Reattore nucleare RBMK

I reattori RBMK furono il culmine del programma sovietico di sviluppo di un reattore di potenza raffreddato ad acqua.

Usavano acqua (leggera) per il raffreddamento, e grafite come moderatore di neutroni, in modo da utilizzare uranio naturale come combustibile. La tecnologia fu basata sui reattori militari per la produzione di plutonio moderati a grafite. Il primo di questi reattori, AM-1 (Atom Mirny, atomo pacifico) di Obninsk aveva prodotto 5 MWe (30 MW termici) dal 1954 al 1959. Malgrado il nome, era progettato per produrre anche plutonio per impieghi militari.

Si rendeva così possibile la costruzione di reattori di grande potenza che non richiedevano uranio arricchito e acqua pesante e quindi con costi di costruzione e gestione decisamente minori rispetto ad altre tipologie.

 

Il nocciolo consiste in un cilindro di grafite al cui interno passano numerosi canali, entro alcuni dei quali sono posizionate le barre di combustibile in uranio arricchito^[1] raffreddate da acqua leggera, mentre in altri sono fatte alloggiare le barre di controllo, inserendo o estraendo le quali si modula la potenza termica prodotta.

L'acqua (leggera) assorbe i neutroni, e li rallenta. In un reattore ad acqua bollente occidentale, dove l'acqua di raffreddamento riesce anche a rallentare a sufficienza i neutroni, le regioni in cui è presente vapore rallentano meno i neutroni delle regioni in cui è presente acqua ancora liquida; nei reattori RBMK invece, l'acqua si trova in zone tali del reattore (i canali di raffreddamento) per cui non riesce a rallentare a sufficienza i neutroni, affidato invece alla grafite. Entrambi i reattori si basano sull'utilizzo di neutroni termici, cioè rallentati; se i neutroni rimangono veloci, cioè non vengono rallentati, la reazione si spegne.

Se l'acqua di raffreddamento evapora, succedono cose diverse nei reattori occidentali e nei reattori RBMK, per via della diversa funzione che ha nei due casi precedenti.

Nei reattori occidentali mancherà anche il moderatore, cioè il mezzo capace di rallentare i neutroni, quindi la reazione tenderà a spegnersi velocemente. Perciò, se manca l'acqua nel reattore, questo smetterà anche di generare calore.

Nei reattori RBMK invece, rimane la grafite a rallentare sufficientemente i neutroni che quindi possono continuare a riprodursi, a produrre fissioni e quindi a generare calore nel materiale. Quindi se manca l'acqua nel reattore RBMK, questo continuerà comunque a generare calore, e la temperatura continuerà a salire velocemente. Si può arrivare quindi in questo caso alla fusione del nocciolo. Questo effetto di retroazione del refrigerante tecnicamente viene chiamato coefficiente di vuoto. I reattori RBMK vennero progettati con un coefficiente di vuoto negativo alle alte potenze. Tuttavia, il coefficiente di vuoto alle basse potenze è positivo, quindi possono verificarsi escursioni di reattività. Queste caratteristiche degli RBMK diventarono di dominio pubblico nel 1986 con l'incidente di Černobyl'.

Versione potenziata ad un totale di 4800 MW termici con una produzione di 1500 MW elettrici, come l'RBMK-1000 anche l'RBMK-1500 erano costituiti da 1661 canali combustibile e 211 per le barre di controllo, erano state implementate alcune migliorie ai sistemi d'emergenza.

Gli unici RBMK-1500 mai entrati in servizio furono i reattori 1 e 2 della centrale di Ignalina (Lituania) la cui potenza, a seguito di alcuni inconvenienti, fu diminuita a 1185 MW.

Era prevista la costruzione di ulteriori quattro reattori; l'unità 3 (costruzione abbandonata all'80% del suo completamento) e quattro di Ignalina, e due unità a Kostroma.

Una versione a scala ridotta del modello maggiore.

I progetti dei reattori RBMK includevano vari tipi di sistemi di contenimento necessari per le normali operazioni. Il contenimento principale era costituito da un guscio metallico a tenuta stagna riempito di gas inerte (azoto) allo scopo di impedire alla grafite (la cui temperatura di ignizione è di circa 700 °C) di entrare in contatto con l'ossigeno atmosferico. La grafite formava una serie di schermature che assorbivano le radiazioni provenienti dal nocciolo. Il contenitore esterno era composto da calcestruzzo. Molti dei macchinari interni al reattore erano previsti per essere sospesi alla copertura, incluse le condutture dell'acqua di raffreddamento.

Inizialmente il progetto dei RBMK, prese in considerazione solamente la prevenzione e il contenimento di incidenti di modesta entità^[2]. Dopo l'incidente della centrale nucleare di Three Mile Island venne aggiunta ai RBMK una struttura, solo parziale, per gestire gravi incidenti^{[senza fonte]}. Tutti i locali che ospitano condutture di grande diametro al di sotto del reattore sono collegate a una struttura colma di acqua.

In caso di rottura di queste condutture il vapore viene così convogliato nelle piscine di soppressione^[2].

La scelta di permettere che i reattori RBMK prevedessero il ricambio continuo nel nocciolo sia delle barre di combustibile che del materiale per la produzione di plutonio a scopi militari, senza dover spegnere il reattore, richiese l'inserimento di una grande gru all'interno del contenitore del reattore. Tutto ciò ebbe come risultato che i reattori risultarono molto alti (oltre 70 metri) rendendo difficoltosa la realizzazione di un contenimento.

Dopo l'incidente di Černobyl' tutti i reattori RBMK rimanenti hanno lavorato con un numero ridotto di elementi di combustibile, ma soprattutto contenenti uranio maggiormente arricchito, permettendo quindi un'operatività più sicura^[3]. I sistemi di controllo sono stati ugualmente migliorati, in particolare eliminando i terminali di grafite dalle barre di controllo in modo da eliminare l'immediato aumento di potenza che si verificava al momento dell'inizio dell'inserimento. Questa particolarità è una delle cause dell'incidente di Černobyl', quando le barre vennero inserite all'interno del nocciolo subito dopo aver premuto il tasto di scram per l'arresto di emergenza (tasto AZ5) la potenza e la temperatura aumentarono notevolmente fino all'esplosione dell'intero impianto seguito dall'esplosione e fusione del nocciolo.

Un'evoluzione della filiera è il MKER (in russo: МКЭР, Многопетлевой Канальный Энергетический Реактор, Mnogopetlevoj Kanalnyj Ėnergetičeskij Reaktor che significa Reattore di potenza a tubi in pressione a più loop), che ha aumentato i sistemi di sicurezza e contenimento.^[4][5]

Il prototipo della filiera è il reattore 5 della centrale di Kursk. La cui costruzione, nella versione MKER1000, si è poi interrotta nel 2012. Ulteriori evoluzioni erano prospettate nel MKER800 e nel MKER1500 che erano pianificate per la centrale di Leningrado.^[6][7][8][9]

Il primo brano della band Industrial Metal D.W.O.M.P. è intitolato RBMK, per ricordare la tragedia avvenuta a Černobyl' nel 1986.

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