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SMALTIMENTO DELLE SCORIE NUCLEARI

Introduzione

Le scorie nucleari sono materiale di scarto contenente elementi chimici radioattivi che non sono più utilizzabili.
Sono spesso il prodotto di processi nucleari, come la fissione, ma possono essere generate anche dal processo di rifornimento di reattori o di armi nucleari.

La radioattività di tutte le scorie nucleari diminuisce con il tempo; tutti i radioisotopi contenuti nelle scorie hanno una vita media, cioè il tempo che occorre ad ogni radionuclide per dimezzare la propria radioattività. Alla fine tutte le scorie nucleari decadono in materiali non radioattivi; per esempio, il 99.9% della radioattività del combustibile esaurito di un reattore nucleare scompare in 40 anni.

Più è veloce il decadimento di un radioisotopo, maggiore è la sua radioattività. L'energia e il tipo di radiazione ionizzante emesse da una sostanza radioattiva pura sono fattori importanti per valutarne il grado di pericolosità nei confronti delle forme di vita. Le proprietà chimiche di un elemento radioattivo determinano il suo tasso di mobilità, cioè la sua capacità di diffondersi nell'ambiente e di contaminarlo. Questo è ulteriormente complicato dal fatto che ben pochi elementi decadono velocemente in sostanze non radioattive: la maggior parte decade dando luogo ad una catena di decadimento che resta radioattiva a lungo.

L'obiettivo principale nella gestione e dello stoccaggio di scorie radioattive è la protezione delle persone e dell'ambiente. Questo comporta l'isolamento o la diluizione delle scorie così che la concentrazione dei radionuclidi che tornano all'ambiente non sia dannosa.
Per raggiungere questo risultato, la tecnica in uso prevede l'interramento profondo e sicuro delle scorie più pericolose; la trasmutazione e la spedizione nello spazio profondo sono altri sistemi suggeriti.

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Tipi di scorie radioattive

Anche se radioattivi in maniera non significativa, gli scarti dell'estrazione mineraria dell'uranio sono considerati scorie; inoltre, di solito contengono anche metalli pesanti chimicamente pericolosi come l'arsenico e il piombo.
Vasti depositi di scorie di estrazione sono abbandonati presso vecchi siti estrattivi, specialmente in Colorado, Nuovo Messico e Utah.

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Le SCORIE DI BASSO LIVELLO vengono generate da industrie ed ospedali, così come dal ciclo di vita del combustibile nucleare. Fra le scorie di basso livello vengono annoverate la carta, gli strumenti, i filtri e gli indumenti che contengono piccole quantità di elementi radioattivi dalla vita molto breve.
Non richiedono protezione durante le operazioni o il trasporto e possono essere interrate senza particolari precauzioni. Per ridurne il volume, vengono spesso compatatte o incenerite prima dell'interramento.

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Le SCORIE DI MEDIO LIVELLO (SML) contengono un maggior livello di radioattività e, in qualche caso, richiedono forme di protezione. Queste scorie comprendono resine, composti chimici e metalli, così come altri materiali contaminati provenienti dallo smantellamento di un reattore. Prima dello stoccaggio possono essere incamiciate in cemento o bitume.
Generalmente le scorie a vita breve vengono interrate in un deposito temporaneo, mentre le scorie a vita lunga vengono interrate a grande profondità in siti appositi.
I regolamenti degli Stati Uniti non riconoscono questo tipo di scorie: il termine viene utilizzato in Europa.

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Le SCORIE DI ALTO LIVELLO (SAL) derivano dall'uso dell'uranio come combustibile nei reattori nucleari e nelle armi atomiche. Contengono i prodotti della fissione e gli elementi transuranici generati nel nocciolo del reattore; sono molto caldi e radioattivi, cosicché vengono considerati le “braci” della combustione dell'uranio. Le SAL compongono il 95% di tutte le scorie radioattive create dal processo di produzione di energia per via nucleare.

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Le SCORIE TRANSURANICHE, come definite dai regolamenti degli Stati Uniti, sono – indipendentemente dalla loro forma o sorgente – le scorie contaminate da radionuclidi transuranici alpha-emettitori con una vita media superiore a vent'anni e concentrazioni superiori a 100 nCi/g, escluse però le scorie di alto livello.
Negli Stati Uniti queste scorie vengono generate principalmente dalla produzione di armi nucleari e sono composte da abiti, strumenti, attrezzature, residui e scarti di lavorazione contaminati da piccole quantità di elementi radioattivi, principalmente da plutonio.
Come conseguenza della lunga vita media di questi elementi, non è possibile trattare le scorie come basso o medio livello, ma nello stesso tempo non hanno né l'alta radioattività né l'alto calore residuo delle SAL.
Attualmente gli Stati Uniti trattano le scorie transuraniche di origine militare nell'Impianto di Trattamento Scorie nazionale.

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SCORIE DA PROCESSO DI RIFORNIMENTO DI UN REATTORE

L'ossido di uranio concentrato (UO2) che viene estratto non è molto radioattivo: solo un millesimo del granito usato in edilizia.
Viene però raffinato a formare dei panetti (U308) poi convertiti in esafluoruro gassoso di uranio (UF6). Come gas viene sottoposto ad arricchimento per incrementare il tasso di U235 dallo 0.7% a circa il 3,5% e viene poi compresso per formare un ossido ceramico duro da utilizzare come combustibile di un reattore.

Il principale sottoprodotto dell'arricchimento è l'uranio impoverito, principalmente U238 con un contenuto di U235 di circa lo 0,3%. L'uranio impoverito viene stoccato, sia come U308 che come UF6, per venire poi utilizzato in applicazioni in cui l'alta densità sia importante, come nella chiglia di navi o nei proiettili controcarro.
Viene anche utilizzato, insieme al plutonio riciclato, per creare un combustibile ossido miscelato (MOX) che a sua volta serve a “diluire” l'uranio altamente arricchito proveniente dallo smantellamento delle armi nucleari e che viene riutilizzato per scopi civili.
Questa diluizione significa anche che ogni nazione o gruppo che acquisti il carburante così ottenuto dovrà ripetere il processo di arricchimento, costoso e complesso, per ottenere materiale nucleare bellico.

È importante distinguere la lavorazione dell'uranio per ottenere combustibile dalla rilavorazione di combustibile usato.
Il combustibile usato contiene infatti i prodotti altamente radioattivi della fissione, molti dei quali sono assorbitori di neutroni. Alla fine questi assorbitori sono in quantità sufficiente da fermare la reazione a catena, anche senza barre di controllo in funzione. A questo punto il combustibile nucleare deve essere rimpiazzato con combustibile nuovo, anche se nel vecchio rimangono ancora notevoli quantità di plutonio e uranio 235.
Attualmente, negli Stati Uniti, il carburante usato viene stoccato, mentre in altri paesi (in particolare Francia, Gran Bretagna e Giappone) il carburante viene lavorato per rimuovere i prodotti della fissione e poter essere riutilizzato.
Il processo di rilavorazione comporta il maneggio di materiali altamente radioattivi, così i prodotti di fissione rimossi vengono trattati come SAL.

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Problemi di proliferazione

Quando si ha a che fare con uranio e plutonio, la possibilità che possano venire utilizzati per costruire armi nucleari (la cosiddetta "proliferazione nucleare") deve essere tenuta in considerazione.
Reattori nucleari in attività e scorte di munizionamento nucleare sono sottoposte a controlli molto severi, ma le scorie di alto livello dei reattori nucleari possono contenere plutonio.
Di solito, questo plutonio va bene per i reattori, essendo un composto di Pu239 (molto utile anche per la costruzione di armi nucleari) e di Pu240 (un contaminante indesiderato e altamente radioattivo); in più, i due isotopi sono di difficile separazione. Per finire, le SAL sono piene di prodotti di fissione altamente radioattivi.

Comunque, molti dei prodotti di fissione hanno una vita media piuttosto corta, che diventa un problema quando li stocchiamo: dopo alcuni anni le scorie perdono la loro pericolosità radioattiva, inoltre il Pu240 decade più velocemente del Pu239, per cui anche se la quantità totale delle scorie diminuisce, nel contempo aumenta la qualità dei materiali utilizzabili nelle armi nucleari.
Quindi, più passa il tempo più i siti di stoccaggio tendono a trasformarsi in “miniere di plutonio”, da cui sarebbe possibile acquisire con poca difficoltà il materiale per costruire armi nucleari.

Una soluzione a questo problema sarebbe il riutilizzo del plutonio come combustibile, per esempio nei cosiddetti reattori veloci; per qualcuno, comunque, la costruzione di impianti di raffinazione del plutonio non fa altro che spostare i problemi di sicurezza dai siti di stoccaggio agli impianti di raffinazione.

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