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Tecnologie d‟avanguardia nella      gestione dei rifiuti radioattivi e nella        decontaminazione ambientale           ...
Management of radioactive waste: from             transmutation to bioremediation   A topical meeting on emerging technolo...
L‟opinione pubblica in Europa e ilproblema delle scorie nucleari eradioattivePercepito come uno dei più graviQuello su cui...
Nel mondo ci sono 368 reattori nucleari industriali attivi (USA- 104; Francia-58,Giappone-58, Russia-33, S.Corea-21, Ukrai...
I SITI NUCLEARI IN ITALIA
Campo di          Lavoratori        Persone del                                                                           ...
COSA SI FA ora E COSA SI POTREBBE FARE in futuroPrincipi generali del trattamento attuale•   Concentrare ed isolare i rifi...
Basics and Objectives of P&T (cont’d)Used fuel and HLW repository hazard vs. risk   – Partitioning and Transmutation (P&T...
L‟inventario radiotossicologico                   Source: Physics & Safety of Transmutation Systems , NEA 6090            ...
LA TRASMUtazione delle scorie HLW: I sistemi ads                                  Reattori ADS subcritici                 ...
MYRRHA: EXPERIMENTAL ACCELERATOR DRIVEN SYSTEM      A pan-European, innovative and unique facility  Time horizon: full op...
A low power ADS based on               enriched U fuel and solid LeadMotivation• Availability of 70 MeV, 0.5 mA proton    ...
Lead Fast Reactors Development Road Map                                  GUENEVIERE (Mol)                                 ...
La radiocontaminazione• I rifiuti radioattivi sono  rimasti sottoterra per  decenni. Tuttavia resta la  preoccupazione che...
La biorimediazioneTecnologia che usa microrganismi per ridurre, eliminare, contenere o trasformare in prodotti innocuii co...
http://www.guardian.co.uk/money/2010/jan/09/jobs-of-the-future
Other key jobs for 2020Cloud controller Buys the planet time – maybe 25 years – in the fight against climatechange, by inc...
Come agiscono I batteri?
Microbial U(VI) reductionReduction of U(VI) by microbes leads to immobilization as a solid phase.              Reduced ele...
U(VI) contamination                                                   Drinking water pumping station!                     ...
A Remediation strategy                                                      Drinking water pumping station!               ...
Phytoremediation
Content   What is phytoremediation?   Areas of applicability   Phytoextraction   Rhizofiltration   Phytostabilisation...
Summary Phytoextraction    more myth than reality Rhizofiltration    feasible but detailed investigation Phytostabili...
Transmutation of radioactive waste in         biological systems      (history, models, experiments, perspectives)V.I. Vys...
The typical components of high-level radioactive reactor waste    Isotope   Half-life   Activity (in relation to Pu239) Ma...
Contents1. Prehistory2. Experiments on controlled transmutation of nuclear isotopes in    growing microbiological cultures...
Spectrum of                                  gamma-radiation of                                  distilled water from     ...
1          Q(t)/Q(0)0.9                                           Qcontrol and Qcultures (decay of Co60 in both0.8        ...
Metabolizzazione dell‟Arsenico                                Published Online December 2 2010 Science 3 June 2011:       ...
due specie di batteri FrascataniRalstonia e stenotrophomasdetusculanenseBatteri estremofili aggregatoridi metalli scoperti...
Istituto Nazionale di Fisica             NucleareEnte pubblico che promuove, coordina ed effettua la ricerca scientifica n...
Grazie dell‟attenzione!Sergio.Bartalucci@lnf.infn.itSergiobarta@tiscali.it
Rotary Forum 19.05.2012
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  • L’Italia, con il referendum, ha negato definitivamente la possibilità di costruire centrali nucleari sul territorio. A parte il fatto che , come si suol dire nulla è più definitivo di ciò che è provvisorio e viceversa, quindi come abbiamo visto è già accaduto per altri paesi, nulla è più provvisorio di ciò che è definitivo, i problemi con I rifiuti radioattivi e le scorie sussistono ancora! Quindi I problemi del nucleare non sono affatto risolti.
  • Convegno Interdisciplinare , che mette a comune la tecnologia delle macchine acceleratrici di particelle, di cui l’INFN detiene le competenze in Italia e che possono essere applicati anche al trattamento dei rifiuti nucleari.
  • Recentementeapprovato dal ParlamentoEuropeoildivieto di esportazionedefinitivadellescorie verso Paesiterziedilpermessoall’internodella UE solo per ilriprocessamento.Effluentiliquidi : depurazioneacqua di ciclo, trattamentodell’acquadellapiscina del combustibile (presenza di corrosioneradioattiva), dal drenaggiodelleapparecchiature e da varieoperazioni di lavaggioedaeriformi: aria dallaventilazionedegliedifici, gas derivanti dal trattamentodell’acqua di ciclo.Tuttoregolamentato e monitorato, con limiti assai strettisulrilascioambientale per giorno, mese, anno.Decommissioning: motori diesel di emergenza, turbine edalternatori, smontaggio e segmentazione di condotteprimarie, serbatoi, macchine di scarifica, fanghi, resine, concentrati, materialichimici di scarto,Rifiuti dalla medicina: 1) radiodiagnostica, scintigrafia, RIA (Radio Immunologia), MOC (Mineralometria Ossea Computerizzata); 2)radioterapia, irraggiamento tramite sorgenti in oncologia.Rifiuti dall’industria estrattiva, fertilizzanti a base di fosforo, estrazione e combustione del carbone e del petrolio immettono radioattività nel’atmosfera.Un’altraimportantefonte di rifiutiradioattiviè data dalleattivitàindustrialichefannouso di materialiradioattivie sorgenti a diversilivellinellaproduzione. Tipichesono le applicazioni per la produzione di orologiluminescenti, torio per la produzionedi lenti, uranio per la produzionedi protesidentarie e di sorgentiradioattive per ilcontrollo di qualitàdellesaldature. Un’ultimaimportantefonte di rifiutiradioattivièrappresentatadalleapplicazionidellaricercascientifica e tecnologica, nel cui ambitosorgenti e sostanzeradioattivesonoutilizzate per moltiscopi.
  • In addition to U, Pu and 129I, “Partitioning” extracts from the liquid high level waste the minor actinides (MA) and the long-lived fission products (LLFP) 99Tc, 93Zr, 135Cs, 107Pd, and 79SeLong-term waste repository heat, radio-toxicity and peak doseDominated by the 241Pu  241Am  237Np decay chainThus, can only be effectively reduced if transuranics are “incinerated” through fission very hard neutron spectra neededNew reactor concepts [dedicated fast reactors, Accelerator Driven Systems (ADS), fusion/fission hybrid reactors] have been proposed as transmuters/incinerators
  • L’inventario radiotossicologico è la misura della dose equivalente a cui è espostauna persona a seguito dell’incorporazione di una data quantità di un elemento radioattivo.Questo parametro dipende dalle caratteristiche fisiche e chimiche del radionuclide inesame (quali tempo di dimezzamento, numero atomico, forma chimica), ma anche dallamodalità di incorporazione all’interno del corpo umano (per via inalatoria, attraversoferite o per ingestione) e dai modelli usati per descrivere la permanenza del nuclideall’interno degli organi (uptake, clearance).Dominato dagli FP (Cs e Sr, beta emitters) per i primi 40 anni per UOX, poi dai MA dopo 100 anniPer MOX è circa 4 volte superiore, ed è dominato dal Pu dai 50 anni fino a 1.5 My.Nel caso LWR (fig. in basso) con combustibile UOX, si vede come gli FP dominano per alcune centinaia di annimentre i TRU si mantegono per centinaia di migliaia di anni.
  • X-ads dove X sta per experimental, non per proibito o porno!Il sistema di raffreddamento è un altro aspetto in studio: essendo richiesti alte densitàdi flusso neutronico, l’utilizzo dell’acqua (pesante o leggera) è un’opzione da scartare.Un’alternativa per il sistema di raffreddamento primario è rappresentata dall’utilizzo di gas(per esempio l’He o CO2) o metalli liquidi. I metalli liquidi presentano degli indubbivantaggi se confrontati con i gas: infatti questi ultimi necessitano di pressioni molto alte(5-7 MPa) e quindi operazioni quali caricamento del vessel e del target devono esseresvolte meccanicamente. Per quanto riguarda i metalli liquidi, sodio e potassio sonoaltamente corrosivi per la struttura del reattore, hanno alta reattività con aria e acqua esono quindi da scartare. Sono quindi in studio metalli liquidi diversi, tra cui in particolareil piombo, con punto di fusione 327.4 °C, e la sua lega eutettica con il bismuto LBE 17), cheha punto di fusione 123.5 – 125 °C. Piombo e bismuto presentano una bassa reattivitàchimica con aria, ossigeno e vapore acqueo se confrontata con metalli alcalini quali Na e Ke hanno alta temperatura di ebollizione e bassa pressione di vapore. Una controindicazioneè invece la solubilità di diverse componenti metalliche (soprattutto quelle di nichel) deimateriali strutturali. Un ulteriore vantaggio nell’utilizzo del composto LBE è che puòessere usato nella sorgente di spallazione, e ciò semplifica la struttura del sistema.
  • Figura: esempio di ‘pennacchio’ inquinante la falda acquifera, dovuto a rifiuti misti risultanti dalla percolazione di serbatoi in perdita, discariche, piscine, canalizzazioni. Sorgenti inquinanti possono essere puntiformi, come perdite da un singolo tank, canalizzazioni, piscine, scarichi, o anche estese.
  • Building B30, colloquially known as dirty thirty, is a pond which was used to store spent fuel from MAGNOX power stations. The pond is 20m wide, 150m long and 6m deep. Birds can land on its surface and take small amounts of radioactive substances with them. The pond was used from 1960 until 1986. A confinement wall is scheduled to be built in the future to help it withstand earthquakes. The pool is to be emptied and dismantled in years to come.It is impossible to determine exactly how much radioactive waste is stored in B30; algae is forming in the pool, making visual examinations difficult. British authorities have not been able to provide the Euratom inspectors with precise data. The European Commission has thus sued Great Britain in the European Court of Justice.[59][60] There are expected to be about 1.3 tons of plutonium, 400 kg of which are in mud sediments.[61] It is thought the pool also contains waste from the Tokai Mura plant (Japan).[62]Radiation around the pool can get so high that a person is not allowed to stay more than 2 minutes, seriously affecting decommissioning.[63] The pool is not watertight, time and weather have created cracks in the concrete, letting contaminated water leak.DecommissioningSellafield's biggest decommissioning challenges relate to the leftovers of the early nuclear research and nuclear weapons programmes.[84] Sellafield houses "the most hazardous industrial building in western Europe" (building B30) and the second-most (building B38), which hold a variety of leftovers from the first Magnox plants in ageing ponds.[84] Some of the problems with B38 date back to the 1972 miners' strike: the reactors were pushed so hard that waste processing could not keep up, and "cladding and fuel were simply thrown into B38's cooling ponds and left to disintegrate."[84] Some of the problems date back to the original nuclear weapons programme at Sellafield, when Piles 1 and 2 were constructed at breakneck speed, and safe disposal was not a priority. Building B41 still houses the aluminium cladding for the uranium fuel rods of Piles 1 and 2, and is modelled on a grain silo, with waste tipped in at the top and argon gas added to prevent fires.[84]
  • In un ecosistema, c’è una fitocenosi ed una zoocenosi, che costituiscono una biocenosi. La zoocenosi è il complesso degli organismi animali che in un ecosistema compongono una biocenosi.
  • Layers of alfalfa (erbamedica) dated to 6000 B.C. found in southern Iran point to long-term human knowledge of the value of compost. Archeologists interpret the evidence that people kept animals based on milk in pottery shards and turned alfalfa into the soil in addition to feeding it to their livestock.(Abdelous, Los Alamos): Battericapacidiridurrel’uranio a uraninite UO2 , altamenteinsolubile,nelleacquesuperficiali e nelsuolosottostante, stimolatidall’aggiuntadietanoledaltrinutrienti.(Vysotskii): Microbial-catalyst transmutatorcheusal’acqua del reattoresper. dell’univ. di Kiev con associazionemicrobichesynthrophin per studiare la riduzionediattivita’ dicertiisotopi (Ba e La, ma il Co no)(Lloyd, fig.):although 238U remains the priority pollutant in most medium- and low-level radioactive wastes, other actinidesincluding 230Th, 237Np, 241Pu and 241Am can also be present [116,124]. Th(IV) and Am(III) are stable acrossmost Eh values encountered in radionuclide-contaminated waters (Fig. 5) but the potentials for Pu(V)/Pu(IV) and Np(V)/Np(IV), in common with that of U(VI)/U(IV), are more electropositive than the standard redox potential of ferrihydrite/Fe2þ (approximately 0 V [12]). Thus, Fe(III)-reducing bacteria have the metabolic potential to reduce these radionuclidesenzymatically, or via Fe(II) producedfrom the reduction of Fe(III) oxides.Moreno (no figure): Biofilm formation at the nuclear power plant facilities and the potential use of those microbial populations in the bioremediation ofradioactive water. The radioactivity of the biofilm was measured using γ-ray spectrometry, which revealed that biofilms were able toretain radionuclides, especially 60Co. Using metallic materials to decontaminate radioactive water could become a new approach for bioremediationSome bacteria, including a species called Geobactersulfurreducens, are known to get their energy from reducing — or adding electrons to — metals in the environment. When uranium dissolved in groundwater is reduced in this way, the metal becomes much less soluble, reducing the spread of contamination.
  • I batteri sono il più potente laboratorio chimico esistente sulla terraBioaccumulo: ritenzione e concentrazione di sostanze all’interno di un organismo, con il passaggio di un soluto attraverso la membrana cellulare e sua collocazione nel citoplasma.Biosorbimento: descrive l’associazione di sostanze solubili con la superficie della cellula e non richiede metabolismo attivo.Biodegradazione di agenti chelanti, ossia sostanze organiche che creano doppio legame chimico con ioni metallici e vengono usati come detergenti nell’industria nucleare.Biotrasformazione, come bioriduzione attraverso l’intervento di proteine/enzimiBiomineralizzazione: produzione di composti chimici, carbonati, sulfuri, fosfati etc. come il carbonato di calcio nei vertebratiAssorbimento chimico (attenzione! Adsorption=adesione superficiale, Absorption= penetrazione all’interno del materiale) di metalli aumentato da batteri: precipitazione dell’idrogenico uranil fosfato => Science 257, 782-784.Bioleaching: estrazione di metalli, tra cui anche l’Uranio, dispersi nei i minerali, favorendo vari processi chimici.
  • Phytoremediation, a novel plant-based remediation technology, is applied to a variety of radionuclide-contaminated sites all over the world. Phytoremediation is defined as the use of green plants to remove pollutants from the environment or to render them harmless. Current status of several subsets of phytoremediation of radionuclides is discussed: (a) phytoextraction, in which high biomass radionuclide-accumulating plants and appropriate soil amendments are used to transport and concentrate radionuclides from the soil into the above-ground shoots, which are harvested with conventional agricultural methods, (b) rhizofiltration, in which plant roots are used to precipitate and concentrate radionuclides from polluted effluents, (c) phytovolatilization, in which plants extract volatile radionuclides from soil and volatilize them from the foliage and (d) phytostabilization, in which plants stabilize radionuclides in soils, thus rendering them harmless. It is shown that phytoremediation is a fast developing field and the phytoremediation of radionuclides might soon become an integral part of the environment management and risk reduction process.phytostimulation;: use of microbes in rhizosphere of palnts to degrade organic pollutantsPhytoextraction — uptake and concentration of substances from the environment into the plant biomass.Phytostabilization — reducing the mobility of substances in the environment, for example, by limiting the leaching of substances from the soil.Phytotransformation — chemical modification of environmental substances as a direct result of plant metabolism, often resulting in their inactivation, degradation (phytodegradation), or immobilization (phytostabilization).Phytostimulation — enhancement of soil microbial activity for the degradation of contaminants, typically by organisms that associate with roots. This process is also known as rhizosphere degradation. Phytostimulation can also involve aquatic plants supporting active populations of microbial degraders, as in the stimulation of atrazine degradation by hornwort.[2]Phytovolatilization — removal of substances from soil or water with release into the air, sometimes as a result of phytotransformation to more volatile and/or less polluting substances.Rhizofiltration — filtering water through a mass of roots to remove toxic substances or excess nutrients. The pollutants remain absorbed in or adsorbed to the roots.
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    1. 1. Tecnologie d‟avanguardia nella gestione dei rifiuti radioattivi e nella decontaminazione ambientale Risultati da un recente Convegno Internazionale ‘Gestione dei rifiuti radioattivi: dalla trasmutazione alla biorimediazione’organizzato dallIstituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) il 23 aprile scorso a Frascati su tecnologie innovative per il trattamento delle scorie nucleari e radioattivee la decontaminazione ambientale con particolare attenzione alle potenzialità in questo settore delle macchine acceleratrici di particelle
    2. 2. Management of radioactive waste: from transmutation to bioremediation A topical meeting on emerging technologies for the treatment of nuclear and radioactive waste with emphasis on potentialities of new accelerator projects in the field INFN - Laboratori Nazionali di Frascati Auditorium Bruno Touschek Monday April the 23rd, 2012 http://www.lnf.infn.it/conference/bioremediation/index.html Nuclear data for radioactive waste managementEnrico Sartori, ex NEA-OECD, Paris, FRANCE High-level waste (HLW) treatment, partitioningWaclaw Gudowski, Royal Institute of Technology, and transmutationStockholm, SWEDEN Accelerator-driven systems for nuclearAlexander Stanculescu, Idaho National transmutationLaboratory, Idaho Falls, USA A fast neutron source for transmutation ofMarco Ripani, INFN & Univ. of Genoa, Genoa, nuclear wasteITALY Application of synchrotron-based techniques inMohamed Merroun, University of Granada, bacterial/radionuclide interaction studiesGranada, SPAIN Phytoremediation options for radioactivelyHildegarde Vandenhove, SCK-CEN, Mol, contaminated sites evaluatedBELGIUM Bioremediation of radioactive waste:Jonathan R. LLoyd, University of Manchester, radionuclide–microbe interactionsManchester, UK Transmutation of radioactive waste in biologicalVladimir I. Vysotskij, Kiev Shevchenko University, systemsKiev, UKRAINE X-rays shine light on environmental clean-up:Rizlan Bernier-Latmani, EPFL, Lausanne, using synchrotron techniques for bioremediationSWITZERLANDOrganizing CommitteeSergio Bartalucci INFN-Laboratori Nazionali di Frascati (Chair) Sergio.Bartalucci@lnf.infn.itCalogero Natoli INFN-Laboratori Nazionali di FrascatiGiorgio Prinzi CIRN - Comitato It. Rilancio NucleareSilvia Colasanti INFN-Laboratori Nazionali di Frascati (Segr.) Silvia.Colasanti@lnf.infn.it
    3. 3. L‟opinione pubblica in Europa e ilproblema delle scorie nucleari eradioattivePercepito come uno dei più graviQuello su cui si hanno più dubbi e sidesidera più informazioneFonte: Special Eurobarometer 324, Marzo 2010
    4. 4. Nel mondo ci sono 368 reattori nucleari industriali attivi (USA- 104; Francia-58,Giappone-58, Russia-33, S.Corea-21, Ukraina-15); 63 – in costruzione, 138 – chiusi. Nel mondo ci sono più di 200.000 t di combustibile esaurito (scorie di alto livello) ese ne producono 15 000 t/anno.Inoltre in ogni reattore ci sono migliaia di t di acqua altamente radioattiva (più di 1milione di t nel mondo).Inoltre nel mondo ci sono più di 10 milioni di t scorie a bassa attività.
    5. 5. I SITI NUCLEARI IN ITALIA
    6. 6. Campo di Lavoratori Persone del applicazione esposti pubblico Attività  nr. decadimenti nucl.per unità di tempo 1 Bq =1 dis/sec Le scorie nucleari e radioattive Dose assorbita  energia rilasciata per unità di massa 1 Gy =1 J/kg Dose equivalente  dose assorbita da un organo „pesata‟ 1 Sv= 1 Dose efficace 20 mSv/anno 1 mSv/anno Gy/wr Dose equivalente Dose efficace  somma dosi assorbite „pesata‟ sui varii organi Sv al cristallino 150 mSv/anno 15 mSv/anno generati da ospedali, laboratori, industrie alla pelle 500 mSv/anno 50 mSv/annoI rifiuti nucleari siindumenti usacontaminati e carta, oggetti, e getta, filtri altri materiali classificano in base debolmente alla radioattività alle estremità 500 mSv/anno• Sotto i livelli imposti dalle normative (ICRP 90 e D.Lgs 230/95)• Rifiuti a basso livello(LLW) circa il 90% in volume ma solo 1% della radioattività totale• Rifiuti di livello medio (MILW) circa il 7% in volume e 4% della radioattività• Rifiuti di alto livello (HLW) oltre il 90% della radioattività totale Resine, filtri, liquami, componenti del reattore, materiali contaminati dallo smantellamento dei reattori combustibile esausto direttamente dalle centrali o dal Inoltre c‟è la contaminazione ambientale, di riprocessa-mento, dalla produzione o smantellamento degli tipo LLW e MILW arsenali nucleari• Funzionamento e Manutenzione di centrali ed impianti: effluenti liquidi ed aeriformi• Decommissioning di centrali ed impianti: rifiuti solidi (in Italia soltanto 25 + 11 mila m3), liquidi ed aeriformi• Radionuclidi rilasciati a seguito d‟incidenti nucleari: contaminazione di suoli e acque
    7. 7. COSA SI FA ora E COSA SI POTREBBE FARE in futuroPrincipi generali del trattamento attuale• Concentrare ed isolare i rifiuti in siti predisposti (non ancora pronti per gli HLW)• Attesa fino a quando il livello di radioattività sia più gestibile (non per gli HLW)• Diluizione e dispersione nell‟ ambient (sotto la soglia regolamentata o naturale) e• Decontaminazione ambientale: metodi chimico-fisici, ancora sperimentaliTrattamento delle scorie HLW con il metodo P&T (Partitioning & Transmutation)• Separare il materiale fissile (U +Pu), gli attinidi minori (MA= Np, Am, Cm,…), i prodotti di fissione (FP) a lunga emivita (99Tc, 129I, 93Zr, 135Cs, 107Pd, e 79Se)• Avviare U +Pu al riprocessamento, oppure trasmutarli, insieme agli MA e FP, in reattori critici o subcritici pilotati da un Acceleratore di protoni (sistemi ADS, Accelerator Driven Systems)Decontaminazione ambientale con l’uso di microorganismi e piante(Biorimediazione)
    8. 8. Basics and Objectives of P&T (cont’d)Used fuel and HLW repository hazard vs. risk – Partitioning and Transmutation (P&T) objective  reduction of long-term hazard of used fuel or HLW repository by transforming long-lived radionuclides into short-lived or inactive elements – “Conventional” waste management objective  reduction of long- term radiological risk (combination of potential hazard and confining properties)Hazard reduction (P&T objective) requires very different and much more fundamental measures as compared to risk reduction: – Long-term hazard of spent fuel and HLW is associated with the radioactive source, i.e. the transuranics – Short and long-term risks are due to the mobility of fission products in the geosphere and the possibility to enter the biosphereFrascati, April 2012 9
    9. 9. L‟inventario radiotossicologico Source: Physics & Safety of Transmutation Systems , NEA 6090 NEA Rep. 2002Radiotossicità derivante da 1 tonnellata di combustibile nucleare esausto.Con unefficienza di partizione del 99.9% dei prodotti a lunga vita dai rifiuti seguita da trasmutazione,il livello di radiotossicità di riferimento può essere raggiunto entro 700 anni!
    10. 10. LA TRASMUtazione delle scorie HLW: I sistemi ads Reattori ADS subcritici Utilizzano qualsiasi tipo di combustibile nucleare Elevata efficienza, estrema sicurezza Amplificatore di energia (Rubbia) Però ancora molta ricerca da fare: •Acceleratore •Bersaglio neutronico •Combustibile e suo ciclo •Reattore subcritico Unico progetto europeo: MYRRHA in sviluppo presso SCK-CEN a Mol (Belgio). Partito nel 1997 ==> 2018-2023 Costo previsto ≈ 1 G€ di cui contributo UE < 10% FPVI 2001-2006 FPVII 2007-2012 Fusione Nucleare 824 1947 Fissione Nucleare 209 287 centri (JRC) 319 517Schema di principio di un ADS Totale M€ 1352 2751
    11. 11. MYRRHA: EXPERIMENTAL ACCELERATOR DRIVEN SYSTEM A pan-European, innovative and unique facility  Time horizon: full operation ~ 2023  Costs: ~ EUR 960 million
    12. 12. A low power ADS based on enriched U fuel and solid LeadMotivation• Availability of 70 MeV, 0.5 mA proton Broad collaboration between cyclotron purchased by INFN as driver INFN, Ansaldo for SPES project on radioactive ion Nucleare, ENEA, Politecnico di beams Milano, Politecnico di• Collaboration with Ansaldo Torino, LENA-Pavia Nucleare, leader in technology for fast Project initiatied by INFN and reactors based on Lead coolant (also, one University of Genova of the proposed technologies in the EU)• Choice of Pu-free fuel to minimize security issues  UO2 w/ 20 % 235U• Low thermal power 150-200 kW to limit safety issues but sufficient to study some aspects of dynamics o• Temperature < 300 C  solid Lead matrix• keff 0.95 (limit for storage facil’s)• Relatively low beam energy  Target: Beryllium (weakly bound n)
    13. 13. Lead Fast Reactors Development Road Map GUENEVIERE (Mol) Subcritical prototype P=0 kWth in operation Measurement of keff,fluxes INFN et al. (LNL)CDR in preparation, Subcritical prototype projectfunding not yet available P 200 kWth Tests on kinetics and dynamics MYRRHA (Mol) Critical and subcritical demonstrator P=100MWth, approved Optimized for medical radionuclides ALFRED (Ansaldo Nucleare) Gen IV Research Reactor project critical P=120MWe Power Reactor with turbines
    14. 14. La radiocontaminazione• I rifiuti radioattivi sono rimasti sottoterra per decenni. Tuttavia resta la preoccupazione che possano sfuggire e migrare nelle acque, nei suoli e nei sedimenti.• Oltre ai depositi, le attività di operazione delle centrali, di funzionamento degl‟impianti di trattamento del combustibile, di smantellamento degl‟impianti e riqualificazione del territorio (Decommissioning) sono potenziali sorgenti d‟inquinamento da radionuclidi
    15. 15. La biorimediazioneTecnologia che usa microrganismi per ridurre, eliminare, contenere o trasformare in prodotti innocuii contaminanti presenti negl‟impianti, nei suoli, nelle acque e nell‟ariaPrimo uso del termine nella letteratura scientifica nel 1987!Pila di compostaggio Radionuclidi e Metalli presenti nei siti nucleari:6000 anni a.C. U, Pu, Tc, Cs, Sr e Cr, Hg, Pbimpianto per liquami nel 1891 GeomicrobiologySussex, UK Includes •The origin of life •Life on other planets •The control of Earth’s chemistry •Environmental mobility of metals, radionuclides and Three components of the geo-bio interface organics •BioremediationCellular physiology •BionanotechnologyAqueous environmentMineralogy
    16. 16. http://www.guardian.co.uk/money/2010/jan/09/jobs-of-the-future
    17. 17. Other key jobs for 2020Cloud controller Buys the planet time – maybe 25 years – in the fight against climatechange, by increasing the ability of clouds to reflect solar radiationHydrogen fuel station manager Produces hydrogen on site; science & retail skillsUranium recycler Converts bomb-grade uranium from warheads into low-enricheduranium for use in nuclear power plantsAvatar design-security consultant Designs, creates & protects the virtual youPersonal bot mechanic Domestic assistants will work 24/7, but will need theoccasional tune-upSpace tour guide Virgin Galactic planning commercial flights from 2011, space touristswill need cosmic enthusiasts to shed light on all that darknessAlsoEducation As future-proof a sector as exists (the accelerating need to train and retrain)……… and undertakers, prostitutes, tax collectors, religious leaders Becauselife, and death, go onhttp://www.guardian.co.uk/money/2010/jan/09/jobs-of-the-future
    18. 18. Come agiscono I batteri?
    19. 19. Microbial U(VI) reductionReduction of U(VI) by microbes leads to immobilization as a solid phase. Reduced electron Oxidized product donor (e.g., acetate) (e.g., CO2) Enzymatic Reduction U(VI) U(IV) Insoluble- can form UO2 (s) Mobile, toxic Less mobile, less toxic U(VI) 200 nm e- donor 0.2 ! mbacterial culture reduced uranium Anaerobic process
    20. 20. U(VI) contamination Drinking water pumping station! soil!!!! unsaturated zone!!!!! saturated zone! U(VI) plume! saturated zone! wells! Direction of groundwater flow
    21. 21. A Remediation strategy Drinking water pumping station! inject e- donor and nutrients! soil!!!! unsaturated zone!!!! What is the reduced U product formed?! How stable is it? saturated zone! U(VI) plume! saturated zone! U(VI) U(IV) wells! Direction of groundwater flow
    22. 22. Phytoremediation
    23. 23. Content What is phytoremediation? Areas of applicability Phytoextraction Rhizofiltration Phytostabilisation Alternative land use
    24. 24. Summary Phytoextraction  more myth than reality Rhizofiltration  feasible but detailed investigation Phytostabilization: more information required  on effect of vegetation cover on RN dispersion and RN cycling  phytostabilisation vs other remedial options Alternative land use  need for holistic approach
    25. 25. Transmutation of radioactive waste in biological systems (history, models, experiments, perspectives)V.I. Vysotskii, Kiev Shevchenko University, Kiev, Ukraine
    26. 26. The typical components of high-level radioactive reactor waste Isotope Half-life Activity (in relation to Pu239) Main decay mode Sr90 28.5 years Q=230 - Zr95 64 days Q = 5800 - Nb95 35 days Q = 5700 - Mo99 66 hours Q = 6100 - Ru103 39 days Q = 3800 - Ru106 373 days Q = 860 - Sb125 2.8 years Q = 150 ` - I131 8 days Q = 3100 - Cs134 2 years Q = 170 - Cs137 30.03 years Q = 260 - (and ) Ce144 285 days Q = 3900 - Eu154 8.8 years Q = 14 - Pu238 87.7 year Q = 1.3 Pu239 24000 years Q=1 Pu240 6550 years Q = 1.5 Pu241 14.4 years Q = 180 Am241 432 years Q = 0.16
    27. 27. Contents1. Prehistory2. Experiments on controlled transmutation of nuclear isotopes in growing microbiological cultures3. Experiments on controlled decontamination of active isotopes in biological cells4. Biophysical reasons of isotope transmutation in biological systems5. The possible physical mechanism of isotope transmutation in growing biological systemsThe report presents the results of combined examinations of stable andactive isotope transmutation processes in growing microbiological cultures.
    28. 28. Spectrum of gamma-radiation of distilled water from first contour of water-water atomic reactor of Kiev Institute for Nuclear Research (10th day after extraction from the active0 500 1000 1500 E , KeV zone).
    29. 29. 1 Q(t)/Q(0)0.9 Qcontrol and Qcultures (decay of Co60 in both0.8 pure water and in the water with presence of metabolically active microorganisms)0.70.6 Qcontrol (decay of Time of internal La140 (and Ba140) in0.5 adaptation of microbe syntrophin associations pure reactor water)0.4 to action of irradiation0.30.2 Qcultures (decay of Ba140 and La140 in pure water with presence of0.1 t, days after extraction metabolically active microorganisms) of water from the0 active zone 0 5 10 15 20 25 30 of the nuclear reactor Change of activity Q(t) of the same reactor Ba140, La140 and Co60 isotopes in the experiment on transmutation (activity Qcultures in pure reactor water with presence of metabolically active microorganisms) and in the control one (activity Qcontrol in the same pure reactor water without microorganisms)
    30. 30. Metabolizzazione dell‟Arsenico Published Online December 2 2010 Science 3 June 2011: Vol. 332 no. 6034 pp. 1163-1166 DOI: 10.1126/science.1197258Mono Lake, Est California
    31. 31. due specie di batteri FrascataniRalstonia e stenotrophomasdetusculanenseBatteri estremofili aggregatoridi metalli scoperti a Frascati (2000)Ricerche interrotte per mancanza difondi e di supporto tecnico da partedell‟INFN, e riprese per conto della soc.spagnola ENDESA* per l‟utilizzo comebioconcentratoriMicrobiology 8 (2005) 223- * International di radionuclidi 230
    32. 32. Istituto Nazionale di Fisica NucleareEnte pubblico che promuove, coordina ed effettua la ricerca scientifica nelcampo della fisica subnucleare, nucleare ed astroparticellare nonché la ricerca elo sviluppo tecnologico necessari alle attività in tali settori, con particolareriguardo agli acceleratori e rivelatori di particelle elementari, che sono difondamentale importanza anche per la ricerca nucleare finalizzata allaproduzione di energia. Perché con gli acceleratori si possono anche realizzare idue obbiettivi di ricerca:•Frazionamento e Trasmutazione delle scorie di elevata radiotossicitàattraverso luso di reattori subcritici pilotati da un acceleratore di protoni(ADS)•Biorimediazione della contaminazione ambientale attraverso luso di piante esoprattutto di microorganismi, per la cui caratterizzazione le sorgenti di Luce diSincrotrone (SR) sono di cruciale importanzaOccorre quindi adottare un visione interdisciplinare della ricerca scientifica.E per questo occorre un cambio di mentalitá!
    33. 33. Grazie dell‟attenzione!Sergio.Bartalucci@lnf.infn.itSergiobarta@tiscali.it
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