Il Torio Elemento Occultato dalla Scienza per un Futuro Nucleare

Non sono un amante dell’energia nucleare, ma una mente aperta si conviene quando si aprono spiragli i cui sviluppi sono ancora tutti da scoprire, considerato poi quello che le élite hanno in serbo per noi nel campo energetico di questi tempi.

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L’energia prodotta dalle centrali nucleari sta tornando in auge solo ora, perché è praticamente neutrale dal punto di vista climatico, ma i problemi sono rimasti gli stessi: Rifiuti e incidenti. Un progetto di reattore quasi dimenticato, basato sull’uso del torio al posto dell’uranio, potrebbe cambiare radicalmente la situazione.

L’energia nucleare ha molti vantaggi: genera molta energia da quantità molto ridotte di combustibile. Inoltre, la generazione di elettricità nei reattori a fissione nucleare non produce praticamente gas a effetto serra o particelle di fuliggine, per cui l’energia nucleare è neutrale dal punto di vista climatico e (in questo senso) ecologica.

La generazione di elettricità è indipendente dal tempo, dalle stagioni o dalla durata dell’insolazione. Ma naturalmente ci sono anche degli svantaggi: Il pericolo di un incidente nucleare che rilasci grandi quantità di radioattività è piccolo, ma non nullo: nell’improbabile caso di un incidente del genere, intere zone del territorio diventerebbero inabitabili. Soprattutto per gli Stati piccoli come la Svizzera, che non possono semplicemente trasferire la popolazione colpita in un altro angolo del Paese (perché l’intero Paese sarebbe colpito dalla catastrofe), il rischio, per quanto piccolo, sembra inaccettabilmente alto.

Un altro problema è rappresentato dai rifiuti radioattivi, per il cui smaltimento sicuro nessun Paese al mondo ha ancora trovato una soluzione definitiva. Il ritrattamento delle barre di combustibile esaurito, che consente di riutilizzare parte del combustibile incombusto, è costoso, pericoloso e incontra sempre più spesso resistenze politiche.

Anche l’uso militare improprio della tecnologia nucleare è problematico: con lievi modifiche alla tecnologia necessaria per trattare l’uranio da bruciare nelle centrali nucleari, si può produrre uranio altamente arricchito per costruire un tipo di bomba nucleare (bombe all’uranio). Il prodotto di scarto, il plutonio, può essere utilizzato per costruire un altro tipo di bombe atomiche (bombe al plutonio), ancora più facili da costruire e maneggiare rispetto alle bombe all’uranio.

La necessità di nuove centrali elettriche di grandi dimensioni

Abbiamo bisogno di nuove centrali nucleari in Svizzera? La domanda di elettricità aumenta ogni anno, mentre l’offerta è limitata. Soprattutto in Svizzera, dove circa il 40% dell’elettricità proviene da centrali nucleari e circa il 60% da centrali idroelettriche, è difficile aumentare ancora la produzione di elettricità.

Le fonti energetiche alternative hanno certamente un grande futuro (soprattutto l’energia solare, che ha il potenziale per superare un giorno tutte le altre fonti energetiche ne parleremo un’altra volta), ma anche con una forte promozione possono difficilmente coprire il consumo aggiuntivo, per non parlare del calo della produzione di energia nucleare (chiusura dei vecchi reattori) e di energia idroelettrica (cambiamento climatico).

Se nei prossimi anni non si annunciano scoperte spettacolari nel campo della fusione nucleare, la costruzione di nuove centrali nucleari è quasi inevitabile (le alternative, centrali a gas a ciclo combinato o elettricità proveniente dall’estero, non sono attraenti). Inoltre, l’elettrificazione del trasporto privato nei prossimi decenni (passaggio alle auto ibride, che nella prossima generazione potranno anche essere “rifornite” direttamente alla presa di corrente) farà letteralmente esplodere il consumo di elettricità.

E se avessimo a disposizione un nuovo tipo di reattore nucleare a fissione che avesse tutti i vantaggi dei reattori precedenti (più alcuni altri), ma che avesse tutti gli svantaggi solo in forma fortemente indebolita? Saremmo disposti a incoraggiare lo sviluppo e l’installazione di tali impianti, o siamo già troppo presi dalla mentalità del “nucleare è pericoloso”?

Il torio: l’alternativa dimenticata

L’alternativa si chiama: reattori al torio a fluoruro liquido. Quello che a prima vista sembra molto chimico e pericoloso è in realtà un concetto di reattore rivoluzionario, che vorrei presentare in modo più dettagliato qui di seguito. I reattori al torio non utilizzano l’uranio come combustibile, ma il torio. Questo elemento è circa tre volte più abbondante nella crosta terrestre rispetto all’uranio, per cui anche se dovesse essere utilizzato a livello mondiale, le forniture sarebbero assicurate per secoli.

Inoltre, nella sua forma naturale non è praticamente radioattivo (a differenza dell’uranio, che è radioattivo in minerali naturali come la pechblenda); l’emivita dell’unico isotopo presente in natura, il torio-232, è di oltre 14 miliardi di anni. Per rendere questo isotopo del torio fissionabile, deve essere bombardato con neutroni quindi si trasforma in torio-233, che a sua volta decade in proactinium-233 in pochi minuti. Questo deve ora essere protetto da un’ulteriore cattura neutronica, in modo che possa decadere – in circa 27 giorni – a uranio-233.

L’uranio-233, a sua volta, è un eccellente combustibile per reattori nucleari con cui mantenere una reazione a catena: sotto cattura neutronica, l’uranio-233 rilascia altri neutroni, che stimolano la fissione di altro uranio-233 – e incidentalmente convertono altro torio-232 in torio-233, completando così il ciclo. I prodotti di fissione dell’uranio-233 hanno una vita molto più breve: le scorie radioattive non irradierebbero più pericolosamente solo dopo circa 300 anni.

I nuclidi radioattivi a vita più lunga sono prodotti solo in quantità molto ridotte. Inoltre, la quantità totale di rifiuti radioattivi per energia utilizzabile è inferiore di circa 1000 volte. Ciò è dovuto principalmente al fatto che circa il 98% del combustibile viene effettivamente bruciato, a differenza del combustibile all’uranio, dove le barre di combustibile devono essere smaltite come rifiuti dopo circa il 2-5% di combustione (a seconda che si ricorra o meno al ritrattamento).

Sicurezza integrata

Il ciclo speciale del combustibile, in particolare la separazione del proactinium per proteggerlo dalle radiazioni neutroniche (questa separazione è necessaria perché altrimenti i neutroni disponibili per il reattore sono troppo pochi per mantenere il ciclo), richiedono un design speciale del reattore. Questo progetto è chiamato reattore a “fluoruro liquido” (o più generalmente a “sale liquido”). Il combustibile viene immesso nella camera del reattore non sotto forma di barre di combustibile solido, ma come composto di fluoro-sale disciolto in un’altra soluzione di fluoro. In particolare, nel caso del ciclo del torio, l’uranio e il torio verrebbero combinati con quattro ioni fluoruro e trasportati in una soluzione di fluoruro di litio-7/fluoruro di berillio.

I fluoruri sono composti estremamente stabili. La soluzione di fluoruro fluisce nel reattore, espone il torio alle radiazioni neutroniche e lo trasporta fuori dal reattore per un ulteriore decadimento in uranio-233. In seguito, l’uranio-233 viene riportato nel reattore per essere fissionato e rilasciare così energia utilizzabile. La soluzione di fluoruro si trova a una temperatura di circa 650°, a pressione normale. A differenza dei reattori convenzionali ad acqua pressurizzata, non è necessaria alcuna sovrapressione, il che semplifica e rende più economica la costruzione ed elimina le possibili fonti di errore. Poiché il combustibile è liquido, non è necessario cambiare le barre di combustibile.

Il reattore può essere fermato in qualsiasi momento impedendo al liquido di fluire nel reattore. Senza combustibile all’uranio-233, la reazione ad esso si spegne immediatamente, rendendo il reattore estremamente sicuro. Inoltre, la reattività del combustibile diminuisce con l’aumentare della temperatura: il reattore è quindi autoregolato, un’esplosione è del tutto impossibile.

Un grande vantaggio di questo progetto è che non è possibile rimuovere l’uranio-233 dal ciclo, altrimenti il reattore si spegnerebbe. L’uranio-233 può essere usato per le bombe nucleari, almeno in teoria – ma si può avere solo una delle due cose, o la bomba o il reattore funzionante. Inoltre, viene sempre prodotta una piccola quantità di uranio-232, che emette potenti radiazioni gamma molto facili da identificare. I reattori al fluoruro di torio liquido possono quindi essere salvaguardati da un uso improprio da parte dei militari a costi contenuti. Poiché il reattore produce il proprio combustibile, non ha bisogno di impianti di arricchimento (centrifughe) che possono essere utilizzati per arricchire l’uranio.

Il torio è anche piuttosto economico. Per sostituire tutta l’elettricità delle centrali nucleari svizzere con reattori al torio sarebbero necessarie circa tre tonnellate di torio all’anno. Al prezzo del mercato mondiale di 60 dollari al chilogrammo, l’approvvigionamento della Svizzera per un anno costerebbe circa 200.000 franchi svizzeri. L’uranio, invece, è circa cinque volte più costoso (inoltre, per generare la stessa quantità di elettricità occorre più uranio, a causa della minore efficienza di conversione) e la tendenza è in aumento.

È persino possibile aggiungere alla soluzione al fluoro le scorie radioattive delle attuali centrali nucleari. In questo caso, verrebbero scomposti in radionuclidi a vita più breve: la quantità di rifiuti altamente radioattivi potrebbe così essere ridotta.

Conclusione

Riassumiamo ancora una volta. Il concetto di reattore al fluoro-torio liquido presenta vantaggi decisivi:

• È molto più sicuro dei progetti convenzionali, in particolare i “GAU” convenzionali sono impossibili.
• Produce circa 1000 volte meno rifiuti radioattivi, che non sono pericolosi dopo 300 anni.
• È possibile coincenerire i rifiuti radioattivi esistenti.
• È impossibile dirottare l’uranio o il plutonio per la costruzione di bombe nucleari.
• Il torio, la materia prima per il ciclo del combustibile, è molto più economico e comune a livello mondiale rispetto all’uranio.

Perché allora non sono stati costruiti reattori al torio a fluoruro liquido per molto tempo? Innanzitutto, lo sviluppo della tecnologia dell’energia nucleare si è concentrato unilateralmente sui reattori nucleari “a stato solido”. L’esperienza con questo tipo di reattori è limitata: reattori al torio sono già stati costruiti negli Stati Uniti, in Canada e in India, mentre i reattori al torio a fluoruro liquido sono stati testati solo negli Stati Uniti.

Per le esigenze delle forze armate dell’epoca, che avevano in mente un reattore a riproduzione rapida in grado di produrre grandi quantità di plutonio, il reattore non soddisfaceva i requisiti, per cui i finanziamenti per il progetto furono interrotti negli anni Settanta.

Negli ultimi anni, tuttavia, l’interesse per il torio come combustibile per le centrali nucleari è aumentato notevolmente, in parte a causa del forte aumento del prezzo dell’uranio. Paesi come la Norvegia si stanno impegnando nella ricerca sui reattori al torio a fluoruro liquido e anche l’India, che dispone di gigantesche riserve di torio, vuole portare avanti questo tipo di reattori, anche per rendersi indipendente dall’uranio straniero.

Matthias Meier

Fonte: final-frontier.ch

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