Perché si può vivere a Hiroshima e Nagasaki ma non a Chernobyl?

Articolo originariamente pubblicato il 26 aprile 2016, in occasione del 30° anniversario di Chernobyl

Pubblichiamo la traduzione (a cura di Sofia Lincos) di questo articolo di Melissa Blevins apparso originariamente su Today I found out, con un adattamento di Albino Quaranta, ingegnere nucleare e progettista presso Thales Alenia Space Torino.

Il 6 e il 9 agosto 1945, aerei statunitensi sganciarono le bombe atomiche “Little Boy” e “Fat Man” sulle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki. Il 26 aprile 1986, il reattore numero quattro dell’impianto nucleare di Chernobyl in Ucraina esplose.

Oggi, oltre 1,6 milioni di persone vivono e sembrano prosperare a Hiroshima e Nagasaki, mentre la zona di esclusione di Chernobyl, un’area di trenta chilometri quadrati intorno all’impianto, rimane sostanzialmente disabitata. Ecco il perché.

Fat Man e Little Boy

Sganciata da Enola Gay su Hiroshima il 6 agosto 1945, Little Boy era una bomba alimentata all’uranio, di circa 3 metri per 0,5, che conteneva 64 kg di uranio e pesava intorno a 4,5 tonnellate.

Quando esplose, come programmato, a circa 2000 piedi sopra Hiroshima, un kilo di uranio innescò la fissione che sprigionò circa 16 kilotoni di forza esplosiva. Dal momento che Hiroshima si trova su un terreno in piano, Little Boy causò un danno enorme. Le stime variano, ma si pensa che quel giorno circa 70.000 persone furono uccise, altrettante ferite e circa il 70% degli edifici della città furono distrutti. Da allora si stima che approssimativamente 1900 persone, ovvero intorno allo 0,5% della popolazione sopravvissuta, siano morte di tumore per colpa del rilascio di radiazioni da parte di Little Boy.

Tozza e arrotondata, Fat Man, così chiamata per la sua somiglianza con Kasper Gutman nel film “Il mistero del falco”, fu sganciata tre giorni più tardi sulla città di Nagasaki: il 9 agosto 1945. Solo uno dei 6 kg di plutonio di Fat Man andò in fissione quando detonò, a circa 1650 piedi sopra la città, generando 21 kilotoni di forza esplosiva. Poiché la bomba scoppiò in una valle, gran parte della città fu protetta dall’esplosione. Nonostante tutto, si stima che tra 40.000 e 70.000 persone morirono immediatamente e che altre 75.000 restarono ferite. Nessun dato è direttamente disponibile circa le successive morti di tumore legate all’esposizione alla radioattività della bomba.

Chernobyl

Il disastro di Chernobyl era purtroppo probabilmente prevedibile e, come per altri incidenti nucleari, frutto dell’arroganza di chi si trovò a prendere le decisioni e di una cattiva politica che incoraggiava pratiche mediocri.

Il progetto dei reattori di Chernobyl presentava difetti importanti.

In primo luogo, aveva un’instabilità intrinseca. Quando si arrivò all’incidente, questa instabilità creò un circolo vizioso, in cui il liquido di raffreddamento diminuiva mentre le reazioni (e il calore) aumentavano; con sempre meno liquido di raffreddamento, divenne sempre più difficile controllare le reazioni.

Secondo problema, invece di costruire una struttura di contenimento di qualità costituita da un involucro a tenuta in acciaio e da cemento armato precompresso, a Chernobyl avevano usato solo il calcestruzzo, similmente a quanto effettuato in un comune edificio industriale.

Il reattore numero quattro, un’unità RBMK da 925 megawatt (MW) doveva essere spento per consentire lo svolgimento di operazioni di manutenzione ordinaria e si decise di sfruttare questa occasione per eseguire un test. Il 26 aprile 1986 ebbe inizio il test il cui scopo, ironicamente, era quello di aumentare la sicurezza.

Le pompe di raffreddamento del reattore dipendevano dall’energia elettrica, pertanto si intendeva verificare se, in caso di mancanza di corrente, l’energia cinetica del turbogeneratore in rallentamento potesse fornire energia sufficiente a far funzionare le apparecchiature di sicurezza e le pompe di circolazione dell’acqua di raffreddamento del nocciolo fino all’attivazione dell’alimentazione diesel di emergenza.

Si era cercato di eseguire il test già in due occasioni in precedenza, ma senza mai portarlo a termine.
Per condurre l’esperimento, gli addetti dovevano disattivare gran parte dei sistemi di sicurezza del reattore.
Per diminuire il fabbisogno di raffreddamento, il reattore doveva essere fatto funzionare a bassa potenza, nonostante fosse noto che i reattori RBMK fossero instabili se impostati a una potenza bassa.

La potenza del reattore fu inizialmente ridotta alla metà e uno dei due turbogeneratori alimentati dal reattore fu scollegato. Il sistema di raffreddamento di emergenza del reattore fu deliberatamente disattivato, poiché gli operatori non volevano che intervenisse nel momento in cui le pompe principali avrebbero rallentato.

A questo punto, gli addetti al controllo della rete elettrica chiesero di posticipare il test a causa dell’elevata domanda di energia. Il reattore fu lasciato per più di nove ore in queste condizioni fin quando non si ricevette il permesso di continuare a ridurre la potenza per procedere con i passi successivi. La potenza termica avrebbe dovuto essere mantenuta tra 700 MW e 1000 MW, ma il controllo automatico era impostato in modo errato e la potenza scese a 39 MW: ciò comportò la formazione di alte concentrazioni di un prodotto di fissione che assorbe i neutroni, lo xeno. In conseguenza di questo “avvelenamento” del nocciolo da xeno, gli operatori non riuscirono a stabilizzare la potenza tra 700 MW e 1000 MW, come prescritto dalla procedura, ma a soli 200 MW: benché questo livello di potenza fosse ben al di sotto del livello necessario, si decise di proseguire ugualmente il test.

Per farlo gli addetti dovettero estrarre la maggior parte delle barre di controllo (che assorbono  neutroni e arginano la reazione): solo sei-otto barre di controllo erano utilizzate mentre in base alla procedura, ne servivano almeno 30 delle 205 presenti nel reattore. Nel corso dell’esperimento, nel reattore entrò meno acqua di raffreddamento del necessario e quella che era presente cominciò a trasformarsi in vapore. In un simile tipo di reattore, la formazione di vapore  aumenta la potenza e  rende intrinsecamente “nervosa” la reazione, che diventa così impossibile da controllare manualmente. La reazione raggiunse livelli pericolosi. Per controbilanciarla, gli operatori cercarono di inserire le rimanenti barre di controllo.

Purtroppo, le barre di controllo avevano anch’esse un difetto di fabbricazione: anziché essere costituite integralmente da “veleno neutronico” (materiale che cattura i neutroni termici e rallenta la reazione fino a interromperla), avevano estremità in grafite; in condizioni ottimali tale scelta riusciva a migliorare il bilancio neutronico, ma in condizioni di emergenza come questa causava un aumento di potenza indesiderato.

Mentre queste estremità entravano nel reattore, in pochi secondi la reazione aumentò drasticamente, creando ancor più vapore. Questo non sarebbe stato così grave se fosse stato possibile inserire completamente le barre di controllo per realizzare la loro funzione di assorbire i neutroni e rallentare la reazione; però il calore divenne così intenso che l’inserimento completo delle barre in grafite non fu possibile. Paradossalmente il loro parziale inserimento contribuì ad un aumento di potenza.

Alle 1:23, ora locale, del 26 aprile, la potenza del reattore aumentò in modo esponenziale, fino a 100 volte quella nominale. Il combustibile si surriscaldò e alcuni dei canali del combustibile si ruppero. L’esplosione che ne conseguì, che si pensa sia stata causata principalmente dalla pressione del vapore e dalla reazione chimica con il combustibile esposto, scaraventò in aria il coperchio da 1.000 tonnellate che sigillava il nocciolo all’interno del reattore.

Una seconda esplosione riversò in aria combustibile in fiamme e grafite del nocciolo e permise l’ingresso dell’aria facendo prendere fuoco al moderatore in grafite. La causa esatta della seconda esplosione rimane sconosciuta, ma si suppone che l’idrogeno possa esserne in parte responsabile.

Determinare le cause dell’incidente non fu semplice, poiché non si erano mai verificati eventi di questo genere e non si disponevano di termini di paragone. Testimoni oculari fornirono informazioni, furono effettuate rilevazioni dopo l’incidente e furono necessarie ricostruzioni sperimentali. Le cause dell’incidente sono ancora descritte come una tragica combinazione di errori umani e lacune tecnologiche. Un errore simile, ma con conseguenze molto meno gravi, si era verificato in un reattore in Lituania nel 1983. Queste informazioni però non erano state trasmesse al personale di servizio di Chernobyl. Si stima che da sette a dieci tonnellate di combustibile nucleare siano state rilasciate.

Dati precisi sul numero di persone morte a causa della radioattività sono difficili da trovare. Si sa che delle 100 persone esposte agli elevatissimi livelli di radioattività immediatamente dopo l’incidente, 47 sono attualmente decedute. Trentuno persone persero la vita come immediata conseguenza dell’incidente, una nell’esplosione, una per trombosi coronarica, una per ustioni da calore e 28 per la sindrome acuta da radiazioni. Le 1.000 persone in servizio nel reattore e gli addetti ai servizi di emergenza sono le persone che hanno assorbito le dosi più elevate di radiazioni. Tra i più di 200.000 addetti ai servizi di emergenza e recupero esposti nel periodo tra il 1986 e il 1987, si stimano 2.200 decessi prematuri legati all’esposizione alle radiazioni.

Le informazioni sulle dosi ricevute singolarmente sono lacunose, ma si stima che fossero comprese tra i 170 millisievert (mSv) del 1986 e i 15mSv del 1989. Il limite generalmente utilizzato per l’esposizione massima consentita è 1 mSv a persona all’anno di dose aggiuntiva rispetto ai livelli di fondo naturali. Per permettere un paragone si pensi che i livelli di radiazione di fondo naturali nel Regno Unito sono pari a 2,2mSv per persona all’anno. Nessuno fuori dal sito ha manifestato sintomi della sindrome acuta da radiazioni. In più, è stato rilevato un aumento delle malattie tiroidee nei paesi vicini a Chernobyl; nel 2005, 7000 casi di tumore alla tiroide sono stati registrati in Ucraina, Bielorussia e Russia. Si pensa inoltre che più di 90.000 chilometri quadrati di terreno siano stati pesantemente contaminati, con gli effetti peggiori avvertiti in Ucraina, Bielorussia e Russia. Comunque, la radioattività si sparse nel vento e colpì ampie regioni dell’emisfero settentrionale e dell’Europa, tra cui Inghilterra, Scozia e Galles.

Contaminazione da radiazioni

La maggioranza degli esperti concorda che l’area di esclusione entro i 30 chilometri da Chernobyl sia stata terribilmente contaminata con isotopi radioattivi come il Cesio-137, lo Stronzio-90 e lo Iodio-131, e che sia quindi inadatta per le attività umane. Invece, nè Hiroshima nè Nagasaki soffrono questa situazione. La differenza è da attribuire a tre fattori:

1) Il reattore di Chernobyl aveva molto più combustibile nucleare;

2) Sfruttava più efficientemente le reazioni nucleari;

3) A Chernobyl la dispersione dei prodotti di fissione fu sostenuta per alcuni giorni da un incendio che era originato dalla grafite presente nel reattore stesso (solo il 6 maggio si riuscì a riportare sotto controllo l’incendio e l’emissione di sostanze radioattive.)

Vanno considerate inoltre:

1) Quantità. Little Boy aveva circa 64 kg di uranio, Fat Man conteneva circa 6 kg di plutonio, mentre il reattore numero quattro disponeva di circa 160 tonnellate di combustibile nucleare.

2) Efficienza della reazione. Solo un chilo dell’uranio di Little Boy reagì effettivamente. Allo stesso modo, solo un chilo del plutonio di Fat Man andò incontro a fissione nucleare. Viceversa, a Chernobyl, almeno sette tonnellate di materiale radioattivo furono rilasciate nell’atmosfera; in più, a causa della fusione del nocciolo, furono rilasciati radioisotopi volatili, tra cui il 100% dello xeno e kripton contenuto, il 50% dello iodio, e tra il 20 e il 40% del cesio.

Futuro incerto

Nel corso del tempo, alcuni strani resoconti hanno cominciato ad arrivare dalla zona di esclusione di Chernobyl: gli animali selvatici sono tornati e, per lo più, sembrano star bene. Alci, caprioli, castori, cinghiali, lontre, tassi, cavalli, cervi, anatre, cigni, cicogne ed altri vengono attualmente cacciati da orsi, linci e branchi di lupi, e tutti sembrano fisicamente normali (ma denotano alti livelli di contaminazione radioattiva). Anche gli effetti iniziali di mutazioni delle piante, tra cui malformazioni e persino fosforescenze, oggi sono per lo più limitate ai cinque luoghi più contaminati.

Sebbene non tutti siano pronti a concordare che Chernobyl è la prova che la natura è capace di risanarsi, gli scienziati concordano sul fatto che studiare quell’ecosistema unico, e vedere come alcune specie prosperino, ha prodotto dati che in ultima analisi possono aiutare la nostra comprensione degli effetti delle radiazioni a lungo termine. Ad esempio, i semi di grano prelevati dal sito subito dopo l’incidente hanno prodotto mutazioni che si conservano ancora adesso, eppure la soia coltivata nel 2009 nei pressi del reattore sembra essersi adattata agli alti livelli di radioattività. Allo stesso modo, gli uccelli migratori, come le rondini, sembrano maggiormente influenzati dalle radiazioni della zona rispetto alle specie locali. Come un esperto ha spiegato, si sta studiando la flora e la fauna del luogo per rispondere a una semplice domanda: “Siamo più simili alle rondini o alla soia?”

Foto di Viktor Hesse da Unsplash