Energia nucleare

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 alle fonti rinnovabili e le fonti fossili, è una fonte di energia primaria, ovvero è presente in natura e non deriva dalla trasformazione di altra forma di energia. L'energia nucleare è data dalla fissione o dalla fusione del nucleo di un atomo. La prima persona che intuì la possibilità di ricavare energia dal nucleo di un atomo fu lo scienziato Albert Einstein nel 1905.

In fisica col termine NUCLEO si intende la parte centrale e densa di un atomo (la parte più piccola di ogni elemento esistente in natura e che ne conserva le caratteristiche chimiche), costituita da protoni (particelle dotate di carica elettrica positiva) e neutroni di carica nulla, detti collettivamente nucleoni.

Per ricavare energia dal nucleo dell'atomo esistono due procedimenti opposti:

la fissione (rottura) di un nucleo pesante
la fusione (unione) di nuclei leggeri

La fissione consiste nel rompere il nucleo dell'atomo per farne scaturire notevoli

quantità di energia: quando un neutrone colpisce un nucleo fissile, questo si spacca in due frammenti e lascia liberi altri due o tre neutroni. La somma delle masse dei due frammenti e dei neutroni emessi è leggermente minore di quella del nucleo originale e di quello del neutrone che lo ha fissionato (spaccato): la massa mancata si è trasformata in energia. Se accanto al nucleo fissionato se ne trovano altri in quantità sufficiente e in configurazione geometrica adatta (massa critica), si svilupperà una reazione a catena. La fissione nucleare dell'uranio e del plutonio è ampiamente sperimentata da circa 50 anni.

La fusione è un altro metodo per ottenere energia dall'atomo. Essa è esattamente opposto 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 e di energia cinetica dei neutroni emessi. Perché la fusione avvenga, i nuclei degli atomi 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 questa difficoltà, al giorno d'oggi l'uomo non è finora riuscito a far avvenire la fusione in modo controllato e affidabile se non per qualche decina di secondi (al contrario esiste la fusione incontrollata: la bomba termonucleare).

La reazione a catena nucleare avviene all'interno del guscio di cemento e di

Centrale nucleare di Gosgen (Svizzera)

acciaio, sempre in uno stato cosiddetto "critico" in cui ogni neutrone colpisce un solo nucleo di uranio. Il processo deve essere costantemente controllato poiché se venisse superata la soglia "critica" (ovvero se un neutrone colpisse più nuclei di uranio) la reazione a catena genererebbe un surriscaldamento esponenziale e la conseguente fusione del nucleo del reattore con emissioni di radiazioni nocive, come accadde alla centrale di Chernobyl nel 1986. Per controllare la reazione nucleare l'uranio viene immerso in una piscina d'acqua pesante in grado di rallentare attività dei neutroni e quindi di controllare la reazione nucleare. Nella piscina vengono poste poi barre di cadmio o di boro per assorbire parte dei neutroni che si sprigionano attraverso il processo di fissione nucleare. La reazione a catena nel processo di fissione genera calore e riscalda i flussi di acqua presenti in uno scambiatore di calore generando vapore. La forza del vapore muove le turbine meccaniche per produrre energia elettrica. Le prime centrali degli anni '50 basavano il loro sistema di raffreddamento sull'utilizzo del gas. Negli anni '60 invece venne preferito l'utilizzo dell'acqua. Il ruolo dell'acqua ha sempre avuto un ruolo fondamentale nelle centrali nucleari. Il processo di fissione richiede costantemente un flusso refrigerante per controllare il calore emesso e consente la trasformazione di questo calore in vapore acqueo.

Spesso il nucleare viene presentato come un male da combattere o come qualcosa di miracoloso che salva l'economia nazionale. In realtà costituisce un'opzione energetica come le altre con i suoi "pro" e i suoi "contro". Ecco i vari vantaggi e svantaggi.

VANTAGGI

Non emettendo CO2, non contribuisce all'effetto serra.
Con una piccola quantità di uranio si può produrre un cospicuo rifornimento di energia, infatti i costi dell'energtia nucleare sono più bassi di quelli di altre fonti energetiche
Anche se il costo necessaria alla costruzione di una centrale è considerevole, quelli relativi alla produzione di energia sono abbastanza contenuti.
Dà contributo alla produzione mondiale (le 400 centrali di tutto il mondo generano il 17% dell’energia elettrica mondiale ed il 6% del totale dell’energia primaria)

SVANTAGGI

Quando il combustibile nucleare è stato utilizzato per un determinato periodo di tempo, anche se non è più necessario alla produzione di energia, rimane comunque radioattivo. Questo può causare problemi al territorio limitrofo.
La presenza delle centrali nucleari porta sempre un rischio al paese in cui si trova. In caso di incidente, durante la fissione viene rilasciata una grande massa radioattiva che non è possibile controllare; in tal modo si sprigionano numerosi raggi radioattivi che contaminano la zona e la popolazione circostante. Fortunatamente ciò si verifica molto raramente, grazie alla continua sorveglianza della sicurezza delle centrali.
La localizzazione di centrali risulta un ulteriore problema, poiché sono pochi i comuni che accettano un impianto sul loro territorio. Inoltre vi sono costi elevati per lo smantellamento delle centrali e per le misure di sicurezza.

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