I reattori nucleari attuali necessitano di sistemi di raffreddamento alimentati per funzionare. Questi sistemi variano a seconda del tipo di reattore – molti utilizzano acqua, mentre altri impiegano refrigeranti come CO2, elio, metalli fusi o sali fusi – ma tutti hanno lo scopo comune di dissipare il calore in eccesso dal nucleo del reattore.
I sistemi di raffreddamento a acqua sono noti per la loro alta densità di potenza, che si traduce in una maggiore efficienza termica. Tuttavia, presentano dei rischi, come la possibilità di esplosione in caso di fusione del nucleo, dovuta alla perdita di energia delle pompe dell’acqua che può portare alla scissione dell’acqua in gas di idrogeno e ossigeno esplosivi.
I reattori raffreddati a gas, sebbene meno inclini a esplodere rispetto a quelli raffreddati ad acqua, tendono ad avere un’efficienza termica inferiore.
In caso di emergenza, indipendentemente dal tipo di sistema di raffreddamento utilizzato, è necessario l’intervento umano per spegnere il reattore e prevenire disastri, poiché i sistemi di raffreddamento dipendono da fonti di energia esterne.
Il nuovo design del reattore, noto come reattore a letto di sfere (PBR), potrebbe offrire soluzioni ai problemi dei design più datati. Questi reattori sono “sicuri passivamente”, in quanto possono spegnersi autonomamente in caso di problemi con il sistema di raffreddamento.
A differenza di altri reattori che si affidano a barre di combustibile ad alta densità energetica, i PBR utilizzano sfere di combustibile a bassa densità energetica in quantità maggiori. Sebbene contengano meno uranio rispetto alle tradizionali barre di combustibile, il loro numero è maggiore e sono circondate da grafite, che modera l’attività dei neutroni nel nucleo, rallentando le reazioni nucleari e generando meno calore.
Di recente, la Cina ha costruito un reattore modulare a gas ad alta temperatura raffreddato a sfere (HTR-PM) a Shandong, diventato operativo a dicembre 2023. Per verificarne l’efficacia, gli ingegneri hanno disattivato entrambi i moduli dell’HTR-PM mentre erano in piena attività.
Durante i test, i moduli del reattore si sono raffreddati naturalmente senza sistemi di raffreddamento del nucleo di emergenza o sistemi di raffreddamento alimentati, raggiungendo una temperatura stabile entro 35 ore dall’interruzione dell’alimentazione.
La capacità di testare un reattore nucleare in funzione rimuovendo il suo raffreddamento è estremamente insolita. Sebbene saranno necessari ulteriori test per assicurare il corretto funzionamento del sistema, si spera che questo possa fungere da modello per futuri reattori in altre parti del mondo.
In sintesi, i test di perdita di raffreddamento confermano la caratteristica di sicurezza intrinseca del primo impianto dimostrativo al mondo di un HTR-PM. Per contribuire all’obiettivo di mitigazione dei cambiamenti climatici, sono stati avviati nuovi progetti per fornire vapore ad alta temperatura fino a 500°C e energia elettrica all’industria petrolchimica in Cina.
Lo studio è pubblicato su Joule.