Fissione nucleare - Ricerca

Storia della fissione nucleare

I primi processi di fissione vennero ottenuti nel 1936 da un gruppo di fisici italiani guidati da Enrico Fermi, mentre bombardavano dell'uranio con neutroni rallentati per mezzo di paraffina. Il gruppo di fisici però non si accorse di ciò che era avvenuto. Alla fine di Dicembre 1938, due chimici nucleari tedeschi, Otto Hahn e suo giovane assistente, furono i primi a realizzare e capire che un nucleo di uranio 235, colpito, quando assorbe un neutrone si rompe in due o più frammenti ed ha luogo così la fissione del nucleo. A questo punto per i chimici e fisici nucleari di tutto il mondo fu chiaro che si poteva usare questo processo, costruendo dei reattori che contenessero la reazione, per produrre energia o degli ordigni nucleari.

Come avviene la fissione: Nella fissione nucleare, quando un nucleo di materiale fissile assorbe un neutrone si fissiona producendo due o più nuclei più piccoli. Gli isotopi prodotti da tale reazione sono radioattivi.

Il nucleo di un atomo può essere instabile se possiede un eccesso di neutroni, che decadono a catena fino a raggiungere una configurazione stabile. Durante la fissione nucleare, vengono prodotti in media 2.3 neutroni liberi. L'energia liberata dalla rottura di un nucleo di U235 è di 211,5 MeV, una quantità elevatissima data dalla formula in cui la prima massa è la massa del nucleo di U235 e la seconda massa è la somma delle masse dei nuclei e dei neutroni prodotti. La costante "c" rappresenta la velocità della luce nel vuoto (300'000 Km/s). Pertanto, in questo fenomeno, parte della massa iniziale scompare e si trasforma in energia cinetica, ovvero nel movimento dei prodotti della reazione. In un comune processo di combustione, l'ossidazione di un atomo di carbonio fornisce un'energia di circa 4 eV, un'energia che è meno di cinquanta milionesimi di quella prodotta nella reazione nucleare.

I nuovi neutroni prodotti possono venire assorbiti dai nuclei degli

atomi di uranio 235 vicini. Se ciò avviene, producono una nuova fissione del nucleo. Se il numero di neutroni che danno luogo a nuove fissioni è maggiore di 1 si ha una reazione a catena in cui il numero di fissioni aumentano esponenzialmente, se tale numero è uguale a 1 si ha una reazione stabile e in tal caso si parla di massa critica. La massa critica è dunque quella concentrazione e disposizione di atomi con nuclei fissili per cui la reazione a catena si mantiene stabile. Se si varia tale disposizione allora il numero di neutroni assorbiti può scendere sotto tale valore e si ha che la reazione si spegne. Se arriva al disopra di tale valore si ha che la reazione aumenta esponenzialmente. Per cui scrivendo: se la disposizione è tale che si abbia R>1 allora il numero di reazioni aumenta, se R<1 diminuisce, mentre se R=1 il numero di reazioni resta stabile e si parla di massa critica. La fissione nucleare è il procedimento su cui si basano

I reattori nucleari e le bombe atomiche (o, meglio, nucleari). Se per i reattori nucleari il valore di R non deve superare mai il valore di 1 se non di una quantità bassissima (come quando si aumenta la potenza del reattore e allora si può arrivare a R=1.01) per le armi nucleari si deve avere che il valore di R deve essere il più alto possibile e in tal caso si arriva a R=1.2.

L'uranio si trova in natura come miscela di due isotopi: U238 e U235 in rapporto di 150 a 1, dunque l'uranio 235 è solo lo 0.7% del totale dell'uranio, e solo quest'ultimo è fissile. Il processo di arricchimento consiste nell'aumentare la percentuale di uranio U235 a discapito del U238 in modo da...

Descrizione generale di un reattore:

Qualunque sia il modello di reattore, esso ha alcune parti componenti fondamentali, come illustrato in figura. La sorgente di energia è il nucleo di combustibile, composto da materiale fissile (tipicamente una miscela di 235U e...

Un reattore nucleare a fissione è un sistema complesso in grado di sfruttare la reazione di fissione nucleare per produrre energia. Il nucleo del reattore contiene un materiale fissile, come l'uranio-238, che emette neutroni e subisce la fissione quando colpito da essi, generando calore. Questo calore viene trasferito a un fluido (gassoso o liquido, o che subisce un cambio di fase nel processo) che lo trasporta a un utilizzatore, generalmente una turbina.

Per gestire il flusso dei neutroni, viene utilizzato un moderatore, solitamente grafite o acqua, che rallenta i neutroni. Le barre di controllo, costituite da metallo che assorbe i neutroni, vengono utilizzate per regolare il flusso di neutroni, senza emetterne a loro volta.

Il nucleo del reattore continua a emettere una certa quantità di neutroni in modo continuo, e quando i sistemi di controllo (le barre) vengono sollevati almeno parzialmente, la quantità statistica di neutroni che colpiscono un atomo di uranio-235 è uguale alla quantità di neutroni prodotti dallo stesso: questo è il cosiddetto punto di criticità.

Lo schema di un reattore nucleare a fissione è il seguente:

Il reattore RBMK (Chernobyl) è un acronimo, dal russo, per "reaktor bolshoi "reattore moshchnosty kanalny" che significa di grande potenza a canali" e descrive una classe di reattori nucleari che furono prodotti solamente in Unione Sovietica. Nel 2004molti reattori di questo tipo erano ancora operanti ma non vi erano progetti per nuove costruzioni RBMK.

• I reattori RBMK furono il punto culminante del programma sovietico per produrre un reattore di potenza raffreddato ad acqua basato sui reattori per la produzione di plutonio moderati a grafite
• Usando acqua naturale per il raffreddamento e grafite come moderatore fu possibile usare uranio naturale come combustibile. Così si rendeva possibile la costruzione di reattori di grande potenza che non richiedevano uranio arricchito e acqua pesante e quindi con costi di costruzione e gestione decisamente minori rispetto ad altri.
• I reattori RBMK furono gli unici ad essere realizzati con tali caratteristiche che, sfortunatamente, ebbero notevoli risvolti sulla sicurezza in quanto questi reattori si rivelarono instabili se portati al massimo di produttività.
• Di norma l'acqua assorbe i neutroni abbastanza facilmente cosicché la sua rimozione dal nocciolo (cosa

che siano in grado di produrre energia in modo efficiente e sostenibile. La fusione nucleare è il processo che avviene nel cuore del sole, in cui due nuclei atomici leggeri si uniscono per formare un nucleo più pesante, rilasciando una grande quantità di energia. I reattori nucleari a fusione sono considerati una possibile soluzione per il problema dell'energia nel lungo termine, poiché utilizzano come combustibile isotopi di idrogeno, che sono abbondanti sulla Terra. Inoltre, la fusione nucleare non produce scorie radioattive a lunga durata come la fissione nucleare, che è il processo utilizzato nei reattori nucleari attuali. Tuttavia, la realizzazione di un reattore nucleare a fusione è estremamente complessa a causa delle alte temperature e delle pressioni necessarie per avviare e mantenere la reazione di fusione. Attualmente, i ricercatori stanno lavorando su diverse tecnologie per realizzare un reattore nucleare a fusione, come il tokamak e il reattore a confinamento inerziale. Nonostante le sfide tecniche, la comunità scientifica è ottimista sul fatto che un reattore nucleare a fusione possa diventare una fonte di energia pulita e sicura nel futuro. Tuttavia, sono ancora necessari ulteriori progressi nella ricerca e nello sviluppo per rendere questa tecnologia una realtà.

operativi per produrre energia elettrica ma gli unici impianti operativi sono impianti di ricerca in grado di sostenere la reazione di fusione nucleare per un tempo molto ridotto.

Le centrali a fusione nucleare produrrebbero, come unico tipo di scoria, elio 4 che è un gas inerte e assolutamente non radioattivo, inoltre non userebbero sistemi a combustione e quindi non inquinerebbero l'atmosfera (di fatto non avrebbero emissioni di pericolosità rilevante).

Inoltre dovrebbero essere in grado di ottenere grandi quantità di energia, anche superiori rispetto alle centrali a fissione odierne. Il peggior isotopo che potrebbe essere disperso nell'ambiente è il trizio che ha un tempo di dimezzamento di 12,3 anni, un periodo molto ridotto rispetto ad alcuni isotopi prodotti dalle centrali a Chernobyl: tragedia e monito.

Contributi dei diversi radioisotopi alla radioattività (nell'aria) dopo il

Il disastro di Chernobyl è considerato uno dei peggiori incidenti nucleari nella storia. Avvenuto il 26 aprile 1986 nella centrale nucleare di Chernobyl, in Ucraina, l'incidente ha causato un'esplosione nel reattore nucleare numero 4, rilasciando una grande quantità di radiazioni nell'ambiente circostante. La fissione nucleare è un processo in cui il nucleo di un atomo pesante viene diviso in due nuclei più leggeri. Questo processo rilascia una grande quantità di energia, che viene utilizzata per generare elettricità nelle centrali nucleari. Tuttavia, la fissione nucleare produce anche scorie radioattive che devono essere gestite in modo sicuro. La fusione nucleare, d'altra parte, è un processo in cui due nuclei leggeri si combinano per formare un nucleo più pesante. Questo processo avviene nel sole e in altre stelle, ed è considerato una fonte di energia pulita e sostenibile. Tuttavia, la fusione nucleare è ancora una sfida tecnologica da realizzare in modo controllato sulla Terra. La radioattività è la capacità di un nucleo instabile di emettere spontaneamente radiazioni. Questo fenomeno è stato scoperto per caso nel 1896 dallo scienziato francese Henri Becquerel. La radioattività può essere pericolosa per la salute umana, poiché le radiazioni possono danneggiare le cellule e causare malattie come il cancro. Pertanto, è importante prendere precauzioni e adottare misure di sicurezza quando si lavora con materiali radioattivi.Henry Becquerel mentre lavorava con dei sali di uranio che, esposti alla luce, emettevano radiazioni; se ne rese conto poiché quelle radiazioni impressionarono una lastra fotografica. Più tardi Pierre e Marie Curie continuarono gli esperimenti e scoprirono un nuovo elemento radioattivo: il Radio. Ernest Rutherford osservò i vari tipi α, β, γ di radiazione e ne identificò tre, che chiamò α. Le radiazioni α sono radiazioni particolate, associate, cioè, ad una particella, appunto, detta α, composta di due protoni e due neutroni. β. Anche le radiazioni β sono radi