Questo articolo del blog spiega perché la tecnologia di decontaminazione è considerata la fase più critica nel processo di smantellamento delle vecchie centrali nucleari. Esamina i principi della rimozione delle radiazioni e le sfide tecniche che ne derivano, delineando le condizioni essenziali per uno smantellamento sicuro.
Il 19 giugno 2017, l'Unità 1 della centrale nucleare di Kori, in Corea del Sud, ha cessato definitivamente le operazioni. Operativa da 40 anni, l'Unità 1 di Gori ha subito diversi incidenti, tra cui un blackout completo nel febbraio 2012. Questi casi hanno costituito una prova fondamentale a sostegno della tesi a favore della chiusura e dello smantellamento degli impianti nucleari obsoleti. Con l'interruzione delle operazioni, l'Unità 1 di Gori è ora entrata nel processo di smantellamento, che richiederà almeno 30 anni fino al ripristino del sito. Lo smantellamento di una centrale nucleare si riferisce al processo di gestione sicura ed economica di vari tipi di impianti nucleari che hanno raggiunto la fine della loro vita operativa. Poiché il lavoro deve essere eseguito in condizioni che comportano esposizione alle radiazioni, lo smantellamento nucleare richiede tecnologie che integrino diverse discipline come la chimica, l'ingegneria delle radiazioni e l'ingegneria meccanica. Questo articolo del blog si propone di spiegare le strategie e i processi di smantellamento nucleare, nonché il futuro della tecnologia di smantellamento nucleare.
Le strategie di smantellamento delle centrali nucleari vengono determinate in base a variabili tecniche e politiche regionali. Sono ampiamente classificate in smantellamento immediato e smantellamento differito, in base al periodo di attesa prima dell'inizio dello smantellamento. Lo smantellamento immediato prevede di attendere che i livelli di radiazione negli edifici e nel sito scendano al di sotto di una certa soglia prima di procedere con lo smantellamento. Questa strategia consente lo smantellamento in un periodo relativamente breve, circa 15 anni, e facilita il successivo ripristino ambientale. Tuttavia, è criticata per l'elevato rischio di esposizione alle radiazioni, poiché i lavori devono procedere mentre è ancora presente una certa radioattività, e per la generazione di grandi quantità di scorie radioattive. Al contrario, lo smantellamento differito prevede di attendere che i materiali radioattivi decadano naturalmente prima di procedere con lo smantellamento. La gestione dell'impianto in attesa del decadimento dei materiali radioattivi richiede circa 60 anni, mentre la sigillatura dell'impianto con strutture in calcestruzzo richiede oltre 100 anni. Sebbene il processo di decontaminazione a lungo termine riduca i rischi di esposizione alle radiazioni e la produzione di scorie, presenta dei limiti: elevati costi di gestione continua e difficoltà nel ripristino ambientale e nel riutilizzo del sito dopo lo smantellamento.
Lo smantellamento di una centrale nucleare prevede sei fasi: spegnimento, preparazione allo smantellamento, decontaminazione, smantellamento, smaltimento dei rifiuti e ripristino ambientale. I processi principali sono la decontaminazione e lo smantellamento, che rimuovono le radiazioni dall'interno dell'impianto. La decontaminazione è una tecnologia che rimuove selettivamente solo le parti contaminate dalle radiazioni; la quantità di rifiuti radioattivi può essere ridotta a seconda della tecnologia di decontaminazione applicata. Tra i principali obiettivi della decontaminazione figurano le vecchie condutture dell'acqua di raffreddamento e il sottile e duro film di ossido, spesso diversi micrometri (μm), formatosi sulla superficie del combustibile nucleare esaurito. Questo film di ossido contiene vari contaminanti, tra cui il cobalto radioattivo fuoriuscito dal combustibile nucleare. Per rimuovere questo materiale, difficile da rimuovere direttamente da esseri umani o macchine, sono state sviluppate diverse tecnologie di decontaminazione. Metodi rappresentativi includono l'iniezione alternata di soluzioni contenenti agenti riducenti e ossidanti per pulire recipienti e tubazioni, o la spruzzatura di acqua ad alta pressione all'interno dell'impianto per l'ablazione delle superfici. Sono in corso anche ricerche per migliorare l'efficacia della decontaminazione utilizzando soluzioni decontaminanti in schiuma, che hanno una superficie maggiore rispetto ai liquidi.
Lo smantellamento è il processo di taglio e smantellamento dell'intero impianto dopo la decontaminazione. L'elemento più impegnativo da gestire in questo processo è il combustibile nucleare esaurito. I reattori sono difficili da decontaminare completamente e il combustibile nucleare stesso emette forti radiazioni, creando un ambiente in cui gli operatori umani non possono eseguire direttamente le attività di smantellamento. Pertanto, i bracci robotici sostituiscono gli operatori umani nello smantellamento. Gli operatori aprono il coperchio del reattore, inseriscono un braccio robotico collegato a una gru e lo sigillano. Il braccio robotico taglia con precisione solo le sezioni contaminate, le posiziona in contenitori e, al termine del lavoro, le trasporta in un impianto di trattamento dei rifiuti radioattivi. I robot per lo smantellamento delle centrali nucleari devono funzionare stabilmente in condizioni difficili, come l'esposizione alle radiazioni, e poiché gestiscono materiali radioattivi, le capacità di controllo di precisione a distanza sono essenziali. In Corea, il Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) sta sviluppando un robot da taglio per lo smantellamento dell'Unità 1 della centrale nucleare di Gori, mentre l'Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia di Ulsan (UNIST) ha annunciato l'intenzione di sviluppare robot per lo smantellamento nucleare. In particolare, il robot in fase di sviluppo da parte del KAERI è progettato per eseguire ispezioni dei reattori durante il funzionamento dell'impianto e, nella fase di smantellamento, per essere dotato di bracci in grado di tagliare e saldare.
Un'altra sfida critica è lo smaltimento dei rifiuti radioattivi rimanenti dopo la disattivazione. I rifiuti radioattivi sono classificati come a bassa o alta attività in base alla loro concentrazione di radioattività. I rifiuti a bassa attività possono essere compattati, solidificati nel cemento e interrati a diversi metri di profondità. Il problema, tuttavia, riguarda i rifiuti ad alta attività. La maggior parte dei rifiuti ad alta attività è costituita da rifiuti solidi vetrificati generati durante il riprocessamento del combustibile esaurito. La tecnologia per il loro smaltimento completo non è ancora stata sviluppata. Il metodo più realistico prevede l'interramento dei rifiuti in formazioni geologiche profonde, ad almeno 300 metri di profondità, e l'installazione di muri di cemento per bloccare le perdite di radiazioni. Tuttavia, anche questa non è ancora considerata una soluzione completa a causa di problemi come l'inadeguatezza dei criteri per la selezione dei siti di smaltimento.
I rifiuti radioattivi non si limitano ai solidi. Come si è visto nell'incidente nucleare di Fukushima, possono essere generati anche grandi volumi di acqua contaminata contenente materiali radioattivi. A Fukushima sono in funzione impianti di depurazione che separano le sostanze radioattive facendo passare l'acqua contaminata attraverso zeolite altamente assorbente. Tuttavia, questo metodo non rimuove le sostanze radioattive; al contrario, le accumula nei filtri o nei corsi d'acqua dell'impianto, creando infine nuovi rifiuti radioattivi. Nel 2017, il Korea Atomic Energy Research Institute ha sviluppato una tecnologia per purificare l'acqua contaminata radioattiva utilizzando microrganismi. Questa tecnologia prevede l'introduzione di microrganismi resistenti alle radiazioni nell'acqua contaminata. Attraverso reazioni di solfurazione biologica, converte il cesio radioattivo in forma cristallina e lo precipita. È considerata una tecnologia ecologica perché rimuove efficacemente il cesio, che è generalmente difficile da precipitare, senza generare ulteriori rifiuti.
Secondo il Nuclear Safety and Information Center, la vita operativa di 12 reattori nucleari coreani, tra cui l'Unità 1 di Gori, è prevista per il 2030. Con l'aumento del numero di reattori obsoleti, la domanda e la necessità di tecnologie per lo smantellamento nucleare aumenteranno in modo significativo. Non solo la Corea, ma anche paesi fortemente dipendenti dall'energia nucleare come Francia, Regno Unito e Stati Uniti si trovano ad affrontare crescenti oneri derivanti dall'invecchiamento dei reattori. Tuttavia, a differenza della Corea, dove le fondamenta istituzionali non sono ancora pienamente consolidate, questi paesi hanno già sviluppato politiche e tecnologie per lo smantellamento nucleare. Tra i modelli rappresentativi figurano l'approccio guidato dal governo (Francia, Regno Unito), in cui il governo guida i progetti di smantellamento, e l'approccio guidato dal settore privato (Stati Uniti, Germania), in cui le aziende private guidano lo smantellamento mentre il governo si occupa della regolamentazione, della gestione e della supervisione.
Sviluppare tecnologie per lo smantellamento nucleare è tutt'altro che semplice, richiedendo una complessa integrazione di tecnologie in diversi settori e procedendo per fasi nell'arco di decenni. Per smantellare in sicurezza le vecchie centrali nucleari coreane e, inoltre, contribuire a risolvere la sfida globale dello smantellamento nucleare, sono essenziali lo sviluppo e gli investimenti continui in questa tecnologia.
