Sarà TRISO il combustibile sicuro dei reattori di domani?

Gli sviluppi in corso nell’ambito del nucleare avanzato, specialmente dei reattori modulari, hanno riportato alla ribalta un tipo di combustibile nucleare di cui si parla almeno dagli anni ’60 ma che non ha mai sfondato sul mercato. Che sia arrivata l’ora del TRISO? TRISO è  l’acronimo di TRi-Structural ISOtropic Particle Fuel. Ogni particella TRISO è costituita da un kernel combustibile di uranio, carbonio e ossigeno. Il kernel è poi incapsulato da tre strati di materiali a base di carbonio e ceramica che impediscono il rilascio di prodotti di fissione radioattivi. Le particelle sono incredibilmente piccole (circa le dimensioni di un seme di papavero) e molto robuste. TRISO può essere fabbricato in pellet cilindrici o sfere delle dimensioni di una palla da biliardo chiamate pebbles (letteralmente “ciottoli”) per l’uso in reattori raffreddati a gas ad alta temperatura o a sali fusi. Diversi test dimostrano che il combustibile TRISO è strutturalmente più resistente all’irradiazione dei neutroni, alla corrosione, all’ossidazione e alle alte temperature (i fattori che incidono maggiormente sulle prestazioni del combustibile) rispetto ai combustibili tradizionali per reattori. Il punto forte di questo combustibile sta nella sicurezza: ogni particella agisce come un vero e proprio sistema di contenimento grazie ai suoi strati a triplo rivestimento, consentendo di trattenere i prodotti di fissione in tutte le condizioni del reattore, sia operative che accidentali. In altri termini, le particelle TRISO non possono fondere in un reattore e possono resistere a temperature estreme che sono ben oltre la soglia degli attuali combustibili nucleari, rendendo fisicamente impossibile il rischio di melt-down. Il carburante TRISO fu sviluppato per la prima volta negli Stati Uniti e nel Regno Unito negli anni ’60 con carburante al biossido di uranio. Tuttavia, la scarsa densità energetica di questo tipo di combustibile, unitamente al suo costo relativamente più alto, lo rendevano inadatto all’utilizzo nei reattori tradizionali di grandi dimensioni. Nel 2002, il Dipartimento dell’Energia USA si è concentrato sul miglioramento del combustibile TRISO utilizzando kernels di combustibile di ossicarburo di uranio e sul miglioramento delle sue prestazioni d’irraggiamento e dei metodi di produzione al fine di sviluppare ulteriormente reattori a gas ad alta temperatura avanzati. La spinta verso i reattori modulari avanzati, avvenuta negli Stati Uniti a partire dal 2015, ha accresciuto ulteriormente l’interesse verso questo tipo di combustibile. Attualmente esistono due impianti di produzione negli Stati Uniti: BWX Technologies, con base a Lynchburg, Virginia, dovrebbe raggiungere la produzione su scala commerciale entro un paio d’anni; X-Energy ha invece un impianto pilota presso Oak Ridge National Laboratories e dovrebbe costruire un impianto di produzione commerciale a Wilmington, North Carolina, in partnership con Global Nuclear Fuel. Proprio X-Energy ha recentemente iniziato il percorso di Vendor Design Review presso la Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC), una sorta di pre-esame prima del percorso di approvazione della licenza vero e proprio, per il prototipo di reattore modulare Xe-100 (75 MWe). Nelle aspettative della casa produtrice, le caratteristiche di modularità dell’ Xe-100, unite alle avanzate caratteristiche di sicurezza intrinseca e all’utilizzo di combustibile TRISO di propria produzione, lo renderanno uno dei design più flessibili, economici e sicuri, con un ipotetico perimetro di sicurezza di soli 366 metri di raggio contro i 16 km dei reattori tradizionali. Un reattore modulare, assemblato in fabbrica e trasportato sul luogo di installazione e facilmente integrabile in ambienti urbani ed industriali fono ad ora preclusi alle centrali nucleari, che potrebbe cambiare il modo in cui guardiamo alla fissione nucleare. Per approfondire: https://www.energy.gov/ne/articles/triso-particles-most-robust-nuclear-fuel-earth https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/conversion-enrichment-and-fabrication/fuel-fabrication.aspx