I reattori nucleari avanzati necessitano di un tipo diverso di uranio. Ecco 4 cose da sapere

Il potere nucleare del futuro avrà bisogno di combustibile. Questo ha le amministrazioni governative, le aziende energetiche e gli ingegneri nucleari che stanno cercando di mettere le mani su HALEU: uranio a basso arricchimento di alto grado.

HALEU (pronunciato come "Hey, Lou") era precedentemente un materiale di nicchia, utilizzato principalmente nei reattori nucleari per la ricerca scientifica. Ma ora, molteplici aziende negli Stati Uniti hanno proposto nuovi tipi di reattori nucleari che sostengono genereranno energia elettrica in modo più efficiente e sicuro. Tali reattori, molti dei quali funzioneranno con HALEU, sono una parte fondamentale del piano del governo degli Stati Uniti per soddisfare le future esigenze di energia pulita. Il 10 giugno, TerraPower, una compagnia fondata da Bill Gates, ha iniziato i lavori per quello che sarà uno dei primi di questa nuova generazione di reattori alimentati da HALEU. Ma attualmente, gli Stati Uniti non producono quel combustibile nelle quantità che saranno necessarie per quella coorte. Quindi, mentre il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sta finanziando lo sviluppo di tali reattori avanzati, sta anche lavorando per garantire una fornitura abbondante di combustibile HALEU.

Ma alcuni scienziati stanno sollevando preoccupazioni riguardo l'aumento dell'HALEU. Secondo un commento nell'edizione di giugno di Science, l'HALEU potrebbe essere utilizzato per realizzare un'arma nucleare, cosa non possibile con il combustibile attualmente usato nei reattori.

Il potenziale di HALEU per fornire energia, e le preoccupazioni sulle armi che potrebbero accompagnarlo, sollevano domande pressanti. Ecco quattro cose da sapere su HALEU.

Rispetto al combustibile standard per reattori, HALEU contiene una percentuale maggiore di una varietà chiave di uranio, l'isotopo uranio-235. L'U-235 è fissile: Il suo nucleo si divide in due quando assorbe un neutrone a bassa energia, rilasciando energia nel processo.

L'uranio che si trova in natura contiene solo circa lo 0,7 percento di U-235. La maggior parte del resto è l'isotopo U-238. Per essere utilizzato in una centrale nucleare, l'uranio deve essere arricchito per contenere più U-235. L'uranio per reattori standard contiene circa dal 3 al 5 percento di U-235. L'uranio arricchito al 20 percento o più è noto come uranio altamente arricchito, che, a differenza dell'uranio per uso nei reattori, può essere usato per creare armi nucleari.

L'HALEU si situa tra questi due estremi, con circa dal 5 al 20 percento di U-235. Ciò significa che può essere utilizzato in modi che l'uranio per reattori non può, ma gli Stati Uniti e altri paesi non ne restringono l'uso tanto quanto l'uranio altamente arricchito.

Il clamore intorno all'HALEU è stato alimentato dall'interesse per i reattori nucleari avanzati. Quel termine raggruppa una vasta gamma di design di reattori che non si adattano allo schema standard per i reattori negli Stati Uniti. I reattori avanzati sono spesso più piccoli dei reattori tipici e possono utilizzare una sostanza diversa dall'acqua normale per il raffreddamento, come il sodio liquido. E i reattori avanzati richiedono comunemente HALEU, tipicamente arricchito a poco meno del 20 percento.

Con HALEU, "è possibile rendere il nucleo più piccolo e più efficiente dal punto di vista energetico nello spazio che si ha, riducendo così i costi di costruzione," dice l'ingegnere nucleare Josh Jarrell dell'Idaho National Laboratory a Idaho Falls. E il combustibile HALEU può essere utilizzato in forme diverse dal combustibile diossido di uranio usato nei reattori attuali. Alcuni design di reattori utilizzano un combustibile metallico, o pellet rivestiti di uranio delle dimensioni di semi di papavero chiamati TRISO. Le diverse opzioni di combustibile e i diversi design dei reattori possono essere un vantaggio per la sicurezza, dice Jarrell. "A seconda del design, non richiedono effettivamente l'intervento umano per spegnersi in sicurezza."

Al momento, la maggior parte dei reattori avanzati negli Stati Uniti esistono solo su carta. Ma il DOE sta finanziando due progetti di dimostrazione di reattori avanzati: il reattore Natrium di TerraPower a Kemmerer, Wyoming, e il reattore Xe-100 di X-energy a Seadrift, Texas. Entrambi richiedono HALEU.

Non esiste un fornitore commerciale affermato e su larga scala di HALEU negli Stati Uniti. E per quanto possa essere avanzato un reattore, è inutile senza combustibile. La Russia produce HALEU, ma una legge statunitense approvata in maggio proibirà la maggior parte delle importazioni di uranio dalla Russia.

Per garantire che i progetti di reattori avanzati abbiano combustibile, il governo degli Stati Uniti ha sostenuto sforzi per produrre il materiale. Una compagnia con sede nel Maryland, Centrus Energy Corp., ha iniziato a produrre un po' di HALEU come parte di un progetto dimostrativo in collaborazione con il DOE in un impianto di arricchimento a Piketon, Ohio.