Il ciclo del combustibile nucleare

Il combustibile nucleare è soggetto ad un vero e proprio ciclo durante la sua vita. Preliminari sono ovviamente tutte le operazioni di miniera a cui segue tutta una serie piuttosto lunga e complessa di vari processi di purificazione, aventi in primo luogo l’obiettivo di eliminare gli elementi che assorbono i neutroni. I neutroni sono particelle in grado di avviare il processo di fissione rompendo il nucleo di 235U con successiva liberazione di energia: se sono presenti elementi che assorbono i neutroni, questi non possono produrre reazioni di fissione (“veleni neutronici”). Le operazioni effettuate in questa prima parte del ciclo del combustibile sono prevalentemente di tipo chimico e portano alla produzione di un composto gassoso dell’uranio (esafluoruro di uranio, UF6) che permette il processo di arricchimento dell’isotopo 235U. Questa fase è necessaria poiché la maggior parte dei reattori nucleari utilizza il combustibile composto da uranio arricchito: mediamente l’arricchimento è attorno al 3% di 235U, contro lo 0.72% di 235U nell’uranio che si trova in natura. Se mandiamo il composto gassoso di esafluoruro di uranio in una centrifuga è possibile discriminare la diversa massa di dell’isotopo 235U rispetto all’isotopo 238U ed è possibile concentrare un isotopo rispetto all’altro. Le ultracentrifughe gassose costituiscono gli impianti di arricchimento: sono possibili anche altri procedimenti di arricchimento tramite gli impianti di diffusione gassosa oppure tramite la  separazione isotopica selettiva a mezzo di laser.
L’esafluoruro arricchito viene successivamente convertito in polvere di biossido di uranio (UO2), che viene assemblata in pastiglie che, opportunamente incamiciate, andranno a costituire l’elemento di combustibile vero e proprio.
Il combustibile nucleare viene poi inserito nei reattori nucleari e produce energia fino al termine della sua vita. A questo punto l’elemento di combustibile è diventato radioattivo e viene messo in piscine, poste solitamente nei pressi del reattore, per ridurre il livello di radioattività.
A questo punto il combustibile esaurito ha due sorti differenti: il deposito definitivo in luoghi aventi opportune caratteristiche geologiche oppure il riprocessamento.
Durante la permanenza in reattore non tutto 235U viene bruciato (ne rimane circa 1%) e nel frattempo, a causa delle reazioni nucleari, sono nati altri nuclidi che possono dare un processo di fissione nucleare: i nuclei fissili come il plutonio, 239PU, nato dal 238U tramite il processo chiamato di “fertilizzazione”. Questi possono essere utilizzati a loro volta come combustibili nucleari, mentre la restante parte del combustibile deve essere stoccata in depositi definitivi.
La via del riprocessamento, seguita da alcuni paesi come la Francia e il Regno Unito, ha alcuni vantaggi: innanzitutto consente un più razionale sfruttamento del combustibile, permettendo non solo di recuperare l’235U rimasto ma anche il 239Pu formatosi che rappresenta una risorsa importantissima perché discende per fertilizzazione dall’238U e rappresenta la quasi totalità dell’uranio presente in natura.
In secondo luogo il riprocessamento permette di ridurre considerevolmente il volume dei prodotti altamente radioattivi da stoccare a lungo termine. Infine riutilizzare combustibile già irraggiato riduce sensibilmente il rischio di proliferazione rendendo il combustibile ritrattato non più adatto per la produzione di armi nucleari.

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