Reattore nucleare RBMK
RBMK è un acronimo, dal russo, per reaktor bolshoi moshchnosty kanalny che significa "reattore di grande potenza a canali" e descrive una classe di reattori nucleari che furono prodotti solamente in Unione Sovietica. Nel 2007 12 reattori di questa tipologia erano ancora operanti ma non vi erano progetti per nuove costruzioni di RBMK.
Storia
I reattori RBMK furono il punto culminante del programma sovietico per produrre un reattore di potenza raffreddato ad acqua leggera basato sui reattori per la produzione di plutonio moderati a grafite. Il primo di questi, AM-1 (Atom Mirny atomi per la pace) fu progettato per produrre 5 MWe (30 MW termici) e funzionò a Obninsk dal 1954 al 1959. Malgrado il suo nome, fu progettato sia per produrre plutonio, per impieghi militari, che per produrre energia elettrica.
Usando acqua leggera per il raffreddamento e grafite come moderatore fu possibile utilizzare uranio naturale come combustibile. Così si rendeva possibile la costruzione di reattori di grande potenza che non richiedevano uranio arricchito e acqua pesante e quindi con costi di costruzione e gestione decisamente minori rispetto ad altre tipologie.
I reattori RBMK furono gli unici ad essere realizzati con tali caratteristiche che, sfortunatamente, hanno notevoli risvolti sulla sicurezza in quanto questi reattori presentano problemi di instabilità in alcune condizioni di funzionamento.
Caratteristiche tecniche
Di norma l'acqua leggera assorbe i neutroni abbastanza facilmente cosicché la formazione di bolle di vapore (vuoti) può portare ad un aumento della velocità con cui avviene la reazione a catena. In un reattore raffreddato ad acqua leggera di tipologia BWR questo effetto è compensato dalla diminuzione dell'effetto di moderazione dei neutroni dovuto all'acqua stessa ma nei reattori RBMK l'effetto di moderazione dell'acqua è modesto, se confrontato con quello della grafite, cosicché l'effetto complessivo è positivo, cioè si ha un aumento della potenza prodotta all'aumentare dei vuoti. Tecnicamente ciò è detto coefficiente di vuoto positivo.
I reattori RBMK vennero progettati anche per avere un coefficiente di potenza positivo, cioè che ad ogni incremento nella potenza prodotta dal reattore tende ad aumentare anche la velocità di reazione.
Ben presto si scoprì che questi due effetti insieme potevano provocare condizioni di instabilità del reattore stesso ma non fu possibile eliminarli dal progetto del RBMK senza rinunciare alla possibilità di usare uranio naturale come combustibile.
Tutte queste caratteristiche degli RBMK diventarono di dominio pubblico quando nel 1986 uno dei quattro reattori RBMK della centrale di Chernobyl avvenne il più grave incidente accaduto ad una centrale nucleare civile.
Struttura di contenimento
I progetti dei reattori RBMK includevano vari tipi di sistemi di contenimento necessari per le normali operazioni. Il contenimento principale era costituito da un guscio metallico a tenuta stagna riempito di gas inerte (azoto) allo scopo di impedire alla grafite (la cui temperatura è di circa 700°C) di entrare in contatto con l'ossigeno atmosferico. La grafite formava una serie di schermature che assorbivano le radiazioni provenienti dal nocciolo. Il contenitore esterno era composto da calcestruzzo. Molti dei macchinari interni al reattore erano previsti per essere sospesi alla copertura, incluse le condutture dell'acqua di raffreddamento.
Inizialmente il progetto dei RBMK, come di tutte le centrali atomiche, prese in considerazione solamente la prevenzione ed il contenimento di incidenti di modesta entità. Dopo l'incidente della centrale nucleare di Three Mile Island (Pennsylvania - USA) venne aggiunto ai RBMK una struttura, solo parziale, per gestire gravi incidenti. Le condutture al di sotto del reattore furono inserite in una struttura colma di acqua. In caso di rottura di queste condutture il materiale radioattivo rimaneva intrappolato nell'acqua.
La scelta di permettere che i reattori RBMK prevedessero il ricombio continuo nel nocciolo sia delle barre di combustibile che del materiale per la produzione di plutonio a scopi militari, senza dover spegnere il reattore, richiese l'inserimento di una grande gru all'interno del contenitore del reattore. Tutto ciò ebbe come risultato che i reattori risultarono molto alti (oltre 70 metri) rendendo difficoltosa la realizzazione di un contenimento.
Miglioramenti conseguenti all'incidente di Chernobyl
Dopo l'incidente di Chernobyl tutti i reattori RBMK rimanenti hanno lavorato con un numero ridotto di elementi di combustibile contenenti uranio maggiormente arricchito, permettendo quindi una operatività relativamente sicura ma con costi decisamente più elevati. I sistemi di controllo sono stati ugualmente migliorati, in particolare eliminando i terminali di grafite dalle barre di controllo in modo da eliminare l'immediato aumento di potenza che si verificava al momento dell'inizio dell'inserimento. Questa particolarità è una delle cause dell'incidente di Chernobyl, quando le barre di controllo vennero inserite nell'estremo tentativo di fermare l'impianto.
