Possibilità di realizzazione di un reattore ibrido fissione-fusione?
5 Settembre 2007 di AmministratoreLa redazione della rivista “Fusione” (Intpress - International Press Pervice Associates) ci ha inviato un documento sulla possibilità di realizzazione di un reattore ibrido fissione-fusione.
Si riporta il testo del documento inviatoci e si invitano gli utenti a dire loro osservazioni:
“La tecnologia del reattore ibrido parte dal fatto che la reazione di fissione è povera di elettroni e ricca di energia, mentre la fusione è ricca di neutroni e povera di energia. Sebbene ogni reazione di fissione di un atomo di Uranio rilascia una media di 3 neutroni, tali neutroni in parte sono utilizzati per manetenere la reazione a catena fissionando altri nuclei di Uranio, in parte vengono assorbiti dalla mistrura di isotopi del combustibile, in parte si perdono. La reazione a catena di fissione opera quindi con margini molto stretti di bilancio neutronico. Nella fusione i neutroni prodotti dalla reazione di Deuterio e Trizio non sono necessari per il mantenimento della reazione, il plasma inoltre non è un grande assorbitore di neutroni, c’è quindi una grande quantità di neutroni prodotto dalla reazione che sono disponibili per essere utilizzati. La singola reazione di fusione D-T rilascia inoltre 10 volte meno energia della fissione di un atomo U-235.
Il principio di funzionamento del reattore ibrido è quello di usare la fusione nucleare per produrre neutroni e quella di fissione per produrre energia. In pratica si utilizza il flusso neutronico generato dalla reazione di fusione nel plasma per fertilizzare il combustibile nucleare di fissione (U-238 o Torio), inoltre lo stesso flusso neutronico per trasmutare i prodotti di fissione.
L’importante è che questa applicazione della fusione non richiede che il reattore a fusione produca un’energia netta capace di sostenere la reazione. L’energia a questo scopo sarà fornita dalla reazione di fissione che “brucerà” il combustibile fertilizzato dai neutroni della reazione di fusione.
In questo caso il reattore di fusione puo’ lavorare al di sotto del punto di “breakeven”, riducendo di molto i requisiti richiesti. Attualmente sia il JET, gia realizzato in Inghilterra, che l’ITER, in costruzione in Francia, anche se sono programmati per lavorare al di sotto del punto di “breakeven” per generare energia netta, hanno abbondantemente raggiunto i parametri per fertilizzare il combustibile nucleare su larga scala e per operare la trasmutazione delle scorie nucleari.
Il primo reattore ibrido fusione-fissione è gia possibile!”
28 Novembre 2007 alle 03:28
La notizia mi ha fatto un enorme piacere. Potendo contare ormai su non più di venti anni di esistenza ( e questo pure con grosso ottimismo ) mi dispiaceva non vedere già in questa “valle di lacrime” una applicazione utile del JET o di ITER. In una recente comunicazione privata l’ ing Romanello mi ha chiarito il perchè l’uranio ( U233 ) ottenuto dal torio naturale non è buono per fare bombe atomiche. In natura il torio ( Th ) è composto in massima parte da Th232 ma è contaminato ( in pur microscopica quantità ) dalla presenza di Th230 che deriva dal decadimento alfa dell’U234 il quale, a sua volta, è il nipote dell’uranio 238 ( che decade alfa in Pa234 che a sua volta decade beta in U234 ). Anche senza volerlo, il Th230 in piccolissime quantità c’è nel torio naturale e catturando un paio di neutroni ed emettendo raggi beta diventa uranio 232. L’uranio 232 ha l’enorme difetto di non fissionare come l’utilissimo U233 ma di decadere emettendo raggi gamma pericolosissimi e dunque chi volesse fare una bomba con U233, non potendo ripulire l’U233 dal mortifero U232, rischierebbe di morire irraggiato. Anche in cima ad un missile intercontinentale una bomba all’U233 contaminato da U232 rischierebbe di ammazzare i militari possessori di quella bomba atomica così malfatta. Ma il difetto dell’usare il torio per far bombe all’U233 si traduce in un pregio in ambito civile! Personalmente non mi imbarcherei nella ciclopica impresa di fare un vero reattore ibrido fusione-fissione ma mi limiterei a termalizzare bene i neutroni veloci e velocissimi nati da un impianto simil_JET ( per evitare che fissionino i nuclidi fertili ) e poi a farli catturare in una soluzione acquosa di un sale di torio tipo un fluoruro di Th (ignoro quanto sia solubile in acqua il ThF3 o il ThF4 ma se non lo fossero si potrebbe vedere qualche altro sale ). Terrei inoltre in funzione costantemente un impianto di depurazione per estrarre subito dal torio tutto ciò che torio non è ossia il protoattinio 231 ( Pa231 ) derivante dal Th230 + un neutrone. Il Pa231, di per sé radioattivo ma non troppo ( 32500 anni di emivita ) andrebbe tempestivamente rimosso perché catturando un ulteriore neutrone diventerebbe Pa232 che avendo emivita di poco più di un giorno ed emettendo radiazione beta diventerebbe il dannato U232. Ovviamente non sarebbe possibile evitare che il processo di conversione in U232 abbia luogo in minima parte ma certo, quanto più pulita si tenesse la soluzione di torio naturale, tanto più l’uranio estratto dalla soluzione sarebbe povero di U232 e ricco di U233. Insomma … non so se un processo come questo risulta documentato in letteratura ma certo, descritto così a grosse linee, mi sembra molto interessante. Si tratterebbe insomma di tenere immerso un impianto simil_JET in un mare di acqua toriata e costantemente depurata dalle impurezze. Il processo dovrebbe essere fatto a freddo perchè lo scopo dell’impianto di fusione sarebbe quello di produrre U233 da utilizzarsi in reattori termici e non di generare potenza. Insomma: è noto che l’India, che ha imponenti riserve di torio, aspira ad usarlo come combustibile nucleare e che in natura c’è molto più torio che uranio. Dovendo arricchire il torio in fissile, l’India non potrebbe far altro, senza reattori a fusione, che usare i reattori veloci al sodio, tipo superphénix, che servono ottimamente anche a questo scopo. Se però fosse fattibile una accoppiata fusione fertilizzatrice + fissione per fare energia si otterrebbero impianti sicuri contro la proliferazione e si potrebbero utilizzare bene sia il torio che l’uranio impoverito che attualmente si accumula inutilizzato o solo sottoutilizzato per fare proiettili anticarro. Non sarebbe una prospettiva splendida e non solo per l’India straricca di torio ?
28 Novembre 2007 alle 12:40
Da una parte si potrebbero termalizzare i neutroni per fertilizzare il torio, dall’altra lasciare una quota di neutroni ad altissima energia per incenerire efficacemente le scorie.
In ogni caso la vedo dura: la fertilizzazione del torio porta ai complessi problemi radiologici di cui sopra.
Io sostengo che sarebbe meglio utilizzare il plutonio di scarto dagli LWR, oggi considerato una scoria, per produrre energia e fertilizzare il torio, che si trasmuterebbe così in U233 nel reattore stesso, senza arrivare a dare transuranici pesanti problematici e risolvando il problema radiologico.
Da un punto di vista fisico-neutronico si può fare: è quello che ho dimostrato nella mia tesi di laurea…
28 Novembre 2007 alle 14:12
Certo, ora come ora la via per consumare plutonio è quella del riutilizzo del plutonio prodotto nei LWR in qualsiasi altro reattore termico ( meglio se assieme al torio ) ma… che mi risulti, ora nessun reattore termico PWR o BWR è un surgeneratore ossia è capace di produrre più fissile di quanto ne consuma. Senza surgenerazione e con soli reattori termici bisognerà sempre estrarre il fissile che manca dall’ uranio naturale ossia… sfruttare male l’uranio creando giacenze di uranio impoverito. Se bastassero i reattori termici fosse nessuno penserebbe o avrebbe pensato a fare reattori veloci ( come il superphénix che ha avuto un costo altissimo: farlo a cosa sarebbe servito ? ) perché per consumare tutto l’uranio trasformandolo prima in plutonio e poi fissionandolo bisogna avere un fast breeder reactor. Guardando però qui:
en.wikipedia.org/wiki/Breeder_reactor#The_thermal_breeder_re... vedo che in realtà gli indiani ci stanno provando usando l’acqua pesante. Ma … per loro sarà dura… temo. Certo che usare un reattore a fusione per fare U233 è anche più dura, più che… realizzare ( o almeno progettare ) un reattore a piombo liquido da oltre 600 MWe come qualcuno sta facendo… Comunque, per dire, un reattore veloce al piombo, pur sicurissimo, potrebbe bastare solo a se stesso per rigenerare il fissile che consuma mentre per produrne in più da usare in reattori termici occorrerebbero comunque dei reattori veloci al sodio. Dato che personalmente faccio il tifo per i reattori a piombo liquido vedrei con molto piacere una alternativa al dover comunque riempire il mondo di reattori tipo il superphénix [ il fatto che il sodio possa prender fuoco non mi piace…;-) ]. In ogni caso l’idea di fare interagire fusione e fissione è solo un abbozzo di idea che personalmente trovo molto ragionevole, forse operativamente addirittura migliore, modestia a parte, di quella di Rubbia che proponeva un motore a razzo basato sull’americio 242. (http://it.wikipedia.org/wiki/Carlo_Rubbia) Comunque voglio rassicurare tutti. Non mi metterò ora a proporre una nuova versione di solare termodinamico nè cercherò sponsorizzazioni da Pecoraro Scanio. Non mi credo …ancora… né Napoleone né Rubbia !