In alcune centrali nucleari o impianti nucleari sono presenti uno o più “ condensatori di emergenza ”.
Sono l'ultima risorsa per il raffreddamento di emergenza del nocciolo di un reattore nucleare ad acqua bollente, quando uno o più degli altri sistemi di raffreddamento ("RCIC") sono guasti in tutto o in parte.
Si trovano vicino e sopra il reattore .
Gli anglofoni li chiamano:
I francofoni, da una traduzione letterale delle corrispondenti espressioni di lingua inglese, li chiamano anche
Come risultato di questi vantaggi, tali " condensatori di riserva " sono stati integrati in vari tipi di reattori ad acqua bollente , compreso l'economico reattore ad acqua bollente semplificato ( ESBWR ; progettato da "un team internazionale di aziende elettriche, progettisti e ricercatori, con l'obiettivo di garantire il soddisfacimento degli standard industriali e governativi europei ” e “ di sfruttare la progettazione modulare del sistema di sicurezza passiva, le economie di scala nonché i vantaggi insiti nella semplicità degli impianti passivi con l'obiettivo di ridurre il fabbisogno di materiale e miglioramento della redditività…” .
Si possono citare due problemi:
In un reattore funzionante e in corsa, il calore del decadimento nucleare fa bollire una grande quantità di acqua. Quest'acqua viene in parte trasformata in vapore, che fa aumentare la pressione e la temperatura nel reattore.
Se la temperatura e la pressione salgono troppo, perché ad esempio l'acqua di raffreddamento del nocciolo scende, anche in caso di perfetto e rapido inserimento delle barre di comando nel nocciolo, le barre di combustibile rischiano di fondere ( fusione del nocciolo ) a causa di il calore latente rilasciato dal combustibile ancora molto "caldo".
La nave rischia quindi di rompersi (come a Chernobyl), rilasciando una grande quantità di radionuclidi e possibilmente idrogeno e ossigeno in grado di provocare un'esplosione di idrogeno (come durante il disastro di Fukushima ).
Se sono presenti uno o più (ridondanza dei sistemi di sicurezza è consigliata nell'industria nucleare) condensatori di riserva, in caso di surriscaldamento del nocciolo, parte del vapore prodotto può essere rimosso passivamente dal reattore e convogliato attraverso tubazioni molto resistenti e termicamente isolate , verso un grande scambiatore di calore (o più scambiatori). Il vapore proveniente dal nocciolo surriscaldato passa poi attraverso uno scambiatore di calore immerso in acqua fredda (o meno calda del vapore) e si condensa in acqua, che viene restituita per gravità (anch'essa da un tubo molto resistente) nel recipiente del reattore. poi aiuta a raffreddare.
Questo processo elimina la necessità di pompe elettriche. È autosufficiente fintanto che l'acqua fredda viene aggiunta (periodicamente) ai serbatoi del condensatore. I serbatoi contenenti l'acqua che raffredda il condensatore devono infatti essere periodicamente riempiti con acqua nuova (non mineralizzata per non intasare lo scambiatore), in quanto l'acqua evapora dal serbatoio.
Tale riempimento viene normalmente effettuato mediante elettropompe o - in caso di avaria di tali pompe - dalla rete antincendio, o in caso di avaria di quest'ultima da parte di un camion dei vigili del fuoco posto ai piedi dell'edificio del reattore, alla 'al di fuori.
I reattori (E) SBWR devono contenere una fornitura di tre giorni di acqua di raffreddamento, che teoricamente dia ai vigili del fuoco il tempo di venire a riempire il serbatoio in caso di problemi. Tutti i reattori, anche i più vecchi, hanno diversi sistemi di raffreddamento, solitamente ridondanti per limitare il rischio di guasto. Alcuni, compreso il reattore n ° 1 Fukushima Dai-ichi, hanno un altro sistema di raffreddamento camera di condensazione o camera di soppressione (questi sono i "torus" o reattori wetwell di 35 m di diametro Mark of General Electric). Ma queste camere toroidali possono, in determinate circostanze, non essere più sufficienti. E soprattutto, l'acqua che vi si condensa non può essere convogliata da sola (senza essere pompata) verso il cuore poiché quest'ultimo si trova al di sopra del toroide.
Poiché il sistema è robusto e quasi interamente passivo, è stato generalmente considerato affidabile e utile o addirittura essenziale per la sicurezza di un reattore.
Nel 2002 uno studio si è concentrato sull'affidabilità e sulle probabilità di prestazione termoidraulica di questi sistemi in caso di incidente, per diverse tipologie di installazione (e rispetto ai sistemi precedenti). Seguiranno altri studi, anche dopo l' incidente nucleare di Fukushima (rapida fusione del nucleo ed esplosione di idrogeno nell'edificio del reattore n° 1).
Il mancato funzionamento o più esattamente l'utilizzo troppo tardivo e troppo breve degli scambiatori IC ( Isolation Condenser ), sembra essere stato fortemente coinvolto nella rapida fusione (circa un'ora) all'origine della fusione del nocciolo del reattore n o 1 centrale nucleare di Fukushima (inmarzo 2011).
Nel sistema di raffreddamento risparmiano alcuni reattori di centrali nucleari , ed eventualmente per raffreddare il pool di combustibile esaurito (tra cui Fukushima Daiichi in Giappone), il vapore da condensare può essere sia molto caldo altamente radioattivo e ad una pressione maggiore di quella che normalmente si verifica in il reattore.
In questo caso il sistema può teoricamente funzionare in totale assenza di energia elettrica, ma alcune valvole devono essere aperte manualmente in caso di mancanza di corrente (cosa avvenuta troppo tardi nel reattore n.1 durante il disastro di Fukushima ).
Nel dicembre 2012, Mitsuhiko Tanaka (che ha partecipato alla costruzione dell'impianto di Fukushima e che è membro del comitato istituito dal Parlamento per analizzare l'incidente nucleare di Fukushima) è rimasto sorpreso dal fatto che questo condensatore non funzionasse, ha ritenuto che sia il condensatore che le tubazioni collegandolo al reattore era stato danneggiato dal terremoto, o che gli operatori non sapevano come usarlo. Secondo una ricostruzione diffusa da Arte qualche mese dopo, la seconda ipotesi era quella corretta).
La traccia di un errore umano in particolare relativo alla gestione del condensatore del reattore n . 1 della centrale nucleare di Fukushima Daiichi è stata evocata dall'operatore TEPCO, a più di un anno dal disastro, inmaggio 2011, sollecitando una richiesta del portavoce del governo giapponese Yukio Edano, il quale si è detto informato "attraverso la stampa" e ha chiesto all'agenzia governativa per la sicurezza industriale e nucleare [NISA] d'altre organizzazioni di analizzare con precisione cosa ha portato a questo errore, il La NISA ha sollecitato la Tepco a fornire una spiegazione dettagliata prima del 23 maggio 2011.
In condizioni operative normali del reattore, il sistema di controllo non è attivato. La parte superiore del condensatore è sempre collegata alla parte superiore del reattore da linee di vapore. Queste linee consentono l'ingresso del vapore caldo e radioattivo del reattore solo quando la valvola di ingresso viene aperta, a distanza, tramite comandi elettrici. In caso di surriscaldamento, il vapore entra nel condensatore IC e vi condensa (purché l'operatore abbia cura di rabboccare periodicamente con acqua il serbatoio, manualmente se non c'è più corrente elettrica).
Quando il sistema è attivato, una valvola si apre sul fondo del condensatore e l'acqua di condensa scorre nel nocciolo del reattore dove cade, per semplice gravità. Questo ciclo è continuo fino alla chiusura della presa a mare.
Grazie alla natura facilmente modulare dei sistemi di sicurezza passiva, al fine di mantenere lo stesso margine di sicurezza passiva, si è ritenuto sufficiente aumentare il numero di condensatori all'aumentare della potenza dei reattori, anche per l'SBWR europeo.
Ad esempio, dopo aver proposto di aumentare la potenza di un reattore ESBWR a 1190 MW, per aumentare ulteriormente tale potenza, fino a 3613 MWt, è sufficiente secondo E Lumini & al. sostituire i tre condensatori passivi da 10 MWt del contenimento (PCC for Passive Containment Condenser) con quattro condensatori da 15 MWt; per condensatori di emergenza. Nel caso dei condensatori di riserva (IC) di tre unità da 30 MWt per l'SBWR, si è passati a quattro unità da 33 MWt per l'ESBWR. In Europa, sono stati effettuati i primi test su prototipi di PCC e IC presso il test center “PANTHERS” di Piacenza , Italia. È sulla base di questi test che sono stati dimensionati gli impianti piscina del PCC/IC dell'ESBWR.
Fino al 2011 questo dispositivo era considerato uno dei più sicuri, perché passivo, modulare e dimensionato a priori dagli ingegneri per corrispondere al calore residuo da asportare.
Ha superato con successo i test del metodo APSRA ( Assessment of Passive System ReliAbility ).
Ma l'affidabilità di questi meccanismi è principalmente testata da modelli matematici . Tuttavia, nel 2012 esistevano ancora incertezze nel funzionamento e nella modellazione dei sistemi termoidraulici passivi, che secondo E Zio & N. Pedroni potrebbero portare in casi estremi all'incapacità del sistema di svolgere la sua funzione.
Dal punto di vista della valutazione del rischio e della gestione del rischio , vengono generalmente considerati almeno quattro tipi e fonti di incertezza, tre fonti essendo in grado di interferire tra loro;
Durante l' incidente nucleare di Fukushima nel 2011, gli operatori della TEPCO sembravano ignari di dover aprire la valvola manualmente. Questo sistema di ultima istanza è stato quindi attivato troppo tardi, quando probabilmente il cuore aveva già iniziato a sciogliersi. Inoltre, l'acqua di raffreddamento evaporava rapidamente e il condensatore non poteva funzionare a lungo. Gli operatori hanno deciso di chiudere le valvole dopo che i serbatoi del condensatore erano stati svuotati dell'acqua di raffreddamento.
Diversi sistemi di dimensioni più modeste, ma detti anche " condensatori di emergenza " , e anche circolazione naturale, per gravità al vapore convertito in raffreddamento ad acqua esistono per generatori a base di radioisotopi (convertitore turbina da 100 W) la cui sorgente è costituita da piastrine di cobalto irraggiate.
Il "cuore" di questi generatori è molto pericoloso a causa di una notevole radioattività (3000 curie per una potenza termica di 4500 watt all'inizio della loro vita), esistono anche condensatori di emergenza.
In tutti i casi (in particolare nel reattore di una centrale nucleare), una perdita di fluido o di acqua dal circuito primario non consente più il funzionamento del condensatore di emergenza.