METODOLOGIE DI TRATTAMENTO DEI RIFIUTI RADIOATTIVI

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1 27/DIPIA/2004 METODOLOGIE DI TRATTAMENTO DEI RIFIUTI RADIOATTIVI Autore/i: D. AQUARO M. DI PRINZIO N. ZACCARI Affiliazione/i: Dipartimento di Ingegneria Meccanica Nucleare e della Produzione Università di Pisa Ricerca finanziata da: Dipartimento Insediamenti Produttivi ed Interazione con l Ambiente 28/02/2007

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3 Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione Università di Pisa METODOLOGIE DI TRATTAMENTO DEI RIFIUTI RADIOATTIVI D. Aquaro M. Di Prinzio N. Zaccari Lavoro eseguito nell ambito di una convenzione tra ISPESL e l Università di Pisa Pisa 2006

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5 3 Sommario La presente relazione illustra le problematiche connesse alla gestione e smaltimento dei rifiuti radioattivi. Sono esaminate le raccomandazioni internazionali e le norme italiane che regolano le attività connesse ai rifiuti radioattivi. Dopo l illustrazione delle diverse categorie di rifiuti radioattivi, è descritta la situazione italiana con particolare riferimento alla quantità di rifiuti e alla loro collocazione. Sono analizzate in dettaglio le tecnologie di condizionamento e smaltimento di rifiuti di bassa ed intermedia attività e quelle per i rifiuti di elevato livello di attività. Dato che le problematiche che inquietano l opinione pubblica sono quelle relative alle scorie nucleari aventi elevata vita media, un analisi dettagliata è stata rivolta sia alle attuali strategie di gestione e smaltimento delle scorie nucleari provenienti dall utilizzo dell energia nucleare sia alle tecniche innovative studiate nelle varie parti del mondo. In particolare sono illustrate le tecniche innovative per lo smaltimento degli attinidi basate essenzialmente sulla trasmutazione nucleare, eseguita in impianti appositamente progettati o con i reattori nucleari della quarta generazione. Fra i vari reattori che si intendono realizzare per la trasmutazione degli attinidi vi è l ADS (Accelerator Driven Systems). Tale tecnologia si basa sull utilizzo di reattori sottocritici abbinati ad acceleratori in grado di sostenere la reazione a catena grazie ad una sorgente esterna di neutroni. La relazione descrive i risultati di uno studio effettuato presso l Università di Pisa e a MOL (Belgio) relativa alla strategia denominata Partitioning and Trasmutation i cui obiettivi sono quello di riprocessare il combustibile proveniente dai reattori esistenti per la separazione di plutonio e degli attinidi minori e di incenerire tali elementi a lun-

6 4 ga vita trasmutandoli in altri a più breve vita. È valutata l efficienza di trasmutazione degli attinidi minori. Destinare tutto il combustibile nucleare al deposito geologico profondo prevede tempi maggiori di anni per il raggiungimento del safe storage (Tempo dopo il quale i rifiuti radioattivi raggiungono un livello di riferimento corrispondente alla radioattività dell Uranio naturale); separare solo il plutonio dal resto del combustibile porta, per valori di efficienza del partitioning del 99.9%, a tempi dell ordine di anni. Se si aggiunge, poi, la trasmutazione degli attinidi minori, nettunio, americio e curio, considerando una resa del 99.9% (sufficientemente elevata per lo stato attuale della tecnologia del processo di trasmutazione), il tempo per il raggiungimento del safe storage è di 300 anni. Teoricamente è pertanto risolvibile il problema delle scorie a lunga vita. Nella relazione sono esaminate brevemente le diverse strategie assunte dai Paesi che utilizzano l energia nucleare. La relazione descrive le problematiche relative ai NORM, ( Naturally Occurring Radioactive Materials ossia ai materiali che contengono radionuclidi naturali in concentrazioni superiori alla media della crosta terrestre) ed ai TENORM ( Technological Enhanced Naturally Occurring Radioactive Materials, ossia i materiali che, a causa di attività umane, presentano una concentrazione di radioattività diversa dalla distribuzione originaria), ed è esaminato il rischio radiologico relativo a NORM e TENORM. L uso dei radioisotopi in medicina ha creato la branca della cosiddetta medicina nucleare e ha imposto la necessità dello stoccaggio e smaltimento dei rifiuti ospedalieri. La relazione illustra le norme e le pratiche messe in atto nella gestione di tali rifiuti. La relazione esamina, infine, i criteri per dispensare, in parte o del tutto, le attività di smaltimento dei rifiuti radioattivi dal controllo e dalla gestione normalmente prevista. Tale aspetto risulta importante sia dal punto di vista della riduzione dei costi delle attività stesse, sia allo scopo di semplificare le procedure di gestione dei rifiuti. Tale

7 possibilità è prevista dagli standard emanati dall IAEA qualora l esposizione derivante dallo smaltimento non controllato, non costituisca un rischio apprezzabile per il pubblico o quando il controllo della radioattività rilasciata esuli dall ambito delle attività controllate. Il principale obiettivo, che il ricorso alla clearance e l esenzione dal rilascio controllato consentono di perseguire, è quello di minimizzare la quantità di materiale radioattivo che richiede stoccaggio a lungo termine prima di essere smaltito in modo convenzionale. 5

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9 Indice 1 Classificazione dei rifiuti Norme nazionali ed internazionali Normativa internazionale Normativa Italiana Situazione Italiana relativa alla quantità e alla localizzazione dei rifiuti radioattivi Rifiuti di I e II categoria Trattamento dei rifiuti liquidi Rifiuti liquidi organici radioattivi Trattamento dei rifiuti solidi Trattamento di Compattazione Smaltimento dei rifiuti Rifiuti di III Categoria Trattamento dei rifiuti Caratteristiche di Pu, Th e Am Trattamento e riciclo del fissile Strategie di gestione delle scorie adottate dai principali Paesi produttori di energia nucleare Trattamento degli HLW Riciclo del materiale fissile

10 8 INDICE Riprocessamento del Combustibile nucleare irraggiato Smaltimento diretto del combustibile nucleare Stoccaggio del combustibile irraggiato Smaltimento in depositi geologici Soluzioni avanzate per gli HLW Trasmutazione Trasmutatori Nucleari Cicli convenzionali del combustibile fissile Cicli con combustibile fertile-fissile Th-232 ed U Trasmutazione mediante Accelerator Driven Systems (ADS) Reattori PWR con combustibile MOX Reattori nucleari innovativi NORM e TENORM Introduzione Minerali Fosfatici Le sabbie zirconifere Carbone per la produzione di eletricità Sorgenti Orfane Radioisotopi in medicina Sorgenti in ambiente ospedaliero Rifiuti radioattivi ospedalieri Smaltimento dei rifiuti ospedalieri Contenitori per rifiuti Ospedalieri Il Radon Caratteristiche del Radon ed effetti sanitari Normativa sul Radon Le azioni di rimedio

11 INDICE 9 6 L esenzione e la Clearance Introduzione Esclusione, esenzione e clearance Esclusione Esenzione Clearance Valori limite Valori limite per radionuclidi di origine naturale Valori limite per radionuclidi di origine artificiale La normativa americana Il clearance come approccio innovativo Conclusioni 183 Bibliografia 187 A Appendice 195 A.1 Definizione di dose A.2 Estrazione con solvente A.2.1 Processo Purex A.3 Radionuclidi nel suolo A.4 Principali conformazioni rocciose A.5 Matrici per rifiuti radioattivi A.5.1 Matrici di ritenzione dei rifiuti A.5.2 Matrici amorfe A.5.3 Matrici ceramiche A.5.4 Confronto fra matrici A.5.5 Stabilità a lungo termine ed analogia naturale. 213 A.5.6 Comportamento a lungo termine A.6 Limiti esenzione e clearance

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13 Capitolo 1 Classificazione dei rifiuti radioattivi e situazione Italiana 1.1 Norme nazionali ed internazionali di riferimento per i rifiuti radioattivi Normativa internazionale I rifiuti radioattivi sono materiali di scarto che contengono o sono contaminati da radionuclidi la cui concentrazione o attività è maggiore di un valore minimo definito dalle norme dei vari Stati. La pericolosità dei rifiuti radioattivi dipende dalla natura dei radionuclidi. Infatti, a parità di concentrazione, differenti radionuclidi hanno differenti livelli di pericolosità. In alcuni casi l elevato livello di radiazioni emesse richiede oltre all immobilizzazione fisica, per non disperderlo nell ambiente, anche la presenza di opportune schermature. I rifiuti radioattivi vengono prodotti dagli impianti nucleari, dall uso di sostanze

14 12 Classificazione dei rifiuti radioattive in campo medico ed industriale, da applicazioni militari. Una parte considerevole di rifiuti radioattivi presenti nel mondo è prodotta dall esercizio delle centrali nucleari di potenza per la produzione di energia elettrica. I rifiuti radioattivi, così come tutte le attività dell industria nucleare, sono regolate da leggi e norme emesse da organismi nazionali ed internazionali. I principali e più influenti organi di regolamentazione internazionali sono: ICRP : International Commission on Radiological Protection [1],[2]; IAEA : International Atomic Energy Agency [3]-[5]. Le norme e/o raccomandazioni emesse da queste Organizzazioni possono essere recepite dai vari Stati ed assumono forza di legge. La filosofia su cui si basano le norme è quella di minimizzare il più possibile i rischi connessi con l uso di materiali radioattivi o connessi all esposizione alle radiazioni, tenendo anche conto dei vantaggi che derivano alla società. Tutte le norme tendono a minimizzare la dose alla popolazione sulla base dei seguenti principi [1]: Giustificazione: le attività che comportano un rischio da esposizione radiologica devono avere più vantaggi che svantaggi. Ottimizzazione: le dosi derivanti da attività che fanno uso di radiazioni devono essere ridotte ai più piccoli valori che sono ragionevolmente raggiungibili (principio dell ALARA : As Low As Reasonably Achievable). Limite di dose e di rischio: l esposizione a tutte le sorgenti suscettibili di essere controllate devono essere regolate sulla base di limiti di dose e deve essere esaminato il rischio connesso a potenziali esposizioni.

15 1.1 Norme nazionali ed internazionali 13 I rifiuti radioattivi sono classificati in base alla attività e al tempo di dimezzamento. Dal punto di vista del tempo di dimezzamento i radionuclidi sono suddivisi in due classi: a breve vita (short lived) o a lunga vita (long lived). L IAEA classifica i rifiuti radioattivi nel seguente modo [6]: rifiuti a bassa attività (LLW, Low level waste): la loro radioattività è al di sopra dei limiti che permetterebbero il loro smaltimento come rifiuti convenzionali. Non richiedono schermature per la manipolazione nè particolari contenitori di stoccaggio (La normativa UK considera LLW i rifiuti la cui attività non superi 4 GBq/t per decadimento α o 12G Bq/t per decadimento β e γ. Mentre classifica come rifiuti a estremamente bassa attività (VLLW, very low level waste) quelli che possono essere accettati nelle normali discariche come rifiuti convenzionali purché 0.1 m 3 di materiale contenga una attivita inferiore a 400 kbq dovuta a radiazioni β e γ o un singolo collo contenga una attività inferiore a 40 kbq); rifiuti ad attività intermedia (ILW, Intermediate level waste): il livello di radioattività supera il limite stabilito per le scorie di basso livello e richiede schermatura nelle manipolazioni o adeguato contenitore di stoccaggio. Per questi rifiuti non è necessario prendere in considerazione il calore di decadimento nella progettazione delle strutture di contenimento e di smaltimento; rifiuti ad alta attivita ( HLW,High Level Waste): l elevato livello di radioattività richiede protezione del personale, schermatura, remotizzazione delle operazioni e analisi degli effetti della generazione di energia dovuta alle radiazioni. Infatti la temperatura di questo tipo di scorie può aumentare considerevolmente ed è necessario tenerne conto nel progetto delle strutture di stoccaggio e smaltimento. Rifiuti di questo tipo sono i prodotti derivanti dal

16 14 Classificazione dei rifiuti riprocessamento di combustibile nucleare irraggiato o gli stessi elementi di combustibile irraggiato. Come accennato i rifiuti radioattivi si dividono anche a secondo del tempo di dimezzamento dei radionuclidi in rifiuti a corta vita ed a lunga vita. Se il loro tempo di dimezzamento non è superiore a quello del 137 Cs (30.2 anni) sono denominati a breve vita (short lived), mentre quelli con tempi di dimezzamento maggiore sono denominati a lunga vita (long lived waste) [1]. Per gli short lived waste la concentrazione di radionuclidi in un singolo collo (package) e limitata a 4000 Bq/g. (le concentrazioni medie di un insieme di colli non può superare i 400 Bq/g). Rifiuti LLW e ILW short lived possono essere stoccati in depositi superficiali, mentre quelli long lived richiedono depositi nel profondo sottosuolo. Fra i radionuclidi a basso tempo di dimezzamento troviamo: 3 H, 90 Sr, 60 Co, 63 Ni, 106 Ru, 137 Cs, 134 Cs, 144 Ce, 147 Pm, 151 Sm e 154 Eu. La maggior parte dei radionuclidi short-lived sono formati dalla fissione nel combustibile nucleare o per cattura neutronica ( come il 60 Co ed il 63 Ni). Il trizio ( 3 H, isotopo radioattivo dell idrogeno) è prodotto in piccole quantità dall interazione dei raggi cosmici con i gas presenti nell atmosfera. La quantità stazionaria di trizio naturale è 7.3 Kg. Circa 5 volte questa quantità (36 Kg) è stata prodotta dai test nucleari eseguiti nell atmosfera. Il trizio si combina con l ossigeno per formare acqua che cade sulla terra con la pioggia entrando nel ciclo naturale. Il trizio viene prodotto principalmente nei reattori nucleari ad acqua leggera. Un reattore nucleare commerciale produce circa Ci (2g) di trizio per anno. Il trizio ha una vita media di 12.3 anni e decade in 3 He con emissione di particelle α di 19 KeV. Ha una elevata mobilità in tutte le matrici ambientali, se inalato in 1-2 ore si distribuisce in tutto il corpo e viene espulso dopo circa 10 ore. Una piccola frazione di trizio

17 1.1 Norme nazionali ed internazionali 15 rimane incorporata nelle molecole organiche. Essendo un emettitore α è ritenuto pericoloso solo per ingestione. Il 60 Co viene prodotto nei materiali strutturali (acciai e sue leghe) dei reattori nucleari per attivazione neutronica del 59 Co, unico isotopo stabile del cobalto. Ci sono nove principali isotopi radioattivi del cobalto, ma solo il 57 Co e 60 Co hanno tempi di dimezzamento maggiori di 80 giorni. Il 60 Co ha un tempo di dimezzamento di 5.27 anni e decade emettendo due gamma di energia 1.17 e 1.33 MeV. Ciò lo rende pericoloso per esposizione esterna. Viene utilizzato sia in campo medico che industriale. Nell industria viene utilizzato per misure di spessori, densità e radiografie di grossi spessori di acciaio o cordoni di saldature. Il Cesio naturale è il 133 Cs non radioattivo. Ci sono 11 principali isotopi radioattivi del cesio, ma solo 134 Cs, 135 Cs e 137 Cs hanno relativamente lunghi tempi di dimezzamento. Sono emettitori beta ed i loro tempi di dimezzamento variano da 2 anni a 3 milioni di anni. Gli altri isotopi radioattivi hanno tempi di dimezzamento inferiori a 2 settimane. 134 Cs, 135 Cs e 137 Cs sono prodotti della fissione nucleare. Il 137 Cs è prodotto in relativamente grande quantità (6.2%) ha un tempo di dimezzamento di anni ed è emettitore β di alta energia (94.6% a 512 Kev e 5.4% a Mev). Nell 85% dei decadimenti viene emesso un gamma da MeV. Per la sua lunga vita media è molto usato in ambito medico ed industriale. In genere viene usato per la sterilizzazione di supporti medici, cartoni per alimenti e cibi. È un metallo alcalino ed è un dei radionuclidi meno mobili nell ambiente. L assorbimento nell uomo avviene tramite il tratto intestinale. Il Cesio ha le stesse proprietà chimiche del potassio essendo entrambi metalli alcalini. I problemi con il cesio sono dovuti al suo effetto sul livello di potassio e all irraggiamento ai vari tessuti del corpo. Il cesio ingerito è assorbito dal sangue attraverso l intestino e tende a concentrarsi nei muscoli. Il 10% è espulso dal corpo con un tempo di dimezzamento biologico di 2 giorni mentre il resto viene eliminato in 110 giorni.

18 16 Classificazione dei rifiuti Normativa Italiana In Italia tutte le attività che prevedono l impiego, la manipolazione, la detenzione di sostanze radioattive e anche la gestione dei rifiuti radioattivi è regolata dal Decreto Legislativo 230/95 [7]. Il Capo VI del Decreto Legislativo 230/95 è specificamente dedicato alla gestione dei rifiuti radioattivi mentre il Capo VII regola le fasi della gestione che si svolgono negli impianti indicati nel Capo VII stesso. In attuazione della Direttiva EURATOM 96/29, il Decreto Legislativo 230/95 è stato integrato e modificato dal Decreto Legislativo 241 del La classificazione dei rifiuti è contenuta nella Guida Tecnica No.26 emanata dall ENEA-DISP attuale APAT (Agenzia Protezione dell Ambiente e per i servizi Tecnici) [8]. I rifiuti radioattivi sono classificati in tre categorie che tengono conto delle caratteristiche e delle concentrazioni dei radioisotopi in essi contenuti. A ciascuna categoria corrisponde una diversa modalità di gestione e diversa soluzione di smaltimento. Prima categoria : Sono classificati in prima categoria i rifiuti radioattivi che richiedono tempi dell ordine di mesi, sino ad un tempo massimo di alcuni anni, per decadere a livelli di radioattività per i quali non si applicano le disposizioni del Decreto Legislativo 230/95, potendo essere gestiti dopo tale periodo come rifiuti convenzionali. Questi rifiuti hanno origine essenzialmente dagli impieghi medici e di ricerca scientifica, dove i radionuclidi utilizzati sono caratterizzati da tempi di dimezzamento relativamente brevi (inferiori ad 1 anno) e, nella maggior parte dei casi, inferiori ai 2 mesi. Seconda categoria : Sono classificati in seconda categoria i rifiuti che richiedono tempi variabili da qualche decina fino ad alcune centinaia di anni per raggiungere concentrazioni di radioattività dell ordine di alcune centinaia di Bq/g (una decina di nci/g) nonché quei rifiuti

19 1.1 Norme nazionali ed internazionali 17 contenenti radionuclidi a vita molto lunga purché in concentrazioni di tale ordine. In questa categoria rientrano in gran parte i rifiuti provenienti da particolari cicli di produzione degli impianti nucleari e soprattutto dalle centrali elettronucleari di potenza nonché da alcuni particolari impieghi medici, industriali e di ricerca scientifica. Vi rientrano, inoltre, anche alcune parti e componenti di impianto derivanti dalle operazioni di decommissioning degli impianti nucleari. Terza categoria : Sono classificati in terza categoria tutti i rifiuti che non appartengono alle categorie precedenti. A questa categoria appartengono in particolare i rifiuti radioattivi che richiedono tempi dell ordine di migliaia di anni ed oltre per raggiungere concentrazioni di radioattività dell ordine di alcune centinaia di Bq/g (una decina di nci/g). In tale categoria rientrano in particolare: - i rifiuti liquidi ad elevata attività specifica derivanti dal primo ciclo di estrazione degli impianti di riprocessamento (o liquidi equivalenti) ed i solidi in cui questi liquidi possono essere convertiti; - i rifiuti contenenti emettitori di raggi alfa e neutroni provenienti essenzialmente dai laboratori di ricerca scientifica, da usi medici ed industriali, dagli impianti di fabbricazione degli elementi di combustibile ad ossido misto e dagli impianti di riprocessamento. Nella tabella 1.1 è stabilita una corrispondenza fra le categorie della Guida Tecnica n.26 e la classificazione dei rifiuti secondo la IAEA Situazione Italiana relativa alla quantità e alla localizzazione dei rifiuti radioattivi I rifiuti radioattivi prodotti in Italia sono legati principalmente all impiego pacifico dell energia nucleare, alle attività industriali, alla

20 18 Classificazione dei rifiuti Categorie Caratteristiche Confronto con GT-26 VLLW Rifiuti che decadono in pochi mesi I (massimo alcuni anni) a livelli inferiori ai limiti stabiliti per il rilascio incondizionato LILW- SL LILW- LL HLW Rifiuti a bassa e media attività con limitato contenuto di radionuclidi α-emittenti Rifiuti a bassa e media attività che eccedono il limite di 4000 Bq/g per α-emittenti Rifiuti che eccedono il limite di 4000 Bq/ per α-emittenti e presentano una significativa produzione di calore (> 100W/m 3 ) II Tipo di gestione Suggerito Stoccaggio temporaneo e smaltimento come rifiuti convenzionali Condizionamento e smaltimento in un sito ingegneristico in superficie III Condizionamento in matrice cementizia e smaltimento in depositi di media profondità (>100 m) III Condizionamento in matrice vetrosa e smaltimento in formazione geologica profonda ( m) dopo un periodo di stoccaggio di anni in adeguate strutture ingegneristiche Tabella 1.1: Confronto fra le categorie della Guida Tecnica No.26 e la classificazione IAEA [12] ricerca e alle terapie mediche. I rifiuti radioattivi si presentano sotto varie forme chimico-fisiche ed il loro contenuto di attività può variare entro valori molto estesi. Una quota significativa dei rifiuti radioattivi presenti nel nostro paese è conservata presso gli impianti che li hanno generati, la parte restante è stoccata presso vari centri di deposito temporaneo a ciò autorizzati (tabella 1.2, i dati si riferiscono al periodo ). La tabella 1.3 riporta la percentuale dei rifiuti di II e III categoria attualmente presenti in Italia. La tabella 1.4 illustra l origine dei rifiuti radioattivi attualmente presenti in Italia. Nella tabella 1.5 è indicata la situazione relativa al combustibile irraggiato con indicazione della soluzione provvisoria in vista dello stoccaggio centralizzato. Nella figura 1.1 è illustrata la collocazione dei centri in cui sono dislocati e/o prodotti i rifiuti radioattivi, mentre nella tabella 1.6 è indicata la ripartizione per regioni dei rifiuti presenti in Italia.

21 1.1 Norme nazionali ed internazionali 19 IMPIANTI E CENTRI DI STOCCAGGIO RIFIUTI RADIOATTIVI SORGENTI DISMESSE Attività TBq Volume in m 3 Attività in TBq CAORSO ,4 TRINO V ,7 LATINA ,3 GARIGLIANO ,3 EUREX ,8 0,12 ITREC ,8 0,04 IPU 66 53,7 OPEC 7 0 1,89 NUCLECO ,7 696,35 AVOGADRO 34 0,07 FN 272 0,03 CCR ISPRA ,1 107 Cemerad ,2 PROTEX ,17 73 SORIN ,77 4,9 Altri Operatori ,8 420,2 TOTALE ,8 1303,5 in Tabella 1.2: Rifiuti radioattivi per centri di immagazzinamento temporaneo [12] Categoria Descrizione % in volume % in attività I Rifiuti a bassa e media attività con limitato contenuto di radionuclidi a lunga vita II Rifiuti a più elevata attività e/o 4 90 con più elevato contenuto di radionuclidi a lunga vita Tabella 1.3: Rifiuti radioattivi presenti in Italia per categoria [12]

22 20 Classificazione dei rifiuti FONTE DI PRODUZIO- NE % IN VOLU- ME % IN ATTI- VITÀ Elettrica Ricerca Ciclo del Combustibile Smantellamento Appl. Medico Industriali Tabella 1.4: Rifiuti radioattivi presenti in Italia per fonte di produzione [12] Centri ENEA Saluggia (EUREX) Saluggia (EUREX) Trisaia (ITREC) Casaccia (OPEC-1) Tipo Quantità No. Elementcaggio Durata stoc- Soluzione (thm) (anni) prevista Trino Stoccaggio a secco Garigliano Stoccaggio a secco Elk River Stoccaggio a secco Varia natura NA Ritrattamento (UKAEA) Centrali Attuale Quantità No. Elementcaggio Sito di stoc- Soluzione SOGIN Collocazionvisorio (thm) prov- prevista Caorso Caorso Caorso Stoccaggio a secco Trino Trino Trino Stoccaggio a secco Trino Avogadro Trino Stoccaggio a secco Garigliano Avogadro Trino Stoccaggio a secco Garigliano Avogadro Nessuno Ritrattamento (BNFL) Superphoenix Superphoenix Superphoenix Stoccaggio a secco Tabella 1.5: Combustibile irraggiato [12]

23 1.1 Norme nazionali ed internazionali 21 RIFIUTI RADIOATTIVI SORGENTI COMB. IRRAG- GIATO Attività GBq TOTALE REGIONE Attività GBq Volume m 3 Attività GBq Attività TBq Attività TBq Piemonte 5.80E E E E E+05 Lombardia 6.92E E E E+05 3,87E+03 Emilia 4.55E E E+06 7,83E E+06 Romagna Lazio 8.17E E E E E+05 Campania 5.52E Toscana 1.45E E E E E+02 Basilicata 5.92E E E+03 5,92E+05 5,17E+03 Molise 4.60E E E-01 Puglia 2.38E E E E-01 Sicilia 0.01E E E-02 TOTALI 7.11E E E E E+06 Tabella 1.6: Rifiuti radioattivi, sorgenti e combustibile irraggiato localizzati nelle varie regioni [12]

24 22 Classificazione dei rifiuti Figura 1.1: Dislocazione dei rifiuti radioattivi in Italia [12]

25 Capitolo 2 Rifiuti di I e II categoria Di seguito verranno illustrati i trattamenti e il relativo condizionamento dei rifiuti a bassa e media attività. I trattamenti differiscono a seconda che i rifiuti siano liquidi o solidi. In genere, i rifiuti liquidi vengono trattati in modo tale da trasformare la parte radioattiva in un rifiuto solido [13]-[15]. 2.1 Trattamento dei rifiuti liquidi di I e II categoria I trattamenti dei rifiuti liquidi di I e II categoria sono simili ai trattamenti classici utilizzati, per esempio, nella potabilizzazione delle acque. L obiettivo dei trattamenti è quello di concentrare i rifiuti radioattivi in un volume solido il più piccolo possibile. Questo rifiuto solido viene trattato come rifiuto solido radioattivo mentre la parte liquida decontaminata viene smaltita in maniera convenzionale. I trattamenti possono essere fisici o chimici. Fra i trattamenti fisici, che in genere sono complementari a quelli chimici, annoveriamo:

26 24 Rifiuti di I e II categoria La sedimentazione: è una tecnica che utilizza il fenomeno fisico di alcune sostanze che sono immiscibili nel liquido e quindi decantano. In genere si attua lasciando la miscela liquida per molto tempo in contenitori appositi e, alla fine del processo di decantazione, la parte liquida viene asportata con una pompa. Molte volte il processo viene effettuato in presenza di un altro processo fisico la flocculazione che permette una precipitazione del soluto reagendo con esso. La filtrazione: la filtrazione consiste nel far passare forzatamente la miscela (rifiuto+solvente liquido) attraverso un mezzo poroso che ritiene al suo interno le particelle di soluto (rifiuto) e lascia passare solamente la parte liquida. I filtri possono essere di vario genere a sabbia, a cartuccia con carboni attivi ed elettromagnetici. Nei filtri elettromagnetici, oltre all elemento poroso (filtro) che effettua una filtrazione meccanica vi sono anche delle spire metalliche che attraverso un campo magnetico attirano le particelle ferromagnetiche presenti nel soluto (ad esempio, tali filtri sono utilizzati per lo spurgo dei generatori di vapore in cui sono presenti prodotti di corrosione). La centrifugazione: Questa tecnica sfrutta la differenza di densità fra soluto e solvente per separare, tramite la forza centrifuga che si viene a creare in tali centrifughe, le due fasi della miscela. L evaporazione o distillazione: essa consiste nel portare la miscela ad ebollizione e recuperare il soluto in forma solida. Vi sono varie tecniche di evaporazione: a circolazione forzata a termosifone, a compressione di vapore. La Figura 2.1 illustra lo schema di un evaporatore a circolazione forzata per il trattamento di rifiuti liquidi. Alcuni dei trattamenti chimici utilizzati sono:

27 2.1 Trattamento dei rifiuti liquidi 25 La co-precipitazione: nella maggior parte dei rifiuti radioattivi, i radionuclidi sono presenti solamente in tracce e quindi, la precipitazione diretta è molto spesso impossibile. Allora si procede addizionando alla miscela un elemento della stessa famiglia del radionuclide. In questo modo la precipitazione può avvenire o modificando il ph della soluzione o addizionando un anione o catione insolubilizzante. La flocculazione: Tale tecnica consiste nel neutralizzare il potenziale elettrocinetico delle particelle (potenziale Zeta) che porta le particelle di soluto a coalescere. Questa reazione è ottenuta con formazione di idrossidi (di ferro o alluminio) o per addizione di polielettroliti organici, che nello stesso tempo, creano dei reticoli su cui si aggregano le particelle. Dopodiché il tutto viene filtrato o centrifugato. Figura 2.1: Evaporatore a circolazione forzata per il trattamento di rifiuti liquidi [13]

28 26 Rifiuti di I e II categoria Rifiuti liquidi organici radioattivi Per i liquidi organici radioattivi va tenuto conto non solo della loro radioattività ma anche della loro compatibilità chimica con il mondo organico ambientale. Il concetto di diluisci e disperdi per questi liquidi non è sempre attuabile. Gli obbiettivi che si prefiggono i trattamenti dei liquidi organici sono: Conversione in una forma solida; Conversione a una forma organica facilmente condizionabile; Riduzione del volume; Decontaminazione per riutilizzo; Conversione in una forma organica compatibile con la cementazione; I metodi usati nel trattamento dei rifiuti organici sono: Incenerimento; Processo di emulsione per facilitare l incapsulamento nel cemento; Assorbimento in matrici; Distillazione; Ossidazione; L incenerimento è una tecnica molto attraente per i fluidi organici in quanto essi sono anche dei buoni combustibili e la riduzione di volume dei rifiuti è elevata. Naturalmente ciò non è esente da problemi,