Nuova frontiera nucleare. Quali sono i vantaggi del Torio sull’Uranio?

Articolo a cura di Stefano TERLIZZI

Il Torio è il novantesimo elemento della tavola periodica. Scoperto nel 1828 dal fisico svedese Jöns Jacob Berzelius, deve il suo nome al dio norreno del tuono e della tempesta. Esiste solo un isotopo “stabile” del Torio, che costituisce circa il 100% dell’elemento naturale. Quest’ultimo, l’isotopo 232, è debolmente radioattivo e soggetto a decadimento alfa con emivita di 14,5 miliardi di anni. In altre parole, la probabilità che un atomo di Torio in un anno è trascurabile, i.e., circa lo 0.0000000048%, rendendolo “stabile” su scala temporale umana.

Non è difficile incontrare brani scritti da opinionisti che propongono di utilizzare il Torio come combustibile per le centrali nucleari di nuova generazione. La maggior parte dei pezzi di opinione insiste su quattro argomenti o ipotesi:

1. il Torio può sostituire l’Uranio,
2. il Torio è più abbondante dell’Uranio,
3. il Torio non può essere utilizzato per costruire ordigni nucleari,
4. il Torio, quando utilizzato come combustibile, produce meno rifiuti radioattivi.

In questo articolo, questi quattro punti vengono brevemente analizzati considerando la letteratura scientifica sull’argomento.

Può il Torio sostituire l’Uranio come combustibile?

Non esattamente. Il Torio non è un elemento fissile, ma fertile. Ergo, non può essere utilizzato per generare una reazione di fissione a catena controllata, i.e., ad un neutrone assorbito ne corrisponde uno prodotto, come nel caso dell’Uranio. Tuttavia, quando esso assorbe un neutrone può trasmutarsi in Uranio 233 (233U), che è fissile, attraverso la catena di reazioni rappresentata in figura. L’Uranio 233 può essere utilizzato per generare la reazione a catena controllata che è alla base della produzione di energia nei reattori nucleari. Tuttavia, come evidente dalla figura, per innescare questa reazione di trasmutazione, sono necessari neutroni, solitamente prodotti da elementi fissili come Uranio 235 o Plutonio 239. Quindi, per utilizzare il nuovo elemento, è necessaria una componente di materiale fissile tradizionale, chiamata in gergo driver o seed, benché questa sia inferiore a quella che dovrebbe essere utilizzata per alimentare l’intero reattore.

Il Torio è più abbondante dell’Uranio?

Sì. Si stima che il Torio sia quattro volte più abbondante dell’Uranio. La fonte maggiore di Torio è la monazite, che contiene fino a 12% di fosfato di Torio, ed in media il 6-7%. Le riserve stimate di monazite sono 16 milioni di tonnellate, le maggior parte delle quali sono localizzate in India. Altri stati con riserve consistenti di Torio sono Brasile, Australia e Stati Uniti.

Possono essere costruiti ordigni nucleari al Torio?

Non direttamente. Come detto precedentemente, il Torio è un materiale fertile che può trasmutare nell’isotopo fissile 233U.

Quest’ultimo è utilizzabile come materiale fissile in bombe atomiche. In particolare, l’elevato numero di neutroni per fissione rilasciati da questo isotopo, lo rende ideale per minimizzare la massa critica. Tuttavia, risulta poco economico per via della produzione collaterale di Uranio 232 (232U) durante la catena di trasmutazione in figura precedente.

Infatti, l’232U è un forte emettitore gamma. Questo complica sia la manifattura della bomba, poiché gli operai possono maneggiare il materiale solo utilizzando un pesante schermo contro le radiazioni, sia il design della bomba che deve essere ottimizzato perché i raggi gamma non “friggano” i circuiti elettrici.

Produce meno scorie nucleari?

Ipotizzando che con il termine “scorie” si denotino rifiuti nucleari ad alta radioattività ricchi in transuranici e che il Th-232 sia utilizzato in reattori a sali fusi, esso ha le potenzialità per diminuire il volume e la radiotossicità delle scorie. Concettualmente, questo avviene perché il Torio è un elemento più leggero dell’Uranio. Dunque, servono catene di trasmutazioni più lunghe per produrre materiali transuranici, i.e., elementi con più di 92 protoni, che costituiscono la maggior parte dei rifiuti ad alta radioattività. Catene di trasmutazione più lunghe si traducono in minore probabilità di produrre elementi transuranici per cattura di neutroni. Per maggiori informazioni su questo tema, consiglio di leggere l’ottimo report della IAEA intitolato “Thorium fuel cycle — Potential benefits and challenges”.