Diluizione Scorie Nucleari

[zar2086]

L'idea è di Dingo di qualche settimana, non ricordo in quale 3d.

Qualche giorno fa, osservava come fosse insensato concetrare le scorie nucleari in depositi e suggeriva invece di diluirle, come del resto si fa per tutti i veleni.

L'osservazione era interessante e, anche se mi è parso da subito fosse irrealizzabile,
non poteva essere liquidata senza un approfondimento.

Quindi mi sono messo a fare qualche conto della serva, per capire se fosse o meno possibile diluire, ad esempio in acqua, l'elemento più pericoloso, il plutonio, fino ad un livello simile a quello dell'uranio contenuto nelle rocce o meglio ancora entro i limiti di legge per i materiali edili.

Ho avuto qualche difficoltà per via di un dato errato sull'attività specifica dell'uranio riportato su wikipedia, una delle mie insostituibili fonti. Wikipedia riportava un'attività specifica di 12,4 KBq/Kg per l'Uranio 238, quando è invece 1.000 volte maggiore.
Ma poi ho risolto. Si tratta probabilmente di un semplice errore di battitura.

[zar2086]

Partiamo quindi la "radioattività" specifica dell'Uranio:
U234 2,31x10^11 Bq/Kg
U235 8,00x10^07 Bq/Kg
U238 1,24x10^07 Bq/Kg

Considerando del concentrazioni naturali dei tre isotopi, ovvero:
U234 0,005%
U235 0,710%
U238 99,285%

Si arriva ad avere una radioattività specifica dell'Uranio naturale di 2,45x10^07 Bq/Kg.

Vediamo ora quanto è radioattivo il Plutonio.
Pu238 6,40x10^14 Bq/Kg
Pu239 2,33x10^12 Bq/Kg
Pu240 8,51x10^12 Bq/Kg
Pu241 3,85x10^15 Bq/Kg
Pu242 1,48x10^11 Bq/Kg

[zar2086]

Come si può già vedere il plutonio, anche fosse tutto Pu242, è diecimila volte più radioattivo dell'Uranio naturale.
In realtà il plutonio prodotto nelle centrali è enormenente più radiattivo, perché contiene una buona percentuale anche degli altri isotopi, che sono appunto molto più radioattivi.

E' difficile dare una stima esatta di quale siano i rapporti tra i vari isotopi, perché dipende sostanzialmente dal tipo di reattore in cui viene prodotto. Ogni reattore ha la sua impronta caratteristica. Inoltre non si trovano molte informazion a riguardo.

Ho fatto quindi una media dei rapporti isotopici conosciuti del plutonio prodotto nei reattori ad acqua leggera, i più diffusi in occidente, e di quello prodotto nei reattori a grafite, e ho ottenuto i seguenti rapporti:
Pu238 1,00%
Pu239 61,00%
Pu240 25,00%
Pu241 10,00%
Pu242 3,00%

Un plutonio con queste caratteristiche dovrebbe avrebbe una radioattività specifica di 3,95x10^14 Bq/Kg, ovvero più di dieci milioni di volte più dell'Uranio naturale.

[zar2086]

A questo punto mi sono fatto la domanda: quanti kg di acqua mi servirebbero per diluire un Kg di questo plutonio?

Sì, ma diluire di quanto? Qual'è la radioattività delle rocce comuni più radioattive?
Qual'è la radioattività ritenuta ritenuta sicura per le abitazioni?

Tipicamente nelle miniere di uranio di trova minerale che contiene uranio da un minimo dello 0,05% a un massimo del 2%.
Questo minerale ha quindi una radioattivita che va da 12.245 489.782 Bq/kg.

Molto meno, per fortuna è la radioattività delle rocce comuni. Ad esempio la Basaltina, tra le più radioattive, tra Radon e Torio emette circa 1.200 Bq/Kg.

Nel terreno in Lombardia e Lazio, ci sono al massimo 120 Bq/kg.

Ancora minori sono i limiti di legge per il materiale edile ovvero l'abitabilità.
Per i vecchi edifici la Comunità Europea tollera al massimo 400 Bq/m3 e 200 Bq/m3 per i nuovi edifici, che si traducono in una radioattività specifica al Kg molto più bassa a seconda ovviamente della densità del volume considerato.
In acqua questi limiti diventerebbero 0,04 Bq/kg e 0,02 Bq/kg.

[zar2086]

Tornado alla domanda iniziale, quanti kg di acqua mi servirebbero per diluire a questi livelli di radioattività un Kg di plutonio?

I valori che ho trovato sono i seguenti:
Al Livello di Miniera Uranio % Max_____8,06x10^08 Kg
Al Livello di Miniera Uranio % Min_____3,22x10^10 Kg
Al Livello della Basaltina___________ __3,29x10^11 Kg
Al Limite Europeo per Vecchi Stabili___9,87x10^15 Kg
Al Limite Europeo per Nuovi Stabili____1,97x10^1 6 Kg

Trattandosi di acqua riporto gli stessi valorio in metri cubi, per avere un'idea più immediata del volume di acqua necessaria a diluire un solo kg di plutonio:
Al Livello di Miniera Uranio % Max_____8,06x10^04 m3 ovvero 80.000 m3
Al Livello di Miniera Uranio % Min_____3,22x10^06 m3 ovvero 3 milioni di m3
Al Livello della Basaltina___________ __3,29x10^07 m3 ovvero 30 milioni di m3
Al Limite Europeo per Vecchi Stabili___9,87x10^11 m3 ovvero quasi 1.000 miliardi di m3
Al Limite Europeo per Nuovi Stabili____1,97x10^1 2 m3 ovvero quasi 2.000 miliardi di m3

[zar2086]

Questo già da un'idea di quanto sia difficile l'impresa.
E si sta parlando di un solo Kg di plutonio.

Quanto plutonoio c'è oggi nel mondo?
Difficile dirlo. Mi sono basato sulla stima fatta dalla National Academy of Science americana al 2000. Secondo questa stima nel 2000 c'erano nel mondo 1.600-1.700 tonnellate di plutonio.

Diciamo che conservativamente siano solo 1.500 tonnellate.

Volendo diluire tutto il plutonoio esistente nel mondo, moltiplico i valori ottenuti 1 Kg di plutonio per il totale di plutonio e ottengo le seguenti quantità di acqua:
Al Livello di Miniera Uranio % Max_____1,21x10^15 Kg
Al Livello di Miniera Uranio % Min_____4,84x10^16 Kg
Al Livello della Basaltina___________ __4,93x10^17 Kg
Al Limite Europeo per Vecchi Stabili___1,48x10^22 Kg
Al Limite Europeo per Nuovi Stabili____2,96x10^2 2 Kg

[zar2086]

Le cifre sono troppo alte, quindi lasciamo perdere i metri cubi e usiamo altri termini di paragone per capire:
Totale Acqua nel Lago di Garda___4,89x10^14 Kg
Totale Acqua nel Mar Caspio______7,82x10^ 17 Kg
Totale Acqua negli Oceani________1,35x1 0^22 Kg

La conclusione in definitiva è che se volessimo diluire tutto il plutonio del mondo al livello di radioattività di una miniera di Uranio non basterebbe tutta l'acqua del Lago di Garda.
Se volessimo arrivare ad un'acqua radioattiva come la basaltina, non ci basterebbe tutta l'acqua del Mar Caspio.
Mentre se volessimo arrivare ad un'acqua con una radioattiva paragonabile a quella tollerata negli edifici abitabili, non basterebbe tutta l'acqua degli oceani!

[zar2086]

Questi ovviamente sono solo conti della serva. Non si considerano un sacco di cose, come ad esempio che il plutonio è molto probabimente di più e che è solo l'1% delle scorie radioattive prodotte dai reattori, anche se la più pericolosa.

Sicuramente c'è qualche errore. Ma questi conti bastano per capire, quanto sia scellarato e contro natura produrre
in modo massivo simili sostanze e che l'unico modo di gestirle sia quello di custodirle scrupolosamente in depositi sotterranei stabili...




per sempre.

[Kripstak]

Scusa se mi permetto... ma ho notato un piccolissimo errore nei tuoi calcoli, sai che io sono molto competente ed attenta quando si tratta di numeri...
in effetti a me risulta questo:
Totale Acqua nel Lago di Garda___4,87x10^14 Kg
Totale Acqua nel Mar Caspio______7,82x10^ 17 Kg
Totale Acqua negli Oceani________1,35x1 0^22 Kg

[zar2086]

Scusa se mi permetto... ma ho notato un piccolissimo errore nei tuoi calcoli, sai che io sono molto competente ed attenta quando si tratta di numeri...
in effetti a me risulta questo:
Totale Acqua nel Lago di Garda___4,87x10^14 Kg
Totale Acqua nel Mar Caspio______7,82x10^ 17 Kg
Totale Acqua negli Oceani________1,35x1 0^22 Kg

Può essere... la mia è solo una stima grossolana, che parte da questi dati:
Superficie 386 Km2
Profondità media 133 m

Manca la faccina con le orecchie a punta

[dingoman]

non crederai di aver già finito i compiti.

Tu hai qui ipotizzato di diluire in modo libero il plutonio ... io considererei due o tre fattori significativi.

1- il materiale ancora altamente radiattivo non è corretto considerarlo "scoria"
ovvero le scorie sono tali perchè il loro livello di radiazione non è più sufficente per essere utilizzato a produrre energia.
Ma qui si apre un'altro grande problema, non si realizzano centrali al plutonio poichè sarebbero enormemente più pericolose.
il plutonio rimane quindi usabile solo per ordigni nucleari.

2- non sarebbe saggio diluire liberamente il plutonio, primo perchè oltre alla radiattività è enormemente tossico
anzi proprio velenosissimo, andrebbe quindi incapsulato e ogni piccola capsula dovrebbe anche fornire uno schermo alle radiazioni.

3- l'unica cosa si fa per dire positiva, è che essendo molto radioattivo la durata della sua radioattività è molto minore di quella
dell'uranio ... qualche migliaio di anni e via.


In realtà la vera forte criticità che io vedo è nella tossicità del plutonio.

Il plutonio non esiste in natura, è prodotto nelle centrali, ed è come dicevo velenosissimo.

Se se ne liberasse una quantità considerevole sarebbe un disastro ambientale che io credo molto peggiore
dei danni dovuti alla radiattività che porta.

[Kripstak]

Può essere... la mia è solo una stima grossolana, che parte da questi dati:
Superficie 386 Km2
Profondità media 133 m

Manca la faccina con le orecchie a punta

come se fosse antani !
ti ammiro Zar, veramente... la mia mente non sarebbe in grado neanche di calcolare la cubatura, considerando la superficie e la profondità !

[dingoman]

ora mi manca un dato

è possibile realizzare centrali che non producano plutonio come sottoprodotto?

DI solito la produzione di plutonio è cercata proprio per usarlo come elemento
base per costruire ordigni nucleari.
(questo è il motivo per cui non voglione far fare centrali in Iran)

é probabile poi che proprio l'interesse bellico abbia di fatto finanziato la costruzione delle centrali
negli anni passati.

il punto è possibile evitarlo.

[luca468]

Senza diluire nulla... Hanno proposto più macchine che potrebbero bombardare le scorie e ridurne l'attività... Rubbia aveva addirittura completato il progetto di una ma gli sono stati tolti i fondi...

Il problema delle scorie c'è, ma è una presa in giro per mantenere comunque alto il costo dell'energia, come sempre...

Non si tratta di come si produce l'energia, si tratta di scegliere la giusta classe di persone che si occupi del problema...

Speculatori o tecnici?

[zar2086]

non crederai di aver già finito i compiti.

Tu hai qui ipotizzato di diluire in modo libero il plutonio ... io considererei due o tre fattori significativi.

1- il materiale ancora altamente radiattivo...
2- non sarebbe saggio diluire liberamente il plutonio...
3- l'unica cosa si fa per dire positiva...

Questo non cambia il fatto che non si possa diluire. Infatti l'incapsulazione di una simile quantità di scorie avrebbe costi proibitivi.

I materiali da usare dovrebbero essere paricolarmente spessi per schermare le radiazioni, soprattutto i gamma... azzardo un rapporto di massa 1 a 10, se fossero in piombo.
Comunque dovrebbero resistere centinaia di migliaia di anni, per consentire il completamento di tutta la catena di decadimento.
Nemmeno il miglior acciaio resiste tanto... e se li vuoi fare in granito, beh in ogni caso il rapporto di diluizione che sia acqua o granito non cambia. Ti costa solo di più.

Onestamente mi sembra irragionevole.

[zar2086]

ora mi manca un dato

è possibile realizzare centrali che non producano plutonio come sottoprodotto?

DI solito la produzione di plutonio è cercata proprio per usarlo come elemento
base per costruire ordigni nucleari.
(questo è il motivo per cui non voglione far fare centrali in Iran)

é probabile poi che proprio l'interesse bellico abbia di fatto finanziato la costruzione delle centrali
negli anni passati.

il punto è possibile evitarlo.

Nì.
I reattori di quarta generazione ne producono meno.
Per non produrlo proprio bisogna passare ad altro. Torio ad esempio.

[zar2086]

come se fosse antani !
ti ammiro Zar, veramente... la mia mente non sarebbe in grado neanche di calcolare la cubatura, considerando la superficie e la profondità !

Grazie
Considerala la mia buona azione.

[zar2086]

Senza diluire nulla... Hanno proposto più macchine che potrebbero bombardare le scorie e ridurne l'attività... Rubbia aveva addirittura completato il progetto di una ma gli sono stati tolti i fondi...

Il problema delle scorie c'è, ma è una presa in giro per mantenere comunque alto il costo dell'energia, come sempre...

Non si tratta di come si produce l'energia, si tratta di scegliere la giusta classe di persone che si occupi del problema...

Speculatori o tecnici?

Il reattore subcritico al torio di Rubbia è in effetti il miglior candidato allo smaltimento attivo del plutonio.
Peccato che al momento non esista


...e che costi un botto farlo.

[luca468]

Nì.
I reattori di quarta generazione ne producono meno.
Per non produrlo proprio bisogna passare ad altro. Torio ad esempio.

Proprio Rubbia parlava del Torio, tra l'altro la stessa centrale potrebbe anche ridurre le scorie già prodotte ed è subcritica, quindi senza rischio che succeda quello che è successo in Giappone...

Ma comunque il plutonio e l'uranio non sono l'unica via per produrre armi atomiche, sono stati proposti design a fissione pura con risultati piuttosto incoraggianti tenuti però nel ombra visto che non richiedendo materiale fissile sarebbe impossibile bloccarne la proliferazione... ed è un peccato perché la stessa tecnologia potrebbe servire per costruire un sacco di altre belle cose come aerei ad emissioni inquinanti nulle ricaricabili etc...

Ma si sa che finchè siamo gestiti dai burrocrati...

[zar2086]

Tornado alla domanda iniziale, quanti kg di acqua mi servirebbero per diluire a questi livelli di radioattività un Kg di plutonio?

I valori che ho trovato sono i seguenti:
Al Livello di Miniera Uranio % Max_____8,06x10^08 Kg
Al Livello di Miniera Uranio % Min_____3,22x10^10 Kg
Al Livello della Basaltina___________ __3,29x10^11 Kg
Al Limite Europeo per Vecchi Stabili___9,87x10^15 Kg
Al Limite Europeo per Nuovi Stabili____1,97x10^1 6 Kg

Trattandosi di acqua riporto gli stessi valorio in metri cubi, per avere un'idea più immediata del volume di acqua necessaria a diluire un solo kg di plutonio:
Al Livello di Miniera Uranio % Max_____8,06x10^04 m3 ovvero 80.000 m3
Al Livello di Miniera Uranio % Min_____3,22x10^06 m3 ovvero 3 milioni di m3
Al Livello della Basaltina___________ __3,29x10^07 m3 ovvero 30 milioni di m3
Al Limite Europeo per Vecchi Stabili___9,87x10^11 m3 ovvero quasi 1.000 miliardi di m3
Al Limite Europeo per Nuovi Stabili____1,97x10^1 2 m3 ovvero quasi 2.000 miliardi di m3

Mi sono accorto di un errore grossolano nella conversione dei kg d'acqua in m3.
Per fortuna l'errore è stato commesso nei due sensi, quindi non invalida le conclusioni che rimangono quindi le stesse.

Correggerò i valori appena possibile.