Intervento di Francesco Troiani (ENEA) al convegno "La gestione dei rifiuti radioattivi" organizzato il 10 Marzo 2011 dal Forum Nucleare Italiano http://www.forumnucleare.it

1. La gestione dei rifiuti radioattivi Rifiuti nucleari: Ricerca e sviluppo tecnologico Francesco Troiani – ENEA Membro Commissione Tecnica per la sicurezza nucleare e la protezione sanitaria dalle radiazioni ionizzanti (Art. 9, D. Lgs. 230/95) Roma, 10 marzo 2011 Centro Congressi Palazzo Rospigliosi, Via XXIV maggio, 43 www . enea .it

4. Smaltimento scorie da produzione di energia Diluizione e dispersione nell’ambiente Isolamento e messa a dimora in depositi confinati Superficiale Geologico ~ 1 % CO 2 tot in atm/anno CO 2 375 GWe Fonti fossili Fonte Nucleare Rifiuti MeB A ~ 200.000 m 3 /y Comb. esausto (10y) 11.500 tSF, ~ 2,5 10 20 Bq * Elaborazione dati: Argonne National Lab, Human Health Fact Sheet, August 2005; Idaho State University : Natural radioactivity ~ 1,5 % di 40 K in SW/anno*; 40 K in acqua di mare (SW)* ~ 1 ,7 10 22 Bq http://earthobservatory.nasa.gov 2.750 GtCO 2 Ritrattamento - condizionamento U, Pu Pre-Trattamenti Clearance Condizionamento Incapsulamento - stoccaggio Acqua e gas nobili 0,01 mSv/a p.p.

5. Conseguenze smaltimento CO 2 in aria Obiettivo Kyoto: - 6,5 % delle emissioni del 1990 fonte: EUROSTAT 2007

8. Produzione di rifiuti da smantellamento Nuovi impianti Costi decommissioning: 300-450 USD 2001 /kWe ( fonte: OECD-NEA 2008 ) 560 € 2010 /kWe ( fonte: MIT 2009 ) Centrale di Connecticut Yankee

9. Evoluzione dei rifiuti radioattivi: Decadimenti Tempo (anni) Esempi di Tempi di dimezzamento: 60 Co = 5,2 anni 14 C = 5.730 anni 239 Pu = 24.400 anni 238 U = 4,5 miliardi di anni 500 1.000 1.500 2.000 2.500 TEMPO DI DIMEZZAMENTO: tempo occorrente perché un materiale radioattivo perda la metà della sua radioattività iniziale. 3.000 3.500 4.000 241 Am: 432 anni 0 90 Sr: 28,1 anni 137 Cs: 30 anni

12. Tematiche di R&ST IFNEC (exGNEP)-INFRASTRUCTURE DEVELOPMENT WORKING GROUP R&D for the management of radioactive waste, including gaps and opportunities

14. Trattamento rifiuti radioattivi (1) I rifiuti radioattivi sono sottoposti a pretrattamenti chimici e fisici. Combustibile esausto Rifiuti solidi combustibili Rifiuti liquidi organici Rifiuti liquidi acquosi U, Pu Rifiuti radioattivi secondari Concentrati e fanghi Acqua non radioattiva Ritrattamento Concentrazione Combustione Ceneri radioattive Off-Gas non radioattivi

15. Trattamento rifiuti radioattivi (2) Rifiuti Compattati Componenti radioattivi Componenti inattivi Supercompattazione Rifiuti solidi comprimibili Rifiuti solidi incomprimibili Grandi componenti Sorgenti radioattive Smontaggi Tagli Separazione Macinazione Operazioni specifiche Le attività di R&ST sono mirate alla minimizzazione dei volumi dei rifiuti radioattivi ed alla riduzione del rilascio di radioattività nell’ambiente.

16. Condizionamento rifiuti: cementazione Il “condizionamento” è la conversione in una forma solida stabile e duratura, che ne consenta la manipolazione, lo stoccaggio, il trasporto e lo smaltimento. Rifiuti solidi compattati Rifiuti liquidi omogenei Cementazione Le attività di R&ST sono mirate alla “formulazione” di nuove matrici di condizionamento per enfatizzare la resistenza e durabilità e la segregazione della radioattività.

17. Condizionamento rifiuti: Vetrificazione Vetrificazione Fusione vetro e colata Contenitore H = 1.3 m ø = 0.4 m Contenitore di trasporto e stoccaggio Le attività di R&ST sono mirate allo sviluppo di nuove matrici di condizionamento con maggiori capacità di resistenza e durabilità e segregazione della radioattività.

18. Dosi alla popolazione mSv

20. Lo smaltimento dei rifiuti radioattivi Il Deposito Geologico è costituito da barriere artificiali (opere ingegneristiche) e barriere naturali stabili (formazioni saline, argillose, granitiche, etc.), idonee a mantenere confinata la radioattività per un periodo relativamente “lungo” (superiore a diverse centinaia di migliaia di anni), sufficiente al decadimento radioattivo. Il Deposito Superficiale o sub superficiale è costituito da “sole” (o quasi) barriere artificiali (opere ingegneristiche), idonee a mantenere confinata la radioattività per un periodo relativamente “breve” (tipicamente inferiore a 1000 anni), comunque sufficiente al decadimento radioattivo. La qualificazione dei depositi è effettuata ( Performance Assessment ) con lunghi studi ed approfondite analisi dei fenomeni di dispersione della radioattività attraverso le barriere protettive.

21. Smaltimento superficiale Condizionamento Modulo di isolamento Cella di smaltimento Caratterizzazione e inventario

22. Qualificazione matrici Resistenza a compressione Tempi di presa Stabilità dimensionale Resistenza alla lisciviazione Preparazione malta Resistenza al fuoco Resistenza alla biodegradazione Cicli termici Resistenza all’irraggiamento Immagini Resistenza all’immersione Permeabilità gas (H 2 ) Permeabilità H 2 O

24. Combustibile esausto: Radioattività e decadimenti Anni dopo lo scarico Attività (Ci/tU i ) Elaborazione dati: NUCLEAR SCIENCE AND ENGINEERING: 151, 261–273 (2005 ) La radioattività è molto concentrata. Il decadimento radioattivo la riduce sensibilmente nel tempo, a differenza di altri inquinanti che non sono soggetti a decadimento. 2,2 10 16 Bq 1,8 10 15 Bq Le attività di R&ST sono mirate ad una sensibile riduzione della “vita” del rifiuto, eliminando gli Attinidi Minori oltre al solo Pu.

26. Prospettive attuali e a breve termine 5.221,3 Kg tot. 3.876,5 2.931,7 - 26 % - 44 % 41,3 Attinidi Kg tot. 36,5 31,7 - 12 % - 23 % R&ST Aumentare il Burn-up può portare a sensibili riduzioni dei quantitativi dei rifiuti prodotti. E’ necessario però effettuare attività di R&ST per migliorare le “performance” del combustibile ed implementare nuovi materiali strutturali.

27. Test di tenuta dei contenitori di trasporto Le attività di R&ST sono mirate al miglioramento delle “performances” dei contenitori e della loro capacità di tenuta.

28. Smaltimento geologico Lo smaltimento in profondità dei rifiuti radioattivi a lunga vita ed alta attività e del combustibile irraggiato è attivamente avviato in Finlandia, Svezia, Stati Uniti, mentre altri Paesi (Francia, Giappone, Belgio, etc) sono in una fase di studio e di progetto molto avanzata ( Laboratori Sotteranei ). Le formazioni geologiche scelte sono principalmente i depositi salini, le sedimentazioni argillose e le rocce granitiche. Forsmark, Svezia Costruzione: 2015-2022 Esercizio: 2023-2070 Formazione di granito 500 m di profondità

30. France, Haute-Marne, Bure . Strato di argilla a 500 m, (di 150 milioni anni) Germania Konrad, miniere di ferro ; Gorleben, miniera di sale . Laboratori sotterranei Belgio, SCK.CEN, formazione argillosa Yucca Mountain, USA Studio impatto termico

32. WIPP - Waste Isolation Pilot Plant (USA)

33. Prospettive a lungo termine (schema concettuale) 10 1.000 10.000 100.000 1.000.000 100 10 1 0,1 100 1.000 10.000 ~430 anni ~ 340.000 anni Minerale di Uranio Prodotti di Fissione Rifiuti a breve vita Combustibile esausto Rifiuti a lunga vita O O Deposito superficiale Barriere artificiali Deposito geologico Barriere naturali Radiotossicità relativa anni GEN IV Reattore veloce IV gen Fabbricazione Combustibile a U-Pu-AM U Pu AM Partitioning Reattore III gen Rifiuti a breve vita U nat U depl Residui a lunga vita Oppure ADS ?