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avreste un tema sulle centrali nucleari? grazie mille!
mohamed9
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"Cosmosi", di Pablo Echaurren
Centrali nucleari:

energia nucleare e

produzione di energia elettrica

di Cosimo Alberto Russo



Dato il dibattito che si sta sviluppando a livello nazionale (ed anche locale, nei siti indicati come probabile destinazione delle future ipotetiche centrali nucleari italiane), può essere utile un’informazione chiara e accessibile sugli argomenti di cui tutti parlano (in gran parte senza molta conoscenza dei contenuti…).


Le centrali nucleari producono energia elettrica sfruttando la reazione di fissione nucleare a carico di atomi di uranio arricchito; vediamo quindi cosa è una reazione di fissione nucleare e poi affronteremo il tema della centrale vera e propria.

L’energia nucleare è quella liberata da un nucleo atomico (formato da alcune particelle, chiamate protoni e neutroni) quando questo si divide in nuclei meno pesanti. Ciò è dovuto al fatto che la materia (come spiegato da Einstein agli inizi del ‘900) contiene una enorme quantità di energia.

La reazione di fissione nucleare è provocata dall’urto di un neutrone con un atomo di uranio 235; questa reazione libera una elevata quantità di energia, atomi di elementi più leggeri e altri neutroni; questi, urtando altri atomi di uranio 235, danno luogo alla cosiddetta reazione a catena.

Per evitare che la reazione a catena sia incontrollata (una piccola bomba…) si utilizzano sistemi di contenimento (per esempio acqua pressurizzata e barre di vari materiali) in modo che la stessa possa procedere senza creare eccessivi problemi.

La possibilità di incidenti gravi, come appunto la perdita del controllo della reazione, è molto scarsa; al contrario la fuoriuscita di materiale radioattivo in piccole quantità (sia in fase liquida che gassosa) è abbastanza frequente.

L’uranio attualmente disponibile non è molto (si pensa sufficiente per circa 20 anni ai consumi attuali), ma vi sono certamente altri giacimenti (conosciuti o ipotizzati) non ancora utilizzati, per cui la disponibilità di uranio è realistica per un periodo di almeno 100 anni.

Ma, purtroppo, c’è un altro grande problema, al momento irrisolvibile; gli elementi che si ottengono dalla fissione sono instabili (tendono, cioè, a decadere formando altri elementi più stabili e liberando radiazioni di vario tipo; sono quindi radioattivi) ed hanno tempi di decadimento che possono essere molto lunghi. In più i neutroni liberati reagiscono, in parte, con l’uranio 238, formando plutonio 239: elemento molto radioattivo con tempo di dimezzamento (il tempo necessario a dimezzare la sua radioattività) di 24000 anni!

Tutti questi elementi costituiscono le scorie radioattive, che non si sa né come né dove conservare, data la loro elevatissima pericolosità.

Le centrali di terza generazione (EPR) sono reattori a fissione in versione migliorata rispetto ai reattori di 2° generazione, di cui riprendono le caratteristiche fondamentali. Non apportano quindi sostanziali differenze concettuali di funzionamento e pertanto neanche miglioramenti sostanziali per quanto riguarda le scorie prodotte. Una delle principali caratteristiche è la maggiore sicurezza, per cui i reattori EPR dovrebbero evitare problemi di contaminazione radioattiva esterna anche in caso di incidenti gravi.

Come avviene la produzione di energia elettrica? L’acqua usata, per il raffreddamento dell’energia termica prodotta nella reazione a catena (sono necessarie elevate quantità di acqua), evapora e i vapori vengono in parte utilizzati nelle turbine a vapore che generano la corrente elettrica tramite un alternatore. Il processo è lo stesso di una normale centrale a combustibili fossili ma non si ha produzione di gas serra.

Tiriamo le somme di quanto fin qui esposto:

- dal punto di vista economico, le centrali nucleari di terza generazione sono incredibilmente costose (molto più di quelle a combustibili fossili; rispetto a queste il costo fisso dovuto alla costruzione di un impianto nucleare è circa quattro volte maggiore. Più basso, certamente, il costo del combustibile). Va poi considerato il costo per la gestione delle scorie radioattive e per lo smantellamento dell’impianto.

- i tempi di realizzazione di una centrale nucleare sono molto lunghi, superiori ai dieci anni.

- non vi è inquinamento da emissioni di gas; vi è però un uso massiccio di acqua fredda (prelevata da fiumi o laghi) che viene fortemente riscaldata (e bisognerebbe riimmetterla nell’ambiente solo dopo averne abbassato nuovamente la temperatura…).

- il problema della sicurezza (incidenti con possibile emissione di sostanze radioattive, solide, liquide e gassose) permane, pur se ridotto.

- le scorie radioattive continuano ad essere il vero grande problema irrisolto; il loro trasporto e stoccaggio risulta altamente pericoloso e assolutamente privo di garanzie di sicurezza.
Reazione di fissione nucleare



Un nucleo pesante, se eccitato, può deformarsi fino a rompersi in due frammenti; la fissione più importante è quella provocata dai neutroni termici, che avviene a carico degli isotopi 233 e 235 dell’Uranio e del Plutonio 239.

In una centrale nucleare il nucleo che dà luogo alla reazione di fissione è l’uranio 235:







I prodotti X e Y hanno una distribuzione statistica; esistono circa trenta coppie di possibili X e Y che vengono chiamati prodotti di fissione e sono radioattivi (si disintegrano con emissione di radiazioni fino a raggiungere uno stato stabile).

Avviene, cioè, che un nucleo di un atomo di uranio 235, colpito da un neutrone, si spezza in due nuclei di atomi più piccoli (per esempio bario e kripton, ma non necessariamente questi due) liberando, in media, 2,5 neutroni e una grande quantità di energia (corrispondente alla piccolissima quantità di massa perduta). Questa reazione avviene con atomi particolari (non con qualsiasi atomo!), come per esempio U235.

L’uranio 235 è un isotopo poco diffuso rispetto all’uranio 238 (235 e 238 sono la somma dei protoni e neutroni presenti nel nucleo; i protoni sono di ugual numero nei due isotopi dell’uranio, i neutroni no; nella reazione riportata, i numeri in alto indicano la somma di neutroni e protoni-massa atomica, quelli in basso i soli protoni-numero atomico);U235 è presente in natura in percentuali molto basse (circa lo 0,7%); l’uranio 238 non dà reazioni di fissione con neutroni termici, ecco perché l’uranio 235 è detto materiale fissile. Perché la reazione possa avvenire è necessario avere un certa quantità di uranio 235 nel materiale, costituito in gran parte da uranio 238; si deve, quindi, procedere ad un processo di arricchimento che porti a percentuali di uranio 235 più elevate (il cosiddetto uranio arricchito, cioè uranio 238 con percentuali di uranio 235 dell’ordine del 3%).

Una volta iniziata la reazione, se nei dintorni vi sono altri atomi di U235 questi reagiscono con i neutroni liberati e si ha la cosiddetta reazione a catena. Tra parentesi, è quello che avviene nelle bombe nucleari, solo che in queste il contenuto di U235 è molto più elevato.



Nella tabella in basso vi sono i dati disponibili al 2005 sulle centrali nucleari nel mondo; da questa si rileva che i paesi del mondo occidentale hanno praticamente rinunciato alla costruzione di nuove centrali nucleari, anche se vi è un gran parlare di rilancio del nucleare con proposte di nuove progettazioni.
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