Trova le risposte!
Le centrali nucleari. L'energia che scaturisce dal bombardamento dell'uranio con neutroni. Il processo di 'fissione/fusione nucleare'. Il problema della radioattività e delle scorie.

Altri articoli della stanza Materiali Radioattivi

Creato da Giancamillo Ambrosini « clicca sul nome per leggere il curriculum dell'autore

Acune considerazioni sul deposito per i rifiuti radioattivi derivanti dallo smantellamento delle centali nucleari Italiane - Giancamillo Ambrosini -

Questo  documento intende affrontare un aspetto particolare della situazione italiana, per quanto riguarda i rifiuti radioattivi, in particolare viene prospettata l’opportunità di riesaminare la possibilità di realizzare direttamente, in Italia, un deposito di tipo geologico definitivo per i rifiuti radioattivi derivanti dallo smantellamento delle centrali nucleari italiane e dal ciclo del combustibile, in alternativa alla realizzazione di un deposito provvisorio superficiale, rinviando nel tempo la soluzione relativa al deposito definitivo.

Il problema dello smaltimento definitivo dei rifiuti radioattivi a lungo tempo di decadimento è stato affrontato recentemente anche in ambito comunitario, dove è in corso di elaborazione una Direttiva su questo tema specifico.
In tale proposta di Direttiva, nel rilevare che in vari Stati Comunitari sono stati realizzati o sono previsti depositi provvisori superficiali, si evidenzia come in nessun Stato sia prevista la realizzazione di depositi definitivi nel breve medio termine.
In particolare si ritiene indifferibile l’avvio di programmi concreti in questo campo, in quanto non appare ammissibile e morale rinviare un problema di tale importanza, in considerazione alle implicazioni sanitarie e ambientali, ai nostri posteri.
Nella proposta di Direttiva si fa notare anche come i depositi superficiali appaiano non più rispondenti ai requisiti di sicurezza dopo gli eventi del 11 Settembre 2001.
In Europa solo in Finlandia e in Svezia sono stati effettuati studi si depositi definitivi per radionuclidi a lungo tempo di decadimento, che peraltro non si sono tradotti in iniziative concrete. L’atteggiamento generale in Europa e del tipo: “wait and see”.

A questo proposito, nella proposta di DIRETTIVA COMUNITARIA, si fa notare che la realizzazione di soli depositi provvisori superficiali, non solo rinvia ai posteri la soluzione del problema dello smaltimento definitivo di prodotti radioattivi generato per produrre energia elettrica di cui NOI abbiamo tratto giovamento, ma lascia agli stessi posteri il compito gravoso di provvedere alla manutenzione e alla sicurezza degli stessi depositi superficiali.
La DIRETTIVA COMUNITARIA conclude affermando che ulteriori rinvii di programmi sui depositi geologici non sono più tollerabili, che sia a livello comunitario, sia a livello nazionale da parte dei singoli Stati devono essere definiti delle strategie chiare ed avviati dei programmi concreti per la realizzazione di depositi geologici in tempi ragionevoli.
In particolare si ritiene che ogni Stato debba essere responsabile dello smaltimento dei rifiuti radioattivi prodotti sul proprio territorio, ma che opportune collaborazioni possano essere stabilite fra i vari stati per eventuali scambi di tecnologie e di informazioni.

Per lo smaltimento di questo tipo di radionuclidi esiste un ampio consenso fra gli esperti a livello internazionale, in base al quale la soluzione definitiva consiste in depositi profondi in zone geologicamente stabili.
In particolare si ritiene che tali cosi detti depositi geologici consentano di isolare e rifiuti radioattivi dall’ambiente, per lunghi periodi di tempo, senza il rilasci all’ambiente stesso di materiali radioattivi per decine di migliaia di anni, tempo necessari per il decadimento di tutti i radio nuclidi in questione.

Depositi di questo tipo eliminano praticamente anche il rischio sia di “intrusioni umane” nel lungo termine, sia di “azioni terroristiche”.

Infine, come si vedrà nel seguito, anche sotto il profilo economico possono esserci notevoli dei vantaggi, valutabili nel lungo termine in miliardi di EURO, in quanto da un lato il condizionamento dei rifiuti richiesto è solo quello necessari per il trasporto dei rifiuti stessi fino al deposito, dall’altro, una volta chiuso e sigillato il deposito, non è più richiesta alcuna manutenzione o, di fatto, sorveglianza.
 
Il problema dell’immagazzinamento in sicurezza dei rifiuti radioattivi, con particolare riferimento  ai radionuclidi a lunga vita media quali i transuranici, in considerazione del lungo periodo di tempo interessati, dell’ordine di 10.000 anni, presenta aspetti senza precedenti, che non è possibile affrontare con le procedure abituali.

Negli U.S.A. sono attualmente in corso di realizzazione due depositi geologici, uno nel Nuovo Messico denominato W.I.P.P.  e l’altro in Nevada, denominato Yucca Mountain.
 
Una considerazione particolare può valere per la situazione dei rifiuti radioattivi in Italia.
I depositi geologici sono finalizzati allo smaltimento di rifiuti con lunghi tempi di decadimento mentre quelli che secondo la Guida Tecnica n.26 dell’ANPA sono classificati come rifiuti di IIa categoria, sono immagazzinati in depositi in gran parte superficiali, per i quali generalmente è prevista una vita di 300 anni, al termine dei quali il sito relativo viene ripristinato a prato verde.
In Italia, attualmente, si intende appunto realizzare un deposito superficiale per i rifiuti radioattivi di IIa categoria, presso il quale verrebbero immagazzinati provvisoriamente anche gli elementi di combustibile irraggiato e gli altri rifiuti a lunga vita media, classificati come IIIa categoria dalla Guida Tecnica n.26 sopracitata.
Il problema dello smaltimento degli elementi di combustibile irraggiato e degli altri rifiuti a lunga vita media, viene per il momento rinviato, pur tenendo presente che dovrà comunque essere affrontato e risolto prima della fine della vita del deposito superficiale.
Questa soluzione viene perseguita anche in altri Paesi, nei quali è ancora in corso un programma elettronucleare, con una produzione continua di rifiuti radioattivi.

Il caso dell’Italia è diverso in quanto il nostro programma nucleare è stato arrestato, irreversibilmente, nel 1987 e pertanto il problema riguarda essenzialmente lo smaltimento di una quantità ben definita di rifiuti, pari complessivamente a circa 100.000 m3, di cui 12.000 relativi ad elementi di combustibile e ad altri rifiuti a lunga vita media:
si tratta in altre parole di un problema “UNA TANTUM”.

A questo proposito si ritiene opportuna una riflessione in merito alla possibilità di risolvere,  in un colpo solo e una volta per tutte, il problema, realizzando un deposito di tipo geologico.
In effetti in Italia sono presenti numerose formazioni saline e miniere di sale abbandonate, che potrebbero essere prese in considerazione per la realizzazione di tale deposito.
Da una indagine, non esaustiva, è risultato che in Italia attualmente sono ancora operative 5 miniere di salgemma, 4 in Sicilia e 1 in Basilicata, mentre sono state abbandonate una decina di miniere, di salgemma o di sali alcalini, in Sicilia e in Toscana.
La soluzione “deposito geologico” potrebbe anche semplificare il problema della scelta del sito, in quanto restringerebbe  notevolmente il numero dei siti da esaminare ed inoltre la scelta finale potrebbe essere operata sulla base di considerazioni tecniche obiettive e meno discrezionali o politiche di quelle che inevitabilmente riguardano la scelta fra siti di superficie, tecnicamente  equivalenti.

Inoltre, anche dopo 300 anni un sito superficiale rimane comunque radioattivo per migliaia di anni in relazione alla presenza, nei rifiuti di IIa categoria, di una frazione importante di radionuclidi a lunga vita media e quindi il sito deve essere ulteriormente oggetto di sorveglianza e di limitazioni.
Al  contrario un deposito geologico, una volta chiuso e sigillato, non presenta praticamente alcun impatto ambientale, fattore importante che ne facilita fra l’altro l’accettabilità a livello locale.

Si noti infine che il problema dello smaltimento dei rifiuti radioattivi medicali e simili deve comunque essere risolto indipendentemente dall’eventuale deposito superficiale dedicato ai rifiuti di IIa categoria derivanti dallo smantellamento delle centrali nucleari, ecc., in quanto la produzione dei rifiuti medicali, che contengono anche radionuclidi a lunga vita media, continua nel tempo, per cui se fossero immagazzinati nel deposito superficiale di cui sopra, al termine dei 300 anni, sarebbero in buona parte ancora “giovani” e non consentirebbero il ripristino a prato del sito. D’altra parte questo problema riguarda anche i paesi che non hanno mai avuto un programma d nucleare.

Nel seguito sono illustrati, sempre sinteticamente, alcuni aspetti relativi a un deposito definitivo da realizzare in una miniera di sale in Italia.

1. La selezione del sito

Molte istituzioni internazionali, fra le quali la National Academy of Science, sono giunte alla conclusione che le formazione saline rappresentano la soluzione più adatta per depositi di rifiuti radioattivi a lunghi tempi di decadimento.
Il sale ha una conduttività termica relativamente alta (utile per disperdere rapidamente il calore di decadimento) e caratteristiche di scorrimento plastico (creep) favorevoli, che permettono deformazioni significative senza fratturazioni.
L’esistenza di grandi formazioni saline sta a dimostrare l’isolamento delle zone relative da acqua circolante nel sottosuolo per lunghi periodi di tempo geologico. Analogamente la natura  sedimentaria e la conservazione  di grandi e intatti depositi salini dimostra che la regione in cui si trovano é stata stabile per un lungo periodo di tempo.

Sulla base di queste considerazioni negli U.S.A. è stata decisa la realizzazione del deposito geologico W.I.P.P.  
In particolare i criteri adottati in tale caso assegnano priorità alla sicurezza da radiazioni, all’isolamento idrologico e alla facilità di costruzione del deposito.
In aggiunta   sono state stabilite, fra l’altro,  le seguenti condizioni:
- profondità del deposito salino compresa fra 300 e 750 metri
- spessore del deposito di sale non inferiore a 60 metri
- estensione laterale del deposito salino sufficiente a proteggere dalla dissoluzione
 
Le caratteristiche geologiche del sottosuolo circostante il deposito sono molto importanti in quanto determinano una barriera naturale che influisce in modo determinante sulle prestazioni del deposito.

Grande attenzione deve essere prestata anche all’idrologia delle acque di superficie e sotterranee, in relazione al fatto che tali acque possono rappresentare un mezzo di trasporto dei radionuclidi verso l’ambiente accessibile.

Infine nella scelta della miniera di sale in cui realizzare il deposito geologico, ovviamente dovranno essere opportunamente considerate anche le caratteristiche sismiche della zona.

2. Aspetti economici

La realizzazione di un deposito definitivo, può essere rinviabile ma appare inevitabile anche solo sulla base di considerazioni economiche.
Infatti per il caso  dell’Italia le spese di esercizio di un deposito superficiale possono essere valutate in 10 milioni di EURO all’anno, e non appaiono quindi sostenibili per periodi dell’ordine di 10.000 anni.
In effetti anche il differire la realizzazione del deposito definitivo di 300 anni, come si ipotizza nel caso dell’Italia, comporta un costo addizionale valutabile in 3 miliardi di EURO, che praticamente si somma ai costi previsti per lo smantella mento delle centrali nucleari, 1.750 milioni di EURO, e a quello per la chiusura del ciclo del combustibile, 550 milioni di EURO.
Dal momento che tali costi appaiono sostanzialmente invariati nel caso di realizzazione diretta di un deposito definitivo, il risparmio in questo caso è valutabile in 3 miliardi di EURO.

Inoltre mentre il deposito geologico, una volta sigillato, non richiede spese di sorveglianza del sito, per un deposito superficiale dismesso si devono prevedere costi dell’ordine di 100.000 EURO all’anno. 

3. Fasi della vita di un deposito geologico

Nel corso della vita un deposito geologico definitivo attraversa tre fasi: operativa, di decommissioning, di post decommissioning.
La fase “operativa” è relativa all’immagazzinamento dei rifiuti radioattivi nel deposito. 
La fase di “decommissioning”, riguarda le operazioni di preparazione del deposito per la relativa chiusura e sigillatura  permanente. Durante questa fase il deposito sotterraneo viene chiuso e sigillato, mentre eventuali impianti e strutture di superficie realizzate nel corso della fase operativa sono decontaminate e smantellate. 
La fase di “post decommissioning” prevede controlli istituzionali sia attivi, sia passivi.
I primi, che riguardano un periodo limitato, di alcuni anni, consistono in controlli dell’accesso al sito e relativo monitoraggio, pulizia e manutenzione. Questi controlli  possono essere  eventualmente integrati con opportune disposizioni di non accessibilità dell’area.
I controlli istituzionali passivi riguardano cartelli di avvertimento e di  divieto d’accesso, al fine di minimizzare la probabilità di intrusione di esseri umani.
 
4. Aspetti demografici e uso del territorio

Le caratteristiche di un deposito geologico in una miniera di sale sono tali da non porre particolari restrizioni sugli insediamenti abitativi e le attività agricole in superficie in prossimità del sito del deposito stesso.
Nel caso del W.I.I.P. il pascolo è autorizzato in tutte le zone circostanti il sito del deposito e si prevede essere autorizzato anche entro i confini del sito.
Anche gli animali selvatici non rappresentano un problema.
Restrizioni possono riguardare l’eventuale realizzazione di pozzi per l’estrazione di idrocarburi, peraltro nel caso del W.I.P.P. tale estrazione è stata autorizzata fino a distanze relativamente modeste dal deposito. Ovviamente tali problemi non riguardano le miniere do sale italiane.  

5. Struttura generale di un deposito geologico

Si prende ad esempio il deposito W.I.I.P., in quanto il solo esistente.
Nel corso della fase operativa,  la superficie  è collegata con la zona sotterranea mediante  dei condotti,  alti circa 260 metri con un diametro di circa 30 metri.

La zona posta nel sottosuolo, comprende le seguenti infrastrutture:

- area per il deposito dei rifiuti;
- condotti di collegamento con la superficie;
- impianti e attrezzature ausiliarie e di supporto.

In aggiunta alle barriere naturali derivanti dalla particolarmente favorevole GEOLOGIA e  idrologia del sito, l’impianto W.I.P.P. è dotato di barriere ingegneristiche, allo scopo di ritardare ulteriormente e significativamente la migrazione dei radionuclidi verso l’ambiente accessibile.

Le barriere ingegneristiche fanno parte integrante del sistema del deposito, e consistono in quattro diversi componenti:

-  sistema  di chiusura e sigillatura dei condotti di collegamento delle strutture sotterranee del deposito con la superficie;
-  sistema di chiusura e sigillatura dei locali adibiti al deposito dei rifiuti radioattivi;
- materiale di riempimento attorno ai contenitori dei rifiuti;
- contenitori dei rifiuti.

In particolare, per quanto riguarda il sistema  di chiusura e sigillatura dei condotti di collegamento delle strutture sotterranee del deposito con la superficie per il materiale di riempimento attorno ai contenitori dei rifiuti, il DOE ha scelto un ossido di magnesio per tamponare eventuali acque salmastre che potrebbero penetrare nel deposito in 10.000 anni.
L’ossido di magnesio dovrebbe ridurre la solubilità degli attinidi nelle acque salmastre.

Il sistema di chiusura e sigillatura dei condotti di collegamento delle strutture sotterranee del deposito con la superficie, realizzato in base alle tecnologie attualmente disponibili, viene ritenuto conservativo e con elementi ridondanti.

Il progetto del  sistema di chiusura e sigillatura dei condotti di collegamento delle strutture sotterranee del deposito con la superficie è stato elaborato sulla base dei seguenti specifiche:

- impedire ai radionuclidi di superare il sistema di chiusura e sigillatura stesso;
- minimizzare il flusso delle acque sotterranee attraverso il sistema di chiusura e sigillatura;
- utilizzare materiali aventi buona stabilità a lungo termine;
- esercitare una protezione in caso di rotture strutturali dei componenti del sistema;
- minimizzare fenomeni di subsidenza;
- prevenire ingressi accidentali;
- utilizzare materiali e metodi di fabbricazione attualmente disponibili.

Il disegno schematico del sistema di chiusura e sigillatura dei condotti di collegamento delle strutture sotterranee del deposito con la superficie é riportato in figura 1.14.
Il sistema è dotato di 13 elementi che riempiono il condotto con materiali ad alta densità e bassa permeabilità.
Nella parte superiore il condotto è riempito con materiali comuni di alta densità.
Alla fine inferiore di ogni condotto è posto un blocco monolitico di cemento saturo di sale, per riempire gli scavi.
Il monolito di cemento viene realizzato mediante un tubo di alimentazione dalla superficie. 

I tratti superiore, intermedio e inferiore del condotto  sono composti ciascuna da tre elementi:

- un tappo superiore di cemento;
- una barriera di impermeabilizzazione in asfalto;
- un tappo inferiore di cemento.

l sistema di chiusura e sigillatura dei condotti di collegamento delle strutture sotterranee del deposito con la superficie è stato oggetto di una dettagliata analisi strutturale, relativa agli aspetti meccanici, termici, fisici, idrologici.
In particolare è stata studiata la stabilità dei componenti, l’influenza dei componenti sulle proprietà idrologiche del sistema di chiusura e sigillatura e sulle rocce circostanti, i metodi di costruzione.

Il fenomeno di consolidamento per creep delle formazioni saline ha un impatto importante sulle prestazioni del sistema di chiusura e sigillatura dei condotti di collegamento delle strutture sotterranee del deposito con la superficie.

Per quanto riguarda il sistema di chiusura e sigillatura dei locali adibiti al deposito dei rifiuti radioattivi, si deve notare che è stato realizzato con l’obiettivo primario di prevenire possibili livelli intollerabili di composti volatili organici durante le operazioni di manipolazione dei rifiuti. 
Quindi non è stato progettato per prestazioni a lungo termine. 

Il DOE ha previsto di  riempire lo spazio non occupato dai rifiuti nei locali del deposito con ossido di magnesio, contenuto in sacchetti da 1,3 chili ciascuno, e sacchi giganti d 1.800 chili di ossido di magnesio. 
Questi sacchi sono destinati a rompersi durante il collasso per creep dei locali, liberando l’ossido di magnesio che eserciterà una azione disidratante.

Come appare evidente tale tipo di sigillatura è tale da escludere qualunque realisticamente possibile intrusione, atto terroristico e, in generale, contaminazione dell’ambiente esterno da parte dei radionuclidi immagazzinati nel deposito.