Se in Cina riuscirà la sperimentazione di un reattore a sali fusi al torio, aprirà la strada a un nucleare più sicuro, con meno scorie e con un combustibile assai più abbondante dell’uranio


In Cina, a Wuwei, nel deserto dei Gobi, lo Shanghai Institute of Applied Physics ha iniziato da poco la sperimentazione di un reattore nucleare a torio del tipo a sali fusi. Il piccolo reattore da 2 MW termici, denominato TMSF - LF1, ha conseguito la criticità nell’ottobre 2023 e ha raggiunto la pienezza delle operazioni nel giugno 2024. La notizia è apparentemente minore, ma se questa sperimentazione avrà successo determinerà una vera rivoluzione nell’utilizzo civile dell’energia da fonte elettronucleare. Questo, per due motivi: perché renderà possibile ricavare energia nucleare dal torio, un elemento 3-4 volte più diffuso sulla crosta terrestre dell’uranio; e perché il tipo di progetto sviluppato realizza in pieno gli obiettivi dell’iniziativa dei reattori di IV generazione (1990): assoluta sicurezza intrinseca, netta riduzione di quantità e durata dei rifiuti radioattivi, altissima resa energetica. Un’idea nuova, vecchia di ottant’anni Attualmente tutti i 420 reattori nucleari di potenza in funzione nel mondo utilizzano l’energia di fissione di tre isotopi: due esistenti in natura – gli isotopi dell’uranio naturale 235 e 238 – e uno prodotto nei reattori nucleari, il plutonio 239. Tutte le fissioni sono possibili solo per la presenza determinante nel combustibile dell’isotopo 235 dell’uranio, lo 0,7 per cento Da oltre 80 anni è ben noto che anche un altro isotopo dell’uranio – l’uranio 233 – può fissionare con caratteristiche simili a quelle pregiate dell’uranio 235. L’uranio 233 non esiste in natura, ma può essere ottenuto dal torio 232 (contenuto al 99,98 per cento nel torio naturale) mediante le seguenti reazioni nucleari: ● cattura di un neutrone termico da parte del torio 232: Th 232 + n → Th 233 ● decadimento del torio 233 a protoattinio 233: Th 233 → Pa 233 con T1/2 = 22 minuti ● ulteriore decadimento del protoattinio 233 a uranio 233: Pa 233 → U 233 con T1/2 = 27 giorni dove T1/2 è l’emivita della trasmutazione. Le tre reazioni nucleari evidenziano che la disponibilità di un neutrone (proveniente da precedente fissione di un nucleo fissile) consente di produrre con il torio 232 un nuovo nucleo fissile, quello dell’uranio 233. Il torio 232 è considerato per questo un elemento breeder, perché consente di rigenerare i nuclei fissili utilizzati (to breed: generare). La possibilità di utilizzare il torio per costruire una bomba atomica all’uranio 233 fu studiata approfonditamente nel Progetto Manhattan. Tuttavia, l’opzione venne scartata dando la preferenza all’uranio 235 (prodotto per separazione isotopica nei giganteschi impianti di Oak Ridge) e al plutonio 239 (prodotto dall’uranio 238 nel reattore nucleare ad acqua pesante di Hanford), perché il torio 232 esposto a flusso di neutroni genera anche torio 231, secondo la reazione: Th 232 + n → Th 231 + 2n e il torio 231 porta poi per ulteriori reazioni nucleari all’uranio 232, che successivamente decade a tallio 208. Sono i raggi γ da 2,6 MeV (megaelettronvolt) emessi dal tallio 208 a rendere impossibile l’uso dell’uranio 233 per la bomba atomica, perché impedirebbero il suo confezionamento manuale e soprattutto danneggerebbero i circuiti elettronici in essa presenti. Qualche limitata sperimentazione di utilizzo del torio 232 in reattori nucleari ad acqua ebbe luogo in USA negli anni Sessanta e Settanta del secolo scorso. Ad esempio, elementi di combustibile costituiti da barrette con ossidi di uranio e torio furono testati nel reattore di Shippingport. Ma i risultati non furono pienamente soddisfacenti e l’impiego del torio nei reattori ad acqua fu abbandonato. Molto più interessante apparve invece l’utilizzo del torio 232 in reattori di tipo radicalmente diverso dai reattori ad acqua (i reattori ad acqua pressurizzata – PWR – e ad acqua bollente – BWR – su cui già da allora era orientato l’utilizzo pacifico dell’energia nucleare), i reattori termici omogenei a sali fusi (MSR, Molten Salt Reactor). Al riguardo l’iniziativa USA nettamente più importante fu quella realizzata a Oak Ridge sotto la direzione di Alvin Weinberg, il Molten Salt Reactor Experiment. In questo reattore il nocciolo era costituito da due soli componenti: un blocco solido traforato di grafite, che aveva la funzione di moderatore, e un liquido a sali fusi (fluoruri di litio e berillio) contenente anche gli isotopi di uranio e di torio, fluente ad alta temperatura (500-600 °C) nei fori della grafite, con le funzioni di combustibile e refrigerante. Questa importante sperimentazione, nonostante i suoi promettenti sviluppi, fu chiusa nel 1973 dall’Atomic Energy Commission USA. La decisione fu presa per varie ragioni: per la complessità dei problemi tecnologici ancora da risolvere per la messa a punto di questa filiera nucleare; per l’ormai ottimo grado di sviluppo industriale raggiunto nei reattori ad acqua (su cui gli USA avevano tanto investito); per lo scarso interesse all’adozione del torio, dato il relativamente modesto costo dell’uranio e del suo arricchimento in uranio 235. Inoltre, secondo l’AEC, se si fosse dovuto investire sullo sviluppo di una nuova tecnologia nucleare, sarebbe stato certamente preferibile puntare sui reattori veloci a uranio, che avrebbero garantito un elevato utilizzo dell’uranio 238. Chiusa l’attività sul torio in USA, nei decenni successivi si sono avute iniziative per la valorizzazione del torio in altri Paesi (in particolare in India, che ha grandi disponibilità di torio), ma senza significativi sviluppi. Ultimamente si è ripreso a lavorare sulla filiera dei reattori a sali fusi al torio, su cui oltre mezzo secolo fa aveva puntato Alvin Weinberg. Iniziative minori sono ad esempio quelle di Copenhagen Atomics in Danimarca e Svizzera, di Thorizon in Olanda e in Francia, dell’IMSBR (Indian Molten Salt Breeder Reactor) in India, di Flibe Energy in USA con il LFTR (Liquid Fluoride Thorium Reactor), in Indonesia con il progetto Thor Con. Tuttavia, oggi su questi reattori l’attività di gran lunga più avanzata è quella dell’Institute of Physics di Shanghai. Oltre alla sopra citata sperimentazione in corso sul reattore TMSR – LF1, a Shanghai si sta lavorando alla progettazione di un SMR (Small Modular Reactor) da 200 MW termici (100 MW elettrici) basato sui risultati ottenuti con il reattore TMSR – LF1.[...]

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