Caratteristiche del Piombo

Sostenibilità

Efficace utilizzo del combustibile e minimizzazione delle scorie.

Il piombo è un refrigerante che presenta ottime proprietà neutroniche. Questa caratteristica nucleare, intrinseca al refrigerante, permette di progettare ed esercire noccioli a spettro neutronico veloce anche con geometrie ad elevato rapporto refrigerante/combustibile. La possibilità di operare con flussi neutronici “veloci” consente di produrre il nuovo materiale fissile nel combustibile ad un tasso coincidente con quello del suo consumo.

StandardPWR.jpgCiò conferisce al nocciolo una lunga durata ed una elevata efficienza di utilizzo del combustibile. Questo vantaggio si concretizza in un elevato tasso di bruciamento: circa 150-200 volte superiore a quello degli attuali sistemi di seconda e terza generazione.

Il flusso neutronico veloce permette non solo di accrescere la sostenibilità dei sistemi di IV generazione mediante un utilizzo più efficace e razionale del combustibile Radiotoxiticity.jpgnucleare, ma permette anche, grazie ad un ciclo del combustibile “chiuso”, una drastica riduzione di scorie ad elevata radiotossicità. Le scorie prodotte sono infatti prive di plutonio e attinidi minori, che vengono completamente riutilizzati. Il Plutonio e gli attinidi minori sono i principali responsabili dell’elevata radiotossicità delle scorie nucleari dei sistemi GEN-II, GEN-III e richiedono tempi di stoccaggio in siti geologici dell’ordine del milione di anni.

Con un ciclo del combustibile chiuso i sistemi LFR permettono di ridurre i volumi di scorie nucleari prodotte e la relativa radiotossicità, rendendone necessario lo stoccaggio per un tempo di 300-400 anni.

Economicità

Costi competitivi e rischio sul capitale investito paragonabile ad altre forme di produzione di energia elettrica.

I sistemi LFR sono ideati e progettati per essere semplici in quanto il piombo non interagisce chimicamente con aria e acqua (a differenza del sodio), e ha una bassa tensione di vapore. Ciò consente di realizzare sistemi a bassa pressione e di installare il Generatore di Vapore direttamente nel sistema primario. Ciò comporta una notevole semplificazione impiantistica che riduce complessità, dimensioni e costi di impianto e che non è praticabile nei sistemi refrigerati a sodio.

Tale configurazione di impianto migliora l’efficienza energetica del sistema LFR, e riduce ulteriormente i costi di produzione dell’energia elettrica.

Sicurezza e Affidabilità

Elevata sicurezza e affidabilità durante l’esercizio, minimo rischio di danneggiamento del nocciolo, esclusione di un piano di evacuazione

I sistemi LFR, grazie alle caratteristiche termodinamiche del piombo, sono progettati per essere eserciti a pressione atmosferica e a temperatura relativamente bassa. Ciò, assieme alle ottime capacità del piombo di intrappolare i prodotti di fissione anche volatili e di schermare le radiazioni gamma, consente di ottenere elevati standard di sicurezza e affidabilità durante l’esercizio, con un rischio di esposizione molto modesto per gli operatori.

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Il piombo presenta inoltre ottime proprietà termiche (elevata capacità di asportare potenza termica, elevato calore specifico, elevato coefficiente di espansione termica) che associate alle ottime proprietà neutroniche permette di progettare noccioli ad elevato rapporto passo su diametro, con sottocanali per il passaggio del refrigerante di diametro relativamente grande rispetto ad altre tipologie di reattori. Ciò comporta ridotte perdite di carico e potenze di pompaggio contenute. Tali caratteristiche favoriscono l’asportazione della potenza di decadimento in regime di circolazione naturale, permettendo una sensibile semplificazione dei sistemi di protezione e accrescendo il grado di sicurezza.

Tabella2.jpgIn linea di principio (a differenza del reattore di Fukushima) il reattore a piombo può essere progettato in modo da smaltire il calore di decadimento senza bisogno di energia elettrica fornita dall’esterno.

Dal punto di vista nucleare i reattori refrigerati a piombo presentato un coefficiente di reattività negativo per presenza di vuoto nel caso di noccioli di piccole-medie dimensioni e leggermente positivo nel caso di noccioli di grosse dimensioni. Tuttavia considerato l’elevato punto di ebollizione, e le soluzioni ingegneristiche proposte, non esiste alcun scenario ragionevolmente ipotizzabile che possa portare alla formazione di vuoto all’interno del nocciolo di un LFR.

Inoltre in caso di rottura dei tubi del Generatore di Vapore, grazie alla configurazione progettuale e all’elevata densità del piombo con grandi forze di galleggiamento associate, il rischio di transito di vapore nel centro del nocciolo (dove il coefficiente di vuoto è maggiormente positivo) è estremamente ridotto.

Va infine evidenziato che l’elevata densità del piombo, nel caso di una improbabile fusione del nocciolo, riduce significativamente il rischio di una successiva compattazione del combustibile e quindi di una nuova condizione di criticità del sistema. I fenomeni di dispersione del combustibile nel refrigerante sono infatti predominanti in virtù della densità del combustibile nucleare, paragonabile a quella del piombo, e dell’attitudine del piombo ad instaurare moti di circolazione naturale in ogni condizione incidentale ipotizzabile.

D’altro canto l’elevato punto di fusione del piombo (327°C), che può indurre problemi di parziale congelamento nei sistemi LFR, introduce un sensibile vantaggio per quanto riguarda la sicurezza. In caso di rottura del vessel con fuoriuscita di piombo dal sistema primario, questo tenderebbe immediatamente a solidificare arrestando la fuoriuscita, senza alcuna conseguenza per le strutture circostanti. Ciò è possibile anche a causa della sua bassa reattività chimica con aria e acqua.

Resistenza alla Proliferazione e Protezione Fisica

Impossibilità di avere plutonio per la fabbricazione di bombe, elevata sicurezza per la salute pubblica in caso di atti terroristici.

L’uso di combustibile ad ossidi misti, contenente nel lungo termine attinidi minori, lo rende del tutto inefficace per la produzione di plutonio weapon-grade. Inoltre nel breve termine, le proprietà neutroniche del piombo permettono di progettare noccioli a lunga vita che sono inutilizzabili per la produzione di plutonio.

L’uso di un refrigerante, chimicamente compatibile con aria e acqua, ed operante a bassa pressione, permette di aumentare sensibilmente la protezione fisica della popolazione residente nelle zone limitrofe all’installazione nucleare. Inoltre per i sistemi LFR non viene previsto l’utilizzo di fluidi infiammabili, pertanto viene eliminato il rischio di propagazione di incendio convenzionale nel sito.