Principi di base sul Nucleare energetico al Torio

 

L' articolo, originariamente scritto nel 2014 su richiesta di Edoardo Magini di GreenEnergyJournal, viene riportato qui a distanza di 2 anni a causa della chiusura del sito.

Nell’ ambito del dibattito sul nucleare il grosso della popolazione profana si suddivide in due gruppi, chiamati impropriamente e semplicisticamente ‘del si’ e ‘del no’; questi Si e No sono due filosofie di pensiero generalmente legate ad argomenti inerenti la sicurezza per la salute umana e l’ inquinamento da radiazioni, e in seno a queste due fazioni è facile trovare estremismi e semplificazioni in ambi i sensi.

 

C’ è però una terza posizione, che in realtà esisteva già all’ epoca del dibattito negli anni ’80 ma che è arrivata all’ attenzione dei più soltanto all’ ultima consultazione referendaria, che riesce a trovare un punto di contatto tra le due fazioni del Si e del No: una posizione che potremmo chiamare “del dipende come”. A questa fazione appartengono persone che si dichiarano pronte a sostenere (o quanto meno accettare) la tecnologia basata sulla fissione nucleare qualora fossero soddisfatte determinate condizioni; se alcune di queste condizioni sono relative alle misure di sicurezza, alla distanza delle centrali dai centri abitati, alla particolare cura nei controlli medici dei dipendenti etc, altre sono relative al processo in sé, che viene considerato il vero nocciolo della questione. In sostanza un gruppo abbastanza nutrito di persone, tra le quali parecchi scienziati, sostiene che si debba abbandonare la classica fissione dell’ Uranio per mirare alla fissione del Torio.

 

Il Torio è un elemento proveniente principalmente da alcuni minerali della crosta terrestre detti ‘delle terre rare’, la fonte principale attualmente è considerata la Monazite (un minerale fosforico) nelle sue varianti Monazite-Ce (contenente principalmente Cerio) e Monazite-Sm (contenente principalmente Samario); le riserve mondiali di Torio al 2005 erano stimate in circa 2 milioni di tonnellate (la zona del pianeta più ricca in Torio è il sub-continente indiano), circa 3 volte più abbondanti delle stime di Uranio sfruttabile dalla crosta terrestre. La caratteristica principale del Torio, nell’ aspettativa di un utilizzo nella tecnologia del nucleare, è  il fatto che non produce isotopi non fertili (cioè che non prendono parte alla reazione di fissione), cosa che assicura che la quantità utilizzata nell’ ambito di reazione sia effettivamente la quantità che interviene e contribuisce alla resa cinetica ed energetica della reazione stessa; questo fatto, unito alla maggiore disponibilità e alla maggiore facilità di reperimento, rende il Torio il candidato ideale per soppiantare l’ Uranio nella prossima tecnologia nucleare.

 

L' utilizzo del Torio per la produzione di energia nucleare é studiato da parecchi anni; già ne parlò diversi anni fa Carlo Rubbia, il quale auspicava reattori dedicati nei quali il Torio232 venisse sollecitato con un 'neutrone termico', sollecitazione tramite la quale il Torio viene promosso a Torio233 fortemente instabile che decadrebbe in Uranio233 che costituirebbe l' autentico fissile della reazione. Il vantaggio é che l' Uranio233 ha un tempo di emivita centinaia di volte inferiore a quello dei prodotti fissili di una reazione al Plutonio-Uranio. Ma il Torio può essere utilizzato anche nei reattori nucleari esistenti dei tipi ad acqua leggera, ad acqua pesante, e  ad acqua pesante pressurizzata. Ancora prima di Rubbia, esattamente nel 1958, fu Alvin Winberg a fare ricerche sulla possibilità di utilizzare il Torio, ma al tempo si parlava di reazioni che coinvolgevano sali fusi, precisamente Fluoruri di Torio. In realtà (questa tecnologia sta rinascendo nei dibattiti negli ultimi anni) il metodo sarebbe l' affogamento di Torio in una fusione di fluoruri di berillio e/o litio, ottenendo una miscela la quale viene fatta passare entro i tubi nel nocciolo del reattore (formato da un moderatore di grafite) dove avviene la reazione nucleare a catena. I reattori di questo genere necessitano di una temperatura superiore a quelli ad acqua leggera ma hanno un rendimento termodinamico superiore e operano ad una pressione molto bassa, vicino alla pressione atmosferica. Ciò riduce lo stress meccanico di tutto l' impianto il chè semplifica notevolmente la progettazione dell'impianto, migliorando di molto la sua sicurezza e riducendo di molto i costi. Nel caso di qualsiasi incidente infatti non si disperderebbe materiale radioattivo nell'ambiente circostante, come avviene nei reattori ad acqua leggera che operano con pressioni nel nocciolo di diverse decine o centinaia di atmosfere.

Lo schema d' impianto che venne proposto da Weinberg era simile a quello mostrato nell' immagine sotto:

 

La tecnologia a sali fusi é certamente quella più auspicabile nell' ottica di un passaggio al nucleare basato sul Torio, e non solo per i vantaggi già enunciati, ma anche perchè l' economia della sua reazione é garantita; la reazione che avviene in questo genere di reattori infatti é autoregolante e basata sulla concentrazione dei fluidi. In un sistema che funziona normalmente i sali fusi hanno una determinata concentrazione alla quale corrisponde un indice di reazione alla temperatura di esercizio. I sali fusi circolano entro dei tubi che ne limitano l' espansione... ciò significa che se per qualche motivo (mal funzionamento del moderatore, per esempio) la temperatura di reazione dovesse crescere il sistema tenterebbe di aumentare il volume della miscela (dilatazione termica dei fluidi) ma essendo questo reso impossibile dalle pareti dei tubi la miscela si diluirebbe, abbassando l' indice di reazione (= rallentando il processo di fissione) e di conseguenza raffreddandosi da sola.

 

E' importante tenere presente che già nel 1965 un reattore al Torio era stato realizzato in piccola scala da Winberg, ma non riuscì ad imporsi: l' urgenza di avere reattori nucleari nei somergibili in dotazione agli USA fece propendere per gli investimenti nel nucleare del tipo LWR (ad acqua leggera) e da allora si puntò quasi esclusivamente su questo genere di processo anche nell' uso civile, avendo ormai generato un modesto storico su cui appoggiarsi.

 

Nel frattempo però l' utilizzo del Torio non morì, anzi, la LightBridge (ex Thorium Power) ha prodotto su commissione per Westinghouse (una azienda specializzata in produzione di energia che di recente è diventata lo standard per le tecnologie al plasma) un tipo di reattore chiamato Seed & Blancket che utilizza il Torio in una normale tecnologia Plutonio-Uranio (precisamente utilizza ossido di torio-uranio) tramite una densa griglia di barre come mostrato nell' immagine seguente:

 

 

Il Seed & Blancket di LightBridge é tecnologicamente pronto ad entrare nel mercato energetico, solo in attesa dei permessi dalla commissione statunitense sull' energia nucleare e dei primi investitori.

Reputiamo che la tecnologia al Torio sia già matura, sia estremamente vantaggiosa e più sicura rispetto al nucleare classico, e che nei prossimi anni vedremo proliferare i primi modelli su larga scala.