L’incidente di Three Mile Island

Nei cinema americani, negli ultimi giorni di marzo del 1979, era in programmazione un thriller di James Bridges, Sindrome cinese. Racconta la storia di un giornalista televisivo che scopre un tentativo di insabbiamento di gravi rischi per la sicurezza in un impianto nucleare. Durante il film, uno scienziato descrive gli effetti catastrofici di un incidente dicendo che «potrebbe rendere inabitabile un’area grande come la Pennsylvania». Fu un film di un certo successo – nel cast ci sono Jane Fonda, Michael Douglas e Jack Lemmon – che fu nominato per diversi Oscar e, pochi giorni dopo la sua uscita, avvenne a Three Mile Island il peggior incidente avvenuto nella storia dell’energia nucleare civile prima di Chernobyl e Fukushima.

Al centro della storia
Il secondo reattore (“Unit 2”) dell’impianto nucleare di Three Mile Island, una decina di chilometri a sud di Harrisburg, capitale della Pennsylvania, era stato inaugurato il 19 settembre 1978. Alla cerimonia aveva partecipato anche il vicesegretario per l’Energia John F. O’Leary, un convinto sostenitore dell’energia nucleare nell’amministrazione Carter, che dopo un discorso in cui definì il nuovo impianto «uno scintillante successo» se ne partì dalla Pennsylvania con un fermacarte a forma della centrale di Three Mile Island, che per molti mesi rimase sulla sua scrivania di Washington. Quando cominciò a produrre elettricità per la rete commerciale, il 30 dicembre 1978, l’impianto sulle rive del fiume Susquehanna era il 72esimo reattore per la produzione di energia elettrica ad entrare in funzione negli Stati Uniti.

Tre mesi dopo successe qualcosa che fece scomparire il fermacarte dalla scrivania di O’Leary, già importante dirigente dell’Atomic Energy Commission – e diede un durissimo colpo alla diffusione dell’energia nucleare negli Stati Uniti.

Al centro della storia c’è il reattore ad acqua ad alta pressione dell’Unità 2 – una sorta di idolo tecnologico moderno, che incute insieme soggezione per la sua complessità e paura per la sua potenza. È un cilindro di acciaio costruito dalla Babcock & Wilcox, con pareti di metallo spesse tra i venti e i trenta centimetri, pesante quattrocento tonnellate, alto dodici metri e largo cinque. Al suo interno c’è il nocciolo: l’uranio è in piccole palline collocate in barre circolari di una lega speciale a base di zirconio – in un reattore come quello di Three Mile Island ce ne sono circa quarantamila – inserite verticalmente nel reattore e concentrate in uno spazio di circa quattro metri per quattro.

Nel nocciolo avviene un procedimento fisico che l’uomo ha scoperto e cominciato a sfruttare da meno di cento anni: la fissione nucleare. Un elemento particolarmente pesante, l’uranio, si divide in due nuclei più leggeri liberando energia. Nel processo di fissione di un atomo di uranio vengono liberati anche un piccolo numero di neutroni, uno o due, che in particolari circostanze possono essere utilizzati per “rompere” altri atomi di uranio. Questo processo è chiamato “reazione a catena” e, quando un reattore ha abbastanza uranio al suo interno da sostenerla, si dice che “diventa critico”. L’unità 2 di Three Mile Island divenne critica esattamente un anno prima dell’incidente, anche se cominciò la produzione di elettricità per uso commerciale alcuni mesi più tardi.

I neutroni emessi durante la fissione sono troppo veloci, e per innescare altre fissioni hanno bisogno di essere rallentati da un “moderatore”. Per farlo si utilizzano diversi materiali, solitamente grafite o, nel caso del reattore di Three Mile Island, acqua distillata con una piccola aggiunta di acido borico. Questa scorre attraverso il reattore a circa trecento gradi e, perché non si trasformi in vapore, deve essere tenuta ad altissima pressione. Il moderatore si riscalda all’interno del reattore, assorbendo il calore generato dalla fissione nucleare. Al di fuori, l’acqua ad alta pressione cede calore al refrigerante, poi rientra nel reattore in un sistema a circuito chiuso azionato da quattro pompe, ciascuna così potente da aver bisogno di tanta elettricità quanto una piccola cittadina.

Nel reattore come quello al centro della nostra storia, sia il refrigerante che il moderatore sono costituite da acqua. Il refrigerante assorbe il calore del moderatore e circola in un circuito separato, e – con qualche complicazione che qui non ci interessa – muove le grandi turbine che generano elettricità.

Intorno al reattore, chilometri e chilometri di tubi e centinaia di chilometri di cavi elettrici lo fanno funzionare e alimentano una lunga serie di sistemi di controllo. Nelle prime ore del 28 marzo 1979, il reattore nucleare dell’Unità 2 stava lavorando in modalità automatica al 97 per cento della sua capacità. Il vicino reattore gemello, l’Unità 1, era spento da un mese e mezzo per la sostituzione del combustibile nucleare e, dopo una serie di test di controllo, sarebbe stato riacceso qualche tempo dopo.

L’incidente
Dalle undici di sera del 27 marzo 1978, nella stanza di controllo dell’Unità 2 di Three Mile Island c’erano Craig Faust e Edward Frederick, entrambi con un diploma di scuola superiore e con esperienza sui sottomarini nucleari della Marina americana. La stanza di controllo è una grande sala con centinaia di indicatori su decine di pannelli, in cui le ore passavano solitamente tranquille. Un interfono che restituiva voci gracchianti e distorte metteva in comunicazione i tecnici con l’Unità 1 e con il mondo esterno.

Il responsabile del turno di notte, che sarebbe finito alle sette del mattino, era William Zewe, che aveva un curriculum simile a quello di Faust e Frederick e stava nel suo ufficio a fianco della stanza di controllo, sommerso dalle carte. La squadra di Zewe era composta da sedici persone, il personale standard per il funzionamento quotidiano di un reattore di quel tipo. In una struttura grande come un centro commerciale – come l’Unità 2 – l’impressione era che la centrale funzionasse da sola.

Due tecnici addetti alle riparazioni si trovavano nei sotterranei per un intervento di ordinaria manutenzione: un piccolo tubo nell’impianto di raffreddamento secondario si era otturato. Nonostante oltre dieci ore di lavoro, però, l’inconveniente non era ancora stato risolto, e il caposquadra Frederick Scheimann scese poco prima delle 4 del mattino a controllare la situazione. Era appena salito sopra una conduttura quando cominciò a sentire, raccontò, «forti rumori come quelli di un tuono, come se ci fosse qualche treno merci». Un altoparlante annunciò: «Problema alla turbina, problema al reattore». Era la voce di Zewe. Scheimann si precipitò nella sala di controllo, dove pulsavano da pochi istanti decine di luci.

Un errore umano o dell’impianto elettrico – non si è mai capito con certezza – aveva accidentalmente interrotto il funzionamento di una pompa e quindi il flusso d’acqua nel reattore, causando un surriscaldamento del refrigerante principale. Gli impianti automatici se ne erano accorti e avevano attivato l’immediato spegnimento della turbina e del reattore nucleare dell’Unità 2, insieme a una complessa serie di impianti automatici di emergenza. Circa un secondo dopo, tre pompe d’acqua di emergenza entrarono in funzione per compensare l’interruzione del flusso, come previsto dai progettisti dell’impianto. Trentasette secondi dopo le 4 del mattino di quel 28 marzo, qualcosa andò storto.

Una catena di errori
Nel reattore, la brevissima interruzione fu sufficiente a causare uno sbalzo nella pressione dell’acqua presente all’interno. Una valvola di sfogo si aprì per eliminare la pressione in eccesso, ma rimase bloccata in posizione aperta: di conseguenza, l’acqua del reattore prese a uscire al ritmo di circa 800 litri al minuto e a scaricarsi in un serbatoio. Avrebbe continuato a farlo per oltre due ore, invece dei dieci secondi previsti dai progettisti. Incidentalmente, anche le tre pompe di emergenza avevano un problema: due delle valvole che permettevano all’acqua di raggiungere parti del sistema di raffreddamento principale erano rimaste chiuse, forse durante alcuni interventi di manutenzione nei giorni precedenti. Anche le pompe di emergenza, insomma, non furono completamente efficaci.

Ma una centrale nucleare tende a non lesinare nei sistemi di sicurezza, almeno sulla carta, e dopo due minuti dall’inizio dell’incidente entrarono in funzione altre due pompe di un sistema ad alta pressione che avrebbe potuto compensare l’acqua che si continuava a perdere dal reattore attraverso la valvola bloccata, mantenendo il nocciolo adeguatamente avvolto nell’acqua e quindi raffreddato. Gli impianti automatici stavano facendo il loro lavoro per limitare le conseguenze.

Il personale della centrale decise invece di spegnere le due pompe aggiuntive. Non solo, ma con un’altra mossa che aggravò la situazione decisero anche di aprire un sistema di scolo per togliere altra acqua dal reattore. Letta in una ricostruzione lineare e posteriore degli eventi, queste azioni sembrano pure mosse suicide, ma in realtà il personale stava cercando di gestire al meglio la situazione in base alla propria limitata esperienza.

Quello che era successo – e che fu decisivo nel rendere l’incidente, di per sé non troppo grave, il più grave nella storia del nucleare civile fino ad allora – era che la strumentazione della sala di controllo era stata letta erroneamente e i tecnici avevano capito che nel reattore ci fosse troppa acqua di raffreddamento e non troppo poca. Tra gli indicatori non ce n’era uno unico e chiaro della quantità di acqua di raffreddamento nel reattore: il personale era stato istruito a stimarla da un altro indicatore, quello che monitorava la quantità di acqua nel pressurizzatore – un serbatoio separato e che era collegato con il sistema di raffreddamento primario. Se il pressurizzatore era pieno, avevano imparato i tecnici, anche il reattore lo era.

L’unico particolare che poteva far loro pensare a una lettura diversa della situazione era il termostato della valvola bloccata, che continuava a segnalare una temperatura decine di gradi superiori alla norma. Ma un altro strumento diceva che alla valvola era stato inviato da tempo il comando di spegnersi, e Zewe decise di ignorare quell’indicazione. Il serbatoio dove si raccoglieva l’acqua che fuoriusciva dalla valvola bloccata si riempì intorno alle 4.20; l’acqua ruppe il tappo e cominciò ad allagare il pavimento della stanza del reattore, ma quando entrarono in funzione le pompe per drenare quell’acqua tutti i tecnici presenti furono d’accordo nel credere che si trattasse di un errore della strumentazione e le fecero spegnere.

Nessuno, tra il personale presente a Three Mile Island quel giorno, era un ingegnere nucleare – se è per questo, nessuno era neppure diplomato al college. La Nuclear Regulatory Commission, che nel 1975 aveva sostituito il precedente organo di controllo del nucleare americano, l’Atomic Energy Commission, richiedeva soltanto che il personale avesse frequentato il corso formazione di un anno organizzato dalle società stesse che gestivano le centrali – nel caso di Three Mile Island, la Metropolitan Edison – che si concentrava soprattutto sull’ordinaria amministrazione. Nessuno aveva le competenze necessarie a gestire complicate e rischiose situazioni di emergenza.

Nelle prime ore del mattino del 28 marzo, la valvola rimasta bloccata aperta continuò a far defluire centinaia e centinaia di litri d’acqua dal reattore. La temperatura nell’edificio del reattore salì dai circa cinquanta gradi usuali a oltre 75, così come fece la pressione atmosferica. La squadra di Zewe, tenendo d’occhio solo la situazione nel pressurizzatore e ingannata dalla strumentazione, smontò ancora all’oscuro di questo fatto cruciale, che venne scoperto e risolto solo per un’intuizione dal responsabile del turno successivo Brian Mehler. Mehler era arrivato sulla scena verso le sei del mattino e, dopo una ventina di minuti, aveva preso la prima decisione giusta della giornata: mandare un nuovo comando di chiusura alla valvola, perché la sua temperatura era troppo alta. Il deflusso di acqua dal reattore venne sistemato solo alle 6.22 del mattino.

Nella sala di controllo, a quell’ora, c’erano già parecchi tecnici della centrale. Erano cominciate le telefonate tra i responsabili della centrale e gli alti dirigenti della Metropolitan Edison. Tutti cercavano di capire che cosa stesse succedendo nella stanza del reattore, il centro di tutta la storia, su cui si potevano avere informazioni solo attraverso gli strumenti e dove nessun essere umano sarebbe entrato fino a più di un anno dopo.

Nel grande cilindro di acciaio del reattore, rimasto privo di un adeguato raffreddamento, era cominciata la fusione del nocciolo. L’acqua aveva continuato a perdere gradualmente pressione e si era trasformata in vapore rovente, che avvolse le barre di uranio e rese molto più difficile il raffreddamento per le ore successive. Molti sistemi di controllo e di emergenza, descrissero i testimoni, sembrarono non funzionare o funzionare male proprio nel momento del bisogno. Alle 7.24 del mattino, poco dopo l’arrivo del direttore dell’impianto Gary Miller, i tecnici dovettero dichiarare la prima “emergenza generale” nella quasi trentennale storia del nucleare civile americano. Provarono a chiamare subito la Nuclear Regulatory Commission, ma a quell’ora del mattino negli uffici di Philadelphia non c’era nessuno, e dovettero lasciare un messaggio nella segreteria telefonica.

Il surriscaldamento delle barre di uranio, che dopo circa un’ora dall’inizio dell’incidente erano per metà scoperte, portò al loro scioglimento e al rilascio di grandi quantità di materiale radioattivo. Circa un terzo del nocciolo, venne stimato successivamente, si era letteralmente sciolto. Migliaia di litri di acqua provenienti dal reattore vennero pompati “per errore” – il personale disse di non essersi reso conto della contaminazione – in un altro edificio meno sicuro rispetto a quello principale.

Di tutto questo, i tecnici della sala di controllo non erano ancora a conoscenza nel pomeriggio del 28 marzo, oltre dieci ore dopo l’inizio dell’incidente. Presero alcune decisioni per cercare di riportare la pressione del reattore a livelli normali, ma senza aver capito bene che cosa fosse successo fino a quel momento. I tecnici nella sala di controllo e gli ingegneri venuti ad aiutarli agirono per diverso tempo senza una strategia precisa e provando diverse opzioni perché tutte le altre si erano esaurite. Il raffreddamento forzato del reattore venne ristabilito solo intorno alle otto di sera del 28 marzo, dopo molte ore di tentativi. Sarebbe andato avanti per diverse settimane.

Un brusco risveglio
Passarono due giorni e nessuno sembrava essersi reso conto, né all’impianto né alla NRC, della gravità dell’incidente. Poi, rapidamente, la situazione precipitò. Il 30 marzo arrivarono i risultati delle analisi di un campione di un centinaio di grammi d’acqua presi dall’edificio del reattore, che mostrarono livelli di radiazione spaventosi. L’idea che il reattore fosse rimasto stabile, o al massimo una barra di uranio su cento avesse subito qualche “crepa” – come descrisse la situazione il presidente della NRC ad alcuni membri del Congresso il 29 marzo – doveva essere scartata per affrontare la rischiosa realtà: che parte del reattore si fosse danneggiata gravemente e che tenerlo sotto controllo sarebbe stato tutt’altro che scontato.

Fino ad allora, la possibilità di una fusione parziale del nocciolo sembrava un’ipotesi di fantascienza, il risultato quasi impossibile di una catena di eventi statisticamente improbabili. Ma i dati mettevano davanti solo una possibile descrizione di che cosa fosse successo dentro il grosso idolo di metallo.

Da Three Mile Island arrivavano altre cattive notizie: c’erano state fuoriuscite improvvise di gas radioattivi dall’Unità 2 e il vento le stava portando verso i paesi vicini alla centrale. I tecnici della NRC presero ad analizzare nuovamente i dati in loro possesso e conclusero che nella parte alta del reattore, probabilmente, si era formata un’inattesa bolla di idrogeno, che si stava lentamente gonfiando. Per diverse ore, durante le quali ci furono consultazioni frenetiche con i maggiori esperti del paese in materia di energia nucleare, nessuno seppe dire se ci sarebbe stato ossigeno sufficiente a scatenare un incendio o un’esplosione nel reattore, potenzialmente devastante.

Le autorità statunitensi e della Pennsylvania cominciarono a preparare piani di evacuazione e dissero alla popolazione che quella evacuazione si sarebbe potuta rendere necessaria. Centoquarantamila persone abbandonarono le loro case nel fine settimana del 31 marzo e primo aprile. Parte della durevole influenza che l’incidente di Three Mile Island ebbe sull’opinione pubblica americana fu dovuta anche agli annunci discordanti delle autorità, che cominciarono con il minimizzare l’incidente e poco più tardi – come fece il governatore della Pennsylvania Richard Thornburgh la sera del 30 marzo – invitarono madri incinte e bambini in età prescolare a lasciare la zona.

Ma la sera del primo aprile l’allarme causato dall’idrogeno sembrò rientrare. Nuovi calcoli e analisi tecniche mostrarono che non solo non c’era ossigeno sufficiente a scatenare un’esplosione, ma l’idrogeno stesso poteva essere rimosso con relativa facilità. Il presidente Carter in persona – un ingegnere nucleare di formazione – andò in visita a Three Mile Island cinque giorni dopo l’incidente, il che contribuì a tranquillizzare la situazione. Ci volle ancora quasi un mese, fino al 27 aprile, prima che il reattore fosse pienamente sotto il controllo dei tecnici e che potesse essere avviato uno spegnimento controllato. Il reattore dell’Unità 2 non è stato mai più riacceso, mentre il reattore dell’Unità 1 riprese le operazioni terminati i test ed è tuttora attivo.

Le conseguenze
Secondo le prime indagini successive, non venne dispersa nell’ambiente una quantità di materiale radioattivo tale da destare preoccupazione. L’interno dell’edificio di contenimento del reattore e un’altra struttura vicina, però, erano allagati con circa quattromila metri cubi d’acqua altamente radioattiva. Quello che distingue l’incidente di Three Mile Island dai due disastri successivi di Chernobyl e di Fukushima è che, a differenza degli ultimi due casi, l’edificio che contiene il reattore non venne danneggiato, e questo permise di mantenere all’interno quasi tutte le radiazioni.

L’opinione pubblica degli Stati Uniti reagì all’incidente in modo estremamente negativo per l’industria nucleare: per molti anni non volle saperne di costruire nuove centrali e nessuna venne autorizzata tra l’inizio del 1979 e il 2012, mentre diverse in costruzione al momento dell’incidente vennero bloccate. Molti sottolinearono che l’incidente di Three Mile Island era stato una conseguenza di scarsa preparazione tecnica, errori umani e cattiva regolamentazione del settore. La sicurezza degli impianti era lasciata largamente all’iniziativa delle società di gestione, mentre le autorità di controllo si erano dimostrate molto spesso inclini a minimizzare i rischi – in modo non troppo differente da quanto è stato rilevato di recente per il settore nucleare in India.

Un rapporto della Union of Concerned Scientists pubblicato il 26 gennaio 1979 raccomandava la chiusura di 16 delle circa settanta centrali nucleari americane per una serie di lavori di ristrutturazione: tra le sedici c’era anche il reattore 2 della centrale di Three Mile Island. Nelle indagini successive venne fuori che modifiche all’impianto in costruzione erano state richieste, ma non messe in pratica, fin dalla fine degli anni Sessanta.

Nel 1981, introducendo una dettagliata ricostruzione dell’incidente per il New Yorker, lo scienziato Daniel Ford scrisse: «Viste le scorrettezze regolamentari prima dell’incidente e i numerosi avvertimenti sui punti deboli nella sicurezza degli impianti, a lungo disponibili per le autorità federali, resta qualche dubbio sul fatto che l’episodio a Three Mile Island debba, in senso stretto, essere chiamato davvero “incidente”.»

Le operazioni di bonifica della struttura cominciarono subito e sono finite ufficialmente nel 1993. Tutto il carburante nucleare nel reattore è stato rimosso e portato in un deposito federale in Idaho. Le operazioni di bonifica sono state lunghe e costosissime. Peter Bradford, un ex membro della Commissione di Controllo sul Nucleare statunitense, disse al New York Times: «Il durevole insegnamento di Three Mile Island a Wall Street è stato che un gruppo di società che gestiscono reattori autorizzati, né migliori né peggiori di altri, possono trasformare un patrimonio di 2 miliardi di dollari in un lavoro di bonifica da 1 miliardo in più o meno novanta minuti».

Ufficialmente, nessun essere umano si è fatto del male nell’incidente del 28 marzo 1979. Nel 2008, l’istituto della sanità americano (NHI) concluse, al termine di uno studio sull’incidenza dei tumori alla tiroide nelle aree vicine alla centrale, che in due contee adiacenti a quelle della centrale si è osservato un aumento dei casi tumorali a partire rispettivamente dal 1990 e dal 1995, oltre dieci anni dopo l’incidente. In alcuni anni, nota lo studio, c’è stata una crescita del 50 per cento rispetto alle attese, ma «questi risultati, ad ogni modo, non forniscono un nesso causale con l’incidente di TMI.»