DIPARTIMENTO DI FISICA NUCLEARE E TEORICA UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PAVIA ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE (INFN) SEZIONE DI PAVIA

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1 ENERGIA DAL NUCLEARE L incidente di Chernobyl Saverio Altieri DIPARTIMENTO DI FISICA NUCLEARE E TEORICA UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PAVIA ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE (INFN) SEZIONE DI PAVIA

2 Chernobyl 26 aprile 1986 ore 1:24 del mattino Due esplosioni in rapida successione distruggono il nocciolo dell unità 4 della centrale nucleare La potenza delle esplosioni lancia 6 tonnellate di sostanze radioattive verso gli strati alti dell atmosfera I venti disperdono la radioattività su tutto l Emisfero Nord del mondo da Canada e Stati Uniti fino al Giappone solo l Emisfero Sud rimane indenne dalla contaminzione radioattiva L Europa viene investita in pieno ma l Ucraina, la Bielorussia e la Federazione Russa sono le nazioni più colpite.

3 Ancora oggi molti si chiedono: cosa ha provocato una simile catastrofe? cosa hanno mai fatto gli operatori della centrale per arrivare a tanto? Da una parte tutto sembra complesso dall altra è facile vedere in Chernobyl la materializzazione della paura del nucleare e giungere g naturalmente alla più ovvia delle conclusioni: L energia nucleare è pericolosa!!! Questi sono i disastri che ci toccano Q se usiamo l energia nucleare!!!

4 Invece tutto era chiaro ancora prima che il disastro si verificasse agli operatori forse NO ma ai progettisti del reattore sicuramente SI gli operatori hanno causato l incidente i progettisti hanno voluto correre il rischio Sarebbe stato sufficiente usare acqua pesante o anidride carbonica come refrigerante al posto dell acqua leggera, e oggi non saremmo qui a parlare di Chernobyl Il disastro è connesso a tre ingredienti essenziali su cui si fonda la sicurezza di un reattore: IL COEFFICIENTE DI VUOTO O LE BARRE DI CONTROLLOO O IL SISTEMA DI CONTENIMENTO DEL REATTORE

5 CHERNOBYL PIU DA VICINO

6 130 Km

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8

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10 Potenza Elettrica MWe Prima criticità Stato attuale Unità /1977 Unità /1979 Unità /1981 Unità /1984 Shut down 1996 Shut down 8/1991 Shut down 2000 Shut down Altre 2 unità erano in costruzione 1.5 Km più a Sud 4/1986

11 RBMK Reactor Bolshoi Moschnosti Kanalynyi Reattore ad acqua bollente in tubi a pressione 3200 Mwth 1000 Mwe 500 Mwe 500 Mwe

12 Reactor Bolshoi Moschnosti Kanalynyi 250 t 1000 t 700 t

13 Reactor Bolshoi Moschnosti Kanalynyi 840 canali 840 canali

14 Blocchi di piombo 1000 t Schermo biologico 700 t Macchina di carico e scarico b tibil 250 t

15 La sala controllo

16 Reattore ad acqua bollente Moderatore: grafite Refrigerante: acqua leggera 211 barre di controllo B 4 C 2500 t di grafite 192 t di 235 U 2 % 1680 canali di combustibile NOCCIOLO vapore Rivestimento in lega di zirconio 7 m grafite acqua leggera

17 sistema di controllo molto complesso 211 barre di controllo al carburo di boro B 4 C Tempo si inserimento rapido: 20 s barra di controllo SICUREZZA DEL NOCCIOLO 1m BARRE DI CONTROLLO La grafite sposta l acqua e inserisce una reattività positiva di +0.5β B 4 C grafite 5m 1 m acqua L inserimento delle barre di controllo nel tratto iniziale provoca un aumento della potenza

18 CONTENIMENTO

19 CARATTERISTICHE DEL CONTENITORE EPR Doppio contenimento. Liner interno in acciaio a tenuta (6 mm). Cilindro interno in calcestruzzo armato precompresso 1.3 m. Cilindro esterno in calcestruzzo rinforzatoc 1.3 m. Volte ellissoidali tra loro indipendenti. d Basamento in calcestruzzo 6m. 19

20 Eventi che hanno portato all incidente 25 aprile 1986 l unità 4 della centrale doveva essere spenta per manutenzione ordinaria L ESPERIMENTO SFRUTTARE l inerzia del rotore della turbina per alimentare le pompe dell ECCS; già eseguito in passato ma con esito negativo turbina generatore Gennaio 86 V.P. Briukhanov (direttore della centrale) manda il programma della prova alle autorità per approvazione Nessuna risposta Si decide ugualmente di effettuare l esperimento

21 Akimov: capo turno In sala controllo L ESPERIMENTO Toptunov: ingegnere capo operazione reattore Diatlov: aggiunto ingegnere capo (dirige l esperimento) Stoliarcuk: ingegnere principale conduzione reattore Kersenbaum: m ingegnere principale i conduzione turbine Davletbaiev: aggiunto capo turbina n. 4 Palamarcuk: responsabile laboratorio impresa esercizio centrale Tregub: capo del turno precedente Matlenko: rilevatore elettrico al generatore per esperimento Proskurianov: tirocinante Kudriastev: tirocinante

22 P(MW) Richiesta energia da dispacciatore Turbogeneratore n.7 disaccoppiato rete Su turbogeneratore n.8: 4 pompe primario 2pompe Attrezzature varie L ESPERIMENTO OK ripresa diminuzionei i da dispacciatore 500 MW Controllo trasferito dal locale all automatico ECCS disinserito MW Estrazione di molte barre di controllo Xe 200 MW tempo MW 1:00 25/4 26/4 Akimov entra Tregub esce

23 L ESPERIMENTO 1.07 Stanno pompando troppa acqua nel nocciolo m 3 /h proibito: rotture per vibrazioni Riduzione di vapore nel separatore di vapore Questo avrebbe provocato scram automatico ma l operatore ha disabilitato lo scram per poter effettuare la prova 1:19 Toptunov, Akimov, Stoliarcuk tentano di ristabilire a mano i parametri giusti nel reattore; estraggono altre barre di controllo per aumentare la potenza del reattore e ristabilire pressione e temperatura t nel separatore di vapore Il numero minimo di barre di controllo nel nocciolo non deve essere inferiore a 30; ora erano di meno: forse 8. Bisogna spegnere: invece si continua 1:22:45 L operatore crede di aver stabilizzato la situazione Si decide di proseguire con l esecuzione del test

24 L ESPERIMENTO 1:23:04 Metlenko dalla sala reattore comunica: Oscilloscopio in funzione Chiusa valvola del vapore al TG n :23:10 Ora entrambe le turbine sono disconnesse (previsto scram) Questo scram era stato escluso per poter effettuare la prova 1:23:21 Diminuisce portata d acqua nel nocciolo (le 4 pompe del primario erano collegate su TG n.8) Aumenta vapore E la potenza comincia a salire per coefficiente di vuoto positivo Akimov: bisogna spegnere

25 L INCIDENTE 1:23:40 SCRAM con pulsante AZ5 Coefficiente di vuoto + Aumenta la potenza Barre di controllo MW MW 1.23:44 La potenza del reattore raggiunge 100 volte il valore di progetto

26 L INCIDENTE 1:23:45 Il combustibile comincia a frammentarsi, reagisce con l acqua di raffreddamento e produce un impulso di alta pressione 1:23:49 I canali del combustibile si rompono 1:24 Si verificano due esplosioni: una di vapore d acqua, l altra laltra prodotta dal combustibile evaporato Nella sala centrale: piastra 1000 t gru 50 t macchina carico e scarico 250 t Pavimento crollato Tetto sfondato Pezzi di grafite e combustibile incandescenti tutt intorno provocano incendi: in sala macchine (olio) nei depositi di gasolio

27 I RESTI DEL REATTORE

28 I RESTI DEL REATTORE

29 I RESTI DEL REATTORE

30 Il combustibile fuso

31 I SOCCORSI 1.28 I primi ad arrivare sono i pompieri: a un primo gruppo di 14 si aggiungono rinforzi che continuano ad arrivare; alle 4 del mattino sono 250; 69 di essi partecipano alle operazioni di spegnimento 2.10 I pompieri domano incendio sul tetto della sala macchine ed entrano in sala macchine 2.30 Viene domato incendio sul tetto della sala reattore pompieri i vengono ricoverati; i 4 di essi in sala macchine hanno preso dose da pezzi di combustibile finiti su un trasformatore (10 Gy); alla fine 31 di essi moriranno.

32 L INCENDIO DELLA GRAFITE 2500 t di grafite La rottura del nocciolo porta aria in contatto con la grafite che si incendia Non ci sono esperti per affrontare questo tipo di incendio Con elicotteri i vengono lanciati sul nocciolo t di materiale vario 40 t di carburo di boro per assorbire neutroni 600 t di dolomite per produrre CO 2 per spegnere incendio t di piombo per assorbire radiazioni gamma t di sabbia e argilla per ridurre il rilascio di particolato 150 t di materiale era stato lanciato il 27 Aprile 300 t il t il t il t il 1 Maggio 400 t il 2 Maggio voli di elicottero per lanciare il materiale 9 maggio Viene spento l incendio della grafite

33 IL RILASCIO, LA DISPERSIONE E LA DEPOSIZIONE DEI RADIONUCLIDI Il materialeradioattivo tti rilasciato i in atmosfera è costituito da gas, aereosolse combustibile finemente frammentato Si stima che sia stato rilasciato il 100% dell inventario dei gas nobili (xenon e krypton) tra il 10 e il 20% degli elementi più volatili: iodio, tellurio e cesio il 3.5 % dl del combustibile ( 6 tonnellate di cobustibile)

34 IL RILASCIO PBq Bq β, γ α

35 IL RILASCIO TOTALE Exa Bq=10 18 Bq 131 I PBq=10 15 Bq Andamento giornaliero dei rilasci nei primi giorni; la ripresa dopo il minino è dovuta all aumento di temperatura provocato dal materiale di copertura lanciato con gli elicotteri

36 LA DISPERSIONE Durante i primi 10 giorni, quando i rilasci radioattivi furono più intensi, le condizioni meteorologiche e la direzione del vento cambiarono in continuazione, interessando via via vari settori

37 LA DISPERSIONE Al momento dell incidente il vento soffiava verso la Scandinavia. I primi a rivelare radioattività nell aria fuori dalla ex URSS furono i tecnici di una centrale svedese. Dopo aver capito che il i non era il rilascio legato alla loro centrale diedero l allarme

38 April 26 May 2 LA DISPERSIONE Nel resto dell Europa April 28 May 4 L arrivo in Italia il 30 aprile April 30 May 6

39 LA DISPERSIONE su scala a planetaria a Solo l Emisfero Sud rimane indenne da questa contaminazione

40 LA DEPOSIZIONE DEI RADIONUCLIDI Intorno a Chernobyl 137 Cs Km 60 Km

41 Deposizione 90 Sr La deposizione di 90 Sr e 239 Pu ha interessato soprattutto le zone vicine alla centrale; le zone con contaminazione da plutonio > 4 kbq m- 2 si trovano entro i 30-km 239 Pu 240 Pu

42 I TRE SPOT DI CONTAMINAZIONE ZONA CENTRALE BRIANSK KALUGA-TULA.OREL Deposizioni di oltre 40 kbq/m 2 furono prodotte nelle zone dove il passaggio della nube fu accompagnato dalla pioggia 137 Cs 55

43 I TRE SPOT DI CONTAMINAZIONE ZONA CENTRALE BRIANSK KALUGA-TULA.OREL 131 I

44 IN EUROPA Deposizioni di oltre 40 kbq/m 2 furono prodotte nelle zone dove il passaggio della nube fu accompagnato dalla pioggia Cs

45 L ESPOSIZIONE DELLA POPOLAZIONE La popolazione esposta viene suddivisa in quattro categorie (1) Lo staff della centrale nucleare e i lavoratori che hanno partecipato p alle operazioni di decontaminazione (i cosiddetti liquidatori ); (2) i residenti nelle vicinanze che furono evacuati dalla zona dei 30-km durante le prime settimane dall incidente ( ); (3) la popolazione dell ex ex-unione Sovietica, inclusi i residenti delle aree contaminate: circa 5 milioni; (4) la popolazione nei Paesifuoridall ex-union Sovietica

46 Lo staff della centrale Gli effetti più gravi: operatori della centrale, vigili del fuoco, primi soccorritori (491 al momento dell incidente, 566 alle 8 del mattino): 499 furono posti in osservazione 237 ricoverati entro 24 ore con sospetta SAR 2 morti immediati: esplosione e trombosi 1 morto durante la mattinata per ustioni termiche 28 morti nei giorni successivi nei centri di trattamento totale di 31 i morti nelle prime settimane. 56 affetti da bruciature della pelle da radiazioni, cataratta e ulcerazioni. altri 11 morti fra il 1987 e il 1998 per varie cause (dosi Gy): 3 malattia cardiaca, 2 sindrome mielodisplasica, 2 cirrosi epatica, 1 cancrena polmonare, 1 tubercolosi polmonare, 1 embolia, 1 leucemia mieloide totale di 42 i morti entro il 1998; 50 entro metà 2005

47 Gli evacuati dalla zona dei 30-km 26 aprile intensità di dose nei dintorni della centrale Dose letale: mgy La sera del 26 aprile dopo circa 20 ore dall incidente il vento cominciò a soffiare verso Pripyat. L intensità di dose in città aumentò significativamente: fu deciso di evcuare la città. 0.8 mgy/h

48 Gli evacuati dalla zona dei 30-km abitanti di Pripyat lasciano la città su 1200 autobus altre persone saranno evacuate nei giorni e nelle settimane seguenti U l di i i d di 30 K i Un totale di circa evacuati da una zona di 30 Km intorno al reattore

49 Gli evacuati dalla zona dei 30-km Dose al corpo intero La dose al corpo intero fu dovuta essenzialmente all esposizione esterna e all inalazione dei nuclidi nell aria. La dose efficace fu mediamente di circa 17 mgy, convalori individuali variabili fra 0.1 e 380 mgy. Dose alla tiroide

50 I liquidatori Circa lavoratori furono coinvolti nelle operazioni di decontaminazione I più esposti furono i lavoratori coinvolti all inizio e gli scienziati che intervennero con compiti speciali (circa 1000 con dosi da 2 a 20 Gy) Le dosi medie furono circa 170 msv nel 1986 e 15 msv nel 1989

51 Popolazione delle zone contaminate ex-unione Sovietica Aree contaminate classificate facendo riferimento alla contaminzione di 137 Cs presente prima dell incidente - test bellici in atmosfera anni pari a 2-4 kbq/m 2 >37kBq/m 2 contaminata circa 5 milioni vivono la maggior parte < 1 msv/anno oltre il fondo, >1mSv/anno > 555 kbq/m 2 sono soggetta a controllo circa vivevano e sono stati evacuati ( Pripyat ) primavera-estate anni successivi > 1500 kbq/m 2 zona proibita

52 Nel 2003, su iniziativa della IAEA è stato costituito il Chernobyl Forum con lo scopo di facilitare la comprensione della portata dell incidente e di suggerire le azioni da intraprendere per risolvere i vari problemi economici e sociali derivati dall incidente. Le conclusioni più recenti del Forum sono riportate nel rapporto Chernobyl s Legacy:Health, Environmental and Socio- Economic Impacts (600 pagine in 3 volumi) che ha visto impegnati centinaia di esperti di varie discipline.

53 Lo staff della centrale Fino alla metà del 2005 circa 50 persone sono morte per cause attribuibili direttamente alle radiazioni assorbite in seguito al disastro; nella maggioranza dei casi si tratta di lavoratori intervenuti nelle prime ore dopo il disastro e deceduti entro pochi mesi Gli evacuati dalla zona dei 30-km 1800 tumori fatali possono essere attesi fra i evacuati; i sintomi più riportati sono stress, depressione ed ansia. I liquidatori intervenuti Circa 4000 tumori fatali a causa delle radiazioni potrebbero verificarsi fra i liquidatori (comopresi quelli intervenuti nel e i circa 1000 lavoratori intervenuti nei primi giorni dopo l incidente esposti alle dosi più elevate; rappresenta circa l 1% di incremento della percentuale di popolazione che muore per tumori indotti da altre cause (il 25% della popolazione); sarà probabilmente difficile da mettere in evidenza

54 Tumori alla tiroide 4000 tumori alla tiroide fra quelli che erano bambini o adolescenti nel 1986; letali per circa l 1% La dose alla tiroide dovuta soprattutto al consumo di latte fresco nelle prime settimane Bambini della regione di Gomel in Bielorussia ricevettero le dosi più altre variabili fra daquasizerofinoa40gyeunamediadicirca 1Gyperbambinifra0e7anni.

55 Tumori alla tiroide nei bambini

56 Leucemie e tumori solidi diversi da quelli alla tiroide A 20 anni dall incidente non sembrano emergere chiare evidenze di un aumento dell incidenza di leucemie o di tumori solidi diversi da quelli alla tiroide; tuttavia viene segnalato un raddoppio di incidenza (nel periodo ) nel gruppo di liquidatori russi esposti ad una dose esterna superiore a 150 mgy. Sono in corso ulteriori studi. Ma il rischio di leucemie diminuisce con la dose e quindi col tempo dall incidente. Per i tumori solidi i tempi dilatenza sono più lunghi (10- p p g ( 15 anni) e quindi occorre attendere ancora.

57 Non sembrano emergere evidenze di un aumento dell incidenza id delle malformazioni i negli aborti e nei nati viti

58 Fertilità ed effetti genetici e malformazioni Non sembrano emergere evidenze di un aumento dell incidenza id delle malformazioni i negli aborti e nei nati viti Bassa contaminazione i Alta contaminazione

59 Conseguenze Effetti ambientali ambientali Andamento dll della concentrazio ne di Cs-137 nello spessore del suolo.

60 Contaminazione da Cs-137 e Sr-90 nell acqua del bacino q di raffreddamento della centrale.

61 Contaminazione da Cs-137 e Sr-90 nell acqua del fiume q Pripyat in prossimità di Chernobyl.

62 Concentrazione di Cs-137 e Sr-90 nella falda superficiale dll della zona di esclusione sotto l area id industriale til di Chernobyl. bl

63 Contaminazione da Cs-137 nel pesce del Bacino di Kiev

64 Concentrazione media annua (Bq/kg) di Cs-137 nel latte e nella carne di mucca prodotti nella regione di Briansk, Russia.

65 Concentrazione di Cs-137 nei funghi raccolti nella regione di Zhytomir (Ucraina). La regione era caratterizzata da una deposizione al suolo di 555 kbq/m 2.

66 Il sarcofago Un contenimento in cemento e acciaio per racchiudere ed isolare i resti del reattore. Nell agosto 1986 vari sensori e monitor di radiazione gamma furono inseriti con l uso luso di elicotteri per misurare l intensità di dose gamma per programmare il lavoro di costruzione La costruzione del sarcofago fu completata in soli La costruzione del sarcofago fu completata in soli 7 mesi nel novembre 1986.

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68 Il sarcofago potrebbe collassare con conseguente rilascio di materiale radioattivo. Si sta progettando un nuovo contenitore che possa racchiudere l attuale sarcofago e che possa resistere almeno per i successivi 100 anni. Terminata la costruzione si potrebbe procedere alla rimozione del vecchio e del materiale a bassa attività e forse poi passare allo smantellamento del reattore. Doveva essere fatto entro il 2009 ma per ora è slittato t al 2015