La centrale nucleare di Chernobyl.

Nella nuova miniserie della HBO "Chernobyl", gli scienziati russi scoprono il motivo di un'esplosione nel reattore 4 della centrale nucleare di Chernobyl, che ha diffuso materiale radioattivo nell'Europa settentrionale.

Quel reattore, un progetto chiamato RBMK-1000, è stato scoperto per essere fondamentalmente difettoso dopo l'incidente di Chernobyl. Eppure ci sono ancora 10 dello stesso tipo di reattore in funzione in Russia. Come facciamo a sapere se sono al sicuro?

La risposta breve è, non lo facciamo. Questi reattori sono stati modificati per ridurre il rischio di un altro disastro stile Chernobyl, dicono gli esperti, ma non sono ancora al sicuro come la maggior parte dei reattori di tipo occidentale. E non ci sono salvaguardie internazionali che impedirebbero la costruzione di nuove piante con difetti simili.

"Ci sono un numero intero di diversi tipi di reattori che vengono considerati ora in vari paesi che sono significativamente diversi dal reattore standard ad acqua leggera, e molti di loro hanno difetti di sicurezza che i progettisti stanno minimizzando", ha detto Edwin Lyman, un scienziato senior e direttore attivo del progetto di sicurezza nucleare presso l'Unione degli scienziati interessati.

"Più cose cambiano", ha detto Lyman a Live Science, "più rimangono gli stessi".

Chernobyl 1986 reattore # 4 esploso 

Reattore 4

Al centro del disastro di Chernobyl c'era il reattore RBMK-1000, un progetto usato solo nell'Unione Sovietica. Il reattore era diverso dalla maggior parte dei reattori nucleari ad acqua leggera, il design standard utilizzato nella maggior parte delle nazioni occidentali.

I reattori ad acqua leggera sono costituiti da un grande recipiente a pressione contenente materiale nucleare (il nucleo), che viene raffreddato da una riserva di acqua circolante. Nella fissione nucleare, un atomo (uranio, in questo caso), si divide, creando calore e neutroni liberi, che zingano in altri atomi, causando loro di dividere e rilasciare calore e più neutroni. Il calore trasforma l'acqua in circolazione in vapore, che a sua volta trasforma una turbina, generando elettricità.

Nei reattori ad acqua leggera, l'acqua funge anche da moderatore per aiutare a controllare la fissione nucleare in corso all'interno del nucleo. Un moderatore rallenta i neuroni liberi in modo che siano più propensi a continuare la reazione di fissione, rendendo la reazione più efficiente. Quando il reattore si riscalda, più acqua si trasforma in vapore e meno è disponibile per svolgere questo ruolo di moderatore. Di conseguenza, la reazione di fissione rallenta. Quel ciclo di feedback negativo è una caratteristica chiave di sicurezza che aiuta a evitare il surriscaldamento dei reattori.

RBMK-1000 è diverso. Utilizzava anche l'acqua come refrigerante, ma con blocchi di grafite come moderatore. Le variazioni nel design del reattore hanno permesso di utilizzare un carburante meno arricchito del solito e di essere rifornito durante la corsa. Ma con i ruoli di refrigerante e moderatore separati, il ciclo di feedback negativo di "più vapore, meno reattività" era rotto. Invece, i reattori RBMK hanno un cosiddetto "coefficiente di vuoto positivo".

Quando un reattore ha un coefficiente di vuoto positivo, la reazione di fissione si accelera quando l'acqua di raffreddamento si trasforma in vapore, anziché rallentare. Questo perché l'ebollizione apre bolle, o vuoti, nell'acqua, rendendo più facile per i neutroni viaggiare verso il moderatore di grafite che potenzia la fissione, ha detto Lars-Erik De Geer, un fisico nucleare ritirato dall'Agenzia svedese di ricerca sulla difesa.

Da lì, ha detto a Live Science, il problema si costruisce: la fissione diventa più efficiente, il reattore diventa più caldo, l'acqua diventa più calda, la fissione diventa ancora più efficiente e il processo continua.

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Rincorsa al disastro

Quando la centrale di Chernobyl funzionava a pieno regime, questo non era un grosso problema, disse Lyman. A temperature elevate, il combustibile di uranio che alimenta la reazione di fissione tende ad assorbire più neutroni, rendendolo meno reattivo.

A potenza ridotta, tuttavia, i reattori RBMK-1000 diventano molto instabili. Nel periodo precedente all'incidente di Chernobyl, il 26 aprile 1986, gli operatori stavano facendo un test per verificare se la turbina dell'impianto potesse funzionare con le apparecchiature di emergenza durante un'interruzione di corrente. Questo test ha richiesto il funzionamento dell'impianto a potenza ridotta. Mentre il potere è stato abbassato, gli operatori sono stati ordinati dalle autorità energetiche di Kiev per sospendere il processo. Una pianta convenzionale era andata offline e la generazione di energia di Chernobyl era necessaria.

"Questo è stato il motivo principale per cui tutto è successo alla fine", ha detto De Geer.

L'impianto funzionò a potenza parziale per 9 ore. Quando gli operatori hanno ottenuto il via libera per alimentare gran parte del resto della strada verso il basso, nel reattore si è verificato un accumulo di xeno ad assorbimento di neutroni e non è stato possibile mantenere il livello appropriato di fissione. Il potere è sceso quasi a zero. Cercando di aumentarlo, gli operatori hanno rimosso tutte le barre di controllo, che sono fatte di carburo di boro che assorbe i neutroni e sono utilizzate per rallentare la reazione di fissione. Gli operatori hanno anche ridotto il flusso di acqua attraverso il reattore. Ciò ha esacerbato il problema del coefficiente di vuoto positivo, secondo l'Agenzia per l'energia nucleare. Improvvisamente, la reazione divenne davvero molto intensa. In pochi secondi, il potere è salito a 100 volte quello che il reattore è stato progettato per resistere.

Ci sono stati altri difetti di progettazione che hanno reso difficile riprendere il controllo della situazione una volta iniziato. Ad esempio, le aste di controllo erano dotate di punta in grafite, afferma De Geer. Quando gli operatori hanno visto che il reattore stava iniziando a girare in tilt e hanno cercato di abbassare le barre di controllo, si sono bloccati. L'effetto immediato non era quello di rallentare la fissione, ma di potenziarla localmente, perché la grafite aggiuntiva alle punte aumentava inizialmente l'efficienza della reazione di fissione nelle vicinanze. Seguirono rapidamente due esplosioni. Gli scienziati discutono ancora esattamente su cosa ha causato ogni esplosione. Entrambi potevano essere esplosioni di vapore dal rapido aumento della pressione nel sistema di circolazione, o uno poteva essere stato vapore e il secondo un'esplosione di idrogeno causata da reazioni chimiche nel reattore in avaria. Basandosi sul rilevamento degli isotopi xenon a Cherepovets, a circa 370 miglia (370 chilometri) a nord di Mosca dopo l'esplosione, De Geer ritiene che la prima esplosione sia stata in realtà un getto di gas nucleare che ha sparato per diversi chilometri nell'atmosfera.

Chernobyl

Modifiche fatte

L'immediato dopo l'incidente è stato "un periodo molto snervante" in Unione Sovietica, ha dichiarato Jonathan Coopersmith, storico della tecnologia presso la Texas A & M University che si trovava a Mosca nel 1986. All'inizio, le autorità sovietiche hanno tenuto le informazioni vicine; la stampa statale ha seppellito la storia, e il rumor ha preso il sopravvento. Ma lontano in Svezia, De Geer ei suoi colleghi scienziati stavano già rilevando insoliti isotopi radioattivi. La comunità internazionale presto conoscerà la verità.

Il 14 maggio, il leader sovietico Mikhail Gorbachev ha tenuto un discorso televisivo in cui si è aperto su quello che era successo. È stato un punto di svolta nella storia sovietica, ha detto Coopersmith a Live Science.

"Ha reso glasnost reale", ha detto Coopersmith, riferendosi alla nascente politica di trasparenza in Unione Sovietica.

Ha inoltre aperto una nuova era nella cooperazione per la sicurezza nucleare. Nell'agosto 1986, l'Agenzia internazionale per l'energia atomica ha tenuto un vertice post-incidente a Vienna, e gli scienziati sovietici si sono avvicinati con un senso di apertura senza precedenti, ha detto De Geer, che ha partecipato.

"È stato incredibile quanto ci hanno detto", ha detto.

Tra i cambiamenti in risposta a Chernobyl vi erano modifiche agli altri reattori RBMK-1000 in funzione, 17 all'epoca. Secondo la World Nuclear Association, che promuove l'energia nucleare, questi cambiamenti includevano l'aggiunta di inibitori al nucleo per prevenire reazioni di fuga a bassa potenza, un aumento del numero di barre di controllo usate in operazione e un aumento nell'arricchimento del carburante. Anche le barre di controllo sono state retrofittate in modo tale che la grafite non si sposasse in una posizione tale da aumentare la reattività.

Gli altri tre reattori di Chernobyl sono stati operati fino al 2000, ma da allora sono chiusi, così come altri due RBMK in Lituania, che sono stati chiusi come requisito per l'ingresso nell'Unione europea di quel paese. Ci sono quattro reattori RBMK che operano a Kursk, tre a Smolensk e tre a San Pietroburgo (un quarto è andato in pensione a dicembre 2018).

Questi reattori "non sono buoni come i nostri", ha detto De Geer, "ma sono migliori di come erano prima".

"C'erano aspetti fondamentali del design che non potevano essere risolti, non importa quello che facevano", ha detto Lyman. "Non direi che sono stati in grado di aumentare la sicurezza del RBMK in generale rispetto allo standard che ci si aspetterebbe da un reattore ad acqua leggera di tipo occidentale."

Inoltre, ha precisato De Geer, i reattori non sono stati costruiti con sistemi di contenimento completi come si vedono nei reattori di tipo occidentale. I sistemi di contenimento sono scudi fatti di piombo o acciaio destinati a contenere gas radioattivo o vapore che fuoriesce nell'atmosfera in caso di incidente.

Ci sono ancora 10 reattori in stile Chernobyl attivi in tutta la Russia

La supervisione è stata trascurata?

Nonostante gli effetti potenzialmente internazionali di un incidente nucleare, non esiste un accordo internazionale vincolante su ciò che costituisce una pianta "sicura", ha detto Lyman.

La Convenzione sulla sicurezza nucleare impone ai paesi di essere trasparenti riguardo alle loro misure di sicurezza e consente la revisione tra pari degli impianti, ha affermato, ma non ci sono meccanismi di applicazione o sanzioni. I singoli paesi hanno le proprie agenzie regolatorie, che sono indipendenti solo quanto i governi locali consentono loro di essere, ha detto Lyman.

"Nei paesi dove c'è corruzione dilagante e mancanza di buon governo, come puoi aspettarti che qualsiasi agenzia regolatoria indipendente possa funzionare?" Disse Lyman.

Sebbene nessuno oltre all'Unione Sovietica abbia fabbricato reattori RBMK-1000, alcuni progetti di nuovi reattori proposti comportano un coefficiente di vuoto positivo, ha detto Lyman. Ad esempio, i reattori di tipo breeder veloce, che sono reattori che generano più materiale fissile mentre generano energia, hanno un coefficiente di svuotamento positivo. La Russia, la Cina, l'India e il Giappone hanno costruito tutti questi reattori, anche se il Giappone non è operativo ed è pianificato per la disattivazione e l'India ha 10 anni di ritardo sull'apertura. (Esistono anche reattori con piccoli coefficienti di vuoti positivi operanti in Canada).

"I progettisti sostengono che se si tiene conto di tutto, nel complesso sono al sicuro, quindi non importa molto", ha detto Lyman. Ma i progettisti non dovrebbero essere troppo sicuri dei loro sistemi, ha detto.

"Questo tipo di pensiero è ciò che ha messo i sovietici nei guai", ha detto. "Ed è quello che può metterci nei guai, non rispettando ciò che non sappiamo".