I reattori nucleari saranno necessari per passare a un futuro a basse emissioni di carbonio, ma la pianificazione e la costruzione richiedono tempo e denaro, quindi è fondamentale ottenere un vantaggio sui requisiti futuri. Marc Ernoult dell'Università Paris-Saclay, Orsay, Francia, ei suoi collaboratori hanno prodotto un modello che tiene conto delle "profonde incertezze" del nostro futuro nucleare e dei potenziali cambiamenti improvvisi nel fabbisogno di risorse. Questo lavoro è stato pubblicato sulla rivista EDP Sciences EPJ Nuclear Sciences &Technologies.

La Francia ottiene una quota maggiore della sua energia da fonti nucleari rispetto a qualsiasi altro Paese (70,6% nel 2020), ma anche lì la pianificazione nucleare è vulnerabile a cambiamenti improvvisi, compresi quelli dell'opinione pubblica. L'espansione dell'energia nucleare negli anni 2000 ha portato a temere una carenza di uranio naturale e prevede di schierare reattori veloci raffreddati al sodio (SFR) che utilizzano molto meno uranio naturale rispetto ai più vecchi ed economici reattori ad acqua pressurizzata (PWR). Dopo il rapido cambiamento nell'opinione pubblica derivante dal disastro di Fukushima nel 2011, le preoccupazioni per il costo degli SFR hanno sostituito quelle sulla disponibilità di uranio naturale e il progetto ASTRID (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration), visto come la prima fase della La distribuzione di SFR in Francia è stata interrotta nel 2019.

I reattori raffreddati a sodio richiedono un accumulo di plutonio molto maggiore rispetto ai PWR, dove il riciclaggio del plutonio è necessario solo per stabilizzarne la quantità durante tutto il ciclo del carburante. Può essere relativamente semplice modellare il fabbisogno di combustibile, anche nel prossimo secolo, se si può ipotizzare uno stato stazionario o una transizione graduale tra i tipi di reattore, ma ciò non è possibile; la traiettoria futura è molto incerta e non si può escludere un repentino capovolgimento della posizione attuale. E, come spiega Ernoult, "Ci vogliono decenni per rispondere a un cambio di obiettivi:questo è veloce sulla scala della fisica del ciclo del carburante, ma molto lento rispetto a possibili cambiamenti negli atteggiamenti politici o nell'ambiente industriale".

In questo nuovo studio, Ernoult e i suoi collaboratori hanno modellato il riciclaggio del plutonio nella flotta francese di reattori nucleari fino al 2140 utilizzando un algoritmo di ottimizzazione. Hanno seguito tre scenari, ciascuno dei quali comprendeva una decisione improvvisa di passare dai PWR a basso contenuto di plutonio a quelli ad alto contenuto di plutonio in un momento diverso. Le traiettorie di consumo di carburante e produzione di energia sono state confrontate con una che implicava una scelta immediata di schierare SFR e con una senza SFR affatto impiegati. "Questo è il primo studio di scenario ad aver incluso questo tipo di rapido cambiamento a metà del periodo di tempo seguito", aggiunge Ernoult.

L'analisi ha mostrato che sarà necessario attuare una strategia di riciclaggio multiplo del plutonio 30 anni prima che si prevede che i primi SFR entrino a bordo per prevenire colli di bottiglia e ridurre al minimo la quantità di plutonio rimasta inattiva. Sebbene il costo e la durata del reattore debbano ancora essere inclusi nel modello, Ernoult e i suoi collaboratori concludono che dovrebbe essere possibile scegliere e perseguire una strategia e sapere comunque che i "rimpianti irreversibili" possono essere evitati se circostanze successive portano a un cambiamento a uno diverso.