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A rischio calcestruzzo dei vecchi reattori nucleari

(4 Febbraio 2025)

Roma –  È noto da tempo che le radiazioni influiscono sull’integrità strutturale del calcestruzzo. Tuttavia, fino ad ora i dettagli di questo erano sconosciuti. I ricercatori, compresi quelli dell’Università di Tokyo, possono finalmente dimostrare quali proprietà del calcestruzzo influenzano le sue caratteristiche strutturali sotto diversi carichi di radiazioni neutroniche. Le loro scoperte sollevano alcune preoccupazioni e ne riducono altre; ad esempio, i cristalli di quarzo nel calcestruzzo possono guarire se stessi, consentendo potenzialmente ad alcuni reattori di funzionare più a lungo di quanto inizialmente ritenuto possibile. I risultati sono pubblicati su  Journal of Nuclear Materials.

Alcuni incidenti di alto profilo che coinvolgono centrali nucleari suscitano naturalmente paura nelle persone. Ma molti credono che l’energia nucleare sia una delle pietre miliari per raggiungere un mondo a zero emissioni di carbonio. Ciò pone l’accento sulla ricerca di modi per migliorare la sicurezza, l’affidabilità, l’economicità e altre cose, per ridurre le paure e aumentare la ricettività a questa tecnologia. Un aspetto delle centrali nucleari che riguarda la sicurezza e anche la longevità risiede nei materiali utilizzati nella loro costruzione; in particolare, il calcestruzzo utilizzato in tutti gli edifici. È noto per essere un materiale molto robusto ed è stato studiato a lungo per comprenderne meglio le caratteristiche. Ma solo ora i ricercatori sono stati in grado di esplorare in dettaglio il modo in cui la radiazione di neutroni dai reattori nucleari può avere un impatto sulla longevità del calcestruzzo.

“Il calcestruzzo è un materiale composito costituito da più composti. Questi possono variare a seconda di vari fattori, tra cui la geografia locale, in particolare l’aggregato di roccia che è un componente principale del calcestruzzo. Ma la roccia spesso contiene quarzo. Quindi, comprendere come il quarzo cambia sotto diversi carichi di radiazione può aiutarci a prevedere come dovrebbe comportarsi il calcestruzzo in generale”, ha affermato il professor Ippei Maruyama del Dipartimento di Architettura. “La degradazione indotta dalla radiazione di neutroni è un’area di studio particolarmente costosa, che rende difficile una ricerca estesa. Il nostro team di ricerca affronta questo problema dal 2008, formulando strategie per risolvere il problema consultando un’ampia gamma di letteratura e conducendo interviste con esperti. Ciò è culminato nei nostri recenti esperimenti utilizzando la diffrazione dei raggi X per esaminare i cristalli di quarzo irradiati”.

Tra le altre cose, Maruyama e il suo team hanno esaminato due proprietà della radiazione di neutroni: la dose totale che i campioni ricevono e le velocità a cui la ricevono, o flusso. Ciò che hanno scoperto è stato un po’ sorprendente all’inizio, per un dato dosaggio totale di radiazioni di neutroni, la quantità di espansione in un cristallo di quarzo era molto più alta quando il tasso di dose era più alto, e viceversa. Come analogia, potresti pensare all’impatto del sole sulla tua pelle: è comunemente consigliato di non passare troppo tempo esposto alla luce solare diretta senza protezione, mentre è meno preoccupante ricevere la stessa esposizione distribuita su un periodo di tempo più lungo.

“La scoperta dell’effetto flusso indica non solo che la radiazione di neutroni distorce la struttura cristallina, causando amorfizzazione ed espansione, ma che esiste anche un fenomeno in cui i cristalli distorti si riprendono e l’espansione diminuisce, quindi una velocità inferiore offre più tempo per guarire”, ha affermato Maruyama. “Abbiamo anche visto che questo fenomeno dipende dalle dimensioni dei cristalli minerali all’interno del calcestruzzo. I grani di cristallo più grandi hanno mostrato una minore espansione, suggerendo un effetto dipendente dalle dimensioni. Considerando queste scoperte, la degradazione del calcestruzzo dovuta ai neutroni, che è attualmente una preoccupazione, potrebbe comportare un’espansione inferiore a quanto si pensasse in precedenza. Di conseguenza, la degradazione potrebbe essere meno grave del previsto, consentendo potenzialmente alle centrali nucleari di funzionare in modo più sicuro per periodi più lunghi”.

Il team ora mira ad affrontare diverse sfide nella comprensione del comportamento di espansione di diversi minerali che formano rocce, chiarendo ulteriormente i meccanismi di espansione e sviluppando la capacità di prevedere l’espansione degli aggregati in base alle loro proprietà materiali e alle condizioni ambientali. Il team cerca anche di prevedere il modo in cui si formano le crepe in base all’espansione minerale. Questa ricerca potrebbe contribuire alla selezione dei materiali e alla progettazione del calcestruzzo per le future centrali nucleari. Inoltre, potrebbe fornire informazioni preziose sulla durabilità e la stabilità dei materiali inorganici utilizzati nelle strutture spaziali destinate alle costruzioni extraterrestri in orbita attorno alla Terra e oltre.(30Science.com)

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