# 7 Cosa sono i cicli del combustibile in un reattore?
La fissione nucleare è un processo con cui un atomo di uranio o plutonio si spacca (in gergo fissiona) in 2 (raramente 3) parti e rilascia dei neutroni che vengono emessi a partire dal nucleo fissionante nel nocciolo del reattore. Un neutrone che viene generato al centro del reattore ha una alta probabilità di essere catturato e far fissionare un atomo di uranio del nocciolo (nel suo “vagare” per il reattore ne “incontrerà” tanti e quindi può essere catturato da tanti nuclei), uno che invece viene generato alla periferia del reattore ha una più alta probabilità di sfuggire dal reattore, la metà dei neutroni generati alla periferia scapperà dal reattore e non potrà far continuare la reazione a catena (tralasciando gli effetti riflettenti delle pareti del reattore). Inoltre un atomo di uranio al centro del reattore ha la possibilità di essere colpito da neutroni prodotti in ogni zona del reattore mentre uno nella periferia può essere colpito solo dalle regioni interne del reattore.
Per questo effetto, se il reattore avesse un arricchimento uniforme si genererebbero dei picchi di potenza al centro del nocciolo, mentre le zone esterne concorrerebbero solo in piccola percentuale alla generazione della potenza del reattore. Infatti possiamo immaginare di essere in uno stagno e di farci cadere dentro dalla stessa altezza tanti sassolini, al centro della nostra area ci saranno tantissime onde, mentre verso il bordo del cerchio ce ne saranno molte di meno. Allo stesso modo è per i neutroni, ci sarebbe un alto flusso neutronico (numero di neutroni che attraversano una data area in un dato tempo), e quindi un gran numero di fissioni al centro, mentre uno molto basso alla periferia.

Per diminuire i picchi di potenza nella zona centrale centrale, questa zona ha un arricchimento inferiore e quelle periferiche hanno un arricchimento maggiore, tornando all’esempio di prima possiamo quindi immaginare che i sassi al centro vengono fatti cadere da una altezza inferiore e quelli vicino al bordo ad una altezza superiore. In questo modo la “formazione di onde”, cioè la potenza, sarà più uniforme nel nostro nocciolo.

Questo consente poi di diminuire la richiesta di combustibile per il reattore: infatti, man mano che il reattore funziona, l’uranio si consuma e si raggiunge un livello per cui il reattore non riesce più a funzionare (viene a mancare la massa critica di materiale fissile), si procede quindi alla sostituzione degli elementi di combustibile nel reattore. Con un reattore ad arricchimento uniforme si dovrebbero sostituire tutti gli elementi di combustibile, mentre in questo modo, con cioè vari arricchimenti: gli elementi nella zona interna vengono scaricati definitivamente e sono scorie di combustibile, gli elementi della zona intermedia vengono spostati nella zona interna, gli elementi della zona esterna vengono messi nella zona intermedia e sono poi aggiunti nuovi elementi di combustibile fresco ad alto arricchimento nella zona esterna. La vera disposizione degli elementi di combustibile è leggermente differente, in un reattore di tipologia PWR gli elementi ad arricchimento massimo sono sulla periferia mentre gli elementi ad arricchimento medio e basso sono disposti all’incirca “a scacchiera” nella zona interna, con una disposizione effettiva che può variare da reattore a reattore e da ciclo a ciclo, il tutto per minimizzare qualsiasi picco di potenza nel nocciolo e rendere il consumo del combustibile il più uniforme possibile e massimizzare la produzione energetica.

In questo modo un elemento di combustibile in un reattore di tipo PWR fa tre cicli di combustibile prima di diventare una scoria radioattiva. Per i reattori BWR ci sono tendenzialmente a quattro zone in cui il rimescolamento è leggermente differente rispetto ai PWR, mentre per i reattori ad acqua pesante ed a gas-grafite si ha ancora un’altro tipo di rimescolamento, ma il principio di base è sempre quello di economizzare il combustibile con più cicli e mantenere i picchi di potenza i più contenuti possibile.