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Rifiuti MA-VL e HA da combustibile irradiato nelle centrali nucleari

Una delle principali sfide dell’energia nucleare è la gestione e lo stoccaggio delle scorie nucleari ad alta attività e a lunga vita. Rimangono pericolosamente radioattivi per centinaia di migliaia di anni (generalmente 200.000 anni) e richiedono un trattamento speciale, regolato dai governi che garantiscono la sicurezza pubblica. In Francia, i rifiuti nucleari sono gestiti dall’ANDRA . Sono classificati in base a due caratteristiche principali: la pericolosità e la durata di vita. Queste caratteristiche sono suddivise in sei categorie di rifiuti. In questo articolo ci concentriamo sulle due categorie seguenti:

  • Rifiuti a vita lunga a livello intermedio (ILW)
  • Rifiuti ad alta attività

La maggior parte della LV-AM proviene da strutture di supporto del combustibile nucleare, ad esempio il rivestimento del gruppo di combustibile in zirconio. Questi rifiuti vengono compattati per ridurne il volume e poi imballati in contenitori di metallo o di cemento. Rappresenta il 3% in volume di tutti i rifiuti nucleari prodotti in Francia.

L’HA proviene dal trattamento del combustibile esaurito. Si tratta di residui che non possono essere riutilizzati, come gli attinidi o i prodotti di fissione. Vengono carbonizzati e poi vetrificati. La miscela vetro-rifiuti (3% di rifiuti, 97% di vetro, in massa) viene imballata in confezioni di acciaio inossidabile, che a volte sono collocate in un secondo contenitore di acciaio. Questi rifiuti HA rappresentano lo 0,2% in volume di tutti i rifiuti nucleari prodotti in Francia. Concentrano il 96% della radioattività.

Queste due categorie di rifiuti(MA-VL e HA) rappresentano una piccola percentuale della massa o del volume totale dei rifiuti nucleari. Tuttavia, hanno un’emivita di diverse centinaia di migliaia di anni e sono altamente tossici. Sono tutti derivati dal combustibile esaurito. Una soluzione in fase di studio è lo stoccaggio reversibile in profondità.

Gestione dei rifiuti MA-VL e HA

Questi rifiuti vengono gestiti in due fasi:
  1. Stoccaggio: è temporaneo e si basa sul principio dell’evacuazione termica continua per consentire il raffreddamento del combustibile irradiato.
  2. Stoccaggio: è definitivo e si basa sul principio della diminuzione dei livelli di radioattività nel combustibile irradiato.
In questo articolo forniamo una panoramica di queste due fasi di gestione, dei loro principi di funzionamento e dei loro limiti dal punto di vista dello sviluppo sostenibile.

Stoccaggio temporaneo di rifiuti radioattivi

Si distinguono due categorie di sistemi di stoccaggio temporaneo: pool e dry.
Deposito della piscina
  • PRINCIPIO
Una volta scaricati dal reattore, gli elementi di combustibile irradiati vengono conservati per almeno cinque anni in vasche d’acqua situate nello stesso edificio che ospita il reattore nucleare. Ciascuno di questi elementi combustibili è immagazzinato in celle disposte in una griglia sul fondo delle piscine.
  • PISCINA DI STOCCAGGIO
Le piscine sono costruite in cemento armato e le loro pareti sono rivestite in acciaio saldato. Sono progettati per evitare perdite e resistere agli eventi esterni. La funzione principale dell’acqua nelle piscine è quella di raffreddare il combustibile nucleare irradiato nelle prime fasi del suo decadimento radioattivo. Questo processo consente di rimuovere continuamente il calore residuo generato dal combustibile.
piscine de stockage areva daes blog 2020
Areva - Piscina di stoccaggio di Orano
  • INERZIA TERMICA E SCHERMATURA DALLE RADIAZIONI
Grazie all’elevato trasferimento di calore nell’acqua e alla sua alta capacità termica, questo sistema offre un’elevata inerzia termica e mantiene il rivestimento del combustibile (lega di zircaloy) ben al di sotto del suo punto di fusione. In questo modo si mantiene intatta la prima barriera di contenimento contro la dispersione radioattiva. L’acqua delle piscine fornisce anche una buona schermatura radiologica contro le radiazioni emesse dal combustibile irradiato.

Stoccaggio a secco (non utilizzato in Francia)
  • PRINCIPIO
Questo sistema di stoccaggio temporaneo – a medio e lungo termine – è progettato per ospitare nello stesso Paese il combustibile esaurito e i rifiuti altamente radioattivi per un determinato periodo (fino a 100 anni).
  • STRUTTURA DI STOCCAGGIO
In genere, i rifiuti vengono stoccati in contenitori metallici o di cemento o in vani con specifici sistemi di rimozione del calore. Questo è possibile solo dopo un periodo di raffreddamento nelle piscine delle centrali nucleari (vedi sopra). Le strutture di stoccaggio temporaneo sono situate in superficie o a una profondità relativamente bassa. Possono essere situati all’interno o all’esterno dell’impianto. In quest’ultimo caso, l’impianto di stoccaggio può contenere combustibile irraggiato proveniente da uno o più EPR.
  • SCHERMATURA ANTIRADIAZIONI
Queste strutture sono costituite da una struttura in cemento che offre schermatura dalle radiazioni e sicurezza anti-intrusione.
  • LIMITE
In nessun caso questa soluzione può essere considerata definitiva, né può essere estesa all’infinito.

Immagazzinamento
  • DEPOSITI GEOLOGICI
Questa soluzione prevede di isolare i rifiuti interponendo una serie di strati in strutture di stoccaggio a circa 500 metri di profondità. I rifiuti vengono prima collocati in contenitori metallici estremamente spessi, che resistono alla corrosione e ad altre forme di danneggiamento per molti anni. Vengono quindi evacuati in tunnel scavati in formazioni geologiche stabili e circondati da un terreno a bassa permeabilità con un’elevata capacità di ritenzione.
stockage mavl ha schema stockage Cigeo
Stoccaggio MA-VL HA - Schema Cigéo

Il contenimento e l’isolamento dei rifiuti sono garantiti da diversi elementi:

  1. il contenitore in cui i rifiuti vengono introdotti prima di essere collocati nella cella di stoccaggio finale.
  2. in alcuni casi, il sovraimballaggio: un supplemento di imballaggio sigillato utilizzato per trasformare le confezioni primarie di rifiuti vetrificati in confezioni per lo stoccaggio o lo smaltimento.
  3. la barriera naturale formata dalla roccia ricevente.
  • PRINCIPIO DELL’ARCHIVIAZIONE PERMANENTE

La caratteristica decisiva dello smaltimento finale, rispetto al deposito temporaneo, è che l’obiettivo del recupero dei rifiuti non è sistematico. In altre parole, l’impianto di smaltimento dei rifiuti è chiuso e sigillato senza la necessità di un’ulteriore struttura operativa fuori terra.

  • RECUPERO DEI RIFIUTI IN QUESTIONE

In ogni caso, è sempre possibile tenere sotto controllo l’impianto di stoccaggio e il suo ambiente per tutto il tempo ritenuto necessario. L’impianto può essere progettato in modo tale che i rifiuti stoccati possano essere recuperati in futuro. ANDRA prevede di rendere reversibile l’impianto di smaltimento profondo per un periodo di 100 anni.

  • LIMITI

Lo smaltimento geologico in profondità richiede dimostrazioni di sicurezza relative :

  • L’invecchiamento dei pacchetti di rifiuti sepolti dura diverse migliaia di anni. L’obiettivo è dimostrare che la roccia tratterrà le specie radioattive una volta che la corrosione avrà danneggiato il contenitore.
  • Resistenza a eventi geologici come i terremoti.
  • La memoria della discarica. Ricordare dove si trovano i rifiuti è un aspetto fondamentale. Ciò significa trasmettere le informazioni a molte generazioni di individui. È quindi necessario ideare un mezzo di comunicazione che duri oltre la lingua e un mezzo di comunicazione che non si deteriori.

Le diverse fasi dello smaltimento dei rifiuti radioattivi nel video I Il progetto Cigéo

SOLUZIONI INNOVATIVE PER IL TRATTAMENTO DI MA-VL E HA

  • UN FUTURO A BASSE EMISSIONI DI CARBONIO
Noi di Dares siamo sensibili alla sfida di un futuro senza emissioni di carbonio. Per questo motivo, stiamo lavorando con TRANSMUTEX per rendere prioritario il trattamento delle scorie nucleari e per porre rimedio a questo limite ultimo dell’energia nucleare.

  • COMPETENZA DAES :
Grazie alla nostra lunga esperienza nel settore dell’energia nucleare, i nostri team sono in grado di simulare l’intero ciclo energetico, dalla produzione alla distribuzione. Vi supportiamo nella progettazione di prodotti e processi per i vostri progetti: riduzione/controllo dell’inquinamento, attrezzature, ottimizzazione energetica, conformità ai requisiti di efficienza e normativi.
  • Analisi strutturale
  • Modellazione non lineare e di contatto
  • Impatto ed esplosione
  • Ottimizzazione della progettazione, rumore e vibrazioni, fatica
  • Analisi dei movimenti e dei sistemi
  • Analisi delle sollecitazioni e dei vincoli
  • Analisi termica e trasferimento di calore
  • Acustica
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  • UNA PARTNERSHIP RESPONSABILE E INNOVATIVA
La soluzione Transmutex è una tecnologia nucleare rivoluzionaria basata sulla trasmutazione. Questo può essere fatto utilizzando sistemi nucleari controllati da acceleratori. Questi sistemi accoppiati sono noti come ADS (Accelerator Driven Systems). L’ADS produce flussi di neutroni veloci per indurre la fissione degli attinidi e trasformare le specie nucleari a lunga vita (alcune centinaia di migliaia di anni) in specie a vita molto più breve (alcune centinaia di anni). Questo processo genera anche energia priva di carbonio. La trasmutazione degli attinidi e dei prodotti di fissione può essere effettuata in modo flessibile e molto efficiente in sistemi controllati da acceleratori.
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  • TRASMUTAZIONE E RADIOTOSSICITÀ
La trasmutazione del combustibile irradiato ridurrà di 100 volte la sua radiotossicità e di 1.000 volte il tempo di stoccaggio come scorie nucleari. Partendo da un orizzonte di stoccaggio di circa 200.000 anni, la soluzione TRANSMUTEX lo ridurrebbe a 200 anni, un periodo più che accettabile viste le tecnologie esistenti che hanno dimostrato la loro validità.

  • WNE 2020 – Per una società a basse emissioni di carbonio

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  • Prossimamente parteciperemo alla fiera WNE 2020, per prendere parte alle sfide attuali e future dell’industria nucleare e per presentare un progetto promettente insieme ai team di Transmutex.

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