L'ENERGIA NUCLEARE
Fina Marco - Classe 3° A - S. M. di Piasco - A. S. 2015 - 2016
Con energia nucleare si intendono tutti quei fenomeni in cui si ha la produzione di energia in seguito a trasformazioni nei nuclei atomici. L'energia nucleare insieme a quella solare è una fonte di energia primaria. Le reazioni che coinvolgono l'energia nucleare sono principalmente quelle di: fissione nucleare, fusione nucleare e quelle legate alla radioattività.
L'energia
nucleare è data dalla fissione o dalla fusione del nucleo di un atomo.
La prima persona che intuì la possibilità di ricavare l'energia dal
nucleo dell'atomo fu lo scienziato Albert Einstein.
Per ricavare energia dal nucleo dell'atomo esistono due procedimenti opposti:
Nelle
reazioni di fissione vengono usati atomi con un peso atomico elevato: è
il caso dell'uranio . La fissione consiste nel rompere il nucleo
dell'atomo per scaturire enormi quantità di energia: viene sparato un
neutrone contro il nucleo dell'uranio che si spacca in due frammenti e
lascia liberi due altri neutroni. La somma delle masse dei due
frammenti e di quelle del neutrone che lo ha spaccato è leggermente
minore di quello del nucleo originario: la materia mancante si è
trasformata in energia. Se accanto all'atomo di uranio fissato se ne
trovano altri si creerà una reazione a catena che scaturirà molta più
energia.
- Come avviene la fissione dell'atomo
L'altro metodo per ottenere energia dall'atomo è la fusione nucleare. Essa è esattamente opposta alla fissione: invece di spezzare nuclei pesanti in piccoli frammenti, si uniscono nuclei leggeri (a partire dall'idrogeno, composto da un solo protone) in nuclei più pesanti: la massa di questi ultimi è minore della somma di quelli originari, e la differenza viene emessa come energia sottoforma di raggi gamma ad alta frequenza. La percentuale di massa trasformata in energia si aggira attorno all'1%, un quantitativo enorme. Perché la fusione avvenga, i nuclei dell'atomo devono essere fatti avvicinare nonostante la forza di repulsione elettrica che tende a respingerli gli uni dagli altri, e sono quindi necessarie temperature elevatissime, milioni di gradi centigradi. La fusione nucleare avviene normalmente nel nucleo delle stelle, compreso il sole, dove tali condizioni sono normali. A causa di queste difficoltà, al giorno d'oggi l'uomo non è ancora riuscito a far avvenire la fusione in modo controllato e affidabile (quello non controllato esiste: la bomba termonucleare e la bomba a idrogeno). Gli esperimenti odierni si concentrano sulla fusione di alcuni isotopi dell'idrogeno, il deuterio e il trizio, che fondono con maggiore facilità rispetto all'idrogeno classico.
Il suo funzionamento è molto simile a quello di una convenzionale centrale termoelettrica con la differenza che l'acqua viene riscaldata da un reattore nucleare dove l'uranio viene fissato. Tre sono le parti principali:
Il funzionamento della centrale è abbastanza semplice: viene pompata dell'acqua attraverso il reattore che la fa evaporare tramite il calore emesso dalla fissione dell'uranio. Il vapore viene inviato direttamente nella turbina che trasferisce la propria forza meccanica all'alternatore che genera corrente elettrica.
Da circa 15 anni nessun paese occidentale, salvo la Finlandia, ha messo in cantiere nuove centrali nucleari. Il nucleare comporta costi elevati fin dalla realizzazione degli impianti. Vanno poi ad aggiungersi i costi militari per garantire la sicurezza dagli attentati terroristici e i costi per smantellare la centrale nucleare al termine della sua attività. Tutti questi costi non sono sostenibili da un'industria privata.
Il reattore è un cilindro di acciaio inossidabile di grande dimensioni. Alla sommità è fissata una calotta che può essere aperta all'occasione. Sulla piastra di base sono situati dei fori per far scorrere le barre di controllo. L'interno del reattore è vuoto (quando non è stato ancora introdotto il materiale combustibile) a parte una griglia superiore e una inferiore e due bocchettoni per l'entrata dell'acqua e l'uscita del vapore. Per caricare il reattore con le barre di uranio si apre la calotta, s'infilano le sbarre infine si richiude la calotta. Il procedimento di rinnovamento del carburante avviene circa ogni anno. Per mettere in funzione il reattore invece si attivano le cinque sorgenti di neutroni e si sfilano le sbarre di controllo; la reazione a catena ha inizio e l'energia emessa fa evaporare l'acqua.
Purtroppo il procedimento di fissione crea molta radioattività. Si tratta di pastiglie di uranio "esaurito" che vengono estratte dal reattore per essere sostituite. Questo materiale è molto pericoloso visto che emette delle radiazioni molto penetranti (raggi gamma). Esse possono causare gravi danni all'organismo dell'uomo, come tumori e malformazioni genetiche. La radioattività però si riduce nel tempo con un fenomeno naturale. I tempi di decadenza radioattiva sono molto lenti e si possono accelerare sistemando il materiale nelle vasche. Ancora non si è trovato un posto sicuro dove sistemare le scorie; esistono però, degli impianti di rigenerazione che estraggono il plutonio dalle scorie anch'esso riutilizzabile nel processo di fissione atomica. I tempi di decadimento sono lenti solamente per Uranio 238, gli altri elementi prodotti dalla reazione nucleare di fissione di Uranio 235 hanno tempistiche di decadimento molto più rapide. Il processo di decadimento non è accelerato se avviene in acqua; l'acqua funge da schermo contro le radiazioni, risulta infatti che le barre di uranio non più combustibili sono al sicuro se circondate da circa 6 metri di acqua. Le scorie non possono inoltre essere riprocessate in altre tipologie di reattori, i reattori veloci, nei quali avvengono le fissioni di altri elementi con conseguente produzione di energia elettrica. Le scorie di questo secondo tipo di impianto nucleare hanno tempistiche di decadimento decisamente rapide: quelle più longeve si "spengono" dopo circa una cinquantina d'anni. Nessun paese al mondo è giunto a una soluzione definitiva di stoccaggio. In Italia, nel 2003 si fermò in protesta un'intera regione italiana per impedire la realizzazione di un deposito geologico di scorie.
LA BOMBA ATOMICA
La domanda globale di elettricità aumenterà nei prossimi decenni a causa della crescita della popolazione e del consumo pro capite. Per soddisfare la domanda occorrerà costruire migliaia di nuovi impianti. Uno dei fattori più significativi nel determinare quali impianti costruire sarà il costo stimato di elettricità prodotta. Centrali nucleari costruite in pochi esemplari non sono economicamente competitive con gli impianti a carbone e a gas. Se saranno rese competitive, la produzione di energia nucleare potrebbe triplicare entro il 2050.
- Il Nucleare in Italia
Solo le fonti rinnovabili e l’efficienza energetica possono fornire gli strumenti per affrontare il cambiamento climatico in tempi brevi, senza i pericoli derivanti dall’energia nucleare. Le fonti rinnovabili sono già tecnicamente disponibili e l’energia così prodotta è pulita e sicura. Inoltre si possono mettere in produzione in tempi molto rapidi consentendoci di diminuire sensibilmente le emissioni di CO2 e aumentare l’indipendenza energetica.Attraverso il Rapporto “Energy [R]evolution” presentato nel 2007, Greenpeace ha dimostrato come il crescente fabbisogno mondiale di energia può essere soddisfatto da fonti rinnovabili e misure di efficienza energetica, facendo a meno del nucleare già nel 2030. La combinazione di energie rinnovabili ed efficienza garantisce circa 150 di miliardi di kilowattora all’anno, praticamente il triplo dei piani attuali del Governo. Si tratta di una vera rivoluzione, ma alla portata di tutti, sostenibile ed economica . E, soprattutto, non compromette il futuro delle prossime generazioni a cui no n saranno lasciate scorie in eredità.
