scorie radioattive provenienza, quantità, destinazione radioaktive scorie radioattive abfälle 2 Impressum In questo quaderno viene spiegato da dove provengono le scorie radioattive, come e dove vengono depositate provvisoriamente e come se ne effettuerà lo smaltimento sicuro in depositi in strati geologici profondi. Altri quaderni tematici e opuscoli della Nagra: • È il momento di agire – Lo smaltimento delle scorie radioattive concerne noi tutti. (Novembre 2008). • Regioni di ubicazione per depositi in strati geologici profondi – Perché proprio qui? (Novembre 2008) (soltanto in tedesco e francese). • Tracce del futuro – Imparare dalla natura a smaltire le scorie radioattive in strati geologici profondi. (Aprile 2007). Letture www In questo quaderno, si fa riferimento ad altre pubblicazioni della Nagra. Potete scaricarle o ordinarle sul sito www.nagra.ch. Scorie radioattive Da dove provengono, quante sono, che cosa farne? Settembre 2008 Questo quaderno tematico è stato pubblicato anche in francese e tedesco. Fa fede la versione in tedesco. Redazione Dott. Meinrad Ammann (testo e immagini) Alice Hellenbrandt (preparazione alla stampa) W4, Wettingen (illustrazioni) Traduzione Daniela Lenz Stampa Frey AG, Andelfingen Sommario La Svizzera possiede delle scorie radioattive 4 –7 Le scorie radioattive provengono principalmente dalle centrali nucleari, ma anche da numerose applicazioni della medicina, dell’industria e della ricerca. Devono essere eliminate in modo appropriato. L’uomo e l’ambiente devono rimanere protetti a lungo termine. Dove e quante? 8 – 11 Sappiamo esattamente quali e quante sono le scorie e dove sono. Presso le centrali nucleari e nel deposito intermedio centrale della Zwilag AG a Würenlingen si dispone di sufficiente capacità per lo stoccaggio intermedio delle scorie radioattive di Svizzera, provenienti dalle centrali nucleari o dal ritrattamento di elementi di combustibile nucleare esausti. Con il progettato ampliamento del deposito intermedio federale si disporrà di capacità sufficiente anche per lo stoccaggio intermedio di scorie provenienti da medicina, industria e ricerca. L’obiettivo è lo smaltimento in un deposito in strati geologici profondi Nei depositi in strati geologici profondi, le scorie radioattive possono essere confinate in modo sicuro per un lungo periodo di tempo, sino a quando la radioattività sarà decaduta in modo naturale. La Nagra ha dimostrato la fattibilità tecnica di questi depositi e il Consiglio federale l’ha r iconosciuta. 12 – 15 3 radioaktive scorie radioattive abfälle 4 La Svizzera possiede scorie radioattive La Svizzera possiede de lle scorie radioattive Le scorie radioattive vengono prodotte in luoghi diversi. La maggior parte proviene dalle cinque centrali nucleari di Mühleberg, Beznau I e II, Gösgen-Däniken e Leibstadt. Se non vengono trattate in modo appropriato, queste scorie sono pericolose. La pericolosità diminuisce continuamente in seguito al decadimento radioattivo. La società produce scorie e rifiuti La nostra società produce ogni giorno scorie e rifiuti solidi, liquidi e gassosi. Una parte di essi, può essere ritrattata e riutilizzata (riciclaggio), una parte viene incenerita in impianti di incenerimento dei rifiuti, il resto deve essere confinato in modo sicuro per un lungo periodo di tempo (è il caso, per esempio, delle sostanze residue e delle scorie radioattive). Le scorie radioattive sono prodotte dalle centrali nucleari Le centrali nucleari sono i principali produttori di scorie radioattive (figura 1). Mediante la fissione di nuclei atomici, nel reattore viene emesso calore. Questo calore trasforma l’acqua in vapore, che aziona una turbina e con essa un generatore per la produzione di corrente elettrica. Il combustibile nucleare esausto è altamente radioattivo. Altre scorie radioattive sono prodotte durante il funzionamento quotidiano delle centrali nucleari e, in un secondo tempo, ne risultano anche dal loro smantellamento. Istituto Paul Scherrer ... ma anche nei settori della medicina, dell’industria e della ricerca Da diverse applicazioni della medicina, dell’industria e della ricerca si generano delle scorie radioattive (fonti di radiazioni da medicina e industria, scorie da impianti per la ricerca ecc., cfr. figura 2). Figura 1 La centrale nucleare di Gösgen-Däniken, una delle cinque centrali nucleari svizzere. Comet Nagra Figura 2 Le scorie radioattive vengono prodotte anche da applicazioni della medicina, dell’industria e della ricerca. Esempi dall’alto in basso: ciclotrone per la medicina all’Istituto Paul Scherrer/IPS (Paul Scherrer Institut/PSI), vecchio rivelatore radioattivo di fumo, controllo delle saldature con sorgenti di radiazione, vecchio reattore di ricerca dell‘IPS. Suva Istituto Paul Scherrer 5 radioaktive scorie radioattive abfälle La Svizzera possiede scorie radioattive 6 Sulla base delle loro caratteristiche fisiche le scorie radioattive vengono suddivise nelle categorie seguenti (ordinanza sull’energia nucleare, art. 51): 1) Scorie altamente radioattive: prodotti di fissione vetrificati provenienti dal ritrattamento di elementi di combustibile esausti ed elementi di combustibile esausti che non possono essere utilizzati ulteriormente. 2) Scorie alfatossiche, che superano un limite di 20 000 decadimenti alfa al grammo e al secondo. 3) Scorie debolmente e mediamente radioattive: tutte le altre scorie radioattive. Letture www Ma che cos’è la radioattività? I nuclei di atomi che si trasformano spontaneamente sono detti radioattivi. Esistono due tipi di trasformazione dei nuclei, il decadimento alfa e il decadimento beta. Dopo la trasformazione, un nucleo è stabile (non più radioattivo), oppure continua a decadere in fasi diverse, sino a raggiungere una forma stabile. Dovunque c’è radioattività La radiazione naturale esiste da sempre. Una parte proviene dal suolo e dalla roccia (radiazione terrestre), un’altra dallo spazio (radiazione cosmica, figura 1). In montagna e vicino al granito la radiazione naturale è maggiore di quella in pianura e vicino alle rocce calcaree. Anche gli alimenti e l’aria che respiriamo contengono minimi quantitativi di sostante radioattive, che in parte vengono assorbite dall’organismo. Protezione per lunghi periodi di tempo: quaderno tematico «Tracce del futuro». www.nagra.ch Per quanto tempo si devono confinare le scorie? Le scorie radioattive contengono diversi tipi di atomi radioattivi. In seguito al decadimento radioattivo la loro dannosità diminuisce e dopo un certo tempo raggiun gono un’attività che corrisponde a quella che naturale delle sostanze. In generale si può affermare che dopo 30 000 anni le scorie debolmente e mediamente radioattive hanno la stessa dannosità causata dalle radiaRadioattività Esistono diversi tipi di scorie radioattive zioni (radiotossicità) delle rocce granitiche. La radioattività di combustibile esausto a base di uranio raggiunge in 200 000 anni circa la radiotossicità dell’uranio a suo tempo estratto così come si ritrova in natura (figura 2). La percentuale maggiore di sostanze contenute nelle scorie radioattive emette radiazioni molto forti per un periodo di tempo limitato, la percentuale minore delle sostanze radioattive di lunga durata emette radiazioni più deboli per un lungo periodo di tempo (cfr. figura 2). Diminuzione della radioattività di elementi di combustibile esausti Elemento di combustibile dopo essere stato prelevato da un reattore Percentuale altamente radioattiva Percentuale di lunga durata Uranio aturale Oggi Figura 2 200 000 anni Tempo Utilizzazione di scorie radioattive – possibile la protezione dalle radiazioni Schermare Figura 1 Dovunque ci sono emissioni radioattive. In montagna la radiazione naturale è maggiore di quella in pianura. Aura Limitare il tempo Aumentare la distanza Le sostanze radioattive (fonte di radiazione) vengono utilizzate in modo diverso. Ci si deve e ci si può proteggere dalla loro radiazione: limitando il tempo durante il quale si è esposti ad esse, aumentando la distanza dalle fonti di radiazioni e mediante sistemi adeguati di schermaggio, ovvero mediante il confinamento delle scorie radioattive. In particolare è importante respirare o assorbire con l’alimentazione il minimo possibile di sostanze radioattive, perché all’interno dell’organismo provocano una dose molto più elevata di quando l’organismo è esposto alle radiazioni dall’esterno. 7 radioaktive scorie radioattive abfälle 8 Dove e quante? Dove e quante? Oggi la maggior parte delle scorie si trova in depositi intermedi. Sono tenuti sotto controllo, trattarle è un lavoro di routine. La quantità, la composizione e il luogo in cui si trovano sono perfettamente noti. lungo termine e sicuro. I gestori delle centrali nucleari e la Confederazione svizzera – cui spetta il compito di smaltire le scorie radioattive provenienti dalle appli cazioni della medicina, dell’industria e della ricerca – hanno fondato a questo scopo nel 1972 la Nagra. Chi è responsabile delle scorie? In sicurezza in depositi intermedi Conformemente alla legge sull’energia nucleare, chi produce le scorie radioattive – sotto il controllo della Confederazione – è responsabile del loro smaltimento a Oggi le scorie radioattive si trovano in depositi inter medi. Presso le centrali nucleari e nel deposito intermedio centrale della Zwilag AG a Würenlingen si dis pone di sufficiente capacità per lo stoccaggio intermedio di tutte le scorie provenienti dal funzionamento delle centrali nucleari e dal loro smantellamento, sino a quando saranno costruiti i depositi in strati geologici profondi (figure 1 – 3). Le scorie provenienti da medi cina, industria e ricerca vengono conservate nel deposito intermedio della Confederazione, che si trova anch’esso a Würenlingen. Esperienza decennale nella manipolazione sicura delle scorie altamente radioattive Dopo essere stati impiegati per quattro – cinque anni nel reattore di una centrale nucleare, gli elementi di combustibile devono essere sostituiti perché il loro tenore di uranio fissile è diventato troppo basso. Una volta tolti dal reattore, gli elementi di combustibile nucleare esausti vengono stoccati sott’acqua per cinque – dieci anni in vasche di raffreddamento (vasche di decadimento), poi imballati in fusti da trasporto adatti al deposito intermedio e quindi portati nel deposito intermedio, dove riman gono sino a quando saranno trasportati in un deposito finale in strati geologici profondi. Comet Figura 1 Nei magazzini del deposito intermedio centrale della Zwilag AG a Würenlingen possono essere stoccati tutti i tipi di scorie radioattive e gli elementi di combustibile esausti. Gli elementi di combustibile esauriti devono essere smaltiti come scorie altamente radioattive. Ma esiste una possibilità di riciclaggio: in un impianto di ritrattamento, il materiale fissile che si trova ancora negli elementi di combustibile può essere separato dai prodotti di fissione e utilizzato per la produzione di nuovi elementi di combustibile. I prodotti di fissione sono delle scorie altamente radioattive. All’incirca 1000 tonnellate, Comet Figura 2 Magazzino per fusti con scorie altamente radioattive ed elementi di combustibile esausti della Zwilag AG a Würenlingen. Sino alla primavera del 2008 erano stati immagazzinati 22 fusti con elementi di combustibile esausti e otto con scorie altamente radioattive. Comet Figura 3 Deposito intermedio della Confederazione a Würenlingen per scorie radioattive provenienti da medicina, industria e ricerca. 9 radioaktive scorie radioattive abfälle 10 Dove e quante 11 ovvero il trenta per cento degli elementi di combustibile esausti previsti in totale dalle cinque centrali nucleari attualmente in esercizio nel nostro paese, sono state trasportate sino al 2005 all’estero per essere ritrattate. Le scorie risultanti dal ritrattamento vengono riportate in Svizzera. La legge sull’energia nucleare entrata in vigore nel febbraio 2005, vieta sino al 2016 l’esporta zione di elementi di combustibile esausti perché vengano ritrattati all’estero (moratoria). Trattamento delle scorie debolmente e mediamente radioattive: una routine Le scorie debolmente e mediamente radioattive delle centrali nucleari vengono preparate nelle centrali stesse o presso la Zwilag AG a Würenlingen per essere confinate in modo definitivo (per esempio vengono solidificate oppure incenerite o fuse per ridurne il volume), imballate in fusti adatti e depositate nei depositi intermedi delle centrali nucleari oppure in quello della Zwilag (figure 1 e 2). Le scorie grezze provenienti dalle applicazioni della medicina, dell’industria e della ricerca vengono trasformate all’Istituto Paul Scherrer oppure alla Zwilag, in una forma tale che possano essere smaltite definiti vamente, e poi poste provvisoriamente nel deposito intermedio della Confederazione a Würenlingen. Piccoli quantitativi di scorie Per un periodo di funzionamento di 50 anni di tutte le centrali nucleari svizzere, i gestori prevedono all’incirca 3600 tonnellate di combustibile esausto. Imballato in fusti da deposito finale, questo combustibile – tenendo conto del ritrattamento parziale – richiederebbe 7300 metri cubi circa di spazio, ovvero un volume corrispondente a quello di sette villette monofamiliari. Per un periodo di funzionamento di 50 anni delle cinque attuali centrali nucleari svizzere, la Nagra prevede all’incirca, in totale, 60 000 metri cubi di scorie debolmente e mediamente radioattive (compresi i container da deposito finale). La metà circa sono scorie risultanti dallo smantellamento delle centrali nucleari. Dai settori medicina, industria e ricerca vengono generati ulteriori 33 000 metri cubi di scorie debolmente e mediamente radioattive. Il quantitativo totale di scorie radioattive da smaltire ammonta all’incirca a 100 000 metri cubi (compresi i fusti da laboratorio, figura 3). Inventario esattamente noto Dell’inventario centrale di tutte le scorie è responsabile la Nagra. Ogni contenitore di scorie viene registrato in una banca dati: se ne conosce il contenuto esatto (cioè il materiale di incapsulamento, la provenienza e la compo sizione delle scorie) e anche l’ubicazione del contenitore. I dati possono essere consultati in qualsiasi momento. Imballaggio e immagazzinamento intermedio eseguiti di routine Inizialmente le scorie radioattive grezze vengono trasformate in una forma chimicamente e fisicamente stabile a lungo termine e imballate in fusti da deposito adeguati (condizionamento). Gli elementi di combusti bile esausti vengono imballati direttamente in fusti di sicurezza. Sino a quando saranno disponibili i depositi in strati geologici profondi, i fusti saranno conservati in depositi intermedi, che sono costruiti in modo tale da soddisfare tutte le condizioni poste dalle autorità. Condizionamento e stoccaggio intermedio vengono effettuati sotto il severo controllo delle autorità di sicurezza. Quantitativi attuali di scorie (situazione a fine 2007) Presso le centrali nucleari Nei depositi della Zwilag AG Nel deposito intermedio della Confederazione (scorie provenienti da medicina, industria e ricerca) 3 3 455 m 3 920 m 3 1 385 m Previsioni (scorie imballate, periodo di funzionamento delle centrali nucleari di 50 anni) EC e SAA SDM dalle 5 centrali in esercizio e loro smantellamento SDM da medicina, industria e ricerca Quantitativo totale 3 ca. 7 300 m 3 ca. 60 000 m 3 ca. 33 000 m 3 ca. 100 000 m EC = elementi di combustibile esausti SAA = scorie altamente radioattive SDM = scorie debolmente e mediamente radioattive comprese le scorie alfatossiche Trasmutazione Si parla spesso della trasmutazione come della possibilità per trasformare i radionuclidi di lunga durata in radionuclidi di una durata più breve. Si stanno svolgendo delle ricerche su questi processi (per esempio all’Istituto Paul Scherrer di Würenlingen). L’obiettivo è quello di trasformare in futuro le scorie altamente radioattive di lunga durata, in scorie di durata più breve. Anche se in futuro si riuscisse ad applicare la trasmutazione a livello industriale, continuerebbero ad essere necessari dei depositi in strati geologici profondi per le sostanze radioattive di durata più breve e per quelle rimanenti che non sono trasmutabili. Nagra Figura 1 Fusto con resina scambiatrice di ioni solidificata proveniente da una centrale nucleare. Comet Figura 2 Nel forno a plasma della Zwilag AG a Würenlingen vengono inceneriti due tipi diversi di scorie grezze debolmente radioattive, che vengono poi fuse; la massa di vetro viene solidificata in una massa simile a scorie. Nagra Figura 3 Il volume di scorie di 100 000 metri cubi corrisponde al grande atrio della stazione centrale di Zurigo nella fotografia. radioaktive scorie radioattive abfälle 12 L’obiettivo è lo smaltimento in strati geologici profondi 13 L’obiettivo è lo smaltimento in strati geologici profondi Un deposito in strati geologici profondi è un impianto ad alcune centinaia di metri sotto la superficie terrestre in una formazione rocciosa idonea. A seconda del tipo di scorie è composto da cunicoli o da caverne di deposito, da un deposito pilota per la sorveglianza di una parte rappresentativa delle scorie e da un laboratorio sotterraneo. Perche uno smaltimento in strati geologici profondi La storia ci dimostra che la società non è mai stabile per un lungo periodo di tempo. Lo dimostrano chiaramente gli ultimi cent’anni (figura 1). Diversamente da quanto accade per la società umana, gli strati rocciosi possono rimanere stabili per diversi milioni di anni e mantenere inalterate le loro proprietà. Nel sottosuolo il tempo si è per così dire fermato, indipendentemente da quello che succede in superficie (cfr. illustrazioni qui sotto). Se gli strati rocciosi sono impermeabili all’acqua, possono trattenere le scorie che rimangono così confinate per il periodo di tempo necessario (figura 2). Metodo riconosciuto a livello mondiale In tutto il mondo si riconosce che lo stoccaggio delle scorie altamente radioattive e di quelle mediamente radioattive di lunga durata in strati geologici profondi garantisce la sicurezza per i lunghi periodi di tempo necessari. Questo principio è ancorato nella legge federale sull’energia nucleare e viene applicato in Svizzera anche alle scorie debolmente e mediamente radioattive. Per questo tipo di scorie esistono, per esempio in Svezia e in Finlandia, già da tempo dei depositi in strati geologici profondi. Con le prove dello smaltimento riconosciute dal Consiglio federale nel 1988 e nel 2006, la Nagra ha potuto dimostrare che i depositi in strati geologici profondi sono fattibili e sicuri anche in Svizzera per tutti i generi di scorie. La massima priorità va alla protezione a lungo termine dell’uomo e dell’ambiente. Figura 1 Negli ultimi 100 anni l’Europa ha vissuto due guerre mondiali e numerose rivolte. Nell’immagine la città di Dresda (Germania) completamente distrutta dai bombardamenti del febbraio 1945. Apimages Figura 2 Nel sottosuolo regna la quiete. Quest’insetto – una fragile filigrana – è rimasto per 40 milioni di anni circa richiuso nell’ambra in uno strato sabbioso-argilloso. Uni-Bonn Mutamenti in superficie – Stabilità nel sottosuolo radioaktive scorie radioattive abfälle 14 L’obiettivo è lo smaltimento in strati geologici profondi 15 Impianti in superficie Impianti e funzionamento di un deposito In superficie si trovano diversi edifici dell’impianto per i quali è necessaria una superficie di 200x400 metri. Questi edifici sono simili a quelli per impianti industriali o artigianali e possono essere integrati nel paesaggio. Nel sottosuolo un deposito è composto da un laboratorio sotterraneo, un deposito pilota e dei cunicoli di deposito per i diversi tipi di scorie (figura 1). Le scorie radioattive vengono trasportate nel deposito sotterraneo tramite la galleria d’accesso. Al momento dello stoccaggio un sistema di garanzia della qualità assicura che vengano immagazzinate soltanto le scorie autorizzate. Dopo una prima fase di controllo, il deposito principale viene chiuso, mentre continua ad essere tenuto sotto controllo il deposito pilota in cui è immagazzinata una parte rilevante delle scorie. Quando le Roccia Scherma completa- autorità decidono che debba venire chiuso tutto l’immente le radiazioni pianto, tutte le installazioni vengono smantellate e tutti dal deposito in strati gli accessi riempiti. Ma anche dopo la chiusura rimarrà geologici profondi. sempre possibile recuperare le scorie. Radiazione schermata e scorie confinate in modo sicuro a lungo termine La radiazione delle scorie viene schermata dai fusti, dal materiale di riempimento dei cunicoli e dalla roccia circostante. Già a un metro all’interno della parete del cunicolo la radiazione delle scorie altamente radioattive è minore della radiazione naturale proveniente dalla roccia. La radiazione è generata soprattutto dal decadimento dell’uranio e del torio che si trovano in natura (figura 2). Si deve assicurare che le scorie rimangano confinate e rinchiuse sino a quando la radioattività sia sufficientemente diminuita in seguito al decadimento. A questo scopo si ricorre a un sistema di barriere tecniche progressive che isola in modo efficace le scorie (tra l’altro fusti di metallo e argilla come materiale di riempimento dei cunicoli, figura 2). A ciò si aggiunge come barriera geologica la roccia del deposito che deve rimanere stabile a lungo termine. La roccia ospitante protegge inoltre le barriere tecniche dagli influssi ambientali (per esempio erosione) e dall’afflusso d’acqua. In questo modo si evita che le scorie radioattive vengano disciolte dall’acqua e dal deposito vengano trasportate in strati geologici profondi alla superficie, dove potrebbero penetrare nel ciclo alimentare. Si deve quindi realizzare un deposito in strati geologici profondi in una roccia che sia il più possibile impermeabile all’acqua. La natura stessa ci dimostra con degli esempi come questo genere di confinamento possa essere efficace. (cfr. riquadro). Figura 1 Deposito in strati geologici profondi per scorie radioattive Schermaggio dalle radiazioni nel deposito in strati geologi profondi per scorie altamente radioattive Galleria d’accesso Deposito in strati geologici profondi Dopo essere state imballate, le scorie vengono stoccate in cunicoli e caverne che vengono poi riempite e sigillate. Cunicoli di sondaggio Pozzo Laboratorio sotterraneo Deposito pilota Testato dalla natura Nagra 1,8 miliardi di anni fa, nel giacimento di uranio di Oklo, nel Gabon (Africa) si sono prodotte spontaneamente delle reazioni nucleari (fissioni nucleari) a causa dell’elevato tenore di uranio-235. I prodotti di fissione risultanti (scorie altamente radioattive) sono rimaste rinchiuse nella roccia senza l’ausilio di barriere tecniche di sicurezza. La natura ha quindi già realizzato qui una specie di «reattore nucleare» e un «deposito in strati geologici profondi per scorie altamente radioattive» ben funzionante. 1 metro di profondità nella roccia Le radiazioni naturali della roccia stessa sono più elevate delle radiazioni provenienti dalle scorie vetrificate altamente radioattive. Riempimento dei cunicoli Fusti di metallo Scorie altamente radioattive Figura 2 Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (Società cooperativa nazionale per lo smaltimento delle scorie radioattive) Hardstrasse 73 5430 Wettingen Svizzera Tel. 056 437 11 11 Fax 056 437 12 07 [email protected] www.nagra.ch Quaderno tematico N. 2 / Settembre 2008
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