Ai fini della sicurezza, il monitoraggio dei reattori nucleari di tutto il mondo è essenziale per garantire la loro conformità ai trattati internazionali. Tuttavia, nonostante l’efficacia degli attuali metodi di monitoraggio, questi comportano spesso procedure invasive che possono interrompere il funzionamento del reattore o presentare rischi per la sicurezza.
Inoltre, la tecnologia nucleare è in continua evoluzione, creando nuove sfide per il monitoraggio nucleare. Ad esempio, i piccoli reattori modulari (SMR) sono spesso installati in luoghi remoti, mentre i metodi di monitoraggio tradizionali sono progettati principalmente per impianti più grandi e potrebbero non essere sufficientemente adattabili o sensibili al funzionamento degli SMR.
Un team di ricercatori dell’EPFL e del Paul Scherrer Institute (PSI) ha recentemente sviluppato una tecnica non invasiva e più efficiente che utilizza il rumore gamma per monitorare i reattori. In un articolo pubblicato sulla rivista Scientific Reports, i ricercatori dimostrano che le radiazioni gamma - al contrario dei segnali neutronici utilizzati dai metodi di monitoraggio tradizionali - possono fornire dati accurati e aggiornati sulla criticità e sulla composizione del reattore senza alcuna intrusione fisica nel contenitore del reattore.
Lo studio è stato condotto da Oskari Pakari, scienziato del Laboratory of Reactor Physics and System Behaviour dell’EPFL e del Department of Nuclear Energy and Safety Research (diretto dal professor Andreas Pautz) dell’Istituto PSI.
Nel loro nuovo metodo di monitoraggio, i ricercatori hanno utilizzato due scintillatori di germanato di bismuto, che hanno posizionato strategicamente all’esterno del reattore di ricerca nucleare CROCUS dell’EPFL, consentendo loro di monitorare in modo non invasivo le radiazioni gamma emesse durante il suo funzionamento.
Le radiazioni gamma sono uno dei tipi di radiazioni elettromagnetiche prodotte durante la fissione nucleare, il processo che avviene all’interno di un reattore nucleare. I raggi gamma trasmettono informazioni sullo stato del reattore, come le variazioni della criticità e della composizione del combustibile (ad esempio l’uranio), senza interferire direttamente con il funzionamento del reattore.
Il nuovo metodo utilizza anche un’analisi statistica della variabilità del rilevamento dei raggi gamma nel tempo. A differenza dei metodi tradizionali, che si basano principalmente sui neutroni, l’analisi del rumore gamma si concentra sulle fluttuazioni del numero di raggi gamma, che corrispondono alle reazioni a catena di fissione che avvengono all’interno del reattore. È il grado di correlazione che fornisce informazioni sullo stato operativo del reattore.
Infine, il metodo può fornire dati essenziali in pochi minuti. Questo rappresenta un miglioramento significativo rispetto ai metodi tradizionali, che generalmente richiedono tempi di misurazione più lunghi e una maggiore vicinanza al nocciolo del reattore. Il metodo dei raggi gamma utilizza strumenti informatici per analizzare la varianza spazio-temporale dei raggi gamma rilevati, consentendo una valutazione rapida e accurata dello stato del reattore.
Il team ha testato il metodo in esperimenti approfonditi, dimostrando con successo la sua efficacia a distanze fino a diversi metri dal nucleo del reattore. Il controllo dei raggi gamma ha permesso di rilevare le costanti di decadimento rapido con un errore minimo, riducendo la necessità di un contatto diretto con il nucleo del reattore e migliorando la velocità e l’accuratezza dell’acquisizione dei dati.
Questo nuovo metodo consente un monitoraggio affidabile e non invasivo di vari tipi di reattori nucleari, compresi i PRM. Potrebbe trasformare i protocolli di sicurezza nucleare, facilitare la conformità ai trattati internazionali ed essere applicato ad altre aree che richiedono il monitoraggio delle radiazioni senza contatto diretto con i sensori.
