Una delle questioni più dibattute nell’uso dell’energia nucleare è quella dei rifiuti radioattivi. La centralità del problema nasce dal fatto che una parte di tali rifiuti rimane pericolosa per migliaia e migliaia di anni. Il dibattito su che cosa fare delle scorie nucleari rimane aperto praticamente dagli inizi dell’era nucleare e coinvolge aspetti tecnici, economici, sociali e di responsabilità verso le generazioni future. Di fronte a scelte spinose, la società e la classe politica che la dirige preferirebbero che fossero i tecnici a fornire una risposta univoca. Purtroppo però spesso non può essere così: la politica deve intervenire e saper convincere la società della bontà della scelta. Ad esempio, la scelta tra il ritrattamento del combustibile irraggiato o il suo smaltimento diretto ha implicazioni tali per cui non può essere lasciata esclusivamente ai tecnici (vedi cap. 8). Allo stesso modo la scelta se mettere appena possibile i rifiuti a vita lunga in depositi geologici profondi oppure se conservarli in superficie in attesa di soluzioni che permettano di trasmutarli rendendoli non pericolosi non è una questione solo tecnica. La decisione se lasciare i rifiuti in diversi siti o realizzare un unico deposito nazionale o addirittura internazionale ha risvolti tecnici, ma anche sociali e politici evidenti. A livello mondiale, europeo e nazionale molte scelte rimangono da fare e da attuare in questo campo, ma una cosa è certa: la soluzione del problema dei rifiuti radioattivi è una condizione necessaria per l’accettazione sociale dell’energia nucleare. Questo vale anche per l’Italia che deve assolutamente realizzare un deposito per i rifiuti radioattivi sia che si voglia provvedere solo alla sistemazione di quelli già prodotti (senza dimenticare che vi sono anche rifiuti radioattivi di origine medica) sia che si voglia riaprire il capitolo della produzione elettronucleare.
Il ricorso all’energia nucleare genera inevitabilmente rifiuti radioattivi, cioè sostanze non più utilizzate che emettono radioattività da smaltire con cautela. Tuttavia la produzione elettronucleare non è l’unica fonte di rifiuti radioattivi. Anche altre attività, come quella medica, militare o industriale, producono rifiuti radioattivi. Qui però ci occuperemo solo dei rifiuti radioattivi generati direttamente o indirettamente dall’impiego dell’energia nucleare per la produzione elettrica. Essi provengono sia dal ciclo del combustibile sia dal funzionamento dei reattori e dal loro smantellamento (o decommissioning) a fine vita. Per quanto riguarda il ciclo del combustibile, le principali attività che generano rifiuti radioattivi sono:
Il funzionamento dei reattori, oltre a produrre combustibile irraggiato, genera altri rifiuti radioattivi. La fissione e la radioattività sprigionata fanno diventare radioattivi materiali che prima non lo erano (processo di «attivazione») all’interno e all’esterno del reattore e questi ne possono contaminare altri. Una parte di questi materiali va smaltita regolarmente e si può quindi parlare di rifiuti di esercizio dei reattori. Ad esempio, molti materiali usati dal personale della centrale all’interno dell’edificio reattore (carta, indumenti, guanti, utensili…) diventano leggermente radioattivi e vanno smaltiti con precauzione. Vi sono poi altri materiali, come i filtri dell’acqua che circola nel reattore o le barre di controllo, che vengono sostituiti di tanto in tanto e che, essendo altamente radioattivi, vanno smaltiti con attenzione ancora maggiore.
Infine un’altra importante fonte di rifiuti radioattivi è lo smantellamento degli impianti a fine vita per poter restituire i siti alla possibilità di un nuovo uso. In questo caso i rifiuti derivano da materiali da costruzione e da componenti dell’impianto che sono stati attivati o contaminati durante il suo funzionamento. Molti di questi materiali sono debolmente radioattivi, ma alcuni (come il vessel o i componenti del circuito primario) no. Anche la pulizia o la decontaminazione dell’impianto prima dello smaltimento può generare rifiuti radioattivi, spesso in forma liquida.
La classificazione dei rifiuti radioattivi può essere fatta in molti modi. Uno di questi è in base all’origine dei rifiuti vista sopra. Altre classificazioni si fondano sullo stato fisico dei rifiuti (solido, liquido o gassoso) o sul tipo di radiazione emessa (ad esempio alfa, beta, gamma). Non esiste quindi una classificazione unica. Tuttavia, quando si pensa ai rifiuti radioattivi in funzione di ciò che si deve fare per evitare che costituiscano un pericolo per la salute delle popolazioni, i criteri di base della classificazione sono l’intensità di radiazione emessa e per quanto tempo il livello di radiazione rimane pericoloso. A tale proposito, giova ricordare che dopo un periodo pari a dieci volte il tempo di dimezzamento il livello di radiazione si è ridotto di mille volte. In pratica l’abbinamento dei due criteri (livello e durata delle emissioni radioattive) è utile per indicare il tipo di trattamento, di trasporto e di smaltimento che può essere previsto per i rifiuti.
Proprio riferendosi a questi due criteri, l’Aiea, pur non avendo fissato limiti prescrittivi, suggerisce la classificazione riportata di seguito.
La classificazione suggerita dall’Aiea è presa come riferimento da tutti i paesi, anche se quando si tratta di fissare le specifiche quantitative vi possono essere lievi differenze. In Italia la classificazione usata è ancora quella pubblicata alcuni decenni fa dall’Enea, che distingue i rifiuti radioattivi in prima, seconda e terza categoria corrispondenti all’incirca alle tre classi dell’Aiea.
Un reattore nucleare da 1.000 MW produce circa 100 metri cubi all’anno di rifiuti di esercizio a bassa e media attività e circa 20 tonnellate di combustibile irraggiato che occupa pochi metri cubi (meno di 10). I volumi in gioco sono quindi modesti e possono essere ulteriormente ridotti compattando i rifiuti medesimi che in ogni caso vengono trattati prima di essere smaltiti.
I rifiuti a bassa e media attività e a vita breve possono essere trattati in diversi modi. Di solito se ne riduce il volume (qualche volta vengono inceneriti), li si ingloba in una matrice stabile (di solito cemento) e poi vengono messi in fusti sigillati. Dopo il trattamento e condizionamento, i manufatti risultanti possono essere posti in depositi controllati, di solito localizzati in superficie o a poche decine di metri sotto terra. Questi depositi non richiedono nessuna ulteriore protezione del pubblico in quanto, anche chi vivesse nelle vicinanze, riceverebbe una dose di radiazioni trascurabile rispetto al fondo naturale. Poiché si tratta di rifiuti con tempo di dimezzamento inferiore ai 30 anni, al massimo in tre secoli diventano radiologicamente innocui. Un periodo di trecento anni è anche un periodo su cui si può fare affidamento per la durata sia di opere ingegneristiche sia delle istituzioni umane.
I rifiuti a bassa e media attività a vita lunga contengono radionuclidi con tempi di dimezzamento superiori a 30 anni. Essi vanno separati da quelli a vita breve perché vi è un rischio per le generazioni future. Di solito si considera che per bassi livelli di attività questi rifiuti si possono mettere in depositi a profondità moderata per tener conto della possibile erosione superficiale dei terreni. Se la loro radioattività è più alta (anche se inferiore a quella dei rifiuti ad alta attività) vanno messi in depositi geologici profondi dopo opportuno trattamento.
I rifiuti ad alta attività sono i più pericolosi non solo per l’alta intensità delle radiazioni, ma anche perché contengono (anche se non esclusivamente) radionuclidi a vita lunga, alcuni in grado di essere radioattivi anche dopo decine di migliaia di anni. La maggior parte dei rifiuti ad alta attività è costituita dal combustibile esaurito. Esso contiene, oltre all’uranio, prodotti di fissione solidi (come il cesio e lo stronzio) e gassosi (come cripton e xenon), e gli elementi transuranici (come il plutonio o l’americio) e metalli strutturali attivati (come cobalto e nichel). Se si procede al riprocessamento, si possono separare i diversi elementi, recuperare quelli riutilizzabili (plutonio e uranio) e condizionare ciò che rimane, di solito inglobando i materiali radioattivi in cilindri di vetro. Questa soluzione fa sì che dopo 3/4.000 anni i rifiuti abbiano lo stesso livello di attività del materiale di uranio che è servito per produrre il combustibile. Se invece non si vuole seguire questa strada, si inseriscono gli elementi di combustibile in contenitori metallici che vengono sigillati e posti nel deposito finale. In ogni caso, sia che si consideri il combustibile irraggiato un rifiuto sia che lo si voglia ritrattare, bisogna aspettare molti anni prima di poter collocare nel deposito finale i rifiuti radioattivi risultanti. Infatti, il combustibile estratto dal reattore è altamente radioattivo, cioè significa che emette energia che si trasforma in calore. Man mano che la radioattività (soprattutto dei prodotti di fissione) decade, anche la quantità di calore emesso diminuisce. Pertanto, una volta estratto dal reattore, il combustibile va fatto raffreddare collocandolo dapprima in apposite piscine schermate. Solo quando l’emissione di calore è sufficientemente bassa, il combustibile può essere messo anche in contenitori a secco. Si comprende bene quindi come i tempi per procedere a un eventuale collocazione in un deposito definitivo dei rifiuti radioattivi ad alta attività sia, nel migliore dei casi, di decenni.
A questi motivi di natura tecnica si aggiunge un’altra possibile ragione per rinviare la decisione di mettere i rifiuti ad alta attività in depositi geologici: la possibilità di attuare la trasmutazione degli attinidi, cioè la trasformazione degli elementi a vita molto lunga (soprattutto i transuranici, ma vi sono anche alcuni prodotti di fissione a vita molto lunga) in elementi stabili o in radionuclidi a vita molto più breve. Tecnicamente questo è possibile ed è già correntemente realizzato nel riciclo del plutonio. Per realizzarlo su larga scala anche con altri radionuclidi bisogna però progettare in modo diverso i reattori (che diventerebbero così anche degli «inceneritori» di rifiuti). A questo proposito, uno dei sei nuovi tipi di reattore da sviluppare nel progetto denominato Generation IV, cioè la quarta generazione di reattori, lanciato dagli Stati Uniti nel 2000 (vedi cap. 10), è un reattore veloce raffreddato a piombo fuso che dovrebbe poter riciclare tutti gli attinidi provenienti dai reattori della generazione attuale. Naturalmente, se ci si riuscisse, il problema dei rifiuti radioattivi assumerebbe un’altra prospettiva. Tuttavia per il momento questa soluzione è solo allo studio e, se mai sarà realizzato un prototipo, questo non entrerà in funzione prima del 2030.
Per non mettere a rischio la generazione presente e quelle future a causa dei rifiuti ad alta attività, sono state immaginate diverse soluzioni. Alcune, quali l’invio nello spazio o l’affondamento nelle fosse oceaniche, non hanno mai superato realmente la soglia della proposta più o meno eccentrica. Gli sforzi sulla trasmutazione sono invece un’ipotesi lungi dall’essere abbandonata. Tuttavia vi è oggi un largo consenso internazionale tra gli esperti nucleari che la collocazione in depositi geologici profondi che siano rimasti stabili per alcuni milioni di anni possa essere una soluzione adeguata e la più praticabile. Questo concetto è stato ribadito più volte nei documenti dell’Aiea.
Le caratteristiche tipiche che un deposito geologico profondo deve avere sono: stabilità geologica (da milioni di anni), non avere fratture, non presentare nessuna o scarsa presenza di flussi di acqua (da almeno alcune decine di migliaia di anni). Inoltre dovrebbe avere buone proprietà geochimiche, capacità di disperdere una certa quantità di calore e non presentare ostacoli alla realizzazione delle opere ingegneristiche necessarie. Le formazioni che appaiono possedere queste caratteristiche sono molte: da quelle saline (soluzione studiata in Germania) a quelle argillose (Francia e Svizzera), a rocce di granito (Svezia, Finlandia, Canada) o di tufo (Yucca Mountain, Usa).
Non va poi dimenticato che la protezione delle popolazioni dai rifiuti posti nei depositi geologici è comunque basata sul principio delle barriere multiple, costituite in questo caso dal materiale in cui sono inglobati i rifiuti (vetro o cemento), dal loro contenitore (acciaio e rame), dalla bentonite che circonderebbe i contenitori posti nel deposito e infine dagli strati di roccia. Il deposito, una volta riempito, verrebbe sigillato e le generazioni future non dovrebbero prendersene cura.
I tecnici ritengono quindi che vi sia una soluzione anche al problema dei rifiuti a vita lunghissima. Malgrado ciò il dibattito sulle diverse soluzioni o sulle loro varianti (ad esempio sulla necessità o meno di prevedere che i rifiuti possano essere recuperati e ritrattati in futuro, sull’opportunità o meno di avere pochi depositi internazionali in zone quasi disabitate) non può dirsi chiuso e a tutt’oggi non esiste un deposito geologico in cui siano stati messi i rifiuti dei programmi nucleari civili. Il primo a diventare operativo dovrebbe essere, verso il 2020, quello finlandese. Molti altri paesi ne hanno allo studio uno. Ma fino a quando questa soluzione non verrà attuata, è presumibile che le discussioni sulla mancanza di una risposta definitiva al problema dei rifiuti radioattivi occuperanno uno dei primi posti tra gli argomenti di chi è contrario alla costruzione di centrali nucleari.