Energia nucleare e il suo ruolo nella storia

forza provocata dalle due cariche, entrambe positive, dei protoni nel nucleo che tende ad

allontanare i due elementi.

Prima della fusione nucleare i due isotopi sono posti sotto vuoto e riscaldati fino a formare il

plasma, ovvero i nuclei separati dagli elettroni. Il plasma viene a sua volta riscaldato per far sì che i

due nuclei si fondano fino a formare un altro atomo di elio. L’energia prodotta viene generata per

difetto di massa: dopo la fusione la massa del ricavato è sempre minore rispetto a quella dei due

nuclei precedenti. La “differenza” si è trasformata in energia.

Il maggior problema consiste nella temperatura: nessun materiale finora scoperto è in grado di

resistere a centinaia di milioni di gradi! Una delle possibili risoluzioni del problema consiste nel

creare alcuni campi magnetici così da distanziare i nuclei dalle pareti del reattore. Un’altra sfida

consiste nel metodo con il quale avviare la fusione: durante tutti gli esperimenti eseguiti finora, la

quantità di energia prodotta dalla fusione non ha mai compensato quella utilizzata per avviarla.

La fusione nucleare presenta ovviamente molti vantaggi. I principali sono:

 I residui della fusione smaltiscono la propria radioattività in soli 100 anni. In questo

modo si elimina quindi il problema dello smaltimento.

 Il gas di scarico prodotto (elio) non è radioattivo.

 Non vengono prodotti gas ad effetto serra che influiscono sul riscaldamento globale.

La pericolosità di eventuali incidenti viene ridotta, in quanto il reattore a fusione provvederà a

raffreddarsi in caso di perdita di controllo, arrestando spontaneamente il processo di fusione. Ciò

non può avvenire durante la fissione, in quanto la reazione a catena produce calore in modo

incontrollato.

Finora l’uomo ha ottenuto la fusione nucleare solamente in modo incontrollato, mediante la bomba

H, un’arma dal potenziale devastante che, fortunatamente, non è mai stata impiegata a scopo

bellico. Si può comunque dire che, se verrà trovato un metodo per realizzare una fusione

controllata, l’umanità avrà risolto per sempre il problema energetico.

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BIBLIOGRAFIA

L’ATOMO

 Wikipedia: “L’atomo”.

 www.scienzaoggi.it: “Storia dell’atomo”.

LA FUSIONE NUCLEARE

 Wikipedia: “La fusione nucleare”.

 www.ecoage.it: “La fusione nucleare”.

 Giampietro Paci: “130 schede di tecnologia”.

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LA FISSIONE NUCLEARE

La fissione nucleare è una reazione nella quale il nucleo di un elemento pesante (come l’uranio

235) decade in frammenti di minori dimensioni. Essa può avvenire tramite un bombardamento di

neutroni.

La fissione nucleare è utilizzata nei reattori nucleari e nelle bombe atomiche.

La prima fissione nucleare venne realizzata nel 1934 da un gruppo di scienziati italiani guidati da

Enrico Fermi. Egli però non si rese

completamente conto della reazione

avvenuta. Nel 1938 Otto Hahn dimostrò

che un nucleo di urano 235, quando

assorbe un neutrone, può dividersi in

frammenti dando così origine alla fissione

del nucleo. Iniziò così a diffondersi, fra

chimici e fisici, l’idea che la fissione

nucleare potesse essere usata per

produrre energia (come nelle centrali

nucleari) o a scopo bellico (come la

bomba atomica che, durante la seconda guerra mondiale, esplose sulla città di Hiroshima).

Durante la fissione nucleare un neutrone colpisce il nucleo di uranio 235, che si “spezza” lasciando

liberi altri neutroni, che a loro volta vanno a colpire altri nuclei. Si ha così una reazione a catena

che consente di produrre molta energia in modo quasi incessante. Questo processo deve però

essere costantemente monitorato in modo da evitare che la reazione diventi incontrollabile. Se ciò

accadesse, il reattore non sarebbe in grado di sostenere il calore prodotto e si fonderebbe.

In seguito alla fissione, la massa dei neutroni è leggermente inferiore rispetto a prima. La parte

mancante, circa lo 0,1 %, si è trasformata in energia.

La fissione nucleare produce però delle scorie altamente radioattive che impiegano milioni di anni

per smaltire tutta la loro radioattività. Esse vengono sottoposte a particolari trattamenti e deposte in

luoghi appositi per raccoglierle, anche se tuttora non si è ancora trovato un modo sicuro per

smaltirle.

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LA CENTRALE NUCLEARE

Una centrale elettronucleare è una centrale elettrica che, mediante il calore generato da una

fissione nucleare, produce vapore con lo scopo di far girare un alternatore e produrre quindi

energia elettrica.

Le origini delle centrali nucleari risalgono a quando Enrico Fermi, nel 1934, ottenne per la prima

volta la fissione

nucleare mediante

un esperimento.

Tuttavia egli non

sapeva esattamente

che cosa fosse

successo e la

spiegazione corretta

del fenomeno venne

data solamente nel

1938 dai fisici

tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassman. Essi compresero che un neutrone era in grado di dividere

un nucleo e, in seguito, che il nucleo rilasciava a sua volta altri neutroni, così da poter generare

una reazione a catena in grado di autoalimentarsi.

Dopo la seconda guerra mondiale il timore che queste conoscenze potessero venire utilizzate a

scopo bellico costrinse i governi a tenere sotto stretto controllo lo sviluppo di questo settore.

L’elettricità venne prodotta a scopi civili mediante un reattore nucleare per la prima volta nel 1951 e

produceva circa 100 KW.

La prima centrale nucleare commerciale al mondo fu quella di Calder Hall in Inghilterra, con una

potenza di circa 50 MW.

La tecnologia nucleare venne ampliamente sviluppata anche dalla marina americana,

principalmente per la propulsione di sottomarini e portaerei.

La potenza complessiva delle centrali nucleari aumentò molto velocemente dal 1960 agli anni 80,

mentre dal 1980 in poi rallentò parecchio.

Durante gli anni settanta e ottanta il calare dei prezzi dei combustibili rese gli impianti nucleari in

costruzione meno attraenti in senso economico, ma la crisi del petrolio avvenuta nel 1973 portò

molte fra le grandi potenze ad investire sul nucleare.

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In seguito ad incidenti quali quello di Three Mile Island e Chernobyl, l’opinione pubblica cambiò

rapidamente, tanto che tuttora alcuni paesi hanno abbandonato il nucleare affidandosi ad altre fonti

di energia.

In una centrale nucleare il calore prodotto dalla fissione dell’uranio viene utilizzato per produrre

vapore che, portato alla turbina, la fa girare con la forza necessaria per far funzionare un

alternatore e quindi produrre energia elettrica. Il vapore viene poi incanalato nel condensatore, una

vasca raffreddata dal passaggio di acqua di temperatura minore. L’acqua condensata viene

raccolta e nuovamente portata nel reattore, così da creare un ciclo continuo e senza interruzioni.

Il reattore della centrale dispone anche di alcune barre metalliche il cui compito è di assorbire

eventuali neutroni in eccesso. Esse vengono inserite nel nocciolo e sono in grado di tenere sotto

controllo la reazione a catena,

eventualmente arrestandola. Questa

funzione è molto importante perché evita

che la reazione diventi incontrollabile

portando alla fusione del nocciolo, con

conseguente cedimento del reattore a

causa delle elevate temperature.

La potenza degli impianti nucleari varia da

un minimo di 40 MW ad oltre 1000 MW, un

livello raggiunto solamente dalle centrali

termoelettriche.

La vita operativa di una centrale nucleare si aggira intorno ai 25-30 anni, ma le più moderne

possono durare fino a 60 anni grazie alla sostituzione periodica di alcuni componenti. Al termine di

questo periodo il terreno va bonificato e le scorie adeguatamente smaltite.

I reattori nucleari, in base alle tecnologie che utilizzano, si possono dividere in due fasce: quella

dei reattori “vecchi” e quelli di nuova generazione.

I reattori di vecchia generazione si basano sulla produzione di calore da parte del nocciolo, che

produce vapore in grado di far girare una turbina e quindi di produrre elettricità. Per ottenere la

fissione viene utilizzato l’uranio arricchito, in grado di generare temperature che oscillano intorno ai

330°. La radioattività delle scorie può durare migliaia di anni.

I reattori di nuova generazione sono molto più sicuri dei precedenti e in caso di incidente le

conseguenze sono minimizzate da apparecchi di sicurezza automatizzati. I reattori utilizzati sono

principalmente di due tipi:

 Il reattore a spettro veloce: al suo interno il nocciolo è immerso nel sodio liquido,

capace di evitare la dispersione di calore in caso di incidente. Il combustibile è lo stesso

dei reattori tradizionali. Le temperature oscillano attorno ai 500°. Il problema delle

scorie non viene però risolto.

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 Il reattore a letto di sfere: il suo nocciolo è composto da grafite per garantire una

resistenza fino a 1600°. Questo reattore non risolve il problema delle scorie, ma ha il

vantaggio di non produrre plutonio, materia prima per produrre armi atomiche. Il

reattore utilizza come combustibile l’ossido di uranio con aggiunti alcuni elementi di

grafite. BIBLIOGRAFIA

LA FISSIONE NUCLEARE

Wikipedia: “La fissione nucleare”.

www.ecoage.it: “La fissione nucleare”.

Giampietro Paci: “130 schede di tecnologia”.

LA CENTRALE NUCLEARE

 Wikipedia: “La centrale nucleare”.

 www.ecoage.it: “Le centrali a fissione nucleare”.

 Giampietro Paci: “130 schede di tecnologia”.

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LO SMALTIMENTO DELLE SCORIE

Lo smaltimento delle scorie radioattive è sicuramente uno dei problemi più grandi che ci si trova ad

affrontare facendo affidamento sul nucleare.

Per scoria radioattiva si intende il combustibile esaurito (di alta pericolosità) dopo l’utilizzo in un

reattore nucleare o, più genericamente, gli oggetti contaminati che sono andati a contatto con quel

combustibile (di pericolosità minore). Qualsiasi centrale nucleare produce scorie radioattive. Una

parte di esse viene scaricata nell’ambiente perché considerata non pericolosa, mentre gli oggetti

entrati in contatto diretto con l’uranio devono essere trattati con molta attenzione dal momento in

cui la centrale esaurisce il suo ciclo vitale e viene demolita.

Le scorie nucleari si dividono principalmente in tre fasce:

 Alta radioattività (scorie di terzo grado): sono in particolare le ceneri e i materiali derivati

dalla combustione dell’uranio. Sono le più pericolose poiché l’alto grado di radioattività

può richiedere migliaia di anni per essere smaltito.

 Media radioattività (scorie di secondo grado)

 Bassa radioattività (scorie di primo grado): sono generalmente deposti nei pressi della

centrale o in centri di stoccaggio in superficie.

I principali centri di stoccaggio europei sono:

 Le Hague (Francia)

 Sellafield (Gran Bretagna)

 Oskarshamn (Svezia)

 Olkiluoto (Finlandia)

Non conoscendo con precisione le conseguenze dello stoccaggio radioattivo nel tempo, si fa in

modo da rendere possibile il trasferimento delle scorie nel caso fosse necessario.

Grazie ad alcune nuove tecnologie è tuttavia possibile riutilizzare le scorie radioattive utilizzandole

come combustibile rigenerato. Questo procedimento risulta particolarmente conveniente per i

paesi che fanno molto affidamento sul nucleare, come la Francia.

Le soluzioni che si prospettano al momento possibili sono tre:

 Il confinamento a grandi profondità: viene spesso presentata come l’unica soluzione

concreta al problema delle scorie, ma in realtà solleva molte altre questioni. Ad

esempio, com’è possibile garantire che i contenitori delle scorie resisteranno ai

movimenti della crosta terrestre e non riverseranno nell’ambiente il loro contenuto?

 La costruzione di gallerie superficiali: un’altra soluzione può essere quella di costruire in

superficie delle gallerie in cui lasciare le scorie al massimo per 300 anni, come un

deposito temporaneo. In realtà questa non è una vera e propria soluzione, ma un

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metodo per rinviare il problema in un tempo più lontano nel quale probabilmente la