Sommario 1
Sommario
Nella presente tesi vengono prese in esame, alla luce dei più recenti sviluppi in campo internazionale (Generation IV Initiative), le problematiche relative alla chiusura del ciclo del combustibile nucleare ed in particolare l’adozione di nuovi cicli del combustibile, finalizzati al duplice scopo di sfruttare appieno le risorse esistenti e di minimizzare la radiotossicità a lungo termine delle scorie (cicli simbiotici).
Nei primi tre capitoli, che costituiscono la parte iniziale del lavoro, viene fornita una panoramica sullo stato dell’arte relativamente alla tematica delle scorie nucleari e, in particolare, sugli attinidi e le loro proprietà rilevanti soprattutto dal punto di vista neutronico (trasmutazione, controllo del reattore, aspetti legati alla proliferazione). In questo ambito si è cercato di trovare quali parametri forniscano un’idea, perlomeno qualitativa, della capacità di trasmutazione di un determinato spettro neutronico,
soprattutto in riferimento al Cm244, che risulta l’isotopo più difficile da eliminare.
Successivamente, effettuato tale necessario inquadramento del problema, si passa ad una seconda parte che descrive i reattori nonché i cicli di combustibile innovativi per il bruciamento delle scorie: in particolare, nel capitolo 4 viene presentata la “Generation
IV Initiative” e nello specifico i reattori di nostro interesse ad essa più o meno
direttamente collegati (HTR, GCFR); inoltre, viene anche data una breve descrizione del concetto di sistema ADS ed effettuato un confronto con i reattori veloci di tipo critico. Segue nel capitolo 5 uno sguardo alle risorse naturali di combustibile nucleare, all’attuale ciclo ed ai suoi limiti, allo sfruttamento del plutonio, per poi passare, nel capitolo 6, alla descrizione di alcune soluzioni proposte per la chiusura del ciclo del combustibile e delle relative problematiche.
La terza parte contiene invece la quasi totalità dell’attività originale svolta. Nel capitolo 7 sono descritti i calcoli sul reattore GCFR effettuati nell’ambito del progetto europeo GCFR, aventi lo scopo di confrontare i risultati dei vari gruppi di ricerca coinvolti nel progetto; inoltre, sono state condotte le necessarie analisi di sensibilità relative ai codici usati (che non erano mai stati testati su questo nuovo concetto di reattore) nonché un confronto del core di riferimento della CEA con un nocciolo anulare contenente combustibile sotto forma di coated particles. Nel capitolo 8 sono presentati i cicli simbiotici LWR-HTR (quest’ultimo caricato con Pu+MA, tout venant, di un comune reattore ad acqua, oppure con Pu+MA e Th come elemento fertile), LWR-HTR-GCFR e la loro capacità di minimizzare le scorie, rivolgendo anche uno sguardo alle possibili prospettive future. In base ai risultati ottenuti si è cercato anche di ipotizzare, in termini di composizione del combustibile, una strategia per il riciclo multiplo delle scorie nel reattore GCFR. Nel capitolo 9 infine si sono riportati i risultati ottenuti dai vari cicli in termini di radiotossicità delle scorie ottenute e di calore di decadimento: quest’ultimo parametro sta infatti assumendo un’importanza rilevante, assieme alla radiotossicità, ai fini dello stoccaggio in sicurezza delle scorie nei depositi geologicamente stabili.
Seguono alla fine della tesi alcune appendici aventi lo scopo di approfondire alcuni aspetti connessi a quanto illustrato nei capitoli ed a descrivere i codici con cui sono stati ottenuti i risultati presentati in questo lavoro.
