energia dal nucleare

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ENERGIA DAL NUCLEARE ENERGIA DAL NUCLEARE ENERGIA DAL NUCLEARE ENERGIA DAL NUCLEARE Rifiuti radioattivi Rifiuti radioattivi Rifiuti radioattivi Rifiuti radioattivi Saverio Altieri DIPARTIMENTO DI FISICA NUCLEARE E TEORICA UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PAVIA ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE (INFN) SEZIONE DI PAVIA

Author: voxuyen

Post on 29-Jan-2017

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  • ENERGIA DAL NUCLEAREENERGIA DAL NUCLEAREENERGIA DAL NUCLEAREENERGIA DAL NUCLEARE

    Rifiuti radioattiviRifiuti radioattiviRifiuti radioattiviRifiuti radioattivi

    Saverio Altieri

    DIPARTIMENTO DI FISICA NUCLEARE E TEORICAUNIVERSITA DEGLI STUDI DI PAVIA

    ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE (INFN)SEZIONE DI PAVIA

  • ORIGINEDEIRIFIUTIRADIOATTIVIDALLA FISSIONE

    prodotti di fissioneprodotti di fissione

    DALLAFISSIONEDALLEREAZIONIDI CATTURANEUTRONICA

    ( ) ++ ++ YYXn AAA 11( )

    ++ YYXn ZZZ

    ++ +YAZ

    11

    Tutti i materiali immersi nel reattore in un

    attinidiattinidi Lecattureneutronichesuccessive su elementi

    Tuttiimaterialiimmersinelreattoreinuncamponeutronicodiventanoradioattivi

    successivesuelementipesantiapartiredaU238portanoallaformazionedeiformazionedeitransuranici(attinidi)contempididimezzamentodimigliaia

  • ILCICLODELCOMBUSTIBILEciclo aperto ciclo chiusocicloaperto ciclochiuso

    Rifiutiradioattivivengonoprodottiinognifasedelciclodelcombustibile checomprende:1 Estrazione e raffinazione del minerale grezzo1. Estrazioneeraffinazionedelmineralegrezzo,2. Lasualavorazioneelafabbricazionedelcombustibilenucleare(UF6earricchimento),3. Usonelreattore,4. Stoccaggiodelcombustibileesaurito,comerifiuto oriprocessamento edestrazionedelmaterialefissile

  • CLASSIFICAZIONEDEIRIFIUTIRADIOATTIVIC SS C O U O

    I rifiuti radioattivi a seconda dei nuclidi che contengono possono essere:Irifiuti radioattivi,aseconda dei nuclidi che contengono possono essere:

    emettitori emettitori emettitori emettitori

    Ognuna di queste radiazoni haundiverso potere di penetrazione nella materia e,g q p p ,quindi,richiede luso di unopprtuno materiale di schermo perproteggereluomo elambiente.

    Normalmente sono classificati inbasealla loro attivit comerifiuti :

    1. Abassa attivit (lowlevelwasteLLW),2. Amediaattivit (intermediatelevelwasteILW)3. Ad alta attivit (highlevel wastes HLW)3. Adalta attivit (high levelwastesHLW)

  • Rifiuti a bassa attivitRifiutiabassaattivitLowLevel Waste

    S tit iti d t t i tt i t t ti h t i lSono costituiti da carta,stracci,attrezzi,tute,guanti che contengono piccolequantit di rifiuti radioattivi abreve rempo di dimezzamento;rifiuti analoghi sonoprodotti anche negli ospedali,nei laboratori di ricerca enellndustria

    Nonsono particolarmente pericolosi da maneggiare,madevono essere eliminaticonuna cura maggiore rispetto ai rifiuti normali nonradioattivi.

    Disolito sono seppelliti intrincee superficiali.Perridurre il loro volumevengonocompattati oinceneriti (incontenitori chiusi)primadi essere eliminati.

    Rappresentano il 90%delvolume di tutti Irfiuti radioattivi;macontengono solol1%di tutta laloro radioattivit.

  • RifiutiamediaattivitIntermediate Level WasteIntermediateLevel Waste

    Contengono alte quantit di radioattivit epossono richiede luso di schermature.

    Sitratta di resine,fanghi chimici,componenti delreattore,comepurematerialicontaminati derivanti dal decommissioningdi unreattore.

    Rappresentano il 7%delvolume econtengono il 4%della radioattivit di tutti Irifiuti radioattivi.

    Possono essere solidificati nel cemento onel bitume primadi essere eliminati.

    Generalmente i rifiuti di questa classe connuclidi abreve tempodi dimezzamentoq p(derivanti principamente dai reattori)sono seppelliti abassa profondit.

  • RifiutiadaltaattivitHighLevel Waste

    DERIVANODALCOMBUSTIBILENUCLEAREESAURITO

    pu

    1. Essereriprocessato perestrarrelUresiduoeilPu(cicloaperto)1. Essereriprocessato perestrarrel UresiduoeilPu(cicloaperto)2. Essereconsideratotuttocomerifiuto(ciclochiuso)

    Rappresentano il 3% del volume totale ma contengono il 95% di tutta la radioattivitRappresentanoil3%delvolume totale,macontengonoil95%dituttalaradioattivit.Contengonoprodottidifissioneedelementipesantialunghissimavitamedia (attinidi)

    Tipo di Volume RadioattivitTipodirifiuto

    Volume(%)

    Radioattivit(%)

    La maggior parte dellaradioattivit contenuta in

    LLW 90 1

    ILW 7 4

    HLW 3 95

    un volume esiguo; unapiccola parte del volumetotale prodotto

    HLW 3 95

  • RifiutiadaltaattivitHighLevel Waste

    Composizione del combustibile nucleare esaurito:

    95% uranio 238 (riciclabile)1% uranio 235 (riciclabile)1% plutonio (riciclabile) 3% prodotti di fissione3% prodotti di fissione

    e attinidi (scorie ad alta attivit)

    Il ritrattamento consente il recupero e il riciclo del 97% del combustibile nucleare esauritocombustibile nucleare esaurito.

    Le scorie ad alta attivit rappresentano solo il 3% del combustibile nucleare esaurito.

  • RIPROCESSAMENTO( i l hi )(ciclochiuso)

    Gli elementi diGlielementidicombustibileirraggiatogeneranounagrandequantitdicaloree

    vengonoraffreddatipert t iuncertotempoin

    appositepiscine.

    Vascadistoccaggiocombustibileesauritogginunimpiantodiriprocessamento inUK

  • RIPROCESSAMENTO(ciclo chiuso)(ciclochiuso)

    Dissoluzione chimicaEstrazioneUePu97%

    Da1annodireattorea1000MWe230 Kg di Pu (MOX)

    separazionerifiutialtamente230KgdiPu(MOX)

    dausarecomecombustibile

    radioattivi

    Da1annodireattorea1000MWe

    vetrificazione

    1000MWe700KgDa1annodi

    reattorea1000MWe

    contenitorediacciaio

    1000MWe12canister1.3mx0.4m

    con400Kgdigvetrocirca3

    m3/anno

  • RIFIUTIVETRIFICATIINSTOCCAGGIOTEMPORANEO

  • RIFIUTIVETRIFICATIINSTOCCAGGIOTEMPORANEO

    Struttura del cask e inserimento dei flask contenenti le scorie

    t ifi tvetrificate.

  • NORIPROCESSAMENTO(ciclo aperto)

    Il combustibile esaurito se non viene riprocessato considerato tutto rifiuto.

    (cicloaperto)

    Viene incapsulato per uno stoccaggio temporaneo in attesa di uno stoccaggio alungo termine.

    Ilvolumerisultantecirca10 volte quello in10voltequelloincasodiriprocessamento

    Da1annodireattorea1000MWecirca2530tonnellate

    i 20 3/circa20m3/anno

  • VOLUMIDI RIFIUTIPRODOTTI

    Una centrale LWRda1000 MWe in 1 anno1000MWe in1annoproducecirca:

    200350m3 di LLWeILW

    no riprocessamentonoriprocessamento20m3 (27t)di HLWcomecombustibile esaurito (75

    3 l t i )m3 perlostoccaggio)

    si riprocessamento3m3 di HLWvetrificati(riprocessamento)(28m3perlostoccaggio)pe o s occagg o)

  • Solo per confrontoSoloperconfronto

    Centrale termoelettrica (gas, olio combustibile, carbone) da 1.000 MWe:

    combustibile movimentato da 1 a 2 Mtcombustibile movimentato da 1 a 2 MtCO2 da 4 a 7 MtCO da 600 a 2.000 tossidi di zolfo da 4.500 a 120.000 tossidi di azoto da 4.000 a 27.000 tossidi di azoto da 4.000 a 27.000 tparticolati in atmosfera da 1.500 a 5.000 tceneri da 25.000 a 100.000 tmetalli pesanti nelle ceneri da 1 a 400 t

  • RifiutiabassaemediaattivitLLWeILW

    Generalmente i rifiuti di questa classe connuclidi abreve tempodi dimezzamento perdono

    CONDIZIONAMENTO

    laloro radioattivit inunperiodo massimo di 300anni.

    Possono essere solidificati nel cemento onel bitume primadi essere eliminati.

    sono seppelliti abassa profondit.

  • RifiutiabassaemediaattivitLLWeILW

    STOCCAGGIODEFINITIVO

  • RifiutiabassaemediaattivitLLWeILW

    STOCCAGGIODEFINITIVO

    Forsmark (Svezia) Oskarshamn (Svezia) Gorleben (Germania) Konrad (Germania)( )

    Morseleben (Germania)

    Depositi definitivi per materiali a bassa emedia attivit (il 95% dei materiali

    LAube (Francia)

    media attivit (il 95% dei materialiradioattivi prodotti negli impiantinucleari) sono in esercizio in quasi tutti ipaesi industriali (in Italia no). La Manche (Francia)El Cabril (Spagna)

  • RifiutiadaltaattivitHighLevel Waste

    Il problema delle scorie ad alta attivit in via di soluzione sistematica attraverso le ricerche sulla separazione e sulla trasmutazione delle componenti ad alta attivit e a lunga vita.

    Il riciclo di uranio e plutonio (MOX) riduce il periodo di decadimento di un fattore 20.

    RADIOTOSSICIT RELATIVA

    La trasmutazione degli attinidi minori riduce ancora il periodo di decadimento di un fattore 1000 1000.

    La fattibilit del processo di trasmutazione stata gi dimostrata nellambito del

    RADIOTOSSICIT DEL MINERALE DI URANIOdimostrata nellambito del programma di ricerca francese Atalante.

    Le tecniche in fase di sviluppo Le tecniche in fase di sviluppo in Francia, Regno Unito, Stati Uniti, Russia e Giappone consentiranno di ridurre il tempo di decadimento a circa tempo di decadimento a circa 300 anni (come per i materiali a bassa e media attivit).

  • RifiutiadaltaattivitHighLevel Waste

    Il deposito finale delle scorie vetrificate o degli elementi dicombustibile irraggiati non riprocessati richiede il lorocombustibile irraggiati non riprocessati richiede il loroisolamento dallambiente per un periodo di tempo moltolungo

    Il modo migliore per la conservazione la loro sepoltura ing p pformazioni geologiche stabili e secche a circa 500 metri diprofondit.

    Dopo circa 10.000 anni, la maggior parte degli isotopiradioattivi contenuti nelle scorie decaduta. La radioattivittotale delle scorie sarebbe paragonabile alla radioattivitnaturale del minerale di uranio scavato in minieranaturale del minerale di uranio scavato in miniera.

  • RifiutiadaltaattivitHighLevel Waste

    Per assicurare che per un tale lungo periodo di tempo non vi siano rilascii ifi i i di di i i ll bi l i d ll i significativi di radioattivit nellambiente, la protezione delle scorie pensatasecondo il principio delle barriere multiple, ossia: Immobilizzazione delle scorie in una matrice insolubile (es. vetri(

    borosilicati, rocce sintetiche, matrici ceramiche); Incorporazione in contenitori sigillati resistenti alla corrosione (es.

    contenitori in acciaio inox);contenitori in acciaio inox); Incorporazione dei contenitori sigillati in matrici di argilla e bentonite per

    impedire il contatto con lumidit dellaria; Sepoltura delle scorie in depositi profondi ricavati in formazioni geologiche

    stabili da decine di milioni di anni.Per arrivare in contatto con luomo e lambiente tutte queste barrierePer arrivare in contatto con l uomo e l ambiente tutte queste barriere

    dovrebbero essere superate e la probabilit che questo avvenga infinitesima.

  • I I DepositiDepositi DefinitiviDefinitivi

    Negli USA le scorie di alto livello prodotte dallindustria nucleare civile Negli USA le scorie di alto livello prodotte dall industria nucleare civile vengono trattenute in deposito temporaneo presso gli impianti. Il programma americano prevede di incapsulare questi elementi di

    b tibil i i ti di d it li t t l d itcombustibile irraggiati e di depositarli permanentemente nel deposito finale sotterraneo di Yucca Mountain, nel Nevada. Negli USA esistono gi due depositi definitivi: quello di Carlsbad, nel New Mexico, e quello di Savannah River, nella Carolina del Sud, che ospitano, allinterno di una formazione salina, scorie nucleari militari.

  • PROGETTOAMERICANO

  • PROGETTOAMERICANO

  • Waste Management for Spent Fuel from Nuclear Power ReactorsSpent Fuel from Nuclear Power Reactors

    Country Policy Facilities and progress towards final repositories

    Belgium ReprocessingCentral waste storage & underground laboratory established Construction of repository to begin about 2035 p y g

    Canada Direct Disposal Underground repository laboratory establishedRepository planned for use 2025China Reprocessing Central spent f el storage in LanZhoChina Reprocessing Central spent fuel storage in LanZhou

    Spent fuel storages in operationLow & intermediate-level repositories in

    Finland Direct Disposal operation since 1992Site near Olkiluoto selected for deep repository for spent fuel, from 2020

    France ReprocessingTwo facilities for storage of short-lived wastesSite selection studies underway for deep repository for commissioning 2020

  • GermanyReprocessing but moving to

    Low-level waste sites in use since 1975Intermediate-level wastes stored at AhausGermany but moving to

    direct disposal Spent fuel storage at Ahaus and GorlebenHigh-level repository to be operational after 2010 India Reprocessing Research on deep geological disposal for HLWIndia Reprocessing Research on deep geological disposal for HLW

    Japan Reprocessing

    Low-level waste repository in operationHigh-level waste storage facility at Rokkasho-mura since 1995Japan Reprocessing mura since 1995Investigations for deep geological repository site begun, operation from 2035 Sit f fi l di l d i ti ti

    Russia ReprocessingSites for final disposal under investigationCentral repository for low and intemediate-level wastes planned from 2008

    South Korea Direct Disposal

    Central interim HLW store planned for 2016Central low- & ILW repository planned from 2008Investigating deep HLW repository sites

    Spain Direct Disposal

    Low & intermediate-level waste repository in operationFinal HLW repository site selection program for commissioning 2020.

  • Central spent fuel storage facility in operation since 1985

    Sweden Direct Disposal

    1985Final repository for low to intermediate waste in operation since 1988Underground research laboratory for HLWDisposal Underground research laboratory for HLW repositorySite selection for repository in two volunteered locationslocations Central interim storage for high-level wastes at Zwilag since 2001Central low and intermediate-level storages

    Switzerland ReprocessingCentral low and intermediate-level storages operating since 1993Underground research laboratory for high-level waste repository with deep repository to bewaste repository, with deep repository to be finished by 2020.

    United ReprocessingLow-level waste repository in operation since 1959.High level waste is vitrified and stored at SellafiledKingdom Reprocessing High-level waste is vitrified and stored at SellafiledUnderground HLW repository planned.

    USA DirectThree low-level waste sites in operation2002 d i i t d ith l i l itUSA Direct Disposal 2002 decision to proceed with geological repository at Yucca Mountain

  • InEuropa unapartedelcombustibileirraggiatotenutoindeposito

    pressogliimpiantinellattesadeldepositodefinitivo. Larestantepartevieneriprocessata opressol'impiantodi

    Sellafield nelRegnoUnitoopressolimpiantodiLaHague inFrancia. l l d l Luranioeilplutoniorecuperatidalriprocessamento sonorestituitiaiproprietaridelcombustibile(ilplutoniosottoforma di combustibile MOX) mentre i prodotti di fissioneformadicombustibileMOX)mentreiprodottidifissionesonovetrificati,sigillatiincontenitoridiacciaioinossidabileeraccoltiindeposititemporaneioritornatiailegittimip p gproprietariconlobbiettivodiesserepoiconservatineidepositidefinitivisotterraneinazionali.

  • LaSveziapossiedeundepositotemporaneounicoperilcombustibileirraggiato(aCLAB,vicinoallacittdiO k h ) h i di di i ilOskarshamn)ehainprogrammadicondizionareilcombustibilesenzariprocessarlo ediraccoglierloinundeposito geologico definitivo entro il 2015depositogeologicodefinitivoentroil2015.

    LaFinlandiastacostruendoundepositogeologicodefinitivoaOlkiluoto,neipressidelnuovoimpiantonucleareEPR., p p

    LaFrancia,nellaregionedellaMeuse,a445metridiprofondit,stapredisponendogalleriesperimentaliinunaformazionediargillestabileda155milionidianni.

    Svizzera,ilCanadaeilGiapponestannoapprontandodepositidefinitivi.

  • InItaliasonoindeposito

    circa55.000m3 diLLWeILW circa 8 500 m3 di HLW circa8.500m3 diHLW.

    Entro il 2025 dovranno rientrare in Italia anche 235tonnellate di combustibile esausto provenientedagli impianti nucleari italiani (Caorso 190tonnellate, Trino 32 tonnellate e Garigliano 13tonnellate) attualmente in Francia per iltrattamento e il condizionamento.