Energia nucleare: come funzionano le centrali

Di Barbara Leone.

Il tema del nucleare continua ad accendere un dibattito molto vivo: da un lato l'energia nucleare è più economica e meno inquinante, dall'altro non si possono escludere i rischi per la popolazione

La questione nucleare è uno degli argomenti su cui le persone si confrontano per cercare di analizzare i pro ed i contro, in ambito di ambiente e di sicurezza, a cui l'utilizzo del nucleare può portare. Sono diversi i vantaggi che possono arrivare dallo sfruttamento del nucleare: la quantità di energia che si può ricavare da un nucleo atomico è maggiore rispetto a quella che si ottiene da una qualsiasi reazione chimica; la produzione di energia nucleare non determina l'emissione di gas nocivi come l'anidride carbonica; l’alto rendimento del combustibile nucleare determina un vantaggioso risparmio di spazio; il costo di produzione dell’energia nucleare è il più basso di tutte le fonti di energia.

Ma allo stesso tempo, anche gli svantaggi risultano essere parecchi: c'è prima di tutto un elevato livello di radioattività in tutte le fasi del processo produttivo; i sistemi di sicurezza e di controllo sono sempre più affidabili, ma non si può escludere il rischio di gravi incidenti come quello di Chernobyl; c'è poi il problema dell’immagazzinamento a lungo termine delle scorie che si generano durante il processo produttivo (questi materiali rimangono radioattivi per milioni di anni e devono essere stipati in siti geologicamente stabili e protetti da strutture in grado di schermare ogni tipo di radiazione).

Come si genera l'energia nucleare

Con il termine "energia nucleare" si indicano tutti quei fenomeni in cui si ha la produzione di energia in seguito a trasformazioni nei nuclei atomici. Per ricavare energia dal nucleo di un atomo esistono infatti due procedimenti opposti: fissione e fusione. Nelle reazioni di fissione, il nucleo di un atomo con alto numero atomico si scinde producendo nuclei con un numero atomico minore e sviluppando così grandi quantità di energia. Nelle reazioni di fusione, atomi con nuclei con basso numero atomico si fondono dando origine a nuclei più pesanti e rilasciando una notevole quantità di energia.

Come funziona una centrale nucleare

Una centrale nucleare brucia Uranio e produce energia elettrica, ma a differenza di una normale centrale termoelettrica, che brucia carbone, petrolio o gas, non sfrutta reazioni chimiche, ma reazioni di fissione, circa un milione di volte più energetiche a parità di massa di combustibile. Mentre una centrale termica produce in media 50/100 Mw bruciando migliaia di tonnellate di combustibile, una centrale nucleare produce in media circa 1000 Mw bruciando poche tonnellate di uranio. Inoltre i combustibili fossili non sono illimitati, mentre l'Uranio, anche se le miniere si esauriranno, potrà essere estratto in quantità quasi infinita dall'acqua di mare e da altri materiali comuni. L'energia nucleare, in condizioni di funzionamento normale, ha un impatto ambientale decisamente minore rispetto a quello delle centrali a carbone o a metano e non produce né anidride carbonica né ceneri come le centrali a carbone.

Centrali nucleari a fissione

Sono centrali che utilizzano uno o più reattori nucleari a fissione e sono le uniche in cui l’uomo riesce a controllare l’energia che si sviluppa all’interno di ogni singolo reattore. Vantaggi: producono una quantità di energia molto elevata e possono raggiungere potenze al pari di quelle raggiunte dalle grandi centrali termoelettriche; i costi di costruzione sono maggiori rispetto a quelli di una centrale tradizionale a causa delle misure di sicurezza da adottare, ma una volta costruita produce energia a costi competitivi; non determinano emissione di fumi perché non sfruttano un principio di combustione e non provocano nessun inquinamento atmosferico, ad eccezione del vapore acqueo che proviene dalle torri di raffreddamento dell'acqua di condensazione. Svantaggi: producono il combustibile nucleare residuo, le famose scorie radioattive ed è quindi necessario prevedere sia aree di stoccaggio in cui gli isotopi più radioattivi abbiano il tempo di decadere, sia siti di immagazzinamento definitivo in cui riporre il restante materiale radioattivo a lunga vita; hanno bisogno di una elevata quantità di acqua per il raffreddamento, acqua che dopo il processo viene rilasciata a temperature più elevate rispetto a quella dell'ambiente creando uno sbilanciamento termico con impatti ambientali rilevanti soprattutto sulla fauna e flora dei fiumi.

Centrali nucleari a fusione

La centrale a fusione nucleare si basa sul principio della fusione di due atomi leggeri, generalmente trizio e deuterio, che produce una enorme quantità di energia. Questo tipo di centrale è da anni allo studio da parte degli scienziati, ma sembra non aver ancora dato risultati apprezzabili, in quanto, pur essendo riusciti ad avviare la reazione di fusione, non si è ancora in grado di mantenerla stabile per tempi significativi. Le stime attuali non prevedono l'utilizzo effettivo di energia prodotta da fusione nucleare prima del 2050. Vantaggi: queste centrali produrrebbero, come principale tipo di scoria, elio 4, un gas inerte e assolutamente non radioattivo; non userebbero sistemi a combustione e non inquinerebbero l'atmosfera; dovrebbero riuscire ad ottenere quantità di energia superiori rispetto alle centrali a fissione odierne. Svantaggi: la fusione richiede temperature di lavoro tanto elevate da non poter essere contenuta in nessun materiale esistente.

Le centrali nucleari sono sicure?

Attualmente le tecniche di progetto e di costruzione delle centrali prevedono la riduzione a valori minimi degli scarichi radioattivi e dell’assorbimento delle radiazioni nella centrale stessa, sia grazie ad appositi impianti di trattamento per gli scarichi, sia grazie a schermi realizzati in cemento armato, acciaio ed acqua che limitano l’intensità delle radiazioni. Inoltre per la manipolazione del combustibile irradiato e per gli interventi su parti dell’impianto che contengono prodotti attivi, vengono adottati adeguati accorgimenti: l’ambiente di lavoro e le aree circostanti l’impianto sono tenuti sotto costante controllo con misuratori di radioattività; il problema degli scarichi è quasi totalmente sotto controllo e non suscita preoccupazioni per le popolazioni. Esiste inoltre un organismo scientifico internazionale, la Commissione Internazionale per la Protezione Radiologica, che fissa dei limiti per l’uso dell’energia nucleare e tutela la popolazione principalmente esposta. Nonostante tutti gli accorgimenti, non si possono tuttavia escludere al 100% rischi di incidenti e di pericoli di disastri nucleari. Se i principi fisici fondamentali dell’energia nucleare sono relativamente chiari, lo stesso non si può dire dei meccanismi con cui la radioattività agisce sulla materia vivente, escludendo le probabilità di cura di un soggetto contaminato. Quello che è certo è che, in caso di contaminazione di esseri viventi, il risultato è sempre e soltanto negativo. Infatti essa provoca, in dosi forti, la morte delle cellule colpite, mentre, in dosi meno forti, l’effetto è più subdolo perché può manifestarsi dopo vario tempo con forme di leucemia e di cancro.

Approfondimenti didattici:
- L'energia nucleare
- Energia nucleare: tesina multidisciplinare
- Einstein: vita e teorie
- La storia di Chernobyl