Calore di decadimento

Il calore di decadimento è il calore rilasciato a seguito del decadimento radioattivo. Questo calore viene prodotto come effetto della radiazione sui materiali: l'energia della radiazione data dalle particelle alfa, beta o dai raggi gamma viene convertita nel movimento termico degli atomi. È un fenomeno naturale che si verifica dal decadimento dei radioisotopi di lunga vita media che sono primordialmente presenti sulla Terra fin dalla formazione del pianeta.

Nei reattori nucleari, il calore di decadimento continua a essere generato dopo il loro spegnimento (SCRAM) e la sospensione della produzione di energia. Il decadimento dei radioisotopi di breve vita come lo iodio-131 creato nella fissione continua ad essere di alta potenza per un certo periodo dopo lo spegnimento.^[1] La principale fonte di produzione di calore in un reattore appena spento è dovuta al decadimento beta di nuovi elementi radioattivi recentemente prodotti dai frammenti di fissione nel processo di fissione.

Quantitativamente, al momento dell'arresto del reattore, il calore di decadimento da queste sorgenti radioattive è ancora il 6,5% della precedente potenza del nocciolo se il reattore è stato acceso a lungo. Circa un'ora dopo lo spegnimento, il calore di decadimento sarà circa l'1,5% della precedente potenza del nocciolo. Dopo un giorno, il calore di decadimento scende allo 0,4% e dopo una settimana sarà solo dello 0,2%. ^[2] Poiché nei rifiuti nucleari sono presenti radioisotopi con diverse emivite, il calore di decadimento che viene prodotto nelle barre di combustibile esaurito è tale che tali barre vengano stoccate in una piscina di disattivazione per un periodo che va un anno a dieci o venti anni prima di essere ulteriormente processate. Tuttavia, il calore prodotto durante questo periodo è ancora solo una piccola frazione (meno del 10%) del calore prodotto nella prima settimana dopo lo spegnimento.^[1]

Se nessun sistema di raffreddamento funziona per rimuovere il calore di decadimento da un reattore paralizzato e appena spento, il calore di decadimento può far sì che il nocciolo del reattore raggiunga temperature non sicure entro poche ore o giorni, a seconda del tipo di nocciolo. Queste temperature estreme possono causare leggeri danni al combustibile (ad es. alcuni guasti alle particelle di carburante (da 0,1 a 0,5%) in un progetto con raffreddamento a gas e moderato con grafite^[3]) o anche gravi danni strutturali del nocciolo (meltdown) in un reattore ad acqua leggera^[4] o reattore veloce a metallo liquido. Le specie chimiche rilasciate dal materiale del nocciolo danneggiato possono portare a ulteriori reazioni esplosive (vapore o idrogeno) che possono danneggiare ulteriormente il reattore.