Concetti Chiave
- L'energia nucleare deriva da modificazioni della materia, come descritto dalla legge di Einstein E= m x c^2.
- I due principali processi di produzione di energia nucleare sono la fissione e la fusione nucleare.
- Nella fissione, nuclei di atomi fissili come l'Uranio 235 si dividono, liberando energia e permettendo reazioni a catena controllabili.
- Le centrali elettronucleari utilizzano il calore prodotto dalla fissione per generare energia elettrica tramite vapore e turbine.
- La fusione nucleare, sebbene promettente, presenta sfide tecniche legate alle altissime temperature necessarie per il suo controllo.
L'energia nucleare è una forma di energia che deriva da profonde modificazioni della struttura stessa della materia.
La materia può trasformarsi in energia secondo la legge fisica di Einstein E= m x c^2
E= energia
M= materia
C= costante (300.000.000 m/s)^2
Le scoperte della scienza e le applicazioni della tecnica hanno finora permesso di sfruttare questo principio in modo molto limitato. Ci sono due processi che possono produrre energia nucleare:
⦁ La fissione o scissione nucleare;
⦁ La fusione nucleare
consiste nella disintegrazione dell'atomo di alcuni elementi, detti fissili, per mezzo dei neutroni che colpendolo lo spezzano in due nuclei più piccoli, ciò significa che una parte della materia si è trasformata in energia. Se il materiale fissile è sufficiente durante la fissione di libero altri neutroni capaci di dividere altri nuclei così da creare una reazione a catena controllabile.
L'elemento fissile nelle centrali è l'Uranio 235 che però è solo una piccola parte nell'Uranio naturale (7x1000) perciò c'è bisogno di un trattamento speciale in modo che l'Uranio 235 arrivi al 3-5 %.
Come funziona una centrale elettronucleare?
Centrali elettronucleari
il funzionamento di una centrale elettronucleare è la seguente:
⦁ nel reattore si trova il combustibile nucleare, formato da pastiglie di Uranio, avviene la fissione.
⦁ Il calore prodotto dalla fissione serve a generare vapore surriscaldato che mette in rotazione la turbina a vapore, collegata all'alternatore: si ottiene l'energia elettrica.
⦁ Il controllo della fissione avviene grazie alle barre di controllo.
Sfide della fusione nucleare
Consiste nell'unione di nuclei di atomi leggeri per formare nuclei più pesanti. Quando due nuclei leggeri (deuterio e trizio, isotopi dell'idrogeno) sono spinti con forza l'uno contro l'altro posso scaldarsi e fondersi formando un solo nucleo che però risulta meno pesante della somma di degli altri due, infatti la materia mancante è divenuta energia. Gli scienziati sono riusciti a realizzare la fusione nucleare soltanto in forma non controllata, ma non sono riusciti a far sprigionare l'energia in modo lento e controllato perché le temperature sono altissime.
La miscela di isotopi gassosi dell'idrogeno che deve fondersi può essere racchiusa in delle pareti di campo magnetico. I nuclei sono portati a più di 100 milioni di gradi nella Tokamak.
L'energia nucleare non può per ora essere commercializzata ma potrà essere il futuro grazie alle materie prime facilmente procurabili.
Domande da interrogazione
- Qual è il principio fondamentale che regola la trasformazione della materia in energia?
- Come funziona una centrale elettronucleare?
- Quali sono le sfide attuali nella fusione nucleare?
La trasformazione della materia in energia è regolata dalla legge di Einstein, E= m x c^2, dove E rappresenta l'energia, m la materia e c la costante della velocità della luce (300.000.000 m/s)^2.
In una centrale elettronucleare, il combustibile nucleare, costituito da pastiglie di Uranio, subisce fissione nel reattore, generando calore che produce vapore surriscaldato per far girare una turbina, collegata a un alternatore per ottenere energia elettrica. Il controllo della fissione è garantito dalle barre di controllo.
Le sfide nella fusione nucleare includono la difficoltà di realizzare una reazione controllata, poiché gli scienziati sono riusciti a ottenere la fusione solo in forma non controllata a causa delle temperature estremamente elevate necessarie, superiori ai 100 milioni di gradi.
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