In una realtà caratterizzata dalla necessità di reperire più energia pulita, il Centro di Studi Nucleari del Belgio ha una missione importante – rendere il mondo del nucleare più sicuro.

All’estremitànord-orientale del Belgio, nella foresta che si estende appena fuori Mol, sorge protetto da un’alta recinzione lo Studiecentrum voor Kernenergie, SCK•CEN, che ospita uno dei più potenti reattori nucleari del mondo e un gruppo di scienziati che hanno il compito di fare del mondo della fisica nucleare un luogo sempre più sicuro.

Il programma nucleare del Belgio risale al 1944, anno in cui il Paese strinse un accordo con il governo americano e con quello britannico, con i quali si impegnava a fornire il minerale di uranio estratto dalla miniera di Shinkolobwe, in Congo, concedendo loro i diritti esclusivi per dieci anni in cambio dell’accesso alla competenza nucleare per scopi commerciali, di ricerca e non militari. Nel 1952, il programma culminò con l’istituzione dello SCK•CEN.

La missione dello SCK•CEN è sostenere lo sviluppo del nucleare mediante la ricerca, la formazione, la comunicazione e i servizi, al fine di contribuire alla sicurezza e alla protezione dalle radiazioni, nonché alle applicazioni in campo medico e industriale e alle operazioni di riprocessamento e trattamento delle scorie nelle fasi finali del ciclo del combustibile nucleare. I progetti di ricerca vertono essenzialmente su temi di interesse societario, quali la sicurezza dei reattori e dei combustibili, lo smaltimento delle scorie radioattive, l’attività di decommissioning, o smantellamento, e la protezione dalle radiazioni. Il centro ha altresì un ruolo attivo nel campo della formazione in Belgio come in altri paesi europei.

Il fiore all’occhiello dello SCK•CEN è il reattore BR2 ad acqua pressurizzata per lo studio dei materiali e Bernard Coupé, a capo del settore Nuclear Instrumentation and Control del Centro, lo descrive così: “Il BR2 è un reattore ad alto flusso termico di neutroni, fino a 10¹⁵ per centimetro quadrato al secondo, ed è il più potente in Europa”. La sua prima reazione a catena avvenne nel luglio 1961 e, nel 1963, entrò in servizio utilizzando uranio (U-235) arricchito al 90-93%.

Oltreché per la ricerca scientifica del Centro, il BR2 serve anche alla sperimentazione per conto di clienti esterni.”Attualmente stiamo testando la sicurezza di alcuni combustibili per il nuovo reattore in costruzione presso il Centro di Ricerca Nucleare di Cadarache, vicino a Aix en Provence, nella Francia del Sud”, commenta Coupé. “Ne abbiamo misurato la resistenza, le reazioni e la longevità, controllando il comportamento in condizioni di flusso molto elevato”.

Alla funzione sperimentale, il reattore BR2 unisce l’attività di produzione di radioisotopi e silicio drogato con trasmutazione di neutroni. “Il nostro budget è per il 30% circa di origine statale, ma dato che il reattore inteso come impianto di ricerca non è propriamente redditizio, risultano molto utili le entrate derivanti da queste operazioni commerciali”.

Bernard Ponsard, Project Manager Radioisotopes and ASC Silicon, dice in proposito: “Il reattore BR2 è una struttura importante per la produzione dei radioisotopi destinati alle applicazioni mediche e industriali e alla ricerca. Nel mondo ci sono sei reattori ad alto flusso e in Europa il BR2 è il solo capace di produrre isotopi particolari, quale il tungsteno-188 (W-188) usato nella produzione di generatori al tungsteno-188/renio-188 per applicazioni terapeutiche. Insieme agli altri reattori da ricerca, il BR2 offre una grande capacità di irradiazione per le attività commerciali di tutto il mondo.”

 

“Il più importantedei radioisotopi prodotti è il molibdeno-99, usato per fabbricare generatori al molibdeno-99/tecnezio-99. “Il tecnezio-99 si usa nell’80% dei processi medici diagnostici, ma ha un tempo di dimezzamento di appena sei ore e pertanto occorre un’alimentazione costante. Abbiamo accordi con altri reattori per armonizzare i nostri programmi operativi al fine di assicurare questo servizio.”

“Produciamo anche un’ampia gamma di radioisotopi, quali il il samario-153, il renio-186 e il lutezio-177, che trovano impiego in campo oncologico, così come l’iridio-192 utilizzato per la radioterapia di piccoli tumori. Il campo medico rappresenta la parte principale della nostra attività commerciale”.

L’Ir-192 si produce anche per applicazioni industriali, in particolare per la gammagrafia, un’importante applicazione atta a controllare la resistenza delle saldature industriali. “Produciamo anche altri elementi quali il mercurio Hg-203, un tracciante per il controllo dell’omogeneità dei processi chimici”.

Per quanto attiene alla ricerca, Ponsard aggiunge: “Alcuni ricercatori ci richiedono di produrre radionuclidi particolari, quali il neodimio-147, che è un
tracciante radioattivo”.

Il Centro contribuisce anche alla ricerca accademica e recentemente ha fornito all’Università di Anversa il rame-67 per uno studio sul modo in cui i pesci assimilano determinati metalli pesanti presenti nelle acque inquinate.

Un’altra importante fonte di reddito per il Centro è il drogaggio del silicio per i clienti dell’industria elettronica, concentrati soprattutto in Giappone. “Irradiamo lingotti di silicio all’interno del reattore per modificarne la resistività. I clienti, a loro volta, tagliano questo materiale in wafer da due millimetri di spessore che vengono impressi con una tecnica analoga a quella fotografica e quindi saldati all’interno delle apparecchiature elettroniche”, (ved. l’articolo di pag. 7).

 

Nel 2007 sono state processatecirca cinque tonnellate di silicio. Oggi trattiamo lingotti di silicio da 127 mm, ma nel 2008, con il progetto POSEIDON, potremo arrivare a 202 mm, incrementando la capacità produttiva, cosa che contribuirà a estendere a sei il numero di cicli operativi del reattore”, commenta Ponsard. Attualmente il BR2 ha cinque cicli di lavoro di 21 giorni ogni anno e nei periodi di inattività vengono effettuate le indispensabili operazioni di manutenzione, di carico e scarico del reattore, oltre alla preparazione per nuovi esperimenti.

Oltre al BR2, fanno parte delle strutture dello SCK•CEN anche un reattore BR1, moderato a grafite e raffreddato ad aria, impiegato come sorgente di neutroni per le analisi di attivazione, la calibrazione dei sistemi per la dosimetria, la neutrografia e la sperimentazione, un impianto critico VENUS a potenza zero per l’analisi delle configurazioni del nocciolo del reattore e un laboratorio sotterraneo, HADES, per lo studio dello stoccaggio delle scorie nucleari. Il minor numero di reattori di ricerca ad alto flusso fa crescere l’importanza del BR2. Per Ponsard, grazie alle capacità di irradiazione, il BR2 lo si potrebbe definire la Roll Royce dei reattori!

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Reazioni veloci

La sezione centrale del BR2 è a matrice di berillio, costituita da 79 canali esagonali di irradiazione, contenenti gli elementi combustibili, le barre di controllo di cadmio e i dispositivi per attività commerciali, quali la produzione di radioisotopi e il drogaggio del silicio.

Assorbendo i neutroni, le barre di cadmio controllano il flusso di questi e la reattività all’interno del nocciolo.

Le barre si muovono in su e in giù mediante viti a rulli SKF in acciaio inossidabile, trattate con uno speciale rivestimento per prolungarne la durata, che è prevista dell’ordine di 10 anni.

Nel caso di un improvviso aumento di flusso, i neutroni in eccesso vengono assorbiti dalle barre di controllo e finiscono sul fondo del nocciolo, arrestando immediatamente la reazione a catena. Per innescare il processo occorrono 10 millisecondi e le barre si abbassano di 250 millimetri in meno di 200 millisecondi.

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Il reattore BR2

Il reattore presente nello SCK di Mol possiede un nocciolo costituito da un canale centrale con un diametro di 200 millimetri. Tutti gli altri canali sono inclinati così da formare una struttura iperboloide intorno ad esso, il che conferisce compattezza e alta densità di potenza. La configurazione offre altresì un’ampia flessibilità di impiego e può essere adattata alle varie esigenze sperimentali, tra cui la creazione di quattro canali periferici per i dispositivi di irradiazione.