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21 Dicembre 2022
7:30

I reattori nucleari di quarta generazione e gli Small Modular Reactor

I reattori di IV generazione e gli Small Modular Reactors sono reattori a fissione di ultima generazione, ancora in fase di prototipo e costruzione. Vediamo cosa sono, come funzionano e quali tipologie esistono.

A cura di Elena Buratin
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I reattori nucleari di quarta generazione e gli Small Modular Reactor
reattori 4 generazione

I reattori nucleari di quarta generazione sono reattori sperimentali o dimostrativi di nuova generazione, che si basano sulla fissione nucleare. Sono più efficienti e più sicuri delle generazioni precedenti, producono meno scorie e con costi più ridotti, rendendo molto più efficiente l'utilizzo del combustibile. Questi reattori si possono dividere in due grandi categorie: quelli termici e quelli a neutroni veloci. Questi reattori sono in grado di fornire fino a 1500 mega watt elettrici (MWe), mentre la loro versione in dimensione più piccola prende il nome di Small Modular Reactor, che può fornire fino a circa 300 MWe.
Ma andiamo più nel dettaglio e scopriamo assieme le tipologie di reattori di quarta generazione.

Le principali tipologie di reattori di quarta generazione

I reattori termici

Un primo modello di reattore termico di quarta generazione è chiamato reattore a fissione a temperatura molto alta (Very High Temperature Reactor, VHTR).
Al suo interno si raggiungono temperature prossime dei 1000 ºC e, per controllare la reazione, si usa la grafite come moderatore. Per raffreddare invece si usano elio o sali fusi.
L'uranio viene usato a ciclo singolo (anche detto aperto), ovvero la reazione di fissione avviene in un unico passaggio e il calore generato viene scambiato in uno scambiatore termico.

Reattore alta temperatura

Esistono poi i reattori nucleari a sali fusi (Molten Salt Reactor, MSR), che sfruttano cicli chiusi e come refrigerante, appunto, i sali fusi di fluoruro. Il combustibile spesso è dissolto nel refrigerante e la temperatura operativa del nocciolo può raggiungere gli 800 ºC.
Tra i reattori termici, esistono anche i(Supercritical-Water-Cooled Reactor, SCWR). Questi impianti utilizzano acqua supercritica per raffreddare, ovvero acqua a pressione e temperatura elevate (superiori a 22,1 MPa e 374 ºC) in cui fase liquida e gassosa non esistono più separatamente. Si raggiungono temperature più ridotte rispetto ai due impianti precedenti, attorno ai 600 ºC.

reattori nucleari ad acqua supercritica

I reattori a neutroni veloci

I reattori a neutroni veloci sono reattori che non contengono un moderatore, ovvero quell'elemento di controllo della reazione: di conseguenza non rallentano i neutroni prodotti e sfruttano anche quelli veloci. Sono tutti impianti a ciclo chiuso, ma si differenziano per il tip di fluido di raffreddamento. Un esempio è il reattore nucleare a neutroni veloci refrigerato a gas (Gas-cooled Fast Reactor, GFR). Questo impianto sfrutta l'elio come refrigerante e in uscita si possono raggiungere temperature attorno ai 850 ºC.

Esiste poi il reattore nucleare a neutroni veloci refrigerato a sodio (Sodium-cooled Fast Reactor, SFR). In questo tipo di impianti il raffreddamento è fatto con sodio e le temperature superano di poco i 500ºC. Infine, c'è il reattore nucleare a neutroni veloci refrigerato a piombo (Lead-cooled Fast Reactor, LFR). In questo caso si usa piombo liquido o da una miscela che lo contiene, come quella bismuto/piombo. Questa miscela ha la particolarità di essere eutettica, ovvero la temperatura di fusione è inferiore a quella di fusione dei singoli elementi che la compongono. Anche in questo caso la temperatura del nocciolo può raggiungere gli 800 ºC.

reattore veloce piombo

Small Modular Reactor

Gli Small Modular Reactors (SMR) sono reattori a fissione di piccole dimensioni, pensati per applicazioni dislocate e modulari. Per darvi un'idea, in alcuni progetti si parla reattori a forma cilindrica, alti 20-25 metri e diametro pari a 5 metri. Varie sono le tipologie proposte, sia basati su reattori termici che a neutroni veloci. Essendo più contenuti, sono pensati per generare 1000 MW di potenza termica, ovvero circa 300 MW di potenza elettrica.

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