Natura, non fa nulla di inutile

Liceo Scientifico Statale Enrico

Fermi Nuoro

Io, la Natura, sono

chiamata Madre,

ma sono una tomba

(Alfred de Vigny) Alunno 2

Antonio Puddu V E

Anno Scolastico 2007 - 2008

Indice

Il “perché” di questo lavoro

I. Fisica

1.1. Caratteristiche principali dell’Energia Nucleare

- Fissione Nucleare

- Fusione Nucleare

1.2. I costi reali del nucleare

1.3. Vantaggi e svantaggi del nucleare

1.4. I Grandi incidenti nucleari

1.5. Alternative alle centrali nucleari

- Energia Eolica

- Energia Solare

- Energia idroelettrica

- Energia geotermica

II. Scienze della Terra

2.1. La Luna e le maree

2.2. La teoria di Isaac Newton

III. Filosofia

3.1. Charles Darwin Filosofo

- Il pensiero di Darwin e le sue ripercussioni filosofiche

- L’influenza della filosofia deista

- Una teoria alquanto scomoda

- Breve intervista a Richard Rorty

3.2. Intervista a Ernst Mayr tratta da “Le Scienze” n.385 settembre del 2000.

- Una concezione laica della vita

- Come Darwin ha cambiato la nostra visione del Mondo

- Un nuovo modo di pensare

IV. Matematica 3

4.1. Breve biografia di Leonardo Fibonacci

4.2. Presentazione della serie di Fibonacci

4.3. La sezione aurea nei secoli, le sue applicazioni e le curiosità

4.4. La sezione aurea nelle Piramidi e nell’arte

4.5. I numeri di Fibonacci in natura

- La sezione aurea nel corpo umano

V. Biologia

5.1. Charles Darwin

5.2. I Capisaldi della teoria di Darwin

- Lotta per la sopravivenza

- Variazioni individuali ereditabili

- Selezione naturale

5.3. Principali differenze tra Darwin e Lamarck

5.4. Due valide alternative alla teoria Darwiniana sull’evoluzione:

- La teoria degli equilibri punteggiati (Teoria di Gould ed Eldredge)

- Strutturalismo biologico

VI. Francese

6.1. Jean-Jacques Rousseau

- Definizione di natura per l’autore

6.2. Il Romanticismo

6.3. Il Romanticismo in Francia.

VII. Letteratura Italiana

7.1. Giacomo Leopardi (1798 – 1837)

- Brevi cenni biografici

- La scoperta della “Natura”

- La teoria del piacere

- Verso una posizione Romantica

7.2. Testi con relativi commenti:

- Dialogo della natura e di un Islandese

- La ginestra o il fiore del deserto

-

VIII. Bibliografia e Sitografia

…Il “perché” di questo lavoro… 4

In primo luogo, questo lavoro è stato realizzato in seguito alla mia passione riguardo

l’immenso universo della natura e dei misteri ad esso correlati, nonché al fascino in

me suscitato dal dualismo scienza- etica che ha sempre costituito, nella filosofia

antica come nel pensiero moderno contemporaneo, nella letteratura e nella poesia,

nelle polemiche scientifiche, uno dei maggiori punti di contrasto e discussione. Lo

studio della natura costituisce quasi l'essenza di ciò che riteniamo sia la ricerca

scientifica. Essa è infatti un tentativo di comprendere la natura (anche quella umana)

e di raggiungere, attraverso di questa conoscenza, un certo dominio e controllo

pratico su di essa.

Nella parte del mio lavoro dedicata alla fisica ho scelto di sottolineare il rapporto

controverso e spesso conflittuale tra uomo e natura attraverso un’analisi non

unicamente scientifica dell’energia nucleare, delle ripercussioni del suo uso sulla

natura e sull’uomo, del suo temibile potenziale distruttivo.

La consapevolezza dell’attualità di una trattazione sulla natura mi ha portato a

riflettere sull’arroganza della potenza dominatrice dell’uomo, sui moderni disastri

naturali e i problemi climatici, nonché sull’enorme e sorprendente essenza dei

fenomeni naturali: in scienze della terra ho voluto approfondire il fenomeno delle

maree e sviscerare l’apparente mistero di questo evento.

Charles Robert Darwin, celebra naturalista, geologo e agronomo inglese ha

legittimamente occupato le mie riflessioni riguardo la filosofia e la biologia: il suo

immortale apporto scientifico continua a influenzare i principali ragionamenti

riguardanti l’origine dell’essere umano.

Il romanticismo e le sue riflessioni uno dei suoi più illustri rappresentanti, Giacomo

Leopardi, sono stati oggetto del mio studio letterario, rispettivamente, in lingua

francese e italiana: il movimento romantico ha infatti riprodotto in maniera fedele e

straordinariamente icastica il difficile e struggente rapporto tra l’uomo e una natura

madre-matrigna. I. Fisica 5

1.1 Caratteristiche principali dell’energia nucleare:

L’energia nucleare include tutti quei fenomeni che determinano la produzione di energia in seguito a

trasformazioni nei nuclei atomici.

L'energia nucleare è una fonte energetica da valutare attentamente sia negli aspetti positivi sia

negativi.

In primo luogo è necessario comprendere il suo funzionamento. Nelle centrali nucleari l'energia

scaturisce dal bombardamento dell'uranio con neutroni. Il nucleo dell'uranio si divide in due nuclei

più piccoli tramite un processo denominato 'fissione nucleare', durante il quale si genera energia e

altri neutroni che, a loro volta, determineranno la divisione dei nuclei di uranio dando luogo alla

nota 'reazione a catena nucleare'. Durante questo processo viene emessa radioattività ad alta

intensità. Gli oggetti e i metalli esposti alle radiazioni diventano essi stessi radioattivi, ossia scorie

radioattive, le quali dovranno essere stoccate per migliaia di anni fino quando non decade il livello

di radioattività. Quest’ultimo non consente all'uomo di avvicinarsi alle scorie e, al momento, la

scienza non è in grado di distruggere le scorie radioattive o di accelerare il periodo di decadimento

della radioattività. 6

L'uranio è la materia prima delle centrali nucleari a fissione. Una minima quantità di uranio

consente di produrre un'elevata quantità energia e, a differenza del carbone o del petrolio, senza

emissioni di anidride carbonica (principale causa dell'effetto serra).

Le reazioni che coinvolgono l'energia nucleare sono principalmente quelle di fissione nucleare e

quelle legate alla radioattività.

La fissione nucleare

La fissione è una reazione nucleare in cui il nucleo di uranio 235, plutonio 239 o di altri elementi

pesanti adatti, sono divisi tramite il bombardamento con neutroni o altre particelle elementari in

frammenti in un processo che libera energia. È la reazione nucleare più facile da ottenere, rispetto

alla fusione, ed è comunemente utilizzata nei reattori nucleari e nei tipi più semplici di bombe

atomiche quali le bombe all'uranio (utilizzata per bombardare la città di Hiroshima) o al plutonio

(come quella che colpì Nagasaki). Tutte le bombe a fissione nucleare sono militarmente etichettate

come Bombe A.

La prima rudimentale fissione nucleare artificiale della storia avvenne nel 1934 per merito di un

gruppo di fisici italiani guidati da Enrico Fermi e conosciuti come i "ragazzi di via Panisperna"

mentre bombardavano uranio con neutroni termici, cioè rallentati per mezzo di paraffina. Il gruppo

di fisici però non si rese conto di ciò che era realmente avvenuto e ritenne di aver prodotto degli

elementi transuranici. In seguito, nel Dicembre del 1938, due chimici nucleari tedeschi, Otto Hahn e

Fritz Straßmann furono i primi a realizzare la scissione di un nucleo di uranio 235 in due o più

frammenti, colpendo durante l’assorbimento di un neutrone, dando così luogo alla fissione del

nucleo.

E fu proprio grazie a questo rivoluzionario esperimento che i chimici e i fisici nucleari di tutto il

mondo intuirono la possibilità di utilizzare questo processo per produrre energia o ordigni nucleari

costruendo dei reattori che contenessero la reazione.

La prima bomba atomica esplose nel 1945.

Schema di una reazione nucleare

1) Un nucleo di uranio 235 assorbe un neutrone e avviene la fissione che spezza il nucleo in due

frammenti e libera tre neutroni e dell'energia.

2) Uno di questi neutroni è assorbito da un altro nucleo di uranio 238 ed è perso nel bilancio. Un

secondo neutrone può "fuggire" dal sistema o essere assorbito da un elemento che non continua

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la reazione. Il terzo neutrone è assorbito da un nucleo di uranio 235 che si spezza in due

frammenti liberando due neutroni e dell'energia.

3) I due neutroni liberati si scontrano con due nuclei di uranio 235 e ogni nucleo libera da uno a

tre neutroni che servono per continuare la reazione a catena.

La Fusione Nucleare

La fusione, processo nucleare che alimenta il Sole e le stelle, consiste nell'unione di due atomi

leggeri isotopi dell'Idrogeno, Deuterio e Trizio, in uno più pesante. In questo tipo di reazione il

nuovo nucleo costituito presenta una massa totale minore rispetto alla somma delle masse reagenti,

con conseguente liberazione di alta energia che conferisce al processo caratteristiche fortemente

esotermiche.

Affinché avvenga una fusione tra due nuclei questi devono essere sufficientemente vicini in modo

da lasciare che forza nucleare forte predomini sulla repulsione coulombiana (i due nuclei hanno

carica elettrica positiva e pertanto si respingono): ciò avviene a distanze molto piccole, dell'ordine

di qualche femtometro (10-15 metri). L'energia necessaria per superare la repulsione coulombiana

può essere fornita alle particelle portandole in condizioni di altissima pressione (altissima

temperatura e/o altissima densità). Nei processi terrestri la fusione nucleare è utilizzata in forma

incontrollata per le bombe a idrogeno e in forma controllata nei reattori a fusione termonucleare,

ancora sperimentali. 8

L'energia potenziale totale di un nucleo è notevolmente superiore all'energia che, ad esempio, lega

gli elettroni al nucleo. Pertanto l'energia rilasciata nella maggior parte delle reazioni nucleari è

notevolmente maggiore rispetto a quella delle reazioni chimiche. Con un grammo di deuterio e

trizio si potrebbe produrre tanta energia quanta con 11 tonnellate di carbone.

Le tipologie di atomi interessati nel processo di fusione nucleare, in natura e in ingegneria, sono

isotopi dell'atomo d’idrogeno, caratterizzati da un minimo numero atomico cui corrisponde la

minima energia d’innesco. Tuttavia, all'interno delle stelle più grandi è possibile anche la fusione di

elementi più pesanti, si ritiene fino all'ossigeno.

Se controllata la fusione nucleare, potrebbe risolvere la maggior parte dei problemi energetici del

pianeta perché in grado di produrre quantità pressoché illimitate di energia senza emissioni di gas

nocivi o gas serra e senza la produzione di scorie radioattive: la piccola quantità di radioattività

residua interesserebbe solo alcuni componenti del reattore a fusione, peraltro facilmente

rimpiazzabili; i tempi di dimezzamento della radioattività residua sarebbero però confrontabili con

la vita media della centrale (decine d'anni). Volendo fare un esempio, la quantità di deuterio e trizio

ricavabile da tre bicchieri di acqua di mare e due sassi di medie dimensioni potrebbe supplire al

consumo medio di energia di una famiglia di quattro persone. Purtroppo oggi non siamo ancora in

grado di sfruttare la fusione nucleare per produrre energia in modo commerciale.

Schema di una reazione tra deuterio e trizio:

1.2: I costi del nucleare 9

Il costo variabile dell'energia nucleare può trarre in inganno poiché non include l'intera spesa da

sostenere per realizzare, gestire e infine smantellare una centrale nucleare. Analizzando

complessivamente il sistema energetico, ovvero partendo dalla costruzione delle centrali sino alla

complessa gestione dei rifiuti, si riscontra un notevole incremento nei costi sociali e una scarsa

convenienza economica sociale. Questi i principali handicap:

- Tempi di costruzione

La costruzione di una centrale nucleare necessita un lungo periodo di tempo, in media 10-12 anni.

Questo lungo periodo di tempo richiede la considerazione dei cosiddetti “costi opportunità”, ossia le

perdite "potenziali" pari al tasso di interesse perso se i fondi fossero depositati in banca o occupati

in altre attività economiche.

- Gestione delle scorie

Le centrali nucleari producono rifiuti radioattivi (scorie) la cui gestione è ancora un capitolo aperto

per l'intero occidente. Per esempio gli Stati Uniti, dopo oltre 25 anni di studi, hanno realizzando un

deposito in profondità (geologico) in cui stoccare le scorie radioattive di II grado, mentre resta