Gestione del combustibile nucleare

L’esercizio delle centrali nucleari e dei reattori di ricerca avviene tramite il “bruciamento” del cosiddetto combustibile nucleare. Tale “bruciamento” è prodotto dalla interazione nel reattore dei neutroni con i materiali presenti nel combustibile stesso. Tale interazione comporta, tra l’altro, la cosiddetta fissione nucleare: i nuclei di elementi pesanti, principalmente uranio e plutonio (quest’ultimo non presente in natura ma generato dall’irraggiamento neutronico), colpiti dai neutroni si dividono dando origine a due o più frammenti più leggeri. Una volta completato il ciclo di vita il combustibile viene allontanato dal reattore nucleare, in questa fase si parla di combustibile “irraggiato”. Il combustibile irraggiato contiene circa il 97% della radioattività associata al sito nucleare.

Il bruciamento all’interno del reattore rappresenta la seconda fase del ciclo del combustibile, definita service period. È preceduta dalla realizzazione del combustibile (front-end), tramite l’estrazione mineraria dell’uranio e il suo successivo trattamento e “arricchimento”.

A valle dell’utilizzo del combustibile nel reattore, si procede con le operazioni che prevedono il raffreddamento in piscina, per un periodo dai 2 ai 5 anni, e il suo successivo stoccaggio a secco o il suo invio a riprocessamento; in questo secondo caso, le materie recuperate, ovvero uranio e plutonio, possono essere riutilizzate per la fabbricazione di nuovo combustibile. Tale ultima fase è definita back-end.

Come si gestisce il combustibile nucleare irraggiato

L’attività propedeutica alle operazioni più complesse di decommissioning di un impianto nucleare è lo stoccaggio a secco o l’invio a riprocessamento (fase di back-end) del combustibile, una volta bruciato nel reattore e raffreddato nelle piscine.

Nel primo caso, il combustibile viene stoccato in depositi temporanei, all’interno di specifici contenitori, e successivamente smaltito presso un sito idoneo (ciclo aperto del combustibile nucleare o Once-through Fuel Cycle).

Nel secondo caso, il combustibile viene riprocessato, ovvero vengono separate e recuperare le materie (uranio e plutonio) che possono essere riutilizzate per la produzione di nuovo combustibile. Quest’ultimo potrà essere, dunque, reimpiegato in una centrale nucleare (ciclo chiuso del combustibile o Closed Fuel Cycle).

Perché in Italia abbiamo combustibile nucleare?

Il combustibile nucleare presente in Italia è legato non solo alla passata stagione di produzione di energia elettrica da fonte nucleare, avviata tra gli anni '50 e '80 con la costruzione delle centrali nucleari di Caorso, Garigliano, Latina e Trino, con l’attività di ricerca svolta negli impianti di Casaccia, Rotondella e Saluggia, ma anche connessa all’attività dei reattori di ricerca situati presso il Centro ricerche Casaccia dell'ENEA:

TRIGA RC-1 (Training, Research, Isotopes, General Atomics - Reattore Casaccia 1), ROSPO (Reattore Organico Sperimentale Potenza zerO), RANA (Reattore Analisi Neutronica in Acqua), RITMO (Reattore Ingegneria e Tecnologia Materiali a potenza zerO) e TAPIRO (TAratura PIla Rapida a potenza zerO) e il reattore TRIGA Mark II collocato all’interno del L.E.N.A. (Laboratorio Energia Nucleare Applicata) dell’Università degli studi di Pavia (attualmente l’unico reattore di 1° classe funzionante in Italia).

L’Italia è stata però anche fra i primi Paesi a decidere, con i referendum del 1987 e del 2011, di rinunciare alla produzione di energia elettrica da fonte nucleare, determinando la chiusura di questi impianti.

A Sogin è stata affidata, con il D. lgs. n. 79 del 16 marzo 1999 sulla liberalizzazione del settore elettrico, la gestione del combustibile nucleare utilizzato nelle centrali di Caorso, Garigliano, Latina e Trino e quello legato al progetto Superphenix nella centrale francese di Creys Malville. Successivamente, Sogin ha assunto anche la gestione delle materie e del combustibile presenti negli ex impianti di ricerca di Casaccia, Rotondella e Saluggia, oltre all’impianto FN di Bosco Marengo.

La strategia adottata da Sogin per la gestione del combustibile si attiene agli indirizzi formulati dal Governo italiano. A seguito del Decreto ministeriale del 2 dicembre 2004, Sogin ha sostituito l’opzione dello stoccaggio a secco presso gli impianti con quella del trattamento e riprocessamento all’estero del restante combustibile ancora presente in Italia, ad eccezione del combustibile Elk River nel sito di Rotondella.

La strategia del 2004 viene confermata dagli indirizzi emanati il 28 marzo del 2006. Nello stesso anno il Governo francese e quello italiano hanno firmato a Lucca l’Accordo Intergovernativo per il trattamento presso l’impianto di riprocessamento di La Hague, in Francia, del combustibile nucleare irraggiato presente presso i siti di Caorso, Trino e Garigliano, in parte stoccato presso la piscina del Deposito Avogadro di Saluggia. In seguito a detto accordo, Sogin ha sottoscritto un contratto di trasporto e riprocessamento con l’operatore francese AREVA (ora ORANO).

Quanto combustibile irraggiato negli impianti nucleari italiani?

Complessivamente, il combustibile irraggiato derivante dall’esercizio delle centrali nucleari è pari a circa 1.864 tonnellate (peso prima dell’irraggiamento):

Caorso –190.4 tonnellate
Garigliano –111 tonnellate
Latina –1425.5 tonnellate
Trino – 137 tonnellate

La gestione degli impianti del ciclo del combustibile affidata a Sogin nel 2003 ha comportato, inoltre, la presa in carico del combustibile presente presso vari siti:

combustibile a uranio arricchito e torio proveniente dalla centrale statunitense di Elk River (64 elementi e 15 spezzoni di barrette)
combustibile irraggiato derivante da attività di ricerca.

A oggi, il 99% del combustibile irraggiato nelle centrali di Caorso, Latina, Trino e Garigliano è stato inviato per essere riprocessato nell’impianto Eurochemic in Belgio, nell’impianto di La Hague in Francia, e nell’impianto di nel Sellafield Regno Unito.

In particolare, delle 1.864 tonnellate complessivamente prodotte dalle centrali nucleari:

circa 913 tonnellate sono state riprocessate all’estero in base a contratti conclusi da Enel prima del subentro di Sogin, e le materie nucleari sono state già alienate.
circa 951 tonnellate rientrano nei contratti di riprocessamento in essere con la francese ORANO (già AREVA) e la britannica Nuclear Decommissioning Authority (NDA, già BNFL).

Di queste ultime sono già state trasferite circa 938 tonnellate, con 125 trasporti:

presso l’impianto inglese di Sellafield tra il 1969 e il 2005 è stato inviato parte del combustibile irraggiato (circa 716 tonnellate) presente nelle centrali di Garigliano, Trino e Latina;
presso l’impianto francese di La Hague, tra il 2007 e il 2010, è stato inviato tutto il combustibile irraggiato presente nella piscina della centrale di Caorso (circa 190 tonnellate); tra il 2011 e il 2013, parte del combustibile irraggiato della piscina del Deposito Avogadro (circa 17 tonnellate) e nel 2015 tutto il combustibile irraggiato presente nella piscina della centrale di Trino (circa 15 tonnellate).

Resta da allontanare una parte di combustile irraggiato, circa 13 tonnellate , prodotto dall’esercizio delle centrali di Trino e del Garigliano, oggi stoccato in Italia. Con queste ultime operazioni si concluderà l’allontanamento di tutto il combustibile irraggiato delle centrali nucleari italiane per il riprocessamento.

Per quanto riguarda il combustibile irraggiato presente negli impianti del ciclo del combustibile, gli attuali programmi prevedono che, opportunamente confezionato all’interno di contenitori metallici schermati (cask), venga conferito al Deposito Nazionale per lo stoccaggio a secco. La quasi totalità di questo materiale è composta da 64 elementi di combustibile Elk River.

I trasporti sono sicuri?

Si. Il combustibile viene spedito all’interno di particolari contenitori metallici schermanti ad alta resistenza (cask), che sono appositamente realizzati per garantire la massima sicurezza degli operatori, della popolazione e dell’ambiente.

A seconda delle loro caratteristiche tecniche, i cask sono utilizzati sia per il trasporto che per lo stoccaggio del combustibile nucleare irraggiato che per i rifiuti radioattivi di media e alta attività, che restano all’interno dei cask anche per lo smaltimento in depositi geologici.

Ogni trasporto avviene nel rispetto della normativa internazionale IAEA ed è sottoposto a una serie di prescrizioni di sicurezza emanate dall’Autorità italiana ISIN. Le Prefetture delle Province interessate dal trasporto emettono, inoltre, uno specifico Piano di intervento in caso di emergenza che copre l’intero tratto nazionale del percorso.

Residui da riprocessamento

Il riprocessamento è un processo molto complesso che consente di trattare il combustibile irraggiato al fine del recupero delle materie fissili (U e Pu) ancora al suo interno.
Dalle attività di riprocessamento, oltre alle materie fissili, vengono prodotte altre tipologie di rifiuti: prodotti di fissione; materiali metallici; rifiuti secondari del processo.

Ognuna delle tre tipologie su indicate è sottoposta ad un adeguato processo di condizionamento al fine di renderla idonea al trasporto e allo stoccaggio a lungo termine.

In particolare, dal riprocessamento del combustibile di Sogin, dovranno tornare in Italia due diverse tipologie di rifiuti condizionati, definiti anche: residui vetrificati (ovvero inglobati in una speciale malta di vetro e principalmente prodotti di fissione) o residui compattati (ovvero solidi sottoposti a schiacciamento, con una forte riduzione di volume).

In base ai contratti vigenti con l’operatore francese ORANO e l’inglese NDA, i residui del combustibile riprocessato all'estero, una volta trattati e condizionati, al momento della disponibilità di un idoneo sito di stoccaggio in Italia saranno inseriti in adeguati cask di trasporto e stoccaggio e trasferiti in Italia presso il sito di stoccaggio.

Residui Francia

In base agli accordi in essere con ORANO, in Francia sono stoccati:

15,4 mc di residui vetrificati alta attività, conservati all’interno di pozzi dotati di ventilazione forzata per la rimozione del calore
47,6 mc di residui metallici compattati, conservati in appositi depositi temporanei

Residui Regno Unito

Parte superiore di alcuni contenitori di residui vetrificati e un contenitore sollevato - Immagine fornita per gentile concessione della Nuclear Decommissioning Authority

Ai fini del rientro, il Ministero dello Sviluppo Economico, con la direttiva del 10 agosto 2009, ha dato indirizzo a Sogin di procedere con la sostituzione dei residui di media e bassa attività derivanti dal riprocessamento presso Sellafield, con un minor volume, radiologicamente equivalente, di residui vetrificati ad alta attività da conferire al Deposito Nazionale.

L’opzione della sostituzione comporta diversi vantaggi, tra cui il rientro di un’unica tipologia di rifiuti con una riduzione dei volumi, riduzione del numero e dei tempi dei trasporti e la semplificazione di tutte le attività per il destorage (fasi propedeutiche ai fini del rientro), il trasporto e lo stoccaggio dei residui.

Pertanto, in base alla sottoscrizione di detto accordo, avvenuto in data 17 luglio 2017, con l’operatore inglese NDA, ad oggi sono stoccati nel Regno Unito, all’interno di pozzi dotati di ventilazione forzata per la rimozione del calore, unicamente residui vetrificati il cui volume stimato è di circa 20 metri cubi.

Global Threat Reduction Initiative

Allontanamento di materiali nucleari nell’ambito del programma GTRI

Il GTRI (Global Threat Reduction Initiative) era un programma finalizzato a riportare sotto il controllo del governo statunitense alcuni materiali nucleari sensibili a suo tempo esportati in diversi paesi per finalità industriali (produzione di energia) o di ricerca scientifica e non più utili per quegli scopi, ma che possono attrarre l’interesse di organizzazioni terroristiche.

Fra questi rientrano i materiali a base di plutonio o di uranio ad alto arricchimento che erano conservati in sicurezza in tre impianti italiani: EUREX di Saluggia, IPU e OPEC di Casaccia e ITREC di Rotondella.

L’Italia ha pertanto aderito al programma GTRI in quanto funzionale al processo di decommissioning degli impianti nucleari. L'allontanamento dei materiali nucleari presenti sul territorio nazionale si è concluso nel 2014.

Per raggiungere questo risultato, i referenti del programma GTRI e Sogin hanno superato importanti sfide tecniche, tra cui il coordinamento dei trasporti e lo sviluppo di nuove scatole a guanti per il confezionamento del plutonio e di un nuovo processo per convertire l’uranio altamente arricchito da una soluzione ad un ossido.

L’Ambasciatore degli Stati Uniti in Italia ha consegnato a Sogin una targa di riconoscimento per la qualità e l’efficacia del lavoro svolto.

Gruppo Sogin

Chiusura del ciclo nucleare italiano

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