Smantellamento degli impianti nucleari

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Con smantellamento degli impianti nucleari^[1] (spesso in inglese nuclear decommissioning o semplicemente decommissioning) si identificano tutte le azioni da intraprendere nei tempi successivi alla cessazione del servizio delle centrali nucleari. In genere lo scopo è quello di giungere alla completa demolizione di un impianto con la rimozione di ogni vincolo dovuto alla presenza di materiali radioattivi ed alla restituzione del sito per altri usi.^[2]

Infatti, la principale differenza tra lo smantellamento di una centrale di potenza convenzionale e una centrale nucleare, è data dalla presenza di materiale radioattivo o fissile, fatto che richiede precauzioni specifiche, la decontaminazione del personale e delle attrezzature, con procedure di trasporto e stoccaggio molto costose (ad esempio il gas di metallo prodotto durante il taglio delle tubazioni diventa radioattivo, come anche la polvere del cemento risultato delle demolizioni).

Lo smantellamento comporta molti atti e decisioni amministrative, oltre a interventi tecnici. Include ogni tipo di opera per la rimozione della radioattività e la progressiva demolizione dell'impianto. Una volta che la centrale viene smantellata, non deve persistere la possibilità di incidenti coinvolgenti la radioattività, o qualsiasi altra potenzialità di danno causato dalle strutture del reattore ai visitatori del sito. Negli Stati Uniti d'America e in Francia dopo che una centrale viene posta fuori servizio, asportato il combustibile e asportate le parti più radioattive, si consente la cessazione del suo controllo obbligatorio (regulatory control) e la società che deteneva la licenza della centrale viene sollevata dalle responsabilità legali per la sicurezza nucleare del sito.^[3]

L'AIEA definì tre opzioni per lo smantellamento^[4], definizioni che oggi, con qualche cambiamento delle condizioni richieste, sono state adottate internazionalmente.

1. Chiusura con stretta sorveglianza dell'impianto: rimangono all'interno fluidi, tubi, vasche piene d'acqua con le barre di combustibile esausto. Nei reattori a neutroni veloci rimane la grafite, infiammabile e radioattiva. (Procedura denominata Tombatura)
2. Rilascio del sito con alcune restrizioni: barre di combustibile, fluidi e tubature asportate, reattore sigillato, l'edificio continua ad esistere. L'accesso al pubblico è vietato oppure regolamentato. (Oggi denominato SAFSTOR)
3. Rilascio senza restrizioni del sito, corrispondente spesso alla completa demolizione delle strutture e al loro trasporto in un centro di discarica o al riciclaggio del metallo per costruire in altri reattori nucleari. Tale stadio è preceduto dal "brown field", che si verifica quando le strutture dell’impianto sono demolite e tutti i rifiuti radioattivi sono stoccati in depositi temporanei, pronti per essere trasferiti al Deposito Nazionale. Questa fase si conclude quando il trasporto verso il Deposito Nazionale viene completato definitivamente, arrivando così alla condizione di "prato verde" (green field, oggi denominato DECON).

L'Agenzia internazionale per l'energia atomica ha identificato tre opzioni per lo smantellamento, le cui definizioni sono state adottate a livello internazionale.^[5]

Lo smantellamento immediato (in inglese immediate dismantling, negli USA chiamato Early Site Release o DECON) è la strategia con cui le strutture, le attrezzature, parti e pertinenze di un impianto contenente contaminanti radioattivi vengono rimosse o decontaminate ad un livello tale da consentire la possibilità di essere reso disponibile per un uso senza limitazioni, o con limitazioni imposte dall'organismo di regolamentazione. In questo caso le attività di smantellamento iniziano poco dopo la cessazione definitiva dell'attività dell'impianto. Questa strategia implica il tempestivo completamento dello smantellamento dell'impianto e comporta la rimozione di tutto il materiale radioattivo dalla struttura ad un altro impianto e la sua lavorazione sia per lo stoccaggio a lungo termine che per lo smaltimento.

La custodia protettiva passiva^[6] (in inglese safe storage, safe store o safe enclosure, negli USA deferred dismantling o SAFSTOR) è l'opzione che rimanda la fine delle attività di ispezione e controllo per un periodo più lungo, abitualmente nell'ordine di 40-60 anni. L'impianto viene modificato (svuotato del combustibile nucleare e demolito in alcune strutture), portandolo in condizioni di sicurezza fino al momento dello smantellamento finale e della decontaminazione definitiva. Nel corso del periodo di custodia il decadimento radioattivo "naturale" riduce la quantità di materiali contaminati da trattare e smaltire.

Il tombamento (in inglese entombment) è una strategia che pone l'impianto in una condizione che permetterà al materiale radioattivo di rimanere nel sito senza la necessità di rimuoverlo totalmente. Abitualmente comporta il ridurre le dimensioni dell'area dove il materiale radioattivo viene collocato e in seguito si rinchiude l'edificio del reattore, (possibilmente senza il combustibile nucleare), con le sue piscine, tubature, pompe, vaporizzatori e tubi e altri materiali all'esterno del reattore dentro a una struttura di lunga durata in cemento armato, sigillata in modo che non abbia perdite nel terreno, refrigerata (con ricircolo di aria o acqua) e che possa durare per un periodo di tempo sufficiente ad assicurare che la radiazione residua non costituisca più un pericolo ingestibile. A volte si tratta di una scelta obbligata come nel caso di Černobyl', ma in località remote e poco popolate, per siti con molti reattori facili da vigilare, può essere un'opzione.^[7]

Un'ampia gamma di installazioni nucleari sono state disattivate e smantellate totalmente fino al giorno d'oggi.^[8] Questo elenco include centrali nucleari, reattori di ricerca, impianti per la produzione di radio-isotopi, acceleratori, miniere di uranio, impianti per l'arricchimento dell'uranio, impianti PUREX per la separazione chimica del plutonio, ecc.

Nonostante tutto, il numero di impianti di potenza totalmente smantellati è davvero esiguo. Esistono compagnie specializzate nello smantellamento nucleare; questa pratica è diventata un'attività industriale che rende profitti. Lo smantellamento è molto costoso; le stime correnti fatte dalla "Nuclear Decommissioning Authority" del Regno Unito sono che costerà almeno 70 miliardi di dollari smantellare i siti nucleari dismessi esistenti nella Gran Bretagna; questo calcolo non considera qualsiasi incidente o cambiamento delle normative che possa avvenire in futuro. Inoltre, a causa della radioattività latente nei "core" dei reattori, lo smantellamento totale del reattore diventa un processo lento che deve eseguirsi in varie fasi (spesso intervallate da decenni): i piani correnti della Nuclear Decommissioning Authority per lo smantellamento totale prevedono un arco di tempo dai 50 ad oltre 330 anni, con esclusione di siti incidentati per cui ogni previsione è difficile se non impossibile.^[9] Il lungo intervallo di tempo rende un calcolo affidabile dei costi estremamente difficile. Lo sforamento massiccio delle previsioni di spesa non è cosa infrequente anche per progetti che si attuano fino alla fase finale di smantellamento e decontaminazione totale (taglio sott'acqua del reattore, eseguito ad esempio in Germania) in modo risoluto, senza complicazioni, completato in tempi relativamente brevi.

Alcuni reattori nucleari oggetto di interventi in America, tipologia, potenza e costo dei lavori finora eseguiti e/o preventivati per kilowatt di potenza.^[8][10][11]

Lo stesso argomento in dettaglio: Hanford Site e Oak Ridge National Laboratory.

Nel sito di Hanford si trovano dei modelli di reattore nucleare moderato a grafite, gestiti da militari e fisici del progetto Manhattan, che sono serviti per la produzione di plutonio-239 "weapons grade" che è stato utilizzato in più di 60.000 armi nucleari, tra queste le bombe atomiche e inneschi della bomba termonucleare. I costi di costruzione e smantellamento sono segreti perché sotto controllo diretto del Dipartimento dell'energia, sottoposti a regole e controlli militari, che miravano ad impedire sabotaggi, spionaggio e a migliorare l'efficienza nella produzione di plutonio e trizio. Anche se molto inquinanti erano accettabili in quanto i nove reattori e i tre impianti PUREX si trovano in un'area semi-desertica e poco popolata dello Stato di Washington.

Alcuni reattori nucleari smantellati in Asia, tipologia, potenza e costo di smantellamento per chilowatt di potenza: Associazione Costruttori Reattori Nucleari.^[8]

Alcuni reattori nucleari smantellati in Europa Occidentale, tipologia, potenza e costo di smantellamento per kilowatt di potenza: Sito dell'Unione europea sullo smantellamento nucleare^[39][40], Associazione Costruttori Reattori Nucleari^[8], Regno Unito^[41].

I francesi stanno costruendo nella località di Marcoule un impianto di riciclaggio per l'acciaio debolmente radioattivo delle centrali nucleari smantellate. Questo metallo è inutilizzabile per acciai a contatto stretto o indiretto con la popolazione, perché contenente alcuni prodotti di attivazione, ma senz'altro potrà essere riciclato per impianti nucleari.^[75][76]

Alcuni reattori nucleari smantellati negli stati appartenenti all'ex-Unione Sovietica (Bielorussia, Russia, Ucraina ed altri) e altri paesi appartenenti all'alleanza "Patto di Varsavia" e/o al "Comecon", tipologia, potenza e costo di smantellamento per kilowatt di potenza: Associazione Costruttori Reattori Nucleari^[8], OSTI (USA e Russia)^[77].

La commissione francese dell'energia atomica sta smantellando l'impianto di riprocessamento UP1 localizzato a Marcoule. Attivo sin dal 1958 ha trattato 18,600 tonnellate di combustibile metallico provenienti da reattori refrigerati a gas (sia militari che civili) fino al 1997. La decontaminazione progressiva e lo smantellamento dell'impianto durerà 40 anni e si calcola possa arrivare a costare più di 6000 milioni di euro.^[86]

In molti paesi dell'OCSE lo smantellamento di un reattore nucleare può cominciare soltanto dopo che sia stata concessa la licenza appropriata prevista dalle legislazione concernente sul territorio. Come parte della procedura autorizzativa, devono essere elaborati vari documenti, rapporti e sono necessarie ispezioni e perizie approfondite, che porteranno a redigere rapporti destinati all'autorità competente, ad.es. rapporti di sicurezza, documenti tecnici, sull'impatto ambientale, ecc.

Nell'Unione europea questi documenti sono le basi della valutazione di impatto ambientale (VIA) e della valutazione ambientale strategica (VAS), in accordo alla Direttiva del Consiglio 85/337/CEE. Una precondizione per la concessione di questa licenza è la soddisfazione delle condizioni poste dall'articolo 37 del Trattato Euratom sottoscritto dalla Commissione Europea. L'articolo 37 obbliga ogni stato membro dell'Unione europea a comunicare alcuni dati relativi ad ogni eventuale previsto rilascio di sostanze radioattive alla Commissione. Queste informazioni devono rivelare se e quali tipi di inquinamento radioattivo comporti lo smantellamento – i piani di smantellamento e stoccaggio dei componenti del reattore e ogni possibile rilascio accidentale di sostanze – che impatto possano avere sull'ambiente, ad.es. acqua, suolo oppure aria, degli Stati Membri della U.E.^[87]. In base a questi dati generali, la Commissione deve essere in grado di stabilire l'esposizione di gruppi campione della popolazione nei paesi più vicini.

Negli USA molte compagnie elettriche attualmente stimano una media di 320 milioni di dollari per lo smantellamento totale di ogni reattore nelle centrali USA (dollari del 1998)^[8] In Francia, lo smantellamento della centrale nucleare di Brennilis in Bretagna^[88][89], un impianto da 70 MW, è già costato circa 480 milioni di euro (20 volte i costi stimati) ed è ancora incompleto dopo 20 anni. A dispetto degli ingenti investimenti nel rendere sicuro lo smantellamento, nel marzo 2006 l'ente francese CRIIRAD realizza dei prelievi vicino alla centrale, dietro la STE (Station de Traitements des Effluents) e trova elementi radioattivi come il cesio-137 e il (particolarmente tossico) cobalto-60 che sono percolati dentro il vicino lago. Secondo il CRIIRAD provengono incontestabilmente dalla centrale. Inoltre si trova anche una concentrazione abnormemente elevata di attinio-227 (molto radiotossico) di origine sconosciuta.^[90][91][92]

Nel Regno Unito, lo smantellamento dei due reattori a gas WAGR Pile 1 e Pile due di Windscale (messi in SAFSTORE quando uno di essi rimase danneggiato dall'incendio della grafite)^[93] (WAGR), un piccolo impianto di potenza da 2 × 49 MW, verrà completato soltanto nel 2015 e si calcola costerà circa 490 milioni di sterline portando il sito alla condizione "brown field".^[94]

Il reattore di Calder Hall-Sellafield è stato chiuso nel 2003. L'autorità britannica per il decommissioning ritiene che sarà possibile smantellarlo per il 2115, cioè dopo 160 anni dall'inaugurazione^[95]. In alternativa è stato studiato un piano (con orizzonte temporale di 100 anni) per mantenere l'impianto, trasformandolo in un'"attrazione turistica di valore storico"^[96].

In Germania, lo smantellamento della centrale nucleare di Niederaichbach, da 100 MW, è costato circa 90 milioni di euro.^[97]

Un rapporto dell'Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico pubblicato nel 2003, segnalava i costi in dollari USA (del 2001) in base al tipo di reattore (non incidentati). Per i PWR occidentali, la maggior parte era $ 200-500/kWe, per i VVER dell'Europa dell'Est i costi erano attorno ai $ 330/kWe, per i BWR $300–550/kWe, per i CANDU $270–430/kWe.

Molto superiori erano i costi dello smantellamento dei reattori refrigerati a gas (come il Magnox della Centrale nucleare di Latina, nei pressi di Borgo Sabotino, vicino a Latina, attualmente in SAFSTOR) a causa della maggior quantità di materiali radioattivi (e dell'infiammabile grafite), che raggiunsero i 2.600 dollari/kWe per alcuni reattori Magnox del Regno Unito.

In Europa esiste una considerevole preoccupazione sui fondi necessari per finanziare lo smantellamento finale. In molti paesi i fondi stanziati non sembrano sufficienti per pagare lo smantellamento finale, e in molti altri paesi i fondi (sostanziali) vengono spesso usati anche liberamente, per attività riguardanti la sicurezza nucleare, che sono diversi dallo smantellamento, mettendo i fondi a rischio, e distorcendo la competizione con concorrenti che non hanno a disposizione fondi per lo smantellamento nucleare.^[98]

La Commissione europea ha approfondito questo problema in seguito al trattato Euratom e nel 2016 ha concluso che per lo smaltimento degli impianti nucleari esistenti serviranno almeno 253 miliardi di euro.^[99]

Negli USA, le compagnie elettriche ("public utilities") hanno aggiunto una tassa tra i 0,1 e 0,2 cents/kWh per poter finanziare lo smantellamento. Le aziende devono inviare rapporti alla "Nuclear Regulatory Commission" con una certa regolarità, dimostrando lo stato dei fondi per lo smantellamento. Nel 2001, avevano raccolto 23.700 milioni di dollari per lo smantellamento, lasciando in sospeso una seconda parte di 11.600 milioni di dollari che verrà coperta dalle vite operative dei 104 reattori statunitensi in funzione (stimando un costo medio di 320 milioni di dollari (del 2001) per ogni singolo reattore).

In molti paesi del mondo, anche in quelli che hanno rinunciato all'utilizzo civile dell'energia nucleare (Austria, Italia), gli impianti nucleari non sono stati smantellati, ma si è proceduto alla rimozione degli elementi di combustibile esaurito dal reattore, alla loro collocazione in piscine di stoccaggio (dove le reazioni nucleari di fissione avvengono in modo molto più lento rispetto al reattore per la presenza di veleni disciolti) sia per la refrigerazione sia per la schermatura delle radiazioni, fino alla definitiva rimozione del combustibile dall'edificio del reattore ("defuelling").

In effetti, in condizioni normali, la perdita di sostanze radioattive da parte di un reattore nucleare in funzione è nulla, ed in molti casi^{[senza fonte]} il fondo di radioattività naturale, può essere anche di molto superiore a quella all'interno dell'impianto.

Soprattutto nei reattori nucleari a neutroni veloci, le strutture interne ricevono un intenso irraggiamento neutronico che attiva molti materiali, rendendo le strutture radioattive. Un muro di terra spesso 1 metro riduce le radiazioni al 10% e con due metri di terra si ha soltanto un 1% di radiazioni residue. Nonostante questo, la possibile infiltrazione verso la falda freatica da parte di sostanze radioattive, rende problematico l'interramento delle strutture del reattore nucleare. La demolizione delle strutture in calcestruzzo e il taglio con la fiamma ossidrica delle strutture in metallo, comporta la liberazione di polveri e vapori radioattivi, inconveniente che può essere evitato con il taglio sott'acqua.

Lo stesso argomento in dettaglio: Scorie radioattive.

Il problema dello smaltimento delle scorie nucleari altamente radioattive, viene approfondito nella voce scorie radioattive. Le scorie rimangono più radioattive rispetto all'uranio naturale per un periodo che si calcola tra i 100.000 e i 10⁶ anni (per i reattori Uranio-Plutonio). Per i pochi modelli di reattore nucleare PHWR utilizzanti il ciclo torio-uranio (in funzione soltanto in India) oppure il reattore autofertilizzante torio-uranio proposto dal nobel Carlo Rubbia, si ha il vantaggio della produzione di residui che restano pericolosi per non più di 1000 anni. Comunque l'elevata fluenza di neutroni, attivando le strutture del reattore, rende lo smantellamento più lungo, costoso e difficile.

Nel 2009 l'Università del Texas, sede di Austin, ha proposto il progetto preliminare (con tempi di realizzazione pratica non definiti) di un nuovo reattore nucleare, refrigerato a piombo liquido, che combinerebbe le reazioni di fissione con altre di fusione nucleare per eliminare buona parte delle scorie radioattive^[100].

italiano

• Virginio Bettini, Scorie. L'irrisolto nucleare, UTET, 2006. ISBN 978-88-02-07352-1
• Virginio Bettini e Giorgio Nebbia, Il nucleare impossibile, perché non conviene tornare al nucleare, UTET, 2009. ISBN 88-02-08091-7

inglese

• (EN) Strategy Selection for the Decommissioning of Nuclear Facilities, settembre 2003. URL consultato il 24 ottobre 2010.
• (EN) V. Massaut, Decommissioning Experience in the European Union to Date., in Rep. Co-ordination Network on Decommissioning of Nuclear Installations, n.d., Web.4, gennaio 2010. URL consultato il 24 ottobre 2010 (archiviato dall'url originale il 26 giugno 2015).
• (EN) Nuclear Decommissioning, IMechE Conference transaction 1995 -7.
• (EN) OECD/NEA 1992, Decommissioning Policies for Nuclear Facilities.
• (EN) OECD/NEA 1992, International Co-operation on Decommissioning.
• (EN) IAEA Bulletin 42/3/2000, Preparing for the End of the Line - Radioactive Residues from Nuclear Decommissioning
• (EN) Nuclear Energy Institute 2002, Decommissioning of Nuclear Power Plants, factsheet.
• (EN) OECD/NEA 2003, Decommissioning Nuclear Power Plants - policies, strategies and costs.
• (EN) OECD/NEA 2003, Strategy Selection for the Decommissioning of Nuclear Facilities, Tarragona, Spagna 2003.
• (EN) OECD/NEA 2006, Decommissioning Funding: Ethics, Implementation, Uncertainties.
• (EN) Doubleday, EC, 2007, A Decommissioning Wrapup, Radwate Solutions March-April 2007.
• (EN) Spent Nuclear Reprocessing in France (PDF), su fissilematerials.org. URL consultato il 24 ottobre 2010 (archiviato dall'url originale il 22 novembre 2010).

In italiano

• Centrale nucleare di Marcoule (impianto di riciclaggio francese)
• Direttiva Seveso
• Energia nucleare nel mondo
• Grafite nucleare
• Risorse e consumo di energia nel mondo
• Scorie radioattive

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Smantellamento degli impianti nucleari

• Nuclear Energy Agency: Disattivazione e smantellamento degli impianti nucleari (PDF), su oecd-nea.org.
• Agenzia Energia Nucleare: Decommissioning degli Impianti Nucleari (pro-nucleare)
• I Verdi/Alleanza Libera Europea: "The Nuclear Endgame"^{[collegamento interrotto]} (anti-nuclearista)
• Zona Nucleare (Zona Nucleare non si schiera pro o contro il nucleare. Non è questo l'intento. Gli argomenti "nucleare" e "energia nucleare" sono qui affrontati relativamente alla problematica dello smaltimento delle scorie nucleari).
• OPEF, Il decommissioning degli impianti nucleari e la sistemazione dei materiali radioattivi^{[collegamento interrotto]}.

• (EN) BUSINESS INSIDER - UK Archiviato il 6 dicembre 2015 in Internet Archive.: Getting Rid Of Old Nuclear Reactors Worldwide Is Going To Cost Way More Than People Think Archiviato il 20 gennaio 2015 in Internet Archive.
• YAHOO-NEWS: AP IMPACT: Funds to shut nuclear plants fall short, su news.yahoo.com.
• https://www.forbes.com/markets/feeds/afx/2008/04/14/afx4884425.html^{[collegamento interrotto]} (fonte: articolo del 14/4/2008 del Thompsom Financial News presentato nel sito di Forbes)
• IAEA: Cost of Decommissioning of Nuclear Power Plants (PDF), su iaea.org.
• Decommissioning the nuclear power industry: rubble, rubble, toil and trouble Archiviato il 28 novembre 2008 in Internet Archive. (Sito molto critico verso il nucleare)
• Decommissioning.info is a portal with information on nuclear decommissioning, su decommissioning.info.
• Decommissioning Fund Methodologies for Nuclear Installations in the EU, rapport by the German Wuppertal Institute, commissioned by the Commissione europea. May 2007.
• European website on decommissioning of nuclear installations, su eu-decom.be. URL consultato il 15 ottobre 2008 (archiviato dall'url originale il 4 luglio 2007).
• Nuclear Energy Institute - Reliable and Affordable Energy, su nei.org. URL consultato il 12 dicembre 2008 (archiviato dall'url originale l'11 dicembre 2008).
• Italy: Nuclear Power Situation (pagina della Nuclear Energy Agency)
• Nuclear Power in Italy Archiviato il 24 dicembre 2008 in Internet Archive. (pagina della World Nuclear Association)
• UNESCO: Nuclear decommissioning: a problem that will not go away, su unesco.org.
• US Nuclear Regulatory Commission, su nrc.gov.
• WNA: World Nuclear Association (pagina in inglese, che costituisce la principale fonte delle tabelle)
• Zona Nucleare: Decommissioning of Nuclear Reactors in Italy, su zonanucleare.com.

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