Analisi termofluidodinamica dei reattori nucleari innovativi refrigerati a gas

Introduzione  I-3 
realizzato soprattutto perché la priorità fu data, per motivi strategici e politici, ai reattori per 
sottomarini militari raffreddati ad acqua (PWR). In seguito, alla metà degli anni '50, una serie di 
studi sul reattore a gas ad alta temperatura sono stati iniziati in diversi paesi, quali il Regno Unito, 
gli Stati Uniti e la Germania. Essi hanno condotto alla costruzione di tre prototipi (DRAGON nel 
Regno Unito, PEACH BOTTOM negli Stati Uniti ed AVR in Germania). 
L'innovazione fondamentale nel campo della tecnologia degli HTR è stata l'invenzione della 
microparticella rivestita del combustibile (CP, Coated Particle) con le sue eccezionali qualità di 
resistenza e di ritenzione dei prodotti di fissione. All'Università di Pisa questi reattori sono oggetto 
di studio da lungo tempo, sin dalle ricerche condotte a partire dal 1967 dal compianto Prof. Poggi e 
dal Prof. Cerullo, continuate poi anche all'Università di Genova[I-6] e tuttora in corso[I-7][I-8][I-9] 
presso l'Università di Pisa. 
Gli HTR sono caratterizzati da un nocciolo completamente ceramico e da un refrigerante 
neutronicamente non attivo e non corrosivo (elio o anidride carbonica) il che consente di poter 
avere alte temperature operative. La grande capacità termica del nocciolo e la sua bassa densità di 
potenza costituiscono la ragione della lenta progressione e delle limitate conseguenze di potenziali, 
anche se improbabili, incidenti. Queste caratteristiche sono alla base dell'attuale interesse per lo 
sviluppo dei reattori a gas ad alta temperatura (o HTGR, High Temperature Gas Cooled Reactor, 
come questi reattori sono chiamati negli Stati Uniti). 
L’elemento fondamentale della sicurezza per i reattori HTR è costituito dal fatto che, anche in 
situazione incidentale, per temperature inferiori a 1600°C, i prodotti di fissione sono completamente 
ritenuti nelle particelle elementari costituenti il combustibile (CP di tipo TRISO). Occorre 
sottolineare che la già citata bassa densità di potenza, tipica di questi reattori (qualche KW/l), fa 
anche sì che si possa ritenere che questa temperatura non venga mai raggiunta. 
Oggi tale filiera si può ragionevolmente ritenere una risposta innovativa per le attuali richieste del 
mercato mondiale dell'energia e per quelle future (auspicabili) quale la produzione di idrogeno e la 
desalinizzazione. I risultati ottenuti e quelli che si attendono dai reattori sperimentali situati in 
Giappone (HTTR) ed in Cina (HTR-10) insieme all'esperienza accumulata dall'esercizio di altri 
reattori raffreddati a gas, costituiscono una sicura base tecnologica per uno sviluppo commerciale 
presente (ad esempio il reattore PBMR in Sudafrica) e futuro. 
Oltre ai reattori a spettro termico precedentemente descritti, negli ultimi tempi sono divenuti 
oggetto di studio della comunità scientifica internazionale[I-10] i reattori a gas a spettro veloce, i 
cosiddetti GCFR (Gas Cooled Fast Reactor). Questa tipologia di reattori, seppur ancora in una fase 
preliminare di sviluppo, rappresenta una prospettiva molto interessante perché essi combinano le 
positive caratteristiche comuni a tutti i reattori veloci (possibilità di autofertilizzazione e quindi di