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  • Martina De Nicola
  • Fabio Brescia

ENERGIA NUCLEARE

01. DI CHE COSA SI TRATTA?

La fissione nucleare è un processo fondamentale in cui il nucleo di un atomo pesante, come l'uranio-235 o il plutonio-239, si divide in due o più nuclei più leggeri, noti come frammenti di fissione. Questo processo non solo produce nuclei più leggeri, ma rilascia anche una quantità significativa di energia sotto forma di calore e radiazione. La fissione è sfruttata nelle centrali nucleari per produrre elettricità e nelle armi nucleari per generare esplosioni devastanti. L'energia rilasciata durante la fissione è dovuta alla conversione di una piccola quantità di massa in energia, secondo il principio di equivalenza massa-energia di Einstein (E=mc^2).

Il processo di fissione nucleare inizia quando un neutrone libero colpisce il nucleo di un atomo di uranio-235 o plutonio-239. L'assorbimento del neutrone da parte del nucleo lo rende altamente instabile, provocandone la divisione. Questo evento è facilitato nei reattori nucleari, dove i neutroni sono rallentati mediante un moderatore (come acqua o grafite) per aumentare la probabilità di interazione con i nuclei fissili. La capacità di controllare il numero di neutroni che inducono ulteriori fissioni è cruciale per gestire il processo in modo sicuro ed efficiente nelle centrali nucleari.

I neutroni rilasciati durante la fissione possono colpire altri nuclei di uranio-235, innescando ulteriori fissioni in un processo noto come reazione a catena. Questa reazione a catena è essenziale per mantenere il processo di fissione nelle centrali nucleari. Se non viene controllata, può portare a una rapida e incontrollata liberazione di energia, come avviene nelle esplosioni nucleari. Nelle centrali nucleari, la reazione a catena è controllata utilizzando barre di controllo, che assorbono i neutroni in eccesso e regolano la velocità della reazione. Questo controllo è cruciale per la sicurezza e l'efficienza dell'energia nucleare, consentendo di mantenere una produzione di energia stabile e prevedibile.

Quando il nucleo di uranio-235 si divide, si formano due nuclei più leggeri, chiamati frammenti di fissione, insieme a due o tre neutroni aggiuntivi. Questo processo rilascia una grande quantità di energia, principalmente sotto forma di calore. L'energia prodotta durante la fissione deriva dalla conversione di una parte della massa del nucleo in energia. Nei reattori nucleari, il calore generato viene utilizzato per riscaldare l'acqua, producendo vapore che aziona turbine per generare elettricità. Questo processo è altamente efficiente e una singola fissione di uranio-235 libera milioni di volte più energia rispetto alla combustione di una molecola di carbone.

Fissione nucleare
Fusione nucleare

Per energia nucleare si intendono tutti quei fenomeni in cui si ha produzione di energia in seguito a delle reazioni nucleari

02. Storia

La fissione nucleare fu ottenuta per la prima volta nel 1934 quando Fermi bombardando con un neutrone un atomo di uranio notò che questo veniva diviso

Fermi realizza il primo reattore nucleare chiamato Chicago Pile -1, nasce il progetto Manhattan

1951Per la prima volta un reattore viene utilizzato per la produzione energetica, generò circa 100 kW

1955 L'energia nucleare viene utilizzata dagli Stati Uniti per alimentare i sottomarini, il primo fu l'USS Nautilus

A partire dagli anni 90 i programmi nucleari vennero sempre più abbandonati per far spazio a produzioni più eco-sostenibili, sebbene la produzione di energia nucleare abbia raggiunto i 366GW nel 2005

Nel 1987 si tenne in italia un referendum per chiudere i 4 stabilimenti nucleari. Il SI vinse con circa l'80% dei consensi. Il primo Luglio 1990 gli ultimi 2 stabilimenti furono chiusi

Nel 1979 e nel 1986 i disastri nucleari di Three mile island e Chernobyl causarono preocupazione in molti paesi causando opposizione ai programmi nucleari

L'introduzione di protocolli di sicurezza più stringenti causo un aumento del costo di costruzione per gli impianti, riducendo la diffusione

A causa della crisi petrolifera, paesi come Giappone e Francia csotruiscono grandi impianti nucleari ceh ad oggi producono eispetivamente il 75% e il 30% della richiesta di energia

Storia dell'energia nucleare

1973
1986
1987
2000

03. Funzionamento

GW

Uso dell'energia nucleare

Insert a video

In una centrale nucleare a fissione refrigerata ad acqua leggera viene utilizzata una fissione nucleare al fine di utilizzarne il calore scaturito per portare a ebollizione dell'acqua, sfruttando il vapore acqueo così ottenuto per la produzione di energia elettrica tramite un ciclo di Rankine, ciclo in cui il vapore sotto pressione viene incanalato per generare la rotazione di turbine accoppiate ad alternatori elettrici, per poi tornare allo stato liquido condensando tramite il raffreddamento, pronto ad un nuovo ciclo ebollizione-vapore-condensazione

Una centrale standard consuma ogni anno 30 tonnellate di uranio arricchito, oppure 150 di uranio naturale. Si tratta di consumi molto ridotti se si pensa che una centrale a carbone con la medesima produzione consuma 2.600.000 tonnellate di combustibile. Nonostante il fabbisogno di materiale ridotto la quantità di roccia estratta e la quantità di roccia utilizzata risultano essere molto elevate, circa 2,2 milioni di tonnellate di roccia e 15.000 tonnellate di acqua

La durata media di una centrale di prima e seconda generazione si aggira intorno ai 30 anni, nell'ultimo periodo si stanno sviluppando le centrali di terza generazione che teoricamente dovrebbero durare fino a 60 anni. Una volta non più in funzione la centrale va smantellata, il terreno bonificato e le scorie stoccate.

RENDIMENTO E CONSUMO

Il rendimento di una centrale nucleare non è molto alto, infatti si aggira intorno al 35% nelle centrali di ultima generazione mentre a pochi più del 30% nelle restanti. Inoltre sono necessarie enormi quantità d'acqua al fine di raffreddare gli impianti che altrimenti dovrebbero lavorare a ritmi decisamente inferiori, in Francia nel 2006 sono stati utilizzati 19.000.000.000.000 litri di acqua dolce per il raffreddamento delle centrali

04. PERICOLI

Una centrale nucleare emette piccole dosi di radioattività sotto forma di effluenti sia liquidi che gassosi.Tali emissioni perdurano anche a distanza di decenni dalla chiusura degli impianti, anche se molte centrali non fanno entrare in contatto il generatore con l'acqua in modo tale da evitare l'emissione radioattiva. Alcune centrali tra cui quella di Chernobyl e di Three Mile Island hanno avuto incidenti di grave entità i quali fino ad oggi si sono causati solo in reattori di prima generazione, dando prova della sicurezze dei reattori di seconda e terza generazione.

L'Agenzia Internazionale per l'Energia Atomica ha stipulato una scala formata da otto livelli di gravità degli incidenti che possono avvenire in una centrale nucleare:

• Livello O (deviazione): evento senza rilevanza sulla sicurezza.• Livello 1 (anomalia): evento che si differenzia dal normale regime operativo, che non coinvolge malfunzionamenti nei sistemi di sicurezza, né rilascio di contaminazione, né sovraesposizione degli addetti.• Livello 2 (guasto): evento che riguardi malfunzionamento delle apparecchiature di sicurezza, ma che lasci copertura di sicurezza sufficiente per malfunzionamenti successivi, o che risulti in esposizione di un lavoratore a dosi eccedenti i limiti e/o che porti alla presenza di radionuclidi in aree interne non progettate allo scopo, e che richieda azione correttiva.• Livello 3 (guasto grave): un incidente sfiorato, in cui solo le difese più esterne sono rimaste operative, e/o rilascio esteso di radionuclidi all'interno dell'area calda, oppure effetti verificabili sugli addetti, o infine rilascio di radionuclidi tali che la dose critica cumulativa siadell'ordine di decimi di mSv.• Livello 4 (incidente grave senza rischio esterno): evento causante danni gravi all'installazione (ad esempio fusione parziale del nucleo) e/o sovraesposizione di uno o più addetti che risulti in elevata probabilità di decesso e/o rilascio di radionuclidi tali che la dose critica cumulativasia dell'ordine di pochi mSv.• Livello 5 (incidente grave con rischio esterno): Evento causante danni gravi all'installazione e/o rilascio di radionuclidi con attività dell'ordine di centinaia di migliaia di TBq come 131l, e che possa sfociare nell'impiego di contromisure previste dai piani di emergenza.• Livello 6 (incidente serio): evento causante un significativo rilascio di radionuclidi e che potrebbe richiedere l'impiego di contromisure, comunque meno rischioso dell'incidente di livello 7• Livello 7 (incidente molto grave): evento causante rilascio importante di radionuclidi, con estesi effetti sulla salute e sul territorio.

La cosa più pericolosa che può accadere è la fusione del nocciolo, formato da piccole pastiglie di uranio o plutoniosituate in specifici tubi.Se ciò accade la centrale si stacca automaticamente dalla rete di corrente e interpone delle barre di materiale tra i tubi in modo da rallentare il processo di fissione. E' necessario raffreddare il nocciolo con acqua o altri liquididi raffreddamento.Se però non si riesce a raffreddare il nocciolo questo si scalda costringendo la fuoriuscita progressiva del vapore che condensa in acqua molto radioattiva che contamina lacentrale.Il vapore acqueo si scinde in ossigeno e idrogeno che rischia di causare un'esplosione in presenza di una scintilla che comprometterebbe l'integrità della struttura portandomateriale radioattivo all'esterno.

Il procedimento di fissione nucleare produce materiali residui ad elevata radioattività che rimangono estremamentepericolosi per periodi lunghissimi.Si tratta di vari elementi radioattivi leggeri e di combustibile esaurito che vengono estratti dal reattore.Questo materiale è radiotossico e richiede dunque precauzioni nel trattamento e nello smaltimento.

05. EFFETTI SULLA SALUTE

Il processo di estrazione, purificazione e arricchimento dell'uranio e del plutonio comportano possibili danni all'ambiente e alle persone

Uno studio tedesco del 2008 rivela che i bambini in tenera età che vivono in zone circostanri alle centrali nucleari hanno quasi il doppio del rischio di contrarre la leucemia

In caso di incidente nucleare il suolo nei pressi della centrale risulterebbe inagibile in quanto sede del deposito dei materiali più pesanti, emntre quelli più leggeri volano via e risultano essere poco pericolosi dopo il lungo tragitto

06. La fusione nucleare

Riscaldamento Globale

L'utilizzo di energia termonucleare è stata incentivata dal fatto che l'inquinamento dovuto alla dissipazione di gas serra risult essere particolarmente ridotta.Gli impatti di prima e seconda generazione classificavano l'energia nucleare come meno efficente di molte energie rinnovabili, ma più delle energie provenienti da fonti non rinnovabili.Le centrali di ultima generazione grazie alla maggior efficenza, alla maggior durata e alle moderne tecniche di smantelamentohanno portato l'energia nuvleare a essere, per quanto riguarda il rischio di anidride carbonica, la migliore

In un processo di fusione nucleare i nuclei di due o più atomi leggeri si fondono creando un nucleo di un atomo più pesante la cui massa è pero inferiore alla somma della amsse degli atomi i partenza.L'utilizzo di questa energia i una centrale ad oggi è impossibile in quanto non si è ancora riusciti a mantenere il processo di fusione stabile per tempi utili.

Gli svantaggi di una centrale a fusione si basano sul fatto che sono necessarie temperature elevatissime al fine che questa possa avvenire, queste temperature che non possone essere contenute in alcun materiele conosciuto.A vantaggio il principale prodotto di una fusione nucleare sarebbe l'elio, che non è radioattivo, il quale è ottenuto dalla fusione di deuterio e trizzio

Il deuterio è ottenibile tramite l'elettrolisi dell'acqua pesante mentre il trizio deve essere ruicavato da un processo di fisione nucleare del litio, inoltre non può essere immagazzinato per lunghi periodi, am debe essere usato nel breve termine, ciò porta alla necessita di una centrale che attua la fissione nucleare del litio connessa alla centrale a fusione nucleare.

La reazione si potrebbe alimentare anche solo a deuterio ma cio produrrebbe molta meno energia. Oltre al fatto che le scorie prodotte sarebbero poche queste sarebbero anche di breve durata.

WikipediaAssociazionenucleareitaliana.itwww.ecoage.itwww.eni.comhttps://www.youtube.com/watch?v=Jzfpyo-q-RM&t=478shttps://www.youtube.com/watch?v=rcOFV4y5z8chttps://www.youtube.com/watch?v=pVbLlnmxIbY&t=86shttps://www.europarl.europa.eu/factsheets/it/sheet/62/energia-nuclearehttp://www.fusione.enea.it/WHAT/fusion1.html.it

Sitografia

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