Guerra Fredda, tesina (1)

L'ENERGIA NUCLEARE

Definizione

Per energia nucleare si intende quella forma di energia ottenuta dalla fissione

dell'uranio. È una forma di energia che ha numerosi vantaggi rispetto all' energia

proveniente da fonti fossili:

non produce fumi di scarico nocivi;

➢ la produzione di energia elettrica con l'uranio è molto meno costosa di quella

➢ con i combustibili fossili;

con poco uranio si può produrre molta energia.

➢

Ha però ovviamente anche degli svantaggi:

liberazione di sostanze radioattive nell'aria in caso d'incidente ad una centrale

➢ che possono provocare danni gravi alla salute anche molto tempo dopo

l'evento;

dopo la fissione le scorie radioattive impiegano molto tempo per diminuire la

➢ loro radioattività e quindi sono difficili da smaltire.

Statistiche

Nel 2008 la produzione mondiale di energia elettrica da fonte nucleare era pari al

13,5 % del totale. Nell'Unione Europea l'energia ottenuta dal nucleare corrispondeva

al 27,8 % del totale attestandosi come la

seconda fonte nell' elettro generazione, poco

al di sotto del carbone. Sono in costruzione

sessantadue centrali nucleari in tutto il

mondo. Al momento sono funzionanti in tutto

il mondo 433 reattori nucleari, di cui 104 negli

Stati Uniti, 58 in Francia, 50 in Giappone, 33

in Russia, 17 in Canada, 16 nel Regno Unito.

Il paese che usa maggiormente l'energia

nucleare per soddisfare il suo fabbisogno

energetico è la Francia con il 72 % circa. Ovviamente l' uso dell'energia nucleare è in

costante crescita. Ma analizziamo il percorso per arrivare al prodotto finito cioè

all'energia elettrica.

L'uranio

L'uranio, in condizioni standard si presenta come

un metallo radioattivo, duro, bianco-argenteo,

malleabile, duttile. In natura è piuttosto diffuso ma

è difficile trovarlo in concentrazioni elevate, in

media tre grammi per ogni tonnellata della crosta terrestre. Quindi le riserve di uranio

sono di circa 10000 miliardi di tonnellate. L'isotopo più presente in natura è l'uranio

238. Un giacimento di uranio per essere detto sfruttabile deve contenere una

sufficiente quantità di materiale senza dei costi troppo elevati.

Tipologie di miniere di uranio

Esistono sostanzialmente due tipi di miniere uranifere:

Rocce sedimentarie: questo tipo di deposito è più facile da lavorare perchè i

➢ depositi sono più vicini alla superficie. Queste miniere si formano quando le

acque sotterranee ricche di ossidi di uranio scorrono nella falda e depositano

quindi un precipitato di uraninite, che è il principale minerale uranifero.

Depositi ignei ed idrotermali: questo tipo di depositi include le rocce con vene

➢ minerarie.

Le tecniche estrattive

Le tecniche più comuni per l'estrazione dell'uranio sono quattro:

la miniera sotterranea;

 la miniera convenzionale;

 l' In Situ Leach (ISL);

 il sottoprodotto minerario.



Ci occuperemo in particolare delle ultime due tecniche.

L' In-situ leach consiste nel pompare una sostanza nel corpo minerale attraverso un

foro per dissolverlo ed estrarlo da un altro foro.

Il sottoprodotto minerario è invece una tecnica che consiste nel ricavare l' uranio

dallo scarto di altri prodotti minerari. Al momento la maggior parte della produzione

attraverso questa tecnica avviene con l' uso dei fosfati.

L'arricchimento dell'uranio

Per usare l'uranio nelle centrali nucleari bisogna arricchirlo per fare in modo che ci

sia più uranio 235. Ci sono tre livelli di arricchimento: 235

uranio lievemente arricchito, con una quantità di U tra lo 0,9 e il 2%. Questo

 tipo viene usato nelle centrali con reattore ad

acqua pesante;

uranio a basso arricchimento con una quantità di

 235 U inferiore al 20%. Destinata all'utilizzo nelle

versioni commerciali di reattore nucleare ad

acqua leggera (Light Water Reactor, LWR), il tipo

più comune di reattori di potenza nel mondo,

l'uranio viene arricchito ad una concentrazione tra

235

il 3% ed il 5% di U; 235

uranio ad alto arricchimento con una quantità di U superiore al 20%. Le armi

 235

nucleari contengono l' 85 % o più di U.

Prima di arricchire l'uranio, il materiale viene trasformato in un miscuglio di ossidi di

azoto detto yellow cake per il suo colore giallo e poi viene sottoposto a gassificazione

in cui viene trasformato in gas di esafluoruro di uranio contenente lo 0,7% di uranio

235. Il miscuglio di uranio 235 e 238 viene introdotto in una centrifuga contenuta in

un ambiente sotto vuoto e riscaldato per conservare l'esafluoruro di uranio sotto

forma gassosa. Nella fase successiva di 'centrifuga' il materiale viene posto a una

maggiore forza di gravità che consente la 'separazione' dell'uranio 238, più pesante,

dall'uranio 235. Il miscuglio arricchito di uranio 235 resta al centro della centifruga,

viene recuperato e sottoposto ad altre centifrughe. Il materiale ai bordi delle

centrifughe viene invece eliminato. Al termine del processo l'uranio gassoso è

riportato allo stato metallico e trasformato in pastiglie.

Il funzionamento di una centrale nucleare

Ci sono due tipi di centrali nucleari:

centrale a fissione, quella usata dall'uomo attualmente con l'uranio;

 centrale a fusione, su cui si stanno facendo ricerche ma che non può essere

 ancora usata per problemi di sicurezza. Il combustibile in questo caso è

l'idrogeno.

Possono essere considerati poi due tipi di reattori nucleari a fissione:

reattori ad acqua leggera

 reattori ad acqua pesante



Nei reattori ad acqua leggera il combustibile è costituito da barrette del diametro di

circa 1 cm di ossido di uranio arricchito in

uranio 235 (arricchimenti di circa il 3%).

L'acqua, circolando tra le barrette di

combustibile, svolge sia la funzione di

moderatore, rallentando i neutroni nati dal

processo di fissione, sia quella di refrigerante,

asportando l’energia ceduta all’atto della

fissione. Tutto il nocciolo è contenuto in un

recipiente a pressione d'acciaio, in cui vi sono

aperture per l'ingresso e l'uscita del

refrigerante. Intorno al recipiente e alle parti

attive del reattore sono predisposti degli

schermi per assorbire le radiazioni: lo schermo termico, in metallo, assorbe

prevalentemente le radiazioni gamma, quello biologico, in calcestruzzo, i neutroni.

Naturalmente hanno grande importanza i sistemi di sicurezza e di emergenza

necessari per far fronte agli eventuali incidenti d’impianto.

I reattori ad acqua pesante impiegano come combustibile l'uranio naturale, non

arricchito. Esistono inoltre reattori di concezione più avanzata, detti "veloci", che

vengono raffreddati con metallo liquido e funzionano con combustibile fortemente

arricchito convertendo l'uranio 238 in plutonio senza utilizzare un moderatore che

rallenti i neutroni. Il reattore francese Superphenix, produce 1.200 megawatt elettrici

con un rendimento complessivo del 40%. Tali impianti sono molto attraenti per la

loro capacità di produrre nuovo combustibile fissile ma mostrano (ad ora) delle

complessità tecnologiche superiori a quelle dei reattori ad acqua ed un costo

dell’energia superiore.

Il principio della centrale a fissione è lo stesso di qualsiasi centrale elettrica basata sul

ciclo al vapore. La centrale si può dividere in due parti: il reattore in cui avviene la

fissione e la parte meccanica dove il vapore attraversa la turbina producendo energia

cinetica che verrà poi trasformata in energia elettrica.

Nel reattore nucleare il nocciolo di uranio subisce il processo della fissione,

producendo calore. Questo calore porta ad ebollizione l'acqua che produce vapore il

quale attraversa la turbina producendo energia meccanica che poi viene trasformata

dall'alternatore in energia elettrica che fornirà energia alle nostre case. Il vapore

intanto viene riportato allo stato liquido per ripetere l'operazione.

La fissione nucleare

Si può dividere il processo di fissione nucleare in quattro fasi:

1. L'atomo di uranio viene bombardato con un elettrone. L'atomo si divide in due

parti;

2. La divisione in due parti libera un certo numero di neutroni e nel contempo

sviluppa una consistente energia termica;

3. I neutroni liberati vanno a colpire altri atomi che a loro volta liberano altri

neutroni ed altro calore, innescando il fenomeno noto come fissione a catena;

4. Nei reattori, per contenere la temperatura ai livelli necessari, una parte dei

neutroni liberati viene bloccata da materiali appositi (grafite – acqua).

Smaltimento dei rifiuti nucleari

Le considerazioni generali necessarie per la classificazione dei rifiuti (scorie)

nucleari, sono:

per quanto tempo i rifiuti resteranno ad un livello pericoloso;

➢ qual è la concentrazione del materiale radioattivo nei rifiuti;

➢ se i rifiuti generano calore.

➢

La persistenza di radioattività determina per quanto tempo i rifiuti devono esser

gestiti. La concentrazione e la generazione di calore indicano come devono esser

maneggiati. Queste considerazioni forniscono anche informazioni sui metodi idonei

di smaltimento.

La classificazione varia leggermente da Paese a Paese, ma generalmente le categorie

accettate internazionalmente sono:

 rifiuti a bassissima radioattività o non radioattivi;

 rifiuti a bassa radioattività;

 rifiuti a radioattività intermedia;

 rifiuti ad alta radioattività.

I rifiuti a bassissima radioattività o non radioattivi includono quantità trascurabili di

radioattività e possono essere trattati come i rifiuti domestici.

I rifiuti a bassa radioattività includono la maggior parte dei rifiuti derivanti dal ciclo

di combustibile. Comprendono carta, stracci, strumenti, vestiario, filtri e altro, che

contengono piccole quantità di radioattività essenzialmente a breve vita. Non

richiedono schermatura nelle fasi di maneggio e trasporto e di riduzione del volume

prima dello smaltimento. Rappresentano il 90% del volume totale, ma contengono

solo l’1% della radioattività complessiva.

I rifiuti a radioattività intermedia comprendono maggiori quantità di radioattività e, di

norma, richiedono una schermatura. Lo schermo può essere una barriera di piombo o

di acqua per proteggere dalle radiazioni penetranti come i raggi gamma. I rifiuti a

radioattività intermedia comprendono essenzialmente resine, fanghi chimici,

rivestimenti metallici del combustibile. Possono esser inglobati in calcestruzzo o

bitume per lo smaltime