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Parte 1: Considerazioni introduttive sui reattori veloci e sulla
filiera GCFR
Premessa
Nel contesto della Generation IV sono state proposte sei nuove filiere il cui scopo è di costituire una evoluzione, rispetto alla precedente generazione di reattori, che soddisfi sempre meglio i requisiti di sostenibilità, economicità, resistenza alla proliferazione ed affidabilità che si richiedono alla fonte di energia nucleare. Di queste filiere, di cui si ha una più approfondita descrizione nel Cap. 3, due presentano un flusso neutronico termico, tre prevedono invece uno spettro veloce, mentre un solo impianto (MSR) è concepito per avere flusso epitermico.
Si noti come [1.1] la Generation IV punti molto sui reattori veloci, che costituiscono la metà delle filiere proposte. Di questi, il più innovativo è di sicuro il Gas Cooled Fast Reactor, in quanto nel progetto associa due elementi fino ad ora ritenuti inconciliabili, cioè la bassa capacità di asportare calore (HTC) dei gas (controbilanciata dalla bassa reattività chimica e nucleare degli stessi) e l’elevata densità di potenza tipica dei reattori a flusso veloce.
A differenza dei reattori veloci refrigerati a sodio ed a piombo, di cui nel passato si sono avuti esempi costruttivi anche molto importanti (Supérphénix e reattori per propulsione sottomarina della marina russa), nessun reattore veloce refrigerato a gas è mai stato realizzato, nonostante alcune proposte avanzate fin dagli anni ’60 da più parti (Europa, USA, Giappone), ma mai andate oltre la fase di progetto (vedere Cap. 2). Uno dei problemi maggiori nasce infatti da tale “incompatibilità” tra i requisiti di un reattore veloce e le caratteristiche fisiche dei gas. L’idea nasce dal fatto che il gas, ed in particolare l’elio (vedere anche Appendici), presentano caratteristiche che possono essere molto gradite in un reattore veloce e che potrebbero sopperire agli indubbi svantaggi di carattere termofluidodinamico. Specialmente dal punto di vista neutronico l’elio costituisce un’ottima scelta: esso infatti presenta una sezione di cattura praticamente nulla ed una sezione di scattering molto bassa (∼1 barn) così che gli urti sono molto rari e gli assorbimenti praticamente inesistenti: nonostante si perda circa il 35% in un urto con un nucleo di elio, questi sono talmente rari che l’influenza è minima. Ciò fa sì che lo spettro neutronico sia molto poco turbato dalla presenza del refrigerante e l’unico contributo sostanziale alla moderazione è dato dai nuclei presenti nei materiali ceramici (C, Si, Mg, O, Ti, N); si tratta del reattore con lo spettro più prossimo a quello di fissione.
Dal punto di vista chimico l’elio non subisce alcuna reazione se in contatto con l’aria (è un gas nobile!), a differenza del sodio, e non presenta alcuna possibilità di cambiamento di fase in tutto l’arco di ragionevole funzionamento dell’impianto, situazioni incidentali comprese.
Sulla base di tali vantaggi si è ritenuto concretamente fattibile il progetto di un GCFR. Data la natura particolarmente innovativa di questa filiera si è ritenuto opportuno inserire, come passo intermedio prima della realizzazione, la costruzione di una facility sperimentale denominata Experimental and Testing Demonstration Reactor (ETDR) in cui testare e collaudare le soluzioni progettuali (per quanto riguarda la configurazione del core ma anche i materiali impiegati e gli stessi sistemi di sicurezza) destinate a trovare posto, successivamente, nell’impianto GCFR (vedere Cap. 4).
