L’evoluzione della sicurezza negli impianti nucleari

1. L’evoluzione della sicurezza negli impianti nucleari F. Parozzi CESI RICERCA, Dipartimento Sistemi di Generazione Responsabile del Gruppo di Ricerca sulla Sicurezza per gli Impianti Industriali e per il Nucleare Innovativo ENERGIA NUCLEARE E NUOVE TECNOLOGIE: RIFLESSIONI SU SICUREZZA ED AMBIENTE Lezioni Lincee di Fisica Università di Milano Bicocca - Dipartimento di Fisica G.P.S. Occhialini, Milano, 2 Aprile 2009

2. contenuto della presentazione • Potenziali conseguenze di un incidente grave • Approccio alla sicurezza dei primi impianti nucleari • L’individuazione degli scenari incidentali di riferimento • Gli incidenti realmente accaduti • La sicurezza dei reattori di ultima generazione • Nuove tipologie di reattore allo studio

3. L’esposizione alle radiazioni ~3-4 mSv/y 1 mRem = 10-5 Sv fonte: Princeton University

4. L’impianto elettronucleare schema di un tipico impianto nucleare ad acqua in pressione PWR: 2/3 delle centrali sono dotate di reattori di questo tipo

5. La fissione nucleare a catena controllata

6. I fenomeni associabili ad un possibile incidente grave

7. I fenomeni associabili ad un possibile incidente grave • La reazione nucleare viene interrotta perché vengono inserite le barre o sostanze che bloccano i neutroni • Si spegnerebbe comunque quando non c’è più l’acqua, che funge da moderatore della reazione a catena • Il combustibile del reattore (dove sono presenti le sostanze radioattive) si surriscalda se privato del raffreddamento a causa del calore di decadimento delle sostanze radioattive stesse

8. I fenomeni associabili ad un possibile incidente grave Se il nocciolo si degrada, vengono rilasciati prodotti radioattivi quanto più elevata è la temperatura

9. Approccio alla sicurezza dei primi impianti nucleari Valutazioni della US Nuclear Regulatory Commission molto prudenti agli esordi della tecnologia Approccio sperimentale al comportamento di componenti e sistemi Quantificazione “conservativa” delle possibili conseguenze

10. Approccio alla sicurezza dei primi impianti nucleari 1950: definizione area di sicurezza attorno agli impianti 1957: studio di possibili differenti scenari incidentali correlati alla quantità di radionuclidi generati nel reattore e al cedimento delle barriere di protezione 1962: definizione del Source Term standard (91 % dello iodio in forma elementale) ai fini del licensing

11. Il concetto di “incidente di progetto” La sicurezza di ciascun impianto fa riferimento all’incidente o guasto di riferimento (DBA: Design Basis Accident), per il quale l’impianto, le strutture e i sistemi di emergenza devono garantire la salute e la sicurezza della popolazione esterna

12. Il concetto di “incidente di progetto” L’incidente di riferimento (DBA) deve ovviamente essere “credibile” e costituire un inviluppo di tutte quelle situazioni in grado di innescare un pericolo per cui è necessario adottare protezioni e sistemi di emergenza negli impianti LWR, ad esempio, è una perdita massiccia dell’acqua di raffreddamento causata da rotture meccaniche

13. Il concetto di “incidente di progetto” Nel caso della progettazione di un edificio, ad esempio, le protezioni di sicurezza sono giustificabili a seconda delle situazioni: • antisismica • antincendio • allagamenti e alluvioni • esplosioni di gas • attacchi terroristici • impatto di aerei • caduta di meteoriti

14. Gli scenari che vanno oltre l’incidente di progetto Nell’ipotesi, più remota, che anche i sistemi di emergenza si guastino, l’impianto nucleare può andare incontro ad una situazione incidentale grave, con il rischio di rilascio di forti dosi di radioattività all’esterno

15. Gli scenari che vanno oltre l’incidente di progetto 1975: definizione delle sequenze incidentali che possono portare alla fusione del nocciolo e al rilascio di radionuclidi (WASH-1400, noto anche come "Rapporto Rasmussen") Probabilistic Risk Assessment (PSA) (valutazione probabilistica del rischio) Livello 1  selezione sequenze incidentali di fusione del nocciolo Livello 2  arriva a valutare i rilasci di radioattività all’esterno Livello 3  arriva a valutare le conseguenze per la popolazione

16. L’analisi affidabilistica Viene utilizzata per selezionare gli scenari incidentali di riferimento anche più gravi alberi di guasto alberi degli eventi

17. Risultati dell’analisi affidabilistica La tecnologia dei reattori ad acqua di tipo occidentale, in quasi mezzo secolo di esperienza, ha consentito di raggiungere standard di sicurezza superiori a quello di altre tecnologie energetiche Le vecchie centrali (Generazione II) probabilità di incidente grave  10-6 -10-4 per ogni reattore-anno Le centrali di ultima generazione (Generazione III e III+) probabilità di incidente grave  10-6 per ogni reattore-anno

18. Gli incidenti realmente accaduti L’incidente di Chernobyl (Ucraina)del 1986 (esplosione reattore, fusione nocciolo e incendio) ha scarsa rilevanza per la sicurezza degli impianti nucleari moderni (cattivo progetto, norme di sicurezza violate, nessun edificio di contenimento) Due tecnici della centrale uccisi dall’esplosione Delle squadre di soccorso, altri 28 morti entro quattro mesi dall’incidente e altri 19 negli anni successivi Circa 135 mila abitanti delle aree circostanti costretti ad abbandonare la zona Sensibile incremento di casi di tumore alla tiroide registrato nel nord dell’Ucraina e in Bielorussia

19. Gli incidenti realmente accaduti impatto radiologico molto pesante significativa contaminazione della zona

20. Gli incidenti realmente accaduti L’incidente di Three Mile Island (USA) del 1979 (fusione di gran parte del nocciolo) ha fornito molte informazioni per stimare realisticamente le conseguenze radiologiche di un incidente in un impianto di tipo LWR (il più comune: l’88% degli impianti mondiali) Dimostrata l’importanza del contenitore di sicurezza impatto radiologico modesto nessuna contaminazione della zona Dose media individuale stimata su 2 milioni di persone ~1 mRem Dose massima nei pressi dell’impianto < 100 mRem fondo naturale della zona: 100-125 mRem annui fondo naturale nel Lazio: 150 mRem annui 5000 mRem annui sono il limite inferiore, cautelativo, al di sotto del quale non è riscontrabile incidenza tumorale nella popolazione esposta

21. Mediante studi ed esperimenti...

22. ... sono stati resi più sicuri gli impianti attuali Strategie volte all’accident management Sistemi aggiuntivi di mitigazione

23. ... e gli impianti che verranno costruiti prossimamente Impedimento del contatto tra “corium” e calcestruzzo del basamento Strategia nippo-statunitense raffreddamento del vessel dall’esterno per impedirne il cedimento

24. Livelli di sicurezza dei nuovi impianti Impedimento del contatto tra “corium” e calcestruzzo del basamento Strategia europea  sfogo del corium fuso su superficie di raccolta e raffreddamento (core-catcher)

25. Livelli di sicurezza dei nuovi impianti Gli impianti di Generazione III+, come il francese EPR, sono progettati per fronteggiare anche gli eventi incidentali più gravi senza richiedere un piano di evacuazione della popolazione circostante

26. Verso i reattori di IV Generazione • Sostenibilità: devono avere riflessi positivi anche nel lungo termine (buon impatto sull’ambiente, efficiente utilizzo del combustibile, minimizzazione delle scorie) • Economicità:trasparenza nei costi dell’intero ciclo produttivo e competitività con le altre fonti energetiche • Affidabilità e sicurezza:bassissima probabilità di incidenti e non devono richiedere piani di emergenza • Anti-proliferazione: non attraenti per la produzione di armi nucleari e per attacchi terroristici in pratica, hanno l’obiettivo di rendere la fonte nucleare più “matura”, superando gli ostacoli presentatisi nel suo primo mezzo secolo di storia

27. IV Generazione (dopo il 2030): i 6 concetti più promettenti

28. Le ricerche sulla sicurezza hanno quindi nuovi obiettivi • studio di nuovi tipi di combustibile e di comportamento dei reattori • test sul comportamento di nuovi materiali in condizioni prototipiche • analisi dell’attivazione di materiali strutturali ai fini di costruire mappature precise dei campi di radiazione dell’isola nucleare • interazioni chimiche (fuoco da sodio, fenomeni di trasporto) • messa a punto di nuove strumentazioni di misura • education & training

29. Riferimenti consigliati The Role of Nuclear Power in Europe (studio World Energy Council) www.worldenergy.org/publications/309.asp Energy to 2050 - Scenarios for a Sustainable Future. Rapporto International Energy Agency (IEA) http://www.iea.org/Textbase/publications/free_new_Desc.asp?PUBS_ID=1226 SARNET, A Network of excellence federating European research on core meltdown reactor accidents http://www.sar-net.org/ ENEA - Rapporto Energia e Ambiente 2006 http://www.enea.it/produzione_scientifica/volumi/V2007_06_REA2006.html