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Il reattore avanzato si avvicina alla realtà
Terrapower, una startup finanziata in parte da Nathan Myhrvold e Bill Gates, si sta avvicinando alla costruzione di un nuovo tipo di reattore nucleare chiamato reattore a onde mobili che funziona con un'abbondante forma di uranio. L'azienda lo vede come una possibile alternativa ai reattori a fusione, che sono anche apprezzati per il loro potenziale di produrre energia da una fonte di combustibile quasi inesauribile.
Pianta dei sogni: Un progetto recente per un reattore nucleare noto come reattore a onde mobili sembra simile ad alcuni progetti nucleari convenzionali, ma il modo in cui funziona è molto diverso.
Il lavoro sul design del reattore di Terrapower è iniziato nel 2006. Da allora, l'azienda ha cambiato il suo design originale per rendere il reattore più simile a uno convenzionale. Le modifiche renderebbero il reattore più facile da progettare e costruire. L'azienda ha anche calcolato dimensioni precise e parametri prestazionali per il reattore. Terrapower prevede di iniziare la costruzione di un impianto dimostrativo da 500 megawatt nel 2016 e di avviarlo nel 2020. Sta lavorando con un consorzio di laboratori nazionali, università e aziende per superare la principale sfida tecnica del nuovo reattore: sviluppare nuovi materiali che possano resistere all'uso nel nocciolo del reattore per decenni alla volta. Deve ancora garantire un sito per un impianto sperimentale o i fondi per costruirlo.
Il reattore è progettato per essere più sicuro dei reattori nucleari convenzionali perché non richiede elettricità per far funzionare i sistemi di raffreddamento per prevenire una fusione. Ma il nuovo reattore non risolve quello che probabilmente è il problema più grande che oggi l'energia nucleare deve affrontare: l'alto costo di costruzione. John Gilleland, CEO di Terrapower, afferma che la società si aspetta che i reattori costino quanto quelli convenzionali, ma la giuria non è ancora d'accordo.
I reattori convenzionali generano calore ed elettricità come risultato della fissione di una rara forma di uranio, l'uranio 235. In un reattore a onde mobili, viene utilizzata una piccola quantità di uranio 235 per avviare il reattore. I neutroni prodotti dal reattore convertono quindi l'uranio 238, molto più abbondante, in plutonio 239, un materiale fissile in grado di generare il calore necessario per l'energia nucleare. L'uranio 238 è facilmente disponibile in parte perché è un prodotto di scarto dei processi di arricchimento utilizzati per produrre combustibile nucleare convenzionale. Potrebbe anche essere conveniente in futuro estrarre l'uranio 238 dall'acqua di mare se la domanda di combustibile nucleare è elevata. Terrapower dice che c'è abbastanza di questo carburante per rifornire il mondo di energia per un milione di anni, anche se tutti dovessero usare tanto potere quanto le persone negli Stati Uniti.
Nel progetto originale di Terrapower, il nocciolo del reattore era riempito con un'ampia raccolta di uranio 238. Il processo di conversione inizia da un'estremità, producendo plutonio che viene immediatamente suddiviso per generare calore e convertire più uranio in plutonio. La reazione si sposta da un'estremità all'altra, in un'onda in movimento, fino a quando non possono verificarsi più reazioni.
Nel nuovo design, le reazioni avvengono tutte vicino al centro del reattore invece di iniziare da un'estremità e spostarsi all'altra. Per iniziare, le barre di combustibile di uranio 235 sono disposte al centro del reattore. Intorno a queste barre ci sono quelle costituite da uranio 238. Mentre le reazioni nucleari procedono, le barre di uranio 238 più vicine al nucleo sono le prime ad essere convertite in plutonio, che viene poi utilizzato nelle reazioni di fissione che producono ancora più plutonio nel combustibile vicino canne. Quando le barre di combustibile più interne sono esaurite, vengono estratte dal centro utilizzando un dispositivo meccanico telecomandato e spostate alla periferia del reattore. Le rimanenti barre di uranio 238, comprese quelle che erano abbastanza vicine al centro da trasformare parte dell'uranio in plutonio, vengono quindi spostate verso il centro per prendere il posto del combustibile esaurito.
In questo sistema, il calore viene sempre generato all'incirca nella stessa area all'interno del nocciolo del reattore, vicino al centro. Di conseguenza, è più facile progettare i sistemi per estrarre e utilizzare il calore per generare elettricità.
Una sfida con questo design è garantire che il rivestimento in acciaio che contiene il combustibile nelle barre di combustibile possa sopravvivere all'esposizione a decenni di radiazioni. I materiali attuali non sono abbastanza buoni: per prima cosa, iniziano a gonfiarsi, il che chiuderebbe gli spazi tra le barre di combustibile attraverso le quali dovrebbe fluire il refrigerante. Per durare 40 anni, i materiali dovrebbero essere da due a tre volte più resistenti, afferma Terrapower.
L'azienda sta utilizzando modelli informatici per anticipare come i materiali attualmente disponibili cambierebbero nel tempo e sta sviluppando progetti di reattori che anticipano questi cambiamenti. Ad esempio, se si sa che un materiale si rigonfia nelle condizioni all'interno del reattore, gli spazi tra le barre di combustibile sarebbero progettati per accogliere questo rigonfiamento, afferma Doug Adkisson, direttore delle operazioni di Terrapower.
Terrapower ha anche sviluppato progetti per un sistema di raffreddamento passivo. Come molti altri progetti di reattori avanzati, quello di Terrapower utilizza il metallo di sodio fuso come refrigerante. Il sodio impiega molto più tempo a bollire rispetto all'acqua, il che dà agli operatori dell'impianto più tempo per rispondere agli incidenti. Sarebbe anche possibile utilizzare la convezione naturale e il raffreddamento ad aria in caso di interruzione di corrente: il refrigerante non dovrebbe essere continuamente pompato nel reattore, come nel caso di Fukushima. Un pericolo dell'uso del sodio, tuttavia, è che reagisce violentemente quando è esposto all'aria o all'acqua.
I prossimi passi di Terrapower includono la finalizzazione della progettazione e la ricerca di partner per la realizzazione degli impianti. È stato in trattative con organizzazioni in Cina, Russia e India. Gilleland afferma che la società prevede di avere un annuncio sui partner entro i prossimi mesi.