Fisica degli eventi rari e l'incidente di Fukushima

1. Fisica degli eventi rari e l'incidente di Fukushima • La ricerca sugli eventi rari: • Interazioni dei neutrini da reattori (~MeV) • Interazioni delle WIMPS ( da qualche diecina di keV) • Decadimento beta doppio senza neutrini (~qualche di MeV) • Riduzione del fondo dovuto a • Raggi cosmici => laboratori sotteranei • Radioattivita’ ambientale => opportune schermature • Il caso del Piombo Romano (Privo di 210Pb con t1/2 =20.3 anni) • Spettroscopia gamma => rivelatore al germanio • Radioattivita’ => naturale e/o androgena • - Rivelatori di alta sensibilita’ per rivelare contaminazioni minime 1

2. Bequerel, Pierre e Marie CurieScoperta della radioattivita’

3. Gli spettri g in natura Radionuclide fossile Radionuclide cosmogenico Radionuclide fossile 1460.8keV:40K Radionuclide cosmogenico 477.6keV:7Be 1460.8keV:40K 477.6keV:7Be Radionuclide di origine antropica(Chernobyl) Radionuclide di origine antropica(Chernobyl) 661.6keV:137Cs Famiglia 232Th 661.6keV:137Cs Famiglia 232Th 238.6keV 238.6keV 583keV 2614keV 583keV 911keV 2614keV 911keV 352kev 609.4keV 1120.4keV 609.4keV 1764keV 352kev 1764keV 1120.4keV Famiglia 238U Famiglia 238U 440 1326 2211 3

4. Il piombo romano

5. volte Energiadilegamedei nuclei Eb = Wb /A => Fissione e fusione 5

6. La fissione nucleare Con neutroni termici (~0.025 eV) o veloci Reazione a catena piu’ comune ntermico+ 235U => X + Y + 2.47 nveloci = > rallentati con moderatore(grafite H2O , D2O ecc.) X e Y sono ricchi di neutroni e decadono b * n + 232Th => 233Th -b => 233Pa-b=> 233U 6

7. Energia dei neutroni Reazione a catena Purtroppo prime bombe al 239Pu (Alamagordo, Nagagashi) e all’ 235U (Hiroshima) 7

8. Le scorie 89Se => 89Br => 89Kr => 89Rb => 89Sr => 50.5 giorni in 89Y 90Br => 90Kr => 90Rb => 90Sr => 29.1 anni in 90Y =>2.67 gin 90Zr 131 In => 131 Sn => 131 Sb => 131 Te => 131 I =>8.04 gin 131 Xe 132 In => 132 Sn => 132 Sb => 132 Te =>3.6 g In 132 =>2.28 a in 132 Xe 134 Sn => 134 Sb => 134 Te => 134 I => 134 Xe => 134 Cs => 2.06a in 134 Ba 137 Te => 137 I => 137 Xe => 137 Cs => 30.17 a in 137 Ba 8

9. Reattori con neutroni termici A grafite, acqua leggera e pesante per produzione di isotopi radioattivi,di ricerca , di analisi, di potenza Il primo reattore (200 watt) 9

10. Fattore k

12. Il reattore LENA di Pavia 12

13. 13

14. I reattori di potenza’ I reattori piu’ comuni con 235U: Caorso. Mio turbinoso passato!=>oscillazioni del neutrino A grafite =>Chernobyl Ad acqua leggera => bollente (BWR) Fukushima => a pressione (PWR) Three Mile Island Ad acqua pesante (HWR) Tre soli incidenti con un reattore di potenza Three Mile Island) (PWR) 1979 (Mancanza del quarto sistema di raffreddamento) Fusione del 60% del nocciolo Emissione molto limitata di radiazione Lavoratori 30-40 mSv 33 Sv x uomo su 2 milioni di abitanti Altre conseguenze 14

15. Reattori con neutroni termici:A grafite => Funziona anche con Uranio naturale=> molto moderatore, Uranio metallico (alta densita’) => produzione di Plutonio => possibilile produzione di idrogenoAd acqua leggera Light Water Reactors (LWR)=> Boiling water reactors (BWR) L’acqua sotto forma di vapore viene fatta circolare nelle turbine . Esempio Caorso.Solo barre di controllo => Pressure Water Reactors (PWR) L’acqua mantenuta in fase liquida dalla alta atmosfera passa da un circuito primario ad uno secondario. L’acqua con Boro Che diminuisce => .Normalmente due contenitoriVVER in Russia (Chernobyl) e Trino VercelleseAd acqua pesante (Canada) Canadian Deuterium Uranium (HWR) => possono usare Uranio naturale L’acquapesante rallenta meglio

16. Effetti della radiazione Sievert (Sv) => joule/kgxQ Esposizione media => alcuni mSv/anno Dose popolazione => < 1 mSv/anno professionisti < 20 mSvb/anno Dose mortale (50% in 30 giorni) => 2.5-4.5 Sv Morte addizionle per tumore => 25 Sv/milione Dosi “spesso non considerate” Radioterapia e radiodiagnostica (1/5 , 1/3 , 1/20)210Pb e 210Podei fumatori -> ~1/3 in piu’ Arricchimento Metodi: calotron,diffusione, centrifughe, ecc.Varie percentuali di 235U: Uranio naturale => 0.7% Uranio per reattori di potenza=>3-5% Piccoli reattori => ~20 % Bombe => ~90 % 16

17. L’ EVENTO CHERNOBYL RBMK acqua bollente inizialmente progettati per scopo militare Grafite funzionante come moderatore( 0 12 m e h = 0 7 m) Potenza termica => 3200 Mwatt => elettrica 1000 Mwat

18. Cosa e’ successo • 1.00 del 25.4.1986 Si riduce la potenza per pertarla da 3200 a 700-800 Mwatt • 13.05 potenza a 1600 Mwatt . Si disinserisce uno dei turboalternatori • 14.00 Si isola il sistema di raffreddamento di emergenza violando le norme di sicurezza. Per richiesta di energia da Kiev si ritarda di 9 ore l’ esperimento • 23.00 si inizia la riduzione di potenza • 23.10 potenza previstoa per l’esperimento 700-1000 Mwatt Il reattore crolla a 30 Mwatt • 1.00 del 26.4.86 Si riesce a portare la potenza a soli 200 Mwatt. solo 6-8 barre • 1.03 Si aggiungono due pompe alle 6 in funzione :Flusso eccessivo • 1.10 Si estraggono tutte le barre di controllo • 1.22 ' 30 ''Il computer segnala la necessita’ di spegnere Gli operatori non obbediscono • 1.23 ' 04 C Si chiude la valvola di ammissione vapore-turbina per proseguire per inerzia . Il sistema di sicurezza bloccherebbe il reattore, Viene disinserito .Reattore a 200 Mwatt senza asportazione di calore Aumento di temperatura e potenza. • 1.23 ' 40 '' Gli operatori a premere AZ-5 .le barre non si inseriscono • 1.24 ' 00 '' La potenza diverge => due esplosioni ( vapore e idrogeno formato da acqua su zirconio). Scoperchiano il reattore , distruggono l’n edificio, proiettano, gas , polvere , grafite ecc. Grafite a 2000 gradi brucia • Giorni successivi . Incendio cala con 5000 tonn di dolomite,carburo di Boro, sabbia, piombo => aumento temperatura=> aumento emissione di radioattivita 18

19. Sarcofago 19

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21. Pomeriggio 30 aprile 1986 21

22. 26.6.1986 22

23. 2-3 maggio 1986 23

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27. Misura al Gran Sasso 27

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29. Misureoggi 29

30. A (Larix) in the Minoprio park 30

31. The corresponding 137Cs activity as a function of the year 31

32. Rozites Caperata 32

33. Perdita del 137Cs da una fonderia Spagnola 1998) 33

34. 137Cs in mushrooms 34

35. Misure sul vino in Francia 35

36. Activity of 137Cs in Bordeaux wine 36

37. L’ incidente spagnolo del giugno 1998 37

38. Fukushima • Alle 14,46 ora locale, 6,46 ora italiana, dell’ 11 marzo 2011 Terremoto magnitudine 8.9 • 55 reattori => interessati 11 • Fukushima reattori 1,2,3 si fermano altri 3 gia’ fermi • Aumento pressione- rilascio gas radioattivo • Evacuazione trenta chilometri e dose di iodio

39. 15 aprile 2011

40. Misure a Milano-Bicocca Marzo 15-18 Nessuna attivita’ salvo 137Cs (~0.5/m3 ) Chernobyl=> Marzo 24-28 131I, 134Cs and 137C=>Gennaio – Marzo 28 (5 filtri)

41. Prima misura

44. KEK,Milano,Seattle

48. Stato attuale Emergency at Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant → Summary of Reactor Status: Unit 1, 11 May 2011 → Summary of Reactor Status: Unit 2, 11 May 2011 → Summary of Reactor Status: Unit 3, 11 May 2011 Overall, the situation at the Fukushima Daiichi nuclear power plant remains very serious. • =>Reduce radiation levels in the reactor building by installing a • filtered air circulation system (completed), remove rubble, • decontaminate and install shielding; • =>Recalibrate existing reactor pressure vessel water level and • pressure instruments and install additional reactor pressure • vessel water level gauges to improve monitoring of conditions • inside the reactor pressure vessel; • =>Install primary and secondary closed-loop cooling systems; • Flood the containment to provide a water supply for the primary • system. • Fresh water is being injected as necessary into the spent fuel pools of Units 1 - 4.

49. Cosa fare?

50. Europa 149 reattori => 134 TW => 30% potenza elettrica 26 entro 200 km dai confini Parlarne di meno => saperne di piu’