Nucleare - Tesina

Z.

•Mentre il numero di massa indica il numero dei protoni + il numero dei neutroni

e si indica con la lettera A. 5

Luciani Marco

Ogni elemento chimico ha un suo numero di protoni ed elettroni

Gli elementi chimici si suddividono in:

•Elementi chimici naturali: da idrogeno con numero atomico 1 ad uranio con numero

atomico 92

•Elementi chimici artificiali: esiste il tecnezio con numero atomico 43 e i transuranici

con numero atomico superiore a 92. 6

Luciani Marco

Gli isotopi sono degli elementi chimici con stesso numero di protoni ma diverso

numero di neutroni, quindi con stesso numero atomico ma con diverso numero di

massa. protone

neutrone

Vari esempi:

Idrogeno:numero atomico=1 Elio:numero atomico =2

Non esiste

deuterio

trizio 7

Luciani Marco

In natura esistono degli isotopi non stabili chiamati anche isotopi radioattivi o

radioisotopi

Questa instabilità è data dagli elementi chimici con:

•Nuclei con troppi protoni

•Nuclei con troppi neutroni

•Nuclei con pochi neutroni

•Nuclei con troppa energia

In sintesi sono radioattivi quei nuclei

che non fanno parte della valle di

stabilità che comprende nuclei con

numero atomico inferiore o uguale a 20 8

Luciani Marco

•Si definisce radioattività la proprietà che hanno gli atomi di alcuni elementi di

emettere radiazioni ionizzanti.

•La radioattività di un elemento rispetto ad un altro si misura in Becquerels (Bq), ed

indica il numero di esplosioni del nucleo al secondo, il numero delle esplosioni

dipende dalla quantità dei nuclei instabili. Questa unità di misura è molto piccola.

•Un’altra unità di misura è il tempo di dimezzamento. Questa unità quantifica il

tempo necessario per dimezzare la quantità di atomi radioattivi di un elemento.

•Dopo dieci tempi di dimezzamento la radioattività di quel elemento è 1000 volte

più piccola 9

Luciani Marco

Questi isotopi radioattivi, avendo un eccesso di energia tenderanno ha decadere

liberando un po’ della loro energia interna in eccesso sotto forma di raggi gamma e

quindi radiazioni elettromagnetiche e sotto forma di particelle ad alta velocità (α e β).

•Se questo atomo decade rilasciando particelle α o β , esso diventa un nuovo

elemento che tenderà a progredire per non essere più radioattivo.

•Mentre se l’atomo rilascia radiazioni gamma esso si trasformerà in un altro

isotopo che prende il nome di isomero sempre radioattivo. 10

Luciani Marco

La radiazione α si ha negli atomi nei cui nuclei si ha una quantità eccessiva di protoni e

neutroni.

La radiazione α è costituita da un

nucleo di elio (due protoni + due

elettroni) quindi avente due cariche

positive.

Per esempio l’uranio-238 passa a

uranio-234 rilasciando un nucleo di

elio. protone

neutrone

elettrone 11

Luciani Marco

La radiazione β è dovuta ad un eccesso di neutroni.

In questo processo uno dei neutroni del

nucleo si disintegra in un protone ed un

elettrone + un antineutrino.

Il protone rimane nel nucleo mentre le altre

due vengono espulse. In questo caso

aumenta il numero atomico mentre rimane

invariato il numero di massa.

Es: cobalto-60 diventa nichel-60.

Neutrone

Antineutrino

Protone espulsi

Elettrone

Z Numero atomico 12

Luciani Marco

La radioattività gamma è un’onda elettromagnetica mentre quella alfa e quella beta

sono radiazioni di tipo corpuscolare e dotate di carica.

•Il decadimento gamma corrisponde all’emissione di un fotone

•La radiazione gamma accompagna

in genere una radiazione alfa o beta.

Es: nel cobalto-60 quando si trasforma

in nichel-60 c’è un surplus di energia che

viene liberata sotto forma di radiazione

gamma

Queste radiazione sono molto

penetranti. energia espulsi

13

Luciani Marco 14

Luciani Marco

L’impiego dell’energia nucleare nasce dalla possibilità di usare la grande energia e la

radioattività presente nel nucleo dell’atomo specialmente nei radioisotopi. Queste

energie sono ben maggiori rispetto alle energie ottenute dalle reazioni chimiche dove il

nucleo dell’atomo non è coinvolto.

L’energia nucleare la si può ottenere attraverso la fusione o

attraverso la fissione nucleare. 15

Luciani Marco

1- concetti principali 7- esperimenti reattori

2- reazione più semplice 8- esempio macchina

3- creazione di energia 9- schema impianto

4- funzionamento 10- altre sperimentazioni

5- il confinamento del plasma 11- vantaggi

6- problematiche 12- svantaggi

Luciani Marco

16 il processo con cui da tempo si sprigiona

•È

energia nel sole.

fusione è il processo nucleare in cui si va all’unione di nuclei leggeri

•La

per formarne uno più pesante.

avvenga la fusione tra nuclei è necessario che quest’ultimi

•Affinché

stiano molto vicini per superare la forza di repulsione coinvolta ( i due

nuclei hanno entrambi cariche positive e quindi si respingono).

superare la repulsione è necessario raggiungere una elevata

•Per

quantità di energia raggiungibile o ad alte temperature o ad alte

densità 17

Luciani Marco

La più semplice reazione di fusione è quella tra un Deuterio e un

Trizio per formare un atomo di elio più un neutrone

deuterio trizio protone

neutrone

elio neutrone

fare questa reazione bisogna raggiungere una temperatura di 100

•per

milioni di gradi.

deuterio lo si trova in natura mentre il trizio deve essere prodotto

•Il

bombardando un atomo di litio con un neutrone. 18

Luciani Marco

la reazione si ha una diminuzione di massa che si trasforma in

•Durante

energia per la legge E=mc 2

variazione di massa è dovuta alla forza di legame che si crea

•Questa

per tener unito il nucleo, infatti la massa del nucleo di un elemento è

sempre inferiore alla somma delle masse dei nucleoni di cui è

composto il medesimo nucleo.

calcolare questa variazione di massa bisogna usare la massa

•Per

nucleare e non la massa atomica usata nella tavola periodica.

variazione di massa viene convertita in energia.

•Questa 19

Luciani Marco

fusione nucleare in questo momento è possibile solo nel sole dove si

•La

può raggiungere temperature elevate.

sole infatti si ha la creazione del plasma.

•Nel

plasma può essere considerato il quarto stadio della materia dove si

•Il

crea un gas ionizzato dove elettroni e nuclei non sono più legati.

questo plasma nel sole viene confinato grazie alla sua stessa

•Inoltre

forza di gravità. 20

Luciani Marco

Esistono tre modalità di confinamento:

magnetico

•Confinamento inerziale ( grazie a potenti laser)

•Confinamento gravitazionale ( possibile solo nelle stelle per la loro

•Confinamento

grandezza) 21

Luciani Marco

reattore a fusione funziona soltanto se i due atomi sono a una distanza

•Il

molto piccola per far intervenire la forza nucleare che li fa unire.

problema sorge a causa dei due nuclei carichi positivamente e quindi

•Il

tendono a respingersi sempre maggiormente all’avvicinarsi l’uno dall’altro.

infrangere questa barriera i due nuclei devono essere in uno stato di

•Per

eccitazione elevato raggiungibile solo a livelli di temperatura di 100 milioni

di gradi dove si va a formare il plasma.

a causa dell’enorme temperatura che si deve raggiungere non

•Infatti

si è riusciti a creare ancora centrali nucleari a fusione per l’utilizzo

pubblico 22

Luciani Marco

campo scientifico si sono creati degli esperimenti per la realizzazione

•Nel

di centrali a fusione nucleare.

problema principale come ho già detto è la creazione di questo plasma

•Il

e trovare un luogo per confinarlo.

è cercato di creare dei forti campi magnetici in grado di contenere

•Si

questo piccolo sole ma si è visto che un minimo errore può portare alla

morte di molte persone come è già successo.

la creazione di questo campo magnetico si deve raggiungere un

•Per

flusso di corrente pari a 1 milione di A che attraversa il plasma stesso,

inoltre questo campo magnetico porta anche al riscaldamento del

plasma che ci aiuta nella fusione. 23

Luciani Marco 24

Luciani Marco 25

Luciani Marco

altre sperimentazioni si sta cercando di creare un campo magnetico

•In

in luoghi vicini allo zero assoluto.

avvicinandosi allo zero assoluto si creano dei super conduttori

•Infatti

annullandosi quasi completamente la resistenza dei materiali nei

confronti dell’energia elettrica.

questo modo si creerebbe un forte campo magnetico in grado di

•In

contenere il piccolo sole ma è ancora tutto in fase di sperimentazione.

scienziati stanno lavorando in questi campi e si sta facendo passi

•Molti

da gigante sempre più vasti.

comunque una riuscita di queste sperimentazioni cambierebbe il

•

mondo. 26

Luciani Marco

Vantaggi:

presenta come un’ottima alternativa nei confronti delle fonti fossili che

•Si

non sono infinite e inquinano parecchio.

si ha emissione di gas serra.

•Non

diminuisce di parecchio il rischio di incidenti rispetto alle centrali nucleari

•Si

di fissione.

andrà a produrre poche scorie radioattive e comunque potranno essere

•Si

riutilizzate come lo dimostra alcuni esperimenti fatti per produrre energia o

semplicemente per ridurre il tempo di dimezzamento.

elementi necessari per far avvenire la fusione sono molto più accessibili

•Gli

rispetto quelli della fissione che si devono creare artificialmente. 27

Luciani Marco

Svantaggi:

nella realizzazione dell’impianto di fusione nucleare.

•Difficoltà

elevati per la realizzazione e necessità di personale molto più

•Costi

specializzato rispetto a quello della fissione sempre molto elevato.

anche se diminuita di scorie rispetto a quelle che si producono

•Produzione

nella fissione n nucleare.

energetici elevati per la creazione dei campi elettromagnetici per

•Costi

confinare il plasma. 28

Luciani Marco

1- concetti principali 12- scorie radioattive

2- alcune reazioni 13- deposizione temporanea

3- centrali a fissione nucleare 14- ritrattamento

4- componenti 15- trattamento

5- centrali I generazione