Un reattore nucleare UNGG (dal francese: Uranium Naturel Graphite Gaz, in italiano: Uranio Naturale Grafite Gas) è un modello di reattore nucleare a fissione della tipologia a gas (GCR), che utilizza l'uranio naturale (NU) come combustibile nucleare, la grafite come moderatore e l'anidride carbonica come fluido refrigerante.
I reattori UNGG sono stati sviluppati dai francesi e solo 9 reattori "di potenza" sono stati realizzati, otto in Francia e uno in Spagna, poi questo modello fu abbandonato a profitto dei reattori PWR. I reattori GCR, poco compatti e di una debole potenza – 500 MWe al massimo, sono progressivamente scomparsi in Francia, Spagna, Italia e Giappone. Secondo il database , al 31/12/2017, vi sono nel mondo 14 reattori nucleari GCR operativi (tutti AGR) e 38 reattori nucleari GCR dismessi (9 UNGG, 28 MAGNOX e 1 AGR). Al 2018, secondo il database , i 14 reattori GCR-AGR ancora presenti nel Regno Unito rappresentano il 3,10% dei reattori mondiali e l'1,95% della capacità mondiale di produzione nucleare.
Storia La filiera francese dei reattori UNGG è stata sviluppata congiuntamente dal CEA e da EDF dopo la seconda guerra mondiale, fino al suo abbandono nel 1969 a profitto della filiera dei reattori ad acqua leggera pressurizzata (PWR), sviluppata in seguito su licenza Westinghouse. Negli anni 1950 e '60, 11 reattori UNGG furono costruiti, 10 in Francia e 1 in Spagna.
La scelta della grafite piuttosto che dell'acqua pesante come moderatore, allora che le pile costruite fino a quel momento ("Zoé", "EL2") impiegavano questo liquido, è principalmente una scelta economica. In effetti, dagli anni 1950, della grafite sufficientemente pura era stata prodotta dal CEA in collaborazione con Pechiney, ad un costo molto inferiore a quello dell'acqua pesante.. Una ragione politica motiva inoltre questa scelta, molti dei ricercatori che avevano lavorato sulle pile ad acqua pesante erano comunisti (tra cui Frédéric Joliot-Curie, alto-commissario del CEA dal 1945 al 1950) e si opponevano alla fabbricazione della bomba atomica e quindi scegliere la filiera a grafite permetteva di escluderli dal programma industriale del CEA..
La prima generazione di reattori comprende quelli messi a punto negli anni 1950 ed operativi prima degli anni 1970. Durante questo periodo, la Francia, che non disponeva ancora della tecnologia per l'arricchimento dell'uranio, ha sviluppato un proprio modello di reattore utilizzando l'uranio naturale come combustibile nucleare (UNGG).
Il reattore nucleare "G1" è stato il primo reattore nucleare ad essere operativo in Francia e nell'Europa occidentale nel 1956 (il G1 ha la prima reazione nucleare il 7 gennaio e il Calder Hall-1 il 1º maggio); mentre la centrale nucleare di Chinon è stata la prima centrale nucleare operativa in Francia.
Altri due modelli di reattore nucleare a gas furono sviluppati dagli inglesi, il MAGNOX e la sua evoluzione AGR (ad uranio arricchito); essi hanno avuto più successo con 14 reattori operativi (tutti AGR nel Regno Unito) e 29 reattori dismessi (1 AGR, 26 MAGNOX nel Regno Unito, 1 in Giappone e 1 in Italia) al 31/12/2017.
I reattori nucleari UNGG e MAGNOX sono considerati reattori di I generazione, mentre i reattori AGR sono considerati reattori di II generazione.
I reattori UNGG del CEA
Il 24 luglio 1952, il primo piano quinquennale dell'energia nucleare è votato all'Assemblée nationale. Il CEA si vede attribuire un budget di 37,7 miliardi di vecchi franchi (pari a 818 milioni di € del 2017) per costruire due pile a grafite ("Zoé", "EL2") e uno stabilimento per l'estrazione del plutonio ("UP1"). Il plutonio prodotto, anche se era di tipo militare, era presentato come il combustibile nucleare del futuro, garante dell'indipendenza energetica del paese, che sarà utilizzato nella successiva generazione di reattori autofertilizzanti..
Una "Direzione Industriale" è creata all'interno del CEA per supervisionare la costruzione delle pile a plutonio. Il reattore "G1", molto simile alla pila statunitense di Brookhaven ("BGRR"), che gli scienziati del CEA avevano visitato, ha la prima reazione nucleare il 7 gennaio 1956 dopo un anno e mezzo di lavori. L'aggiunta di un sistema di recupero dell'energia termica del reattore, azionante un gruppo turboalternatore di 5 MW, non fu proposto che durante l'ultima fase della sua progettazione da EDF, che vedeva così l'opportunità di inserirsi nella filiera nucleare, fino al momento di competenza esclusiva del CEA.. Così, all'inizio di ottobre 1956, il reattore G1 produsse dell'elettricità. Meno di due mesi dopo le pile britanniche di Calder Hall.
I due reattori seguenti, "G2" e "G3", hanno la loro prima reazione nucleare rispettivamente il 21 luglio 1958 e l'11 giugno 1959 e sono collegati alla rete ed entrano in servizio commerciale il 22 aprile 1959 e il 4 aprile 1960. Refrigerati ad anidride carbonica sotto pressione (a differenza del "G1" che era refrigerato ad aria), essi sono più potenti del "G1" e costituirono la testa di serie della filiera elettrogena futura.
I reattori UNGG di EDF
Chinon Dopo il successo dei reattori sperimentali di Marcoule, EDF è incaricata di mettere in opera il programma nucleare francese con dei reattori dello stesso tipo. Piuttosto che fare appello all'industria, con il trasferimento di competenze, come aveva fatto il CEA per i reattori "G2" e "G3", EDF decide di costruire i propri reattori. Al fine di diminuirne i costi, ogni centrale è divisa in diversi lotti sottomessi a concorso al fine di ridurre l'industria al semplice ruolo di fornitore. Il progetto proposto dal CEA, basato sul "G2", è ampiamente modificato per ottimizzarne la produzione di elettricità. Così, gli scambiatori di calore sono posti accanto al reattore, il cassone in calcestruzzo armato precompresso che racchiudeva il reattore è sostituito da un cassone in acciaio più economico e la capacità di ricarica in marcia è abbandonata.. Ma, allora che il cantiere è nella fase finale, il serbatoio nucleare si fissura il 13 febbraio 1959 a causa della scelta di una lega metallica inadeguata. Questo incidente causa tre anni di ritardi per il reattore "EDF1", che entrerà in servizio nel giugno 1963. Questo primo fallimento è il risultato delle scelte di EDF, che nel tentativo di far diminuire i costi, prende dei rischi..
Per raggiungere più rapidamente la competitività, l'azienda nazionale lancia dei prototipi di potenza crescente tutti i 18 mesi, basandosi sulle costruzioni dei precedenti reattori e senza attendere che essi siano in servizio. Così, la costruzione dei reattori successivi nella centrale nucleare di Chinon, molto differenti gli uni dagli altri, comincia allora che il precedente ("EDF1") non è ancora terminato.. Per il prototipo seguente, EDF propone nel 1956 un reattore da 100 MWe poi aumenta il volume del reattore e la potenza a 167 MWe per soddisfare i bisogni in plutonio del CEA, cosa che però non piace al CEA perché una maggiore potenza significa un flusso di neutroni più intenso che renderebbe più difficile l'estrazione del plutonio di qualità militare. Alla fine, nel 1958, la scelta è fissata su un reattore da 250 MWe ma che sarà utilizzato a 175 MWe per facilitare la produzione del plutonio.. "EDF2", due volte più costoso (30 miliardi di franchi) ma tre volte più potente del suo predecessore, impiega anch'esso un cassone in acciaio ma di forma cilindrica e non più sferica. Il reattore "EDF2" ha la prima reazione nucleare il 17 agosto 1964, ma è connesso alla rete elettrica solamente nel marzo dell'anno seguente a causa di problemi con l'estrattore di calore.
Il cantiere di "EDF3" comincia nel 1961 e reintroduce l'uso del calcestruzzo armato precompresso per il cassone ma con un rivestimento metallico isolante termico. Lo stesso compromesso che per il precedente limita la potenza annunciata di "EDF3", costruito per 500 MWe, a 375 MWe.. In questo modo il CEA fa familiarizzare EDF con la tecnica, ma conserva un margine di manovra. Quando "EDF3" ha la prima reazione nucleare, il 1º marzo 1966, Chinon è la centrale nucleare la più potente al mondo., ma, il 10 ottobre, il reattore dovrà essere fermato per 10 mesi per sostituire i detettori di rottura di guaina e gli scambiatori di calore. In seguito la sua potenza dovrà essere limitata fino al 1970. Questi contrattempi sono dei fallimenti gravi per EDF e per la politica di indipendenza nazionale del Presidente de Gaulle, inoltre essi ritardano la consegna del plutonio militare e quindi lo sviluppo della force de frappe.. Lo stesso anno la denominazione "EDF" è abbandonata, i reattori diventano "Chinon-1, 2 e 3".
Saint-Laurent e Bugey Il CEA desiderava basare l'avvenire dei reattori UNGG sul modello "Chinon-3" ("EDF3") progressivamente migliorato che permetteva di proseguire il doppio uso del parco nucleare: civile e militare. In effetti, a seguito di una serie di accordi siglati all'inizio degli anni 1960, EDF deve irradiare una parte del combustibile nucleare dei suoi reattori di Chinon secondo dei criteri precisi definiti dal CEA, che li compra.. EDF, per il quale la competitività ha la priorità, non è d'accordo e decide un progetto radicalmente differente per aumentarne la durata di vita e quindi il periodo di ammortizzamento delle sue future centrali. Questo nuovo progetto si esprime con "SL-1" ("EDF4"), il cui cantiere comincia allora che "Chinon-1" ("EDF1) è appena entrato in servizio. Il nuovo reattore non sarà più potente del precedente ma ormai i suoi scambiatori di calore e suoi ventilatori, che fanno circolare l'anidride carbonica, saranno integrati nel cassone in calcestruzzo armato precompresso direttamente sotto il reattore in grafite, per offrire una maggiore affidabilità e sicurezza all'insieme.. Questa disposizione particolare fa prendere ai reattori UNGG una forma di una torre in calcestruzzo alta più di 50 metri. "SL-2" ("EDF5") è una copia di "SL-1" per avere una prima serie omogenea e permettere delle economie di scala. A termine, EDF desidera che l'aumento della potenza si faccia per step, come per le sue centrali termiche. Per semplificare il suo ruolo di coordinatore, EDF riunisce delle competenze per formare i grandi lotti: «caldaia nucleare», «gruppo turboalternatore» e «general contractor», come per le sue centrali termiche. Le aziende possono così raggrupparsi in consorzi per sottoporre le loro offerte ed ottenere l'esperienza richiesta per esportare i loro prodotti..
Quando la costruzione di "Bugey-1" comincia nel 1965, la sua potenza non è ancora stata decisa. Questo reattore doveva essere un nuovo prototipo per aprire la strada verso i reattori da 1.000 MWe, al fine di fare concorrenza ai reattori statunitensi ad acqua leggera, ma il combustibile nucleare che lo permetterebbe, con l'anima in grafite, non è ancora messo a punto. Dopo un anno di indecisione che ritarda ancora il cantiere, è alla fine un reattore da 540 MWe che è costruito, migliorato da un nuovo tipo di combustibile a forma di anello ("INCA") sviluppato con grandi costi.. "Bugey-1" doveva essere il primo di una serie di 6 reattori identici. Ma mentre il cantiere prosegue, cominciano ad apparire i limiti fisici della tecnologia "grafite-gas"..
Due "incidenti", entrambi di livello 4 nella scala INES si sono verificati nella centrale nucleare di Saint-Laurent: il nel reattore n° 1 e il nel reattore n° 2.
Vandellòs A partire dal 1968, un reattore UNGG sul modello di quello di Saint Laurent-1 è in costruzione a Vandellòs in Spagna. Esso entra in funzione nel 1972 ed è poi spento definitivamente nel 1990. Il si verificò un incendio nella zona delle turbine che causò un'interruzione del sistema di refrigeramento del reattore e un rischio di meltdown nucleare; l'evento fu poi classificato di livello 3 nella scala INES ("guasto grave").
Abbandono dei reattori UNGG