Combustibili nucleari

I combustibili nucleari sono quei combustibili utilizzati in un reattore nucleare che danno luogo a reazioni nucleari a catena.

I combustibili nucleari più comuni sono l’uranio 235 e il plutonio 239.

L’ uranio 235 viene utilizzato a diverse concentrazioni: alcuni reattori, infatti, possono utilizzare l’uranio naturale che contiene ²³⁵U in ragione dello 0.7% mentre altri reattori richiedono che la concentrazione dell’isotopo sia almeno del 3-5%.

Il plutonio 239 viene in genere ottenuto nei reattori nucleari a partire dai minerali dell’uranio tramite un processo di cattura neutronica dell’uranio 238 che si trasforma in ²³⁹U. Quest’ultimo, a seguito di due decadimenti β si trasforma dapprima in ²³⁹Np e poi in ²³⁹Pu.

Ciclo del combustibile nucleare

 Il ciclo del combustibile nucleare inizia con il front end che consiste nella preparazione del combustibile.

Per ottenere elettricità da un reattore nucleare vengono utilizzato principalmente un ossido di uranio ottenuto dai minerali che viene convertito in genere in esafluoruro di uranio che è un gas a temperature relativamente basse.

 L’esafluoruro di uranio viene quindi immagazzinato in bombole dove solidifica e mandato all’impianto di arricchimento.

Il processo di arricchimento separa l’esafluoruro di uranio gassoso in due parti: una arricchita al livello richiesto e noto come uranio a basso arricchimento; l’altra si esaurisce progressivamente e viene chiamato “code” o semplicemente uranio impoverito.

Segue il service period in cui il combustibile è impiegato nel reattore dove avvengono un insieme di processi che interessano i nuclei radioattivi che decadono in nuclei più piccoli liberando energia tramite una reazione a catena.

Il combustibile nucleare viene rimosso dal reattore dopo che è avvenuta la fissione di grandi quantità sia che si tratti di uranio 235 che di plutonio 239. Segue quindi il back end che consiste nelle operazioni necessarie a rendere sicuro il combustibile esaurito.

Dopo l’uso, infatti, esso deve essere raffreddato per alcuni anni poiché è estremamente caldo e viene pertanto messo in vasche di stoccaggio per consentire sia la diminuzione dei livelli di radiazione che l’assorbimento del calore che viene rimosso facendo circolare l’acqua attraverso scambiatori di calore esterni.