Atomo: fonte di energia e di distruzione

Giorgio Tozzi L’atomo: fonte di energia e fonte di distruzione

Indice

1. Introduzione......................................................................................................................................... 3

2. Funzionamento di una centrale termonucleare .................................................................................... 4

2.1 La fissione Nucleare ...................................................................................................................... 4

2.2 Generatore Elettrico ..................................................................................................................... 5

2.2.1 La derivata ............................................................................................................................ 6

2.3 Vantaggi e svantaggi delle centrali nucleari ................................................................................... 6

3. La bomba atomica ................................................................................................................................ 8

3.1 Progetto Manhattan ..................................................................................................................... 8

3.2 L’utilizzo bellico .......................................................................................................................... 10

3.3 Discorso del presidente Henry Truman ....................................................................................... 12

3.4 La Guerra Fredda e la corsa agli armamenti ................................................................................ 13

3.5 “Russians” .................................................................................................................................. 15

4. La guerra in arte ................................................................................................................................. 16

4.1 Guerra come tragedia e massacro ............................................................................................... 16

4.2 Guerra come rivoluzione e libertà ............................................................................................... 19

5. Gli intellettuali e la bomba atomica .................................................................................................... 21

5.1 Salvatore Quasimodo

.................................................................................................................. 21

5.1.1 Uomo del mio tempo .......................................................................................................... 21

5.2 Italo Svevo .................................................................................................................................. 22

5.2.1 La profezia di un’apocalisse cosmica ................................................................................... 23

6. L’etica dello scienziato ........................................................................................................................ 24

6.1 Cicerone e la ragione naturale .................................................................................................... 24

6.2 Immanuel Kant e la Critica della ragion pratica ........................................................................... 25

6.3 La scomparsa di Majorana .......................................................................................................... 27

6.4 Il manifesto Russel-Einstein ........................................................................................................ 28

7. Il futuro energetico ............................................................................................................................ 30

7.1 La fusione nucleare ..................................................................................................................... 30

7.1.1 Progetto ITER ...................................................................................................................... 32

7.2 La fornace nucleare del Sole ....................................................................................................... 32

7.2.1 L’evoluzione del Sole ........................................................................................................... 33

7.3 Le fonti di energia rinnovabili ...................................................................................................... 34

8. Bibliografia, sitografia e filmografia .................................................................................................... 35

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Giorgio Tozzi L’atomo: fonte di energia e fonte di distruzione

1. Introduzione

L'atomo (dal greco àtomos, indivisibile, così chiamato perché inizialmente considerato l'unità più piccola e

indivisibile della materia, risalente alla dottrina dei filosofi greci Democrito ed Epicuro, detta teoria

dell'atomismo) è la più piccola parte di ogni elemento esistente in natura che ne conserva le caratteristiche

chimico-fisiche. Verso la fine dell'Ottocento, con la scoperta dell'elettrone, fu dimostrato che l'atomo era

divisibile, essendo a sua volta composto da particelle più piccole, alle quali ci si riferisce con il termine

"subatomiche". L'atomo risulta infatti costituito da neutroni, elettroni e protoni. E’ proprio questa scoperta

che ci ha permesso in seguito di pensare di poter estrarre energia dall’atomo.

La mia trattazione inizia quindi da un’analisi dei due modi di utilizzare l’energia prodotta dall’atomo tramite

la tecnica della fissione nucleare: l’ambito energetico, con il funzionamento di una centrale termonucleare,

e l’ambito bellico, con ciò che avvenne il 6 agosto 1945, data dello sgancio della prima bomba atomica sulla

città giapponese di Hiroshima.

Durante la descrizione del funzionamento della centrale termonucleare, mi soffermerò sul generatore

elettrico, elemento fondamentale dell’era moderna, con una connessione alla legge di Faraday-Neumann, e

quindi alla derivata in ambito matematico.

Per quanto riguarda invece l’aspetto bellico, analizzerò prima i vari passaggi del Progetto Manhattan, il

progetto che ha portato alla costruzione della prima bomba atomica, per passare poi al vero e proprio

utilizzo bellico di quest’ultima, al discorso del presidente Truman, e alle conseguenze che ha generato lo

sgancio della bomba: la guerra fredda e la corsa agli armamenti.

Le guerre che hanno segnato il ventesimo secolo mi permetteranno di fare un approfondimento sui vari

modi in cui è vista la guerra dagli artisti: per questo mi soffermerò sulla guerra come tragedia e massacro e

la guerra come rivoluzione e libertà.

Approfondirò il rapporto della guerra con gli intellettuali italiani: ecco che abbiamo Salvatore Quasimodo e

la relazione con il secondo dopo guerra e Italo Svevo e la sua profezia di un’apocalisse cosmica.

Da quest’ultimo brano poi mi soffermerò su un altro argomento fondamentale della scienza moderna:

l’etica dello scienziato, trattandola tramite le riflessioni di Cicerone e Kant. Tramite l’etica giungerò ad

analizzare il comportamento di Einstein ed Ettore Majorana a riguardo delle pericolose scoperte atomiche.

Infine terminerò il mio percorso con un’analisi di quella che può essere la vera possibilità di produrre

energia senza alcun rischio: la fusione nucleare, la stessa che avviene nel Sole, con una connessione alle

altre fonti di energia rinnovabili. 3

Giorgio Tozzi L’atomo: fonte di energia e fonte di distruzione

2. Funzionamento di una centrale termonucleare

Una centrale termonucleare genera energia elettrica convertendola dall’energia cinetica del vapore,

ottenuto portando l’acqua a elevate temperature ed elevata pressione. Il vapore genera il movimento di

una spira inserita in un campo magnetico, che, come c’è suggerito dalla legge di Faraday, crea corrente

elettrica alternata. (Figura 2-1)

Per portare l’acqua a elevata temperatura si

utilizza l’energia sprigionata dalla fissione

degli atomi di Uranio. Questo avviene nel

nocciolo, l’elemento più importante di una

centrale nucleare.

Cos’è la fissione nucleare? Figura 2-1 – Schema di una centrale termonucleare

2.1 La fissione Nucleare

Nel 1934 un gruppo di fisici guidati da Enrico Fermi (i ragazzi di via Panisperna) realizzò la prima fissione

nucleare artificiale, bombardando con dei neutroni gli atomi dell’uranio. Il gruppo di fisici non si accorse

però di quello che era avvenuto, credendo di aver scoperto nuovi elementi. La fissione fu scoperta cinque

anni dopo, nel 1939 da Otto Hahn e Fritz Strassman, durante uno dei loro esperimenti. Questi notarono che

un nucleo di uranio può essere scisso in due nuclei più piccoli, generando un’enorme quantità di energia.

Una reazione di fissione ha inizio quando un neutrone lento è assorbito da un nucleo di uranio-235.

L’evento fa aumentare di uno il numero di massa del nucleo e lo lascia in uno stato eccitato:

*

+ →

Il nucleo eccitato oscilla violentemente e si deforma, fino a dividersi in pezzi più piccoli, cioè fino a subire

una fissione. Oltre alla formazione di nuclei più piccoli, sono emessi 2 o 3 (in media 2,47) neutroni (ciò

perché se l’atomo fosse semplicemente diviso in due atomi di massa dimezzata, questi ultimi avrebbero

troppi neutroni per essere stabili).

Il fatto che una reazione di fissione emetta in media più di un neutrone,

genera una reazione a catena. Infatti, i neutroni emessi dalla prima

reazione, generano altre reazioni di fissioni in altri atomi. Queste, a loro

volta genereranno altri neutroni che produrranno altre reazioni di

fissione. Una reazione come quella appena descritta è definita

incontrollata, e genera una quantità di energia enorme che si scatena in

maniera esplosiva (quanto avviene nella bomba atomica). (Figura 2-2) Figura 2-2 – Fissione Nucleare

Una reazione a catena controllata, come quelle utilizzate negli impianti nucleari, genera in media un solo

neutrone. La prima reazione a catena controllata fu ottenuta dallo stesso Fermi nel 1942 in un laboratorio

improvvisato allestito in un campo da tennis dell’Università di Chicago.

Un reattore è generalmente formato da tre elementi: il combustibile (di solito l’uranio), il moderatore e le

barre di controllo. Il moderatore rallenta i neutroni emessi durante la fissione rendendo più probabile la

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loro cattura da parte di altri nuclei di uranio per ottenere nuove fissioni. Le barre di controllo regolano

invece la velocità di reazione e sono fatte di un materiale capace di assorbire i neutroni, come il cadmio.

Quando le barre di controllo sono completamente inserite della “pila”

di blocchi di uranio, ogni nuova reazione termina rapidamente, perché i

neutroni emessi sono assorbiti prima che possano innescare nuove

reazioni. Se le barre vengono parzialmente estratte, alcuni neutroni

diventano disponibili per generare nuove reazioni. Si dice che il

reattore è critico quando, in media, per ogni neutrone emesso da una

reazione di fissione, si ha un’altra fissione. I reattori nucleari che

producono energia per applicazioni pratiche sono tenuti vicino alla

condizione critica tramite una continua regolazione delle barre di Figura 2-3 – Reattore Nucleare

controllo. (Figura 2-3) 2

L’energia prodotta dalla fissione degli atomi di uranio, data dalla legge di Einstein E=mc (si noti che

essendo la velocità della luce elevata al quadrato, anche un valore di m molto basso, genera una grande

quantità di energia), viene utilizzata per portare ad ebollizione l’acqua, ed il vapore acqueo generato fa

muovere grandi turbine nella parte termoelettrica della centrale. Tramite un generatore elettrico si

produce corrente alternata.

2.2 Generatore Elettrico

Un generatore elettrico è un dispositivo progettato per trasformare in modo efficiente energia meccanica

in energia elettrica. L’energia meccanica è utilizzata per muovere un conduttore all’interno di un campo