Energia nucleare: riassunto

Di Redazione Studenti.

Cos’è l’energia nucleare? Riassunto su fissione e fusione nucleare e il funzionamento di una centrale nucleare.

ENERGIA NUCLEARE: RIASSUNTO

Energia nucleare: riassunto
Energia nucleare: riassunto — Fonte: getty-images

L’energia nucleare è una forma di energia che deriva da profonde modificazioni della struttura stessa della materia. La materia può trasformarsi in energia secondo la legge fisica scoperta dallo scienziato Albert Einstein che viene espressa nella formula: E = m x C.

Da essa si ricava che la quantità di energia prodotta (E) è uguale alla massa di materia trasformata (m) moltiplicata per una costante (C) che corrisponde al quadrato della velocità della luce (300.000 Km/s).

Con un calcolo puramente aritmetico si può constatare come, anche con un valore di massa molto piccolo, moltiplicato però per un numero molto grande, si può ricavare una quantità di energia elevatissima.

Le scoperte della scienza e le applicazioni della tecnica hanno finora permesso di sfruttare questo principio in forma molto limitata: nei processi nucleari attualmente conosciuti, solo una piccolissima parte di materia si trasforma in energia. Due sono i processi che possono produrre energia nucleare:

  • La fissione o scissione nucleare,
  • La fusione nucleare.

Sia dalle reazioni di fissione (scissione di un nucleo pesante in due nuclei leggeri), che da quelle di fusione (combinazione di due nuclei leggeri in un nucleo più pesante) si può ricavare energia nucleare. In entrambi i casi, infatti, si sprigiona un'energia pari alla differenza tra l’energia di legame dei nuclei prodotti e quella dei reagenti. La fusione è difficile da ottenere in laboratorio a causa della repulsione elettrica che allontana i due nuclei interagenti, ma a differenza della fissione non presenta il problema delle scorie radioattive.

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LA FISSIONE NUCLEARE

La fissione o scissione nucleare consiste nella disintegrazione del nucleo dell’atomo di alcuni elementi, detti fissili, per mezzo di piccolissime particelle (neutroni) che lo colpiscono e lo spezzano in due nuclei più leggeri. I prodotti della scissione hanno una massa più piccola di quella del nucleo originale: ciò significa che, durante il processo, una parte della materia si è trasformata in energia.

Se la quantità fi materiale fissile è sufficiente, durante la fissione si liberano altri neutroni capaci, a loro volta, di colpire nuovi nuclei, e così via: si innesta una reazione a catena che può essere tenuta sotto controllo. L’elemento fissile usato nelle centrali nucleari è l’Uranio 235, che è presente però solo in una piccola percentuale, il 7 per mille, nell’uranio naturale. L’uranio naturale deve perciò essere arricchito con complesse operazioni, in modo che la percentuale di Uranio 235 arrivi intorno al 3 per cento. L’uranio 235 costituisce il “combustibile” che, introdotto nei reattori, si svilupperà, per mezzo della fissione nucleare, una notevole quantità di energia.

Nei reattori dell’ultima generazione, detti autofertilizzanti, si riesce non solo a produrre energia, ma anche nuovo combustibile nucleare. Durante la fissione, infatti, si ottiene un materiale fissile non presente in natura, il Plutonio. Un altro metallo abbastanza diffuso è il Torio che, introdotto in un reattore nucleare, di trasforma in un materiale che può subire la fissione e quindi produrre energia.

LA FUSIONE NUCLEARE

La fusione nucleare consiste nell’unione di nuclei di atomi leggeri per formare nuclei più pesanti: in un certo senso è il processo inverso di quello prima descritto della scissione nucleare. Quando due nuclei leggeri sono spinti con forza l’uno contro l’altro, possono saldarsi “fondersi” insieme e formare un solo nucleo il quale, però, risulta un po’ meno pesante della somma degli altri due. La quantità di materia mancante si è trasformata in energia.

Questa reazione avviene continuamente sul Sole e sulle altre stelle, ad una temperatura di qualche milione di grado: la luce e il calore che giungono a noi sono solo l’effetto visibile del fenomeno. Il Sole emette grandi quantità di energia trasformando una parte della sua materia e diventando, perciò, sempre più “leggero” in un processo che dura ormai da milioni di anni.

Sulla Terra gli scienziati sono riusciti finora a realizzare la fusione nucleare soltanto in forma non controllata, in micidiali ordigni distruttivi come la bomba ad idrogeno. Non sono, invece, ancora riusciti a far sprigionare questa enorme energia in maniera lenta e controllata. La causa principale sta nelle altissime temperature occorrenti alla reazione: alcuni milioni di gradi! Non esiste al mondo alcun materiale solido capace di resistere a tali temperature. Recenti esperimenti di fusione a freddo hanno fatto sperare in una prossima soluzione del problema. Gli scienziati ritengono però che l’utilizzazione commerciale della fusione nucleare non potrà iniziare prima del 2020/2050.

Le materie prime per il processo di fusione, deuterio e trizio, sono disponibili in grandissima quantità a bassi costi: il deuterio si ricava dall’acqua di mare, il trizio si ricava dal litio. L’energia di fusione potrà essere forse il futuro dell’umanità, non solo dal punto di vista della disponibilità praticamente illimitata, ma anche da quello di sicurezza. Infatti non produrrà scorie radioattive che, al contrario, sono un gravissimo problema nella produzione di energia per fissione.

LE CENTRALI NUCLEARI

Il principio di funzionamento di una centrale nucleare è il seguente: nel reattore o core, dove si trova il combustibile nucleare, formato da pastiglie di uranio, avviene una fissione controllata. Il calore prodotto dalla fissione serve a generare vapore surriscaldato che mette in rotazione una turbina a vapore, collegata a un generatore di corrente, l’alternatore: si ottiene così energia elettrica.

Il controllo della fissione avviene tramite opportune barre di controllo: quando si vuole diminuire la potenza della caldaia, o spegnerla addirittura, si inseriscono di più o di meno le barre di controllo. In caso di guasto o di situazione anormale, vengono inserite automaticamente.