ALLEGATO N.11

Propulsione nucleare: come e' fatto un reattore?

Informazioni e immagini tratte da: Military Analysis Network - Federation of American Scientists http://www.fas.org/man/dod-101/sys/ship/eng/reactor.html

Una nave alimentata a energia nucleare e' costruita con un impianto nucleare che si trova all’interno di una sezione della nave stessa, chiamata compartimento reattore. Le componenti di tale impianto nucleare comprendono un "vessel", ossia un contenitore del reattore di acciaio inossidabile, uno scambiatore di calore (generatore di vapore), e le relative tubature, pompe e valvole. Ogni impianto reattore contiene oltre 100 tonnellate di schermatura di piombo, una parte della quale e' resa radioattiva dal contatto con materiale radioattivo o dall’attivazione neutronica delle impurita' contenuta nel piombo.

L’impianto di propulsione di una nave o sottomarino ad energia nucleare sfrutta un reattore nucleare per generare calore. Il calore deriva dalla fissione del materiale nucleare contenuto all’interno del reattore. Poiche' il processo di fissione produce anche radiazioni, vengono piazzati degli schermi intorno al reattore, al fine di proteggere l’equipaggio.

L’impianto a propulsione nucleare sfrutta un modello di reattore pressurizzato ad acqua che consiste in due sistemi di base: un sistema primario e un sistema secondario. Il sistema primario fa circolare acqua normale e comprende il reattore, una rete di tubazioni, pompe e generatori di vapore. Il calore prodotto nel reattore e' trasferito all’acqua, ad alta pressione in modo che l’acqua non bolla. Quest’acqua e' pompata attraverso i generatori di vapore e fatta tornare nel reattore per la successiva fase di riscaldamento.

Nei generatori di vapore, il calore proveniente dall’acqua del sistema primario e' poi trasferito al sistema secondario per creare il vapore. Il sistema secondario e' isolato da quello primario in modo che l’acqua dei due sistemi non si mescoli.

Nel sistema secondario, il vapore affluisce dai generatori di vapore per azionare i generatori a turbina, che forniscono elettricita' alla nave, nonche' alle turbine di propulsione principali, che azionano il propulsore. Dopo essere passato per le turbine, il vapore e' condensato in acqua che viene poi immessa nuovamente nei generatori a vapore attraverso pompe di alimentazione. Dunque, sia il sistema primario sia quello secondario sono sistemi chiusi all’interno dei quali l’acqua viene rimessa in circolo e rinnovata.

Poiche' non vi e' alcun passaggio nella produzione di questa energia che richieda la presenza di aria o ossigeno, cio' permette alla nave di funzionare in modo totalmente indipendente dall’atmosfera terrestre per lunghi periodi di tempo.

I reattori marini subiscono svariate variazioni di potenza per le manovre del natante, contrariamente ai reattori civili che funzionano in modo stabile. La sicurezza nucleare, le radiazioni, gli urti, la riduzione del rumore e le necessita' relative alle prestazioni operative, oltre al funzionamento che avviene nelle immediate vicinanze dell’equipaggio, richiedono standard eccezionali per la produzione dei componenti e per la garanzia di qualita'. L'interno di un reattore navale resta inaccessibile a qualunque tipo di ispezione e sostituzione per tutta la vita del nocciolo del reattore: cio' lo distingue dai normali reattori nucleari commerciali che vengono aperti a scopo di rifornimento ogni diciotto mesi circa.

Contrariamente agli impianti a energia nucleare commerciali, i reattori navali devono essere abbastanza resistenti ed elastici da sopportare decenni di dure operazioni in mare, soggetti a beccheggi e rollate, nonche' ai rapidi cambiamenti nel fabbisogno di energia, eventualmente anche in stato di conflitto. Tali condizioni – insieme all’ambiente ostile all’interno dei reattori, che sottopone i componenti e materiali agli effetti a lungo termine delle radiazioni, della corrosione, dell’alta temperatura e pressione – comportano uno sforzo tecnologico attivo, completo e a lungo termine per verificare l’operativita' del reattore e promuovere l’affidabilita' degli impianti in funzione, nonche' per garantire che la tecnologia navale nel campo della propulsione nucleare rappresenti l’opzione migliore per le necessita' del futuro.

Con la dismissione dell’industria nucleare commerciale negli anni Settanta, i fornitori dei propulsori nucleari marini non hanno praticamente avuto altro lavoro per ottenere commesse e sostenere un solido business con cui poter essere competitivi. Il risultato e' stato una riduzione della competitivita' e un aumento dei costi.

I componenti nucleari di questi impianti sono tutti contenuti in una sezione della nave chiamata compartimento reattore. I compartimenti reattore servono tutti allo stesso scopo, ma possono avere forme diverse a seconda del tipo di nave. Per i sottomarini, ad esempio, il compartimento reattore e' un cilindro orizzontale formato da una sezione dello scafo pressione, con paratie schermate da entrambi i lati. I compartimenti reattore da crociera sono cilindri verticali schermati verticalmente oppure parallelepipedi schermati inseriti in profondita' nella struttura della nave.

Le centrali di propulsione delle navi a energia nucleare restano fonte di radiazioni anche dopo la chiusura dei serbatoi e la rimozione del carburante. La radioattivita' e' creata durante le operazioni della centrale, dall’irradiazione neutronica del ferro e degli elementi in lega contenuti nelle componenti metalliche.

Il combustibile nel reattore consiste in uranio sigillato all’interno di un’armatura metallica. L’uranio e' uno dei pochi materiali in grado di produrre calore mediante una catena reazione a catena. La maggior parte del calore e' prodotto nel processo di fissione. Durante la fissione, si crea radioattivita'. La maggior parte della radioattivita' prodotta dal materiale nucleare si trova nei prodotti di fissione. L’uranio contenuto nei noccioli del reattore navale e' in un’armatura altamente resistente alla corrosione e alle radiazioni.

Traduzione di Sabrina Fusari (PeaceLink). Sintesi a cura di Alessandro Marescotti.