Reattore termico vs reattore veloce: differenza e confronto

Punti chiave

1. Velocità del neutrone: La differenza fondamentale tra reattori termici e reattori veloci è il livello di energia dei neutroni che causano la fissione. I reattori termici usano neutroni lenti o "termici" per sostenere la reazione nucleare a catena, mentre i reattori veloci usano neutroni ad alta energia o "veloci".
2. Carburante ed efficienza: I reattori termici utilizzano principalmente uranio-235 o plutonio-239 come combustibile, che sono fissili con neutroni veloci e lenti. Tuttavia, i reattori veloci possono anche utilizzare in modo efficiente l'uranio-238, un isotopo molto più abbondante, e possono anche "produrre" più combustibile (plutonio-239) da questo, portando a un migliore utilizzo del combustibile e meno sprechi.
3. Moderazione e raffreddamento: I reattori termici richiedono un moderatore, come acqua o grafite, per rallentare i neutroni a energie termiche, che funge anche da refrigerante in molti progetti. I reattori veloci, d'altra parte, non usano un moderatore, poiché l'obiettivo è mantenere la velocità dei neutroni. Invece, usano sostanze come sodio liquido, piombo o sale fuso per il raffreddamento, che non rallentano i neutroni.

Cos'è il reattore termico?

Un reattore termico è un tipo di reattore nucleare che si basa su neutroni termici per sostenere una reazione a catena di fissione. È una componente cruciale delle centrali nucleari e dei reattori di ricerca. Il termine "termico" si riferisce al fatto che i neutroni utilizzati nel processo di fissione sono stati rallentati, o moderati, a energie inferiori, rendendoli più efficaci nel provocare la fissione in alcuni isotopi di uranio e plutonio.

Il principio alla base di un reattore termico è controllare la velocità della fissione nucleare utilizzando un materiale moderatore, che rallenta i neutroni veloci prodotti durante la fissione. Il moderatore più comunemente usato nei reattori termici è l'acqua (reattori ad acqua leggera) o la grafite (reattori moderati a grafite).

Cos'è il reattore veloce?

Un reattore veloce è un tipo di reattore nucleare che utilizza neutroni veloci (neutroni con maggiore energia cinetica) per sostenere una reazione a catena di fissione nucleare. A differenza dei reattori termici, che si basano su neutroni termalizzati (rallentati), i reattori veloci utilizzano neutroni veloci per la fissione di alcuni isotopi del combustibile nucleare, come il plutonio-239 e l'uranio-233. I reattori veloci sono progettati per utilizzare in modo efficiente il combustibile nucleare e produrre meno scorie radioattive rispetto ai reattori termici convenzionali.

I reattori veloci hanno diversi vantaggi, tra cui il potenziale per una maggiore efficienza del carburante, la riduzione delle scorie radioattive a lungo termine e la capacità di utilizzare determinati combustibili nucleari che non sono pratici nei reattori termici. Tuttavia, i reattori veloci presentano anche sfide tecniche e problemi di sicurezza, come il rischio di rapidi aumenti di potenza (eventi critici immediati) e le proprietà corrosive dei refrigeranti a metallo liquido.

Differenza tra reattore termico e reattore veloce

1. Energia dei neutroni: la principale differenza tra reattori termici e reattori veloci risiede nell'energia dei neutroni utilizzati per sostenere la reazione a catena della fissione nucleare. I reattori termici utilizzano neutroni termalizzati (rallentati), mentre i reattori veloci utilizzano neutroni veloci (neutroni con maggiore energia cinetica).
2. Utilizzo del combustibile: i reattori termici utilizzano combustibile a base di uranio arricchito; alcuni utilizzano combustibile a ossido misto (MOX) contenente una combinazione di isotopi di uranio e plutonio. I reattori veloci, d’altro canto, possono utilizzare una gamma più ampia di tipi di combustibile, tra cui il plutonio-239 e l’uranio-233, e hanno il potenziale per ottenere una maggiore efficienza del carburante e generare rifiuti radioattivi a vita meno lunga.
3. Moderazione dei neutroni: nei reattori termici, un moderatore (ad esempio, acqua o grafite) viene utilizzato per rallentare i neutroni, il che aumenta la probabilità di fissione in alcuni isotopi. I reattori veloci funzionano senza un moderatore o usano una moderazione minima, basandosi su neutroni veloci per le reazioni di fissione.
4. Capacità di allevamento: i reattori veloci hanno il potenziale per essere "allevatori", nel senso che possono produrre più materiale fissile di quello che consumano durante il funzionamento. Convertendo gli isotopi non fissili (ad esempio, l'uranio-238) in isotopi fissili, come il plutonio-239, i reattori veloci possono generare ulteriore combustibile nucleare mentre generano energia. I reattori termici non hanno capacità riproduttive significative.
5. Refrigerante: i reattori termici utilizzano l'acqua come refrigerante e talvolta come moderatore. Al contrario, i reattori veloci utilizzano refrigeranti metallici liquidi, come sodio o piombo, che hanno buone proprietà di trasferimento del calore e possono rimuovere efficacemente il calore dal nocciolo del reattore.

Confronto tra reattore termico e reattore veloce

Parametri di confronto	Reattore termico	Reattore veloce
Energia dei neutroni	Neutroni termalizzati (rallentati).	Neutroni veloci (energia maggiore)
Tipi di carburante	Uranio arricchito, combustibile MOX	Plutonio-239, Uranio-233 e altro
Efficienza nei consumi	Moderato consumo di carburante	Maggiore efficienza del carburante (potenziale allevatore)
Sistema di raffreddamento	Refrigerante ad acqua	Refrigerante in metallo liquido (p. es., sodio, piombo)
Scorie nucleari	Produce scorie radioattive a lunga vita	Può ridurre i rifiuti a vita lunga (potenziale allevatore)

Riferimenti

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002954930900346X
2. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.13182/NT88-129

Ultimo aggiornamento: 18 agosto 2023