Usi alternativi per le scorie nucleari

L’energia nucleare è ottima se vuoi generare molta elettricità senza rilasciare molta CO2 e altri inquinanti nocivi. Tuttavia, il problema principale della tecnologia è sempre stato il problema dei rifiuti. Molti dei sottoprodotti derivanti dal funzionamento degli impianti nucleari sono radioattivi e rimangono tali per migliaia di anni. Conservare questi rifiuti in modo sicuro ed economico continua a essere un problema.

I metodi alternativi per gestire questo flusso di rifiuti continuano a essere un'area attiva di ricerca. Quindi quali sono alcuni dei modi in cui questi rifiuti possono essere deviati o riutilizzati?

Una delle forme principali di rifiuti di un tipico reattore nucleare ad acqua leggera (LWR) è il combustibile esaurito della reazione di fissione. Questi sono costituiti da circa il 3% di isotopi di scarto, l'1% di isotopi di plutonio e il 96% di isotopi di uranio. Questi rifiuti sono ricchi di elementi transuranici, che hanno un tempo di dimezzamento misurato in molte migliaia di anni. Questi pongono i maggiori problemi per lo stoccaggio, poiché devono essere conservati in modo sicuro in un luogo sicuro per periodi di tempo che superano di gran lunga la vita di qualsiasi società umana.

La soluzione proposta a questo problema è invece quella di utilizzare reattori a neutroni veloci, che "allevano" l'uranio-238 non fissile in plutonio-239 e plutonio-240, che possono poi essere utilizzati come combustibile fresco. I progetti avanzati hanno anche la capacità di elaborare altri attinidi, utilizzandoli anche come combustibile nel processo di fissione. Questi reattori hanno il vantaggio di poter utilizzare quasi tutta l’energia contenuta nel combustibile a base di uranio, riducendo il consumo di combustibile da 60 a 100 volte rispetto ai metodi convenzionali.

Sfortunatamente, la tecnologia fastbreeder è stata in gran parte frenata dall’economia. La scoperta di risorse di uranio più abbondanti negli anni '70 ha reso più economico estrarre semplicemente più combustibile che ritrattare i rifiuti. Inoltre, anche le preoccupazioni sulla capacità dei reattori autofertilizzanti veloci di creare materiale nucleare adatto alle armi hanno ostacolato lo sviluppo. Anche se la tecnologia è promettente, i maggiori sviluppi in quest’area sono probabilmente lontani decenni.

Per i veicoli spaziali che viaggiano nelle profondità dell'aldilà, l'energia solare non sempre è sufficiente. Oltre Marte, semplicemente non c’è così tanta luce proveniente dal Sole da rendere i pannelli solari una valida opzione per l’alimentazione elettrica. In questi casi, i veicoli spaziali utilizzano spesso generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG), che racchiudono materiali radioattivi in ​​una custodia con termocoppie. Il calore del materiale in decomposizione genera elettricità attraverso la serie di termocoppie, che viene utilizzata per far funzionare il veicolo spaziale. Un ulteriore vantaggio è che il calore fornito aiuta a mantenere i sistemi a bordo dell’imbarcazione a una temperatura operativa adeguata.

Storicamente, questi sono stati utilizzati dalla Russia e dagli Stati Uniti, ma l’Agenzia spaziale europea è ansiosa di mettere le mani su questa tecnologia. Il piano prevede l'estrazione dell'americio-241 dalle scorte britanniche di plutonio derivanti dal ritrattamento del combustibile nucleare. Sebbene sia improbabile che si tratti di un progetto importante in termini di pulizia dei rifiuti, potrebbe servire come fonte utile per materiali RTG. Ciò è particolarmente rilevante in quanto le scorte statunitensi si stanno esaurendo, poiché il plutonio-238 precedentemente utilizzato era disponibile solo nei reattori utilizzati per produrre armi nucleari, che da allora sono stati chiusi. È in corso la corsa per produrne di più, ma nel frattempo questo apre le porte al progetto britannico.

Un’idea alternativa in questo spazio è quella della batteria betavoltaica. Funziona utilizzando un materiale semiconduttore che cattura gli elettroni rilasciati dal decadimento beta del materiale radioattivo. L'Università di Bristol sta lavorando per sviluppare la "batteria al diamante", che utilizza il carbonio-14 radioattivo proveniente dai blocchi moderatori di grafite utilizzati negli impianti nucleari britannici. Dai blocchi vengono raschiati via gli strati esterni, dove risiede la maggior parte del carbonio-14, e questo viene utilizzato per creare diamanti artificiali che rilasciano elettroni mentre decadono. Questi vengono poi racchiusi in un guscio di carbonio-12 non radioattivo, per evitare che la radiazione fuoriesca nell’atmosfera. Gli elettroni rilasciati nel decadimento beta sono di bassa energia, quindi è necessaria solo una schermatura minore. Si stima che tali batterie potrebbero fornire nell'ordine di 100uW per migliaia di anni.