Aspetti di sicurezza dei reattori RBMK
I reattori del tipo RBMK presentavano significativi punti deboli in relazione alla sicurezza dell'impianto:
- Mancanza di un edificio a tenuta di esplosione di gas: solo una parte dei circuiti primari è in compartimenti a tenuta
- Instabilità dinamica del nocciolo: a bassa potenza vibra
- Limitata efficacia del sistema di protezione: insufficiente rapidità di inserzione delle barre di emergenza
- Insufficienti caratteristiche della refrigerazione di emergenza: il sistema è complesso e non abbastanza ridondante
- Instabilità spaziale della potenza: le grandi dimensioni del nocciolo del reattore sono causa d'instabilità locale della potenza dovuta alla produzione di xeno, un gas che assorbe neutroni. Richiede pertanto un efficiente controllo “a zone” realizzato mediante computer on-line, una tecnica estremamente delicata, e presenta un’eccessiva dipendenza della regolazione e controllo dell'impianto da interventi degli operatori
- Mancanza di tubo di calandra: nei reattori a tubi in pressione oltre al tubo di forza in zirconio e niobio esiste un secondo tubo, denominato calandra, il quale, in caso di rottura del primo, riesce a contenere la sovrapressione dovuta alla fuoriuscita del vapore. L'intercapedine tra i due tubi costituisce una barriera termica tra il tubo di forza e la calandra. Essa permette inoltre il posizionamento di sensori di rivelazione precoce di perdite d'acqua nel caso di fessurazione del tubo di forza. Al contrario, nei reattori RBMK il tubo di forza è quasi a contatto con la grafite e la rottura del tubo fa riversare l'acqua sulla grafite, che si trova ad alta temperatura, con la possibilità di formare una miscela esplosiva costituita da idrogeno e ossido di carbonio
- Reazione positiva fra reattività e vapore (instabilità intrinseca): nei reattori moderati ad acqua, quando l’acqua si riscalda e la sua densità diminuisce, la moderazione dei neutroni è meno efficace e così l’energia generata diminuisce, fino allo spegnimento della reazione. Questa è una caratteristica di sicurezza intrinseca assente nei reattori RBMK, poiché il moderatore a grafite è sufficiente per rallentare i neutroni e mantenere la reazione a catena, ed il refrigerante ad acqua funge anche da assorbitore di neutroni. Quando parte dell’acqua si trasforma in vapore diminuisce l’assorbimento di neutroni da parte dell’acqua, mentre la moderazione assicurata dalla grafite rimane stabile, causando così un aumento ulteriore dell’energia prodotta. In condizioni normali i processi competitivi si equilibrano rimanendo sotto controllo; nel caso di un considerevole aumento della frazione di vapore, l’aumento di potenza a sua volta provoca un’ulteriore evaporazione dell’acqua ed un conseguente aumento di potenza. Questo circolo vizioso si sviluppò a Chernobyl producendo un aumento di potenza del reattore centinaia di volte oltre la massima potenza per cui era stato progettato, ed il conseguente disastro.
Va comunque precisato che i RBMK possiedono dei sistemi di sicurezza di buon livello:
- Gli ambienti contenenti la pompa di circolazione principale ed il sistema refrigerante di emergenza, come pure i separatori di vapore, possono resistere ad alte sovrapressioni (fino a 4,5 bar); difatti queste parti dell’edificio non furono distrutte nell’esplosione del reattore;
- Nel caso di rottura di un tubo a pressione, il vapore e l’idrogeno che si possono formare vengono raccolti in un sistema chiuso d’acciaio in grado di sopportare alte sovrapressioni;
- I sistemi di controllo che segnalano eventuali situazioni di rischio intervengono automaticamente a spegnere il reattore in caso di necessità.
A Chernobyl, come vedremo, questi sistemi vennero deliberatamente disattivati e non poterono salvare l’impianto.
Dopo il disastro di Chernobyl vennero immediatamente apportate modifiche per aumentare la sicurezza dei reattori RBMK riducendo il fattore di reazione positiva fra reattività e vapore. Venne aumentato il numero efficace di barre di controllo manuale da 30 a 45, si aggiunsero 80 assorbitori nel nocciolo per impedirne il funzionamento a bassa potenza, e si aumentò l’arricchimento del combustibile dal 2% al 2,4% per mantenere il livello di consumo del combustibile in presenza degli assorbitori.
Le barre di controllo sono state riprogettate, il tempo di spegnimento rapido ridotto da 20 a 12 secondi e si sono introdotte precauzioni contro l’accesso non autorizzato ai sistemi di sicurezza di emergenza. In aggiunta a queste modifiche immediate, la sicurezza e la funzionalità dei reattori RBMK sono state aumentate con nuovi sistemi di protezione, nuovi computer e più efficienti sistemi di raffreddamento d’emergenza.
