Enea studia combustibili più sostenibili per il nucleare di IV generazione
Ma occorre continuare a studiarne il comportamento per migliorarne la performance e garantire l'adeguata sicurezza dell'impianto
[15 Aprile 2024]
Il progetto Plutonium Management for More Agility (PuMMA) che coinvolge 20 partner di 12 Paesi europei, tra cui ENEA per l'Italia, punta a «Migliorare la sostenibilità e le prestazioni dei reattori nucleari di IV generazione, favorendo il riciclo del combustibile già utilizzato per ridurre le scorie a lunga vita». PUMMA ha anche cofinanziato il dottorato di ricerca di Diego Jaramillo Sierra del Politecnico di Milano, che si è svolto presso il Centro Ricerche ENEA del Brasimone (Bologna).
I reattori nucleari sono generalmente classificati per "generazione" (I, II, III, III+ e IV) sulla base delle caratteristiche chiave che hanno determinato lo sviluppo e il loro impiego a livello industriale. I reattori di IV generazione si differenziano da quelli attualmente in esercizio (appartenenti per oltre il 90% alla II generazione) per il sistema refrigerante che utilizza piombo o sodio invece di acqua; in questo modo, grazie alle caratteristiche fisiche del piombo o del sodio, è possibile garantire la presenza del refrigerante in qualsiasi condizione incidentale. Le proprietà intrinseche del refrigerante adottato e l'utilizzo di sistemi passivi rendono l'impianto estremamente affidabile, semplificando la gestione di eventuali incidenti.
All'ENEA spiegano che «Nello specifico, il progetto, cofinanziato dal programma Euratom, si propone di valutare l'impatto dell'elevato contenuto di plutonio (circa il 40%) nel combustibile nucleare dei reattori veloci e di esaminare le possibili implicazioni su sicurezza e prestazioni, ma anche gli scenari di integrazione della tecnologia con quelle attualmente in uso, per un nucleare sempre più sostenibile».
Alessandro Del Nevo, responsabile della Divisione di Ingegneria sperimentale al Dipartimento Nucleare ENEA e referente del progetto sottolinea che «Dall'uso del MOX, combustibile composto da una miscela di ossido di uranio e plutonio, è possibile ottenere un combustibile nucleare più sostenibile e disponibile in grandi quantità. Tuttavia, si tratta di un combustile del quale occorre continuare a studiare il comportamento per migliorarne la performance e garantire l'adeguata sicurezza dell'impianto».
All'ENEA spiegano ancora che le attività legate al progetto comprendono sia simulazioni attraverso modellazioni e software che analisi sperimentalI. Per i test sono stati utilizzati dati già disponibili su MOX ad alto tenore di plutonio, irraggiato – Prodotti dal Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives – CEA (Francia) e Nuclear Research and consultancy Group – NRG (Olanda) – e analizzato mediante esami distruttivi e non.
Secondo Del Nevo, «I risultati preliminari sono promettenti, ma dobbiamo migliorare i nostri modelli basati prevalentemente su dati di esperimenti su reattori tradizionali ad acqua».
ENEA e altri 7 partner si occupano delle attività di simulazione e modellistica che vengono condotto attraverso il codice di performance TRANSURANUS, un software per l'analisi termica e meccanica delle barrette di combustibile irradiate nei reattori nucleari, sviluppato dal JRC-Karlsruhe, per accrescere le conoscenze sul comportamento dei materiali utilizzati durante il funzionamento del reattore.
Del Nevo conclude ricordando che «Le "pastiglie" di combustibile nucleare, impilate all'interno di barre cilindriche, rappresentano insieme alla guaina esterna della barra stessa, le prime barriere contro il rilascio di prodotti di fissione. Capire come i materiali di cui sono composte le "pastiglie" possono essere deformati o danneggiati dall'attività di irraggiamento è essenziale per aumentare l'affidabilità e prolungare la vita utile del combustibile, senza compromettere i margini di sicurezza. Nel corso del progetto, un traguardo significativo è stato raggiunto replicando il comportamento del combustibile nucleare attraverso l'analisi FEM (Finite Element Method), la tecnica di simulazione che permette di calcolare il comportamento strutturale di un sistema complesso scomponendolo in un numero elevato di elementi che possono essere risolti in maniera più semplice».