La Ricerca Nucleare oggi

Qualche giorno fa Yossarian mi ha girato un link di un blog dove un autore (si parlava di Fukushima) si chiedeva (in modo retorico) se e perchè qualcuno facesse ancora ricerca sul nucleare civile. Tralasciando ogni polemica, la risposta è positiva e senza andare a fare ricerche approfondite, vi sintetizzo ad esempio una news di pochi giorni fa (qui il link originale)

“USA – il Dipartimento dell’energia statunitense ha selezionato 68 progetti potenzialmente in grado di produrre sostanziali avanzamenti nella ricerca in campo nucleare.”
Lo stanziamento totale è di circa 60 milioni di dollari. Circa 31 milioni sono stati assegnati a 43 progetti universitari. In particolare 3,5 milioni per migliorare le infrastrutture (reattori nucleari di ricerca) di 4 università.
Le aree di ricerca finanziate includono il ciclo del combustibile, lo sviluppo e dimostrazione di nuovi reattori, simulazione e modellazione avanzate e cybersecurity.

Altri progetti riguarderanno: sensori avanzati, nuovi materiale, lo sviluppo di una facility XRD-CT (tomografia a diffrazione di raggi X), combustibili a prova di incidenti. Circa 3 milioni finanzieranno l’utilizzo, da parte dei ricercatori, delle facility di ricerca delle università e dei laboratori Idaho National Laboratory.

Nell’annunciare i finanziamenti, il Segretario all’Energia ha detto di essere convinto del ruolo dell’energia nucleare come fattore di decarbonizzazione dell’offerta energetica statunitense.”

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Piccolo ma Veloce

Qualche tempo fa abbiamo pubblicato un post sul progetto coreano PGSFR per sviluppare un reattore veloce, che attingerà dalle tecnologie realizzate anni fa ad Argonne.
Oggi vi parliamo di un’azienda che sta proponendo un progetto simile, ma orientato allo sviluppo di un SMR, anzi di una “pila nucleare”, anche se piuttosto corposa …


Arcnuclear presenta il progetto di un reattore veloce raffreddato a sodio, ripensato come sistema molto compatto ma privo del sofisticato sistema di riciclo del combustibile pensato per l’EBR-2 originale.

Lo scopo è realizzare un reattore che possa erogare energia per ben 20 anni senza rifornimento/sostituzione del combustibile. Questo è fattibile sfruttando un arricchimento iniziale molto elevato, ma al di sotto del 20% nel rapporto U-235/U-238. Tale valore è considerato la soglia oltre il quale il combustibile diventa potenzialmente utilizzabile per scopi militari.

Inoltre il reattore sfrutterebbe la fissione di almeno una parte dei transuranici prodotti dalla fissione dell’uranio 235. Infine il sistema è pensato per una potenza massima di circa 100 MWe (260 MWt), che lo qualifica come altro esempio di SMR. L’energia è generata da una turbina a gas, con elevata efficienza.

Molta enfasi è posta nel sottolineare le capacità anti-proliferazione del progetto. Estrarre del fissile utilizzabile a scopi militari da questo reattore appare in effetti estremamente difficile. Anche le caratteristiche di sicurezza intrinseca sono convincenti, basati sull’architettura a “pool” del sistema di raffreddamento a sodio.


Nella figura sotto una rappresentazione del reattore come riportato dal sito di Arcnuclear.

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FLEX: la risposta USA a Fukushima

Abbiamo ripubblicato nel post precedente (grazie a Nucleareeragione) un interessante aggiornamento sulla situazione a Fukushima.

Oggi vi diamo visibilità di come questo drammatico incidente abbia avuto ripercussioni negli USA, in particolare come siano state rafforzate le misure di sicurezza per la flotta di reattori civili in funzione (attualmente 99). Tutti gli accorgimenti elencati sotto dovranno essere adottati, in tutti i reattori americani, entro il 2016 (con qualche eccezione).
Il piano di miglioramento consiste in otto punti principali, elaborati sull’analisi dell’evento giapponese:

1) Preparazione di equipaggiamento d’emergenza sia nei pressi dei reattori che in due centri nazionali di Incident Response (Memphis e Phoenix).

2) Miglioramento della strumentazione di controllo per le piscine di raffreddamento

3) Preparazione di una linea guida, per gli operatori dei reattori, in tema di incidenti altamente critici. La NRC chiederà agli operatori di valutare periodicamente i piani di emergenza

4) Rivalutazione della sismicità per tutte le aree dove sono installati gli impianti (da completare entro il 2020)

5) Rivalutazione del rischio di inondazione per tutte le aree dove sono installati gli impianti (da completare entro il 2015)

6) Per i reattori con un design simile a quello di Fukushima (BWR Mk 1), installazione di un sistema di venting di emergenza (entro il 2019)

7) Una serie di ispezioni, in particolare sui sistemi di protezione sismica e anti-allagamento, da parte di NRC

8) Attività di continuo interscambio di informazioni con le autorità giapponesi.

Nel complesso una dimostrazione efficace della politica “imparare dagli errori (e dalle sventure) degli altri”…

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PGSFR – “The Argonne Legacy “

Qualche settimana fa avevamo pubblicato un post riguardo l’intraprendenza della Corea del Sud in campo nucleare.

E’ notizia di pochi giorni fa di un accordo fra USA e SudCorea che permetterà a quest’ultima di riprocessare il combustibile esausto dei propri reattori (che non sono pochi… ben 24). Un altro aspetto interessante del nuovo accordo è l’accesso dei coreani ad una serie di tecnologie nucleari che sono state sviluppate negli USA. Fra queste di particolare rilievo sono le metodologie di trattamento pirometallurgico dei combustibili nucleari in forma metallica.


Queste tecnologie erano state sviluppate negli anni 80-90 in particolare nel laboratorio di Argonne  in parallelo con lo sviluppo di EBR-IIIFR, dei reattore veloci raffreddati a sodio. Per chi volesse approfondire questo glorioso capitolo della tecnologia nucleare, consiglio questo libro: Plentiful Energy

In sintesi questi studi hanno permesso di sviluppare un progetto di reattore veloce accoppiato ad un innovativo metodo di ritrattamento del combustibile, interessante in particolare per le sue caratteristiche anti-proliferazione. Il progetto più recente scaturito da questi studi è il S-PRISM.


E grazie a questo accordo, la Corea del Sud inizierà uno sviluppo congiunto con Argonne Labs per sviluppare  il PGSFR (Prototype Generation-IV Sodium-cooled Fast Reactor), un reattore della quarta generazione, che potrebbe essere l’evoluzione ed il complemento dell’attuale flotta di LWR coreani.

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Batterie Nucleari

Le cosiddette “pile atomche” sono sistemi che sfruttano l’energia emessa dal decadimento radioattivo di isotopi instabili. I decadimenti alfa e beta sono quelli più interessanti (e pratici da sfruttare). Infatti da oltre mezzo secolo sono state messe a punto batterie “BetaVoltaiche” e “Alfavoltaiche” che sfruttano l’energia rilasciata da decadimenti beta e alfa.

Le batterie atomiche sono state usate principalmente dove era essenziale la densità di energia e la stabilità nel tempo dell’alimentazione. In particolare nel settore medico (Peacemaker) e spaziale (generatori RTG, ne abbiamo parlato qui). Altre soluzioni invece utilizzano direttamente le particelle beta (elettroni) per ricavare corrente. I sistemi BetaVoltaici sono stati usati come peacemaker, utilizzando Trizio e Promezio, che sono emettitori Beta puri.

Recentemente si sono aperte nuove prospettive per le batterie BetaVoltaiche. Con uno studio appena uscito dell’Università del Missori (QUI), il concetto di batteria Betavoltaica ha trovato una nuova veste. Si è riusciti a sfruttare l’effetto di radiolisi nell’acqua, mediante una nanostruttura di platino e ossido di titanio.

Il risultato è un sistema in grado di produrre energia elettrica per tempi prolungati (funzione del tempo di dimezzamento del radionuclide) ed efficienza elevatissima (oltre il 50% del rapporto fra densità di potenza prodotta e densità di potenza emessa dal radionuclide).

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Un Reattore molto “Fashion”

Se vi capitasse di navigare sul sito http://starcorenuclear.ca, fareste un po’ di fatica a capire che si tratta del sito web di una start-up nucleare…Gli autori hanno compreso l’importanza della corretta comunicazione e hanno realizzato un sito che andrebbe benissimo per il mondo fashion… Anche la rappresentazione dell’impianto sembra più una suite fantascientifica che un sito per produrre energia…

Il progetto di quest’azienda canadese è in realtà sofisticato e ambizioso. In primo luogo hanno individuato una fascia di mercato specifica a cui indirizzare il progetto: la produzione di energia per località isolate, non facilmente connettibili alle grid ed in situazioni geoambientali sfavorevoli.

In Canada ad esempio, molte località medio-piccole e molti siti industriali (paradossalmente i siti per l’estrazione del petrolio dagli scisti bituminosi) si trovano in questa situazione.

Descrizione del reattore

Il reattore proposto è uno SMR, con potenza elettrica di 20 MW elettrici, dimensionato per erogare anche 10 MWt di gas ad alta temperatura. La tecnologia scelta è infatti HTGR, con combustibile “pebble-bed” TRISO. Da un punto di vista tecnologico si propongono altre idee originali.

il sistema di raffreddamento è a tre circuiti: elio ad alta pressione, azoto per quello intermedio e vapore surriscaldato per il terzo. Il ciclo combinato utilizzato permette la generazione, oltre che di elettricità, di vapore ad alta temperatura per usi industriali.


Il progetto prevede una collocazione completamente sotterranea (non è ben chiaro come venga gestito il calore residuo). Uno dei motivi dell’installazione “bunkerizzata” è che si propone una modalità di utilizzo “unattended”. Il sistema a regime sarebbe sostanzialmente privo di presidio, monitorato da remoto attraverso tre network indipendenti ad alta affidabilità.
Il modello economico propone una forma di leasing: il costruttore venderebbe l’energia, facendosi carico del costo capitale per l’intero ciclo di vita (compreso il decommissioning) dell’impianto.

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Small Reactors – Big Companies

Abbiamo parlato molte volte degli SMR (Small-Medium o Small Modular Reactors), un’architettura che sta guadagnando consensi nei progetti dei futuri reattori. Inoltre recentemente gli USA hanno concesso finanziamenti pubblici per incentivare questo tipo di soluzione (sia a livello di ricerca che di incentivi: pochi giorni fa questa direttiva).

Sebbene parecchi di questi progetti siano portati avanti da piccole aziende o addirittura start-up, anche i giganti si stanno muovendo in questo campo. Fra le compagnie più rappresentative la storica Westinghouse Electric (… di proprietà Toshiba dal 2006), che aveva proposto un SMR riciclando alcune tecnologie del suo AP-1000, un reattore di Generation 3+, del quale sono in costruzione sei esemplari nel mondo (Cina e USA).

Il progetto Westinghouse (qui la pagina ufficiale) era stato in realtà “congelato” dalla compagnia qualche anno fa, a causa dello stallo nei nuovi ordini e da una incertezza nelle intenzioni del governo USA e dell’agenzia NRC nei riguardi dei nuovi progetti. Tuttavia pochi giorni fa la stessa NRC (dopo tre anni…) ha dato l’approvazione ai test proposti dal costruttore per verificare la sicurezza del reattore in caso di LOCA. Sebbene non sia la certificazione definitiva è un segnale importante della validità del progetto, come sottolineato dal costruttore stesso.

Il progetto Westinghouse è un PWR integrale da 225 MWe, con alcune soluzioni per il raffreddamento passivo, in caso di emergenza, realizzate per il fratello maggiore AP-1000. Il focus del progetto (come si evince dalla descrizione sul sito del costruttore) è un sistema compatto, economico e con necessità di manutenzione ridotta. La definizione “PWR integrale” fa riferimento all’integrazione nel vessel di sistemi che nei progetti PWR convenzionali sono all’esterno del vessel: pressurizzatore e generatori di vapore.

Alcuni vantaggi sono:

1) eliminazione delle maggiori penetrazioni nel vessel: i grandi tubi che portano il refrigerante nel vessel non sono più necessari (minimizzazione del rischio LOCA)

2) più efficace circolazione naturale (alcuni progetti SME possono addirittura evitare l’uso di pompe: non è il caso del progetto Westinghouse ma ad esempio di NuScale)

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Test Nucleare (…) effettuato in Italia

Niente panico: il titolo esteso era “Test (di un componente innovativo di un SMR) effettuato in Italia.

Scherzi a parte: uno dei più promettenti progetti di SMR è quello della statunitense NuScale,  azienda nata da uno spin-off di un’università con un progetto di reattore LWR di piccola taglia.

Parleremo nei dettagli del progetto in un prossimo post. Oggi vi segnaliamo che un prototipo di uno dei generatori di vapore (estremamente compatto rispetto a quelli dei generatori di vapore nei reattori “convenzionali”) è stato collaudato presso un’azienda specializzata in test termo-idraulici: la SIET di Piacenza.

L’azienda è infatti certificata anche per questo tipo di valutazioni. Gli auditor della NRC statunitense hanno seguito i test e validato le misurazioni senza riscontrare evidenze significative.

Nella foto riportata sotto l’installazione del generatore di vapore nel building di prova.

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Inventiva Teutonica – DFR

Ricevo da quel matto di Yos e pubblico volentieri!:

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ueeeè,.. chi ha detto che i nostri amici tedeschi sono privi di fantasia..? Girando per internet, ho trovato un progetto grandioso, fortissimo: seguitemi.. Immaginatevi un reattore dal design completamente nuovo, che si porta a casa i seguenti vantaggi:

  1. Sicurezza intrinseca, basata sulla fisica e non su sistemi tecnologici
  2. Può utilizzare come combustibile una miscela di vari fissili e fertili. In particolare può essere usato come “burner” di rifiuti nucleari, oppure come breeder
  3. Il fluido termovettore che produce è a temperature altissime: quindi alta efficienza nella produzione elettrica
  4. In virtù del punto precedente, adatto a erogare calore per usi industriali o per desalinizzare acqua marina
  5. Altamente resiliente alla diversione del fissile per usi bellici
  6. Infine design estremamente compatto: un vessel da 1 GWth avrebbe una dimensione di un cubo di 2 metri di lato
  7. Come ci si aspetta da un progetto tedesco:-).. la parte economica! ERoEI stimato pari a 2000 per un reattore da 1,5 GWe

Prima di scrivere il link dove DOVETE precipitarvi per vedere che non è uno scherzo, alcune info sull’architettura e un paio di disegnini…

L’idea di base è un reattore a combustibile liquido (MSR). Il colpo di genio è questo: il combustibile in sali fusi ha il suo circuito idraulico, ma il refrigerante primario è completamente separato e scorre in un altro circuito. Infine il refrigerante è piombo!

Quindi un fast reactor, con spettro neutronico “hard” (niente moderatore, quindi niente grafite con le sue menate)  ed economia neutronica eccezionale. La possibilità di tenere separato il circuito del combustibile a sali fusi da quello del refrigerante permette di tenere quest’ultimo ad alte temperature, da qui l’efficienza stellare.

Qui il sito, qui il report con dettagli tecnici. Leggetelo, vi stupirà!!!

Yossarian

P.S. non copiatelo subito, l’hanno già brevettato🙁

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Smart Reactor – Smart Country

Quiz: secondo voi qual è il paese che sta investendo maggiormente nel nucleare civile?

  1. USA
  2. Russia
  3. Corea del Sud
  4. Italia

Ok, non era difficile, no? (andando per esclusione…)

USA: no. L’industria nucleare statunitense è in notevoli difficoltà, soprattutto per la concorrenza dello shale gas locale e delle rinnovabile con relativi sussidi

Russia: molti reattori in progetto, ma forti difficoltà finanziarie

SudCorea: risposta esatta! Insieme alla Cina è il paese su cui si sono fatti importanti investimenti (24 reattori in funzione, filiera tecnologica sviluppata internamente) ed i risultati arrivano.

Quattro anni fa i coreani hanno battuto tutti nella commessa per i reattori sauditi (si, Arabia Saudita) ed è notizia di pochi giorni che svilupperanno sempre con i sauditi il progetto del loro SMR: SMART è un reattore di piccola taglia (100 MWe), ad alta sicurezza. Qui maggiori dettagli

Ah… intanto un altro reattore coreano è stato certificato NRC

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Nucleare contro la sete

Riprendo una News da Phys.org:

http://phys.org/news/2015-02-russia-egypt-aim-nuclear-power.html

Uno dei nuovi reattori che Rosatom costruirà in Egitto servirà anche a desalinizzare l’acqua del Mediterraneo (l’impianto sorgerà a Dabaa).

 Non è una novità (dettagli ad esempio QUI), ma erano molti anni che non si sfruttavano impianti nucleari a questo nobile scopo.

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Ancora una start-up nucleare

Il panorama delle start-up che propongono nuovi reattori si sta affollando… Oggi vi parlo di X-Energy (qui il link al sito web).

Start-up americana, affiliata ai una grande azienda di ingegneria esperta in alta tecnologia, X-Energy propone un reattore di piccole dimensioni (quindi rientra negli SMR), caratterizzato dalle seguenti soluzioni:

  • Potenza 125 MW, circa 45 MWe
  • Reattore Termico
  • Ad alta temperatura, raffreddato ad elio
  • Combustibile semi-fluido (“Pebble”), moderato a grafite

E’ quindi un HTGR, proposto in installazioni modulari, interrati e corazzati per ridurre le minacce esterne.

Qui trovate una descrizione più completa del progetto.

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LFTR spiegato in 5 minuti

Cos’è un  LFTR: Liquid Flouride Thorium Reactors

Video non recentissimo ma esplicativo 🙂

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PB-FHR – questa è innovazione

Il progetto pionieristico di cui vi parliamo oggi oggi è particolarmente interessante, in quanto riunisce molte caratteristiche innovative, già viste in differenti disegni innovativi.

Si tratta di un progetto di ricerca del Department of Nuclear Engineering University of California, Berkeley, con il supporto del MIT e del US Department of Energy.
A questo link trovate un esauriente report tecnico, ma in sintesi ecco le caratteristiche principali.
Per cominciare è un reattore termico ad alta temperatura, raffreddato con sali fusi e moderato a grafite. In più è concepito come un SMR, quindi una centrale sarebbe costituita da una molteplicità di reattori di piccola taglia (circa 100 MWe), costruiti in serie.

Il reattore userebbe come combustibile delle sferette di 3 cm di diametro, contenenti Uranio arricchito (molto arricchito: 19,9% di U235).  Un simile approccio era stato usato nel THTR e a Fort S. Vrain.
Un’altra caratteristica davvero innovativa fa riferimento alla parte “non-nucleare” dell’impianto. Grazie alle elevate temperature del fluido di raffreddamento, è previsto l’utilizzo di una turbina a gas come generatore di elettricità (ciclo Brayton) ed è previsto che al tradizionale funzionamento “base-load” del reattore, si possa aggiungere una modalità peculiare. Il sistema potrebbe fornire un quantità supplementare di energia, utilizzando gas naturale iniettato nella turbina, ad esempio durante i periodi elevata richiesta di carico.

Si tratta di una proposizione rivoluzionaria, essendo a tutti gli effetti un sistema ibrido nucleare e convenzionale. Evidentemente l’obiettivo è quello di ottenere un costo del kWh competitivo in uno scenario energetico caratterizzato da costi aggressivi del gas naturale.

I lettori più attenti ricorderanno che non è la prima idea di combinazione fra sistemi nucleare e convenzionale: si veda ad esempio questo progetto del 2010.

Sotto una figura con lo schema di principio del reattore, tratto dal report citato.
Buona lettura

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“Today’s renewable energy technologies won’t save us”

Che eresia. Da dove arriva questa anticonformista dichiarazione? Ecco la storia..

Dal 2007 Google aveva iniziato ad investire in modo rilevante nelle energie rinnovabili. Inoltre aveva lanciato un progetto denominato: “RE<C Initiative” indirizzato all’individuazione di fonti rinnovabili più economiche del carbone.

Ma nel 2011 Google ha chiuso il progetto.

Uno dei team leader del defunto progetto spiega QUI le motivazioni…

Buona lettura …

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