporta il
calore (che viene prelevato poi con uno scambiatore per far funzionare
le turbine a vapore) e produce tritio che viene poi utilizzato per
caricare le sfere per la fusione (quindi auto-generante).
Le sfere di combustibile vengono fatte circolare e possono essere
rimpiazzate di continuo, e' cosi' che il reattore funziona senza sosta
per decenni. Notare che nello stesso tempo i bersagli di fusione sono
immessi con il ritmo di 10-15 al secondo in continuo.
ATTENZIONE: per ottenere la stessa resa SOLO con la fusione nucleare ci
vorrebbero energia di ogni fusione di  200 MJ al ritmo di 15 al secondo
per raggiungere una potenza paragonabile di 3000 MW della soluzione
ibrida. Questo tanto per dare un'idea di quanto e' lontano l'obbiettivo
Tokamak dalla fattibilita'.


 L'ultima lente laser si trova a 25 metri dal bersaglio.
Si intende che la potenza di 1,4 MJ e' quella cumulativa dei 192 fasci
laser.

 * c * c (ove c  e' la velocita' della luce, 299'792'458 m/s)
ehm ... intendevo e = m * c * c

 ha scritto nel messaggio 
news:k_-dnSXN1ZxnfQ_R...@giganews.com...

C'è molta confusione in questa parte del post, cerco di fare un pò di 
chiarezza su questo punto
Come si è spesso discusso in alcuni ng scientifici chi conosce almeno un pò 
nei dettagli il funzionamento di un reattore nucleare sa che questa non solo 
è una complicazione inutile (si spende energia per fare qualcosa che la 
natura fa già "gratis"), ma non introduce nessun miglioramento in fatto di 
sicurezza : già oggi i reattori nucleari di tipo "occidentale", grazie al 
cosidetto "effetto Doppler" si spengono automaticamente allo scaldarsi del 
combustibile, senza bisogno di alcun intervento umano o di macchinari da 
attivare. Un incidente di questo tipo, detto di "criticità", fu quello di 
Chernobyl. Questo ovviamente da solo non dà alcuna sicurezza per incidenti 
di semplice perdita del refrigerante (anche se la reazione è spenta, il 
combustibile produce ancora tanto calore e per ancora molto tempo! Calore 
che se non smaltito porta alla fusione del combustibile come a TMI) come 
quello di Three mile island in Usa nel 1979, ma appunto faccio notare che in 
questo caso l' avere o non l' avere un acceleratore di particelle che si 
possa spegnere a comando non risolve assolutamente niente, oltre ad 
aumentare la complessità del sistema, a differenza di quanto solitamente 
viene detto e propagandato (magari in buona fede) 

 ha scritto nel messaggio 
news:k_-dnSTN1ZxifQ_R...@giganews.com...
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

 viene detto e propagandato (magari in buona fede) 
Nel caso del LIFE questo non e' vero. Il combustibile e' sistemato in
modo talmente "spalmato" che l'interruzione del flusso di neutroni
risulta anche in una cessazione del riscaldamento del combustibile.
Se legge il resto del thread, vedra' che il L.I.F.E. usa un generatore
di neutroni puntiforme centrale con un guscio distanziato di materiale
fissionabile (non serve neanche sia fissile) che non e' massiccio, ma
uno "strato" di spessore non eccessivo (non ho presente quanto, ma
suppongo si tratti di centimetri, forse alcune decine di centimetri,
quando scopro le dimensioni della camera, in base alla massa (40t) del
combustibile posso calcolare lo spessore).


 ha scritto nel messaggio 
news:bt-dnTtZ6eoE9g7R...@giganews.com...

NO! NO! NO!
Non c'è NESSUNA differenza tra il calore di decadimento (cioè dovuto al solo 
fatto che il combustibile è molto radioattivo) dopo che la reazione è stata 
bloccata in un reattore tradizionale rispetto ad uno alimentato ad un 
acceleratore di particelle, si evita certamente Chernobyl (cosa che avviene 
già oggi nei reattori odierni), ma non Three mile islands.
Mi dispiace molto che anche lei stia magari involontariamente contribuendo a 
diffondere questa che è solo una terribile leggenda metropolitana 

 attivare. Un incidente di questo tipo, detto di "criticità", fu quello di 
Ovviamente dipende dal tipo di reattore, moderatore, refrigerante ed
altri fattori, ma l'effetto Doppler non rischia di avere importanza a
temperature così elevate che può essere già avvenuta la distruzione del
combustibile e della guaina ? A quel punto possono essere avvenuti altri
fenomeni, uno su tutti la completa evaporazione del moderatore.
Però posso anche sbagliarmi.

 Però posso anche sbagliarmi.
No, non direi proprio questo, prendi per es. l' incidente di Three mile 
islands, il combustibile arrivò parzialmente a fondersi (e il reattore andò 
perso), nonostante la reazione fosse spenta - ricordo che un istante dopo la 
reazione è spenta, il reattore produce ancora se ricordo bene ~ il 7 per 
mille della potenza termica nominale, cioè ad es. alcune decine di MW 
termici per un reattore da 1000 MWe (sufficiente per danneggiarlo in maniera 
definitiva come a TMI). In questo, sostenere di avere o non avere una 
sorgente di neutroni (a parte l' enorme complicazione aggiuntiva che ne 
inficia i costi) che si può spegnere a piacere è totalmente ridicolo, 
completamente antiscientifico (oltretutto in una reazione a catena, tra una 
generazione di neutroni e la successiva passano frazioni infinitesime di 
secondi, per cui solo il tempo in cui si decide di spegnere la reazione è 
già *troppo*, il danno sarebbe già fatto !) 

Non parlo del calore di decadimento, perché hai già scritto tutto quello
che serviva, ma l'effetto doppler è un fenomeno differente che non
riguarda il decadimento radioattivo.
E prima di poterci fare affidamento, intervengono altri meccanismi
naturali o meno (rimozione, riduzione densità, aumento dei vuoti del
moderatore, inserzione veleni), per questo esprimevo dubbi sulla grande
efficacia dell'assorbimento per risonanza.
Sempre che non mi sbaglio, eh.

 dalla massa di materiale che si trasforma in energia.
Non era E=m*C*C ? 

 diffondere questa che è solo una terribile leggenda metropolitana 
Ovvero ?
So benissimo che al momento in cui cessa il bombardamento di neutroni,
gli atomi che hanno appena assorbito un neutrone continuano senza freno
il loro ciclo di decadimento, ciclo che produce calore e che visto che
ci vogliono circa alcune decine di minuti per la fase piu' energetica,
significa questi atomi rilascerano il grosso dell'energia nel ...
futuro... rispetto al momento di spegnimento del generatori di neutroni.
Ma cio' e' un problema quando si ha a che fare con l'equivalente di un
corpulento elefante (o dinosauro, per chi preferisce il paragone con
l'idea di qualcosa di antidiluviano). Se invece si ha qualcosa di
equivalente, ad esempio, ad un albatros ... questo calore di decadimento
non ha luogo ove concentrarsi ...



ovvero e = m * c * c ?
si e' perso il mio messaggio di alcune ore fa ? :-)

 Alla prossima (uno di tre se seguite il follow-up)
Deboni, ma che razza di scemenza e' questa di un post a puntate che
comincia in un newsgroup e finisce in un altro?


Hai visto questo?
http://www.nuclearnews.it/news-361/il-futuro--dei-reattori-pebble-bed/
Il futuro dell'energia nucleare sono i reattori chiamati pebble bed 
(letteralmente "a letto di ciottoli"). Lo sostiene Jay Lehr, direttore 
scientifico dello Heartland Institute, ente no profit per lo sviluppo 
ambientale, sociale ed economico.
Il pebble bed è un modello sono ancora in fase di sviluppo, e non è ancora 
mai entrato in funzione in nessun Paese, ma secondo Lehr «promette di 
eliminare molti degli ostacoli che hanno impedito finora una diffusione 
maggiore dell'energia nucleare».
L'idea di base, elaborata negli anni Cinquanta dallo scienziato nucleare 
tedesco Rudolf Schulten, segna un grande cambiamento rispetto ai reattori 
tradizionali: nel nocciolo verrebbero inserite, anziché le normali barre di 
combustibile, una grande quantità di piccole sfere di ceramica (i 
"ciottoli"), grandi come palle da tennis, ognuna delle quali conterrebbe a 
sua volta una piccola sferetta di uranio. Una versione con 360.000 sferette 
avrebbe una potenza di 120 MW.
Il vantaggio principale, secondo Lehr, sta nella sicurezza intrinseca della 
tecnica, che eliminerebbe il rischio della fusione del nocciolo e ridurrebbe 
molto i costi per i sofisticati apparati di sicurezza dei reattori attuali. 
All'aumento della temperatura, infatti, l'uranio in ogni sfera assorbe 
sempre più neutroni, rallentando la reazione, che si ferma quando si 
raggiungono i 900 gradi. La sfera di ceramica, che agisce così da 
moderatore, resiste invece fino a 2000 gradi: la fusione del nocciolo 
diventa dunque impossibile. Inoltre l'uso come fluido refrigerante 
dell'elio, un gas inerte, evita il rischio che possa acquistare 
radioattività.
Per quanto riguarda l'efficienza, potendo operare a temperature superiori, 
il pebble bed può raggiungere valori più alti del 50% rispetto ai reattori 
convenzionali: a parità di uranio consumato fornisce molta più elettricità.
Un altro lato positivo è che non serve spegnere il reattore per il 
rifornimento di combustibile: in qualsiasi momento si possono inserire nuove 
sfere e togliere quelle usate (che possono essere reimmesse se risultano 
ancora produttive). Infine, i reattori pebble bed sono modulari: sono 
piccoli reattori che possono essere usati in zone con minori fabbisogni, o 
assemblati con altri per potenze maggiori.
Attualmente la ricerca sui reattori pebble bed è attiva negli Stati Uniti, 
in Cina, in Olanda e in Sudafrica.

 ha scritto nel messaggio
news:i708tv$9k6$1...@nnrp.linuxfan.it...

Esatto, tutti i fenomeni che dici, chiaramente ognuno caratteristico di una
certa tipologia di reattore, sono indipendenti dall' intervento umano, non
serve per nulla una sorgente attiva di neutroni (che anzi semmai complica
maladettamente il reattore)

 
http://www.nuclearnews.it/news-361/il-futuro--dei-reattori-pebble-bed/
Certo, ne abbiamo parlato tanto in passato prima che il Sud Africa, che li
aveva inizialmente adottati, per ragioni economiche causa crisi ne ha
rallentato lo sviluppo. Sono già esistiti 4 propotipi negli anni '70-'80 in
Germania ed Usa (tra l' altro usando anche il torio) e sia Cina che Giappone
hanno un piccolo prototipo funzionante. Questa tecnologia risolve i problemi
di sicurezza che si diceva, ovvero la tipologia di incidenti tipo Three
mile islands.
http://pebblebedreactor.blogspot.com/2007/04/germany-built-first-pebble-bed-reactor.html
http://pebblebedreactor.blogspot.com/2007/03/china-has-built-pebble-bed-reactor.html
Purtroppo il fatto di contenere il combustibile in "pebble" così compatte
rende molto difficile se non praticamente del tutto impossibile il riciclo
delle scorie e quindi vengono meno tutte le considerazioni di sostenibilità
(ovvero sfruttamento del 100% delle risorse naturali) e riduzione delle
scorie (che rimangono tal quali, essendo il riprocessamento enormemente
costoso, se si vuole questo oggi potrebbe essere un più in termini di 
proliferazione)
Personalmente preferisco la tecnologia dei reattori a combustibile liquido
in particolare iaccoppiata all' uso del torio
http://en.wikipedia.org/wiki/Molten_salt_reactor
perchè all' opposto dei pebble bed rendono molto semplice il riciclo del
combustibile radioattivo e il drastico abbattimento delle scorie, ci sono 
già stati un
paio di prototipi di gran successo, hanno una compattezza che i PB non hanno
(il combustibile liquido è a pressione atm) e nella versione più semplicata
che usa un mix di uranio e torio sono disponibili praticamente già oggi,
consumando solo 1/5 o un 1/10 di uranio dei reattori oggi in funzione (cosa
che anche senza un ciclo completamente autofertilizzante rende cmq l' uranio
una fonte praticamente illimitata)
http://memagazine.asme.org/Articles/2010/May/Too_Good_Leave_Shelf.cfm
http://www.ornl.gov/sci/ees/ntpo/presentations/

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Nel NG it.discussioni.energia e' stato chiesto di limitare la lunghezza
dei posti, la richiesta mi e' parsa ragionevole e quindi scrivo i post a
puntate.
In quanto alla scemenza, abbiamo discusso piu' che a sufficienza se e'
opportuno o meno proseguire un cross-posting con un multi-thread.
La invito a tollerare la mia posizione (direi piu' che bene argomentata)
che un cross-posting sia piu' opportunamente proseguito con un thread in
un UNICO gruppo, in cambio del fatto che tollero coloro che invece
insistono a fare il cross-threading.


 Roberto Deboni

 Puoi essere piů preciso?
E' tutto spiegato nel seguito, ma se lei si rifiuta di seguire il
follow-up e leggersi le altre due parti dell'apertura del thread, non
posso farci nulla.
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