Energia Nucleare

Energia nucleare

-Cos’é

L’energia nucleare è l’energia che si libera nelle reazioni che coinvolgono l’interno dell’atomo, cioè il nucleo.

Ed é una forma di energia che deriva da profonde modificazioni della struttura stessa della materia, la materia può trasformarsi in energia secondo questa legge fisica del 1905 di Albert Einstein:

  E = mx c ^ 2

  E = energia

  m = massa (materia)

  c = costante velocità della luce nel vuoto                                     

Questa teoria venne applicata nell’uso delle bombe atomiche durante la I guerra mondiale, nel 1945.

L’atomo è formato da un nucleo centrale, costituito da protoni con carica elettrica positiva e neutroni elettricamente neutri; intorno al nucleo ruotano velocemente gli elettroni che hanno carica elettrica negativa; inoltre gli atomi di ogni elemento presente in natura hanno un proprio numero di protoni uguale a quello degli elettroni.

-Vantaggi dell’energia nucleare

L’uso dell’energia nucleare, inoltre presenta dei vantaggi:

-il combustibile é presente in natura in grandi quantità;

-una centrale nucleare produce meno inquinamento rispetto al processo di combustione del carbone o del petrolio, infatti non emette anidride carbonica;

-la produzione di energia nucleare riduce l’importazione di petrolio e la dipendenza delle economie dal petrolio;

-ciclo di vita della centrale, un impianto nucleare può funzionare ininterrottamente dai 40 ai 60 anni.

-Svantaggi dell’energia nucleare

L’energia nucleare oltre ad avere parecchi vantaggi, ha anche dei svantaggi:

-lo smaltimento delle scorie radioattive provocando inquinamento rimanendo radioattive per migliaia di anni;

-una centrale nucleare richiede elevati investimenti per la costruzione dell’impianto, e costi finali per lo smantellamento, lo smaltimento e la messa in sicurezza delle scorie al termine del ciclo di vita dell’impianto;

– le centrali nucleari richiedono un livello di sicurezza maggiore rispetto alle altre centrali elettriche poiché maggiori sono le conseguenze ambientali in caso di disastro o incidente, come l’incidente nucleare alla centrale sovietica di Chernobyl nel 1987.

L’uranio

L’uranio, simbolo chimico = U, è un metallo pesante a elevata densità presente in natura, tossico e radioattivo.

Si ricava dall’uranite che è un minerale, per le sue caratteristiche chimiche e fisiche viene utilizzato come combustibile per la produzione di energia nelle centrali nucleari, ma deve essere portato tramite un procedimento di arricchimento alla percentuale di materiale fissile al 3%; l’elemento fissile usato nelle centrali è l’uranio 235, fissile perché si rompe facilmente.

L’uranio viene usato anche per le bombe atomiche, per distruggere.

L’uranio arricchito è una miscela di isotopi dell’uranio, che si differenzia dall’uranio naturale estratto dalle miniere per un maggior contenuto dell’isotopo; l’uranio 235 è l’unico isotopo che può essere sottoposto alla fissione nucleare.

L’uranio impoverito, invece, è un sottoprodotto del procedimento di arricchimento dell’uranio; in impianti dove si trovano particolari reattori chiamati autofertilizzanti perché produce più materiale fissile di quanto ne consumano, viene utilizzata quella parte di uranio che negli altri reattori viene scartata: l’uranio 238.

L’uranio 238, comune non fissile al 99% costituisce il componente principale dell’uranio, infatti durante la fissione acquistando un neutrone si trasforma in plutonio, elemento che nella natura non esiste.

Per produrre energia nucleare, cioè ricavare energia dal nucleo dell’atomo esistono due procedimenti:

-la fissione nucleare (divisione) di un nucleo pesante come quello dell’uranio;

-la fusione nucleare (unione) di nuclei leggeri come quelli dell’idrogeno;

In entrambi i casi per avere liberazioni di energia è necessario processi nei quali la massa dei nuclei che iniziano la reazione sia maggiore di quella dei nuclei che hanno a processo avvenuto.

La fissione nucleare

La fissione nucleare consiste nella disintegrazione del nucleo dell’atomo di alcuni elementi detti fissili.

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         elemento fissile nelle centrali

         è l’uranio 235, detto fissile

         perché si rompe facilmente.

Un neutrone viene “sparato” contro un nucleo di uranio 235 che si spacca in due frammenti e lascia liberi altri tre neuroni; durante la fissione una piccola parte di materia si trasforma in energia e inoltre se accanto al primo atomo di uranio 235 ve ne sono molti altri, si può ottenere una reazione a catena.

Questa trasformazione può avvenire spontaneamente, oppure può essere stimolata bombardando con neutroni un nucleo pesante, che in tal caso si dice fissile.

La fusione nucleare

La fusione nucleare consiste nell’unione di nuclei di atomi leggeri per formare nuclei più pesanti.

Sarebbe il processo inverso alla fissione nucleare.

Quando due nuclei leggeri (deuterio e trizio, isotopi dell’idrogeno) sono spinti con forza l’uno contro l’altro possono saldarsi e fondersi formando un solo nucleo, in questo caso l’elio che però è meno pesante rispetto alla somma di questi due; infatti la materia mancante si è trasformata in energia.

La miscela di isotopi gassosi dell’idrogeno che deve fondersi, può essere racchiusa nelle pareti magnetiche e inoltre, i nuclei sono portati a più di 100 milioni di gradi nella Tomatak,

macchina che ha la forma di una ciambella nella quale vengono immessi deuterio e trizio.

Gli scienziati sono riusciti a realizzare la fusione nucleare soltanto in forma non controllata a causa delle altissime temperature.

Centrali termonucleari

Le centrali termonucleari sono chiamate così perché producono vapore dall’energia termica liberata dalla scissione del nucleo dell’uranio attraverso la fissione nucleare.

La reazione di fissione nucleare avviene nel reattore, più precisamente nel nocciolo, dove le barre di uranio producono energia termica.

L’acqua riscaldata:

-da una parte mantiene sotto controllo la temperatura del reattore;

-dall’altra cede calore all’acqua che circola nel circuito secondario;

l’acqua così riscaldata quindi, produce vapore per far azionare la turbina e l’alternatore.

Le barre di uranio che anch’esse si trovano nel nocciolo del reattore, sono immerse in una sostanza chiamata moderatore che rallenta la velocità dei neutroni nel processo di fissione.

Tra le barre di uranio ci sono le barre di controllo che assorbono due di tre neuroni che si liberano da ogni reazione e impedisce quindi, lo sviluppo di enormi quantitativi di energia, tipico delle bombe atomiche; inoltre le barre di controllo posso essere alzate o abbassate, se vengono immerse completamente nel reattore la reazione a catena si blocca perché tutti i neutroni vengono assorbiti.

Centrali elettronucleari

Le centrali elettronucleari sono impianti che trasformano il calore prodotto da una particolare reazione detta fissione nucleare in elettricità; quindi è una centrale che produce elettricità sfruttando il calore.

Per il funzionamento sono fondamentali i nuclei degli atomi, cioè lo sfruttamento dell’energia nucleare; il processo è legato tutto allo scopo di attivare il generatore di corrente elettrica ma per fare ciò è fondamentale azionare reazioni nucleari di fissione per azionare il generatore che successivamente produrrà energia.

Una centrale nucleare brucia uranio e produce energia elettrica, ma a differenza di una normale centrale termoelettrica, che brucia carbone, gas o petrolio, non sfrutta reazioni chimiche, ma reazioni di fissione, circa un milione di volte più energetiche a parità di massa di combustibile .

Inoltre i combustibili fossili non sono illimitati ma l’uranio, anche se le miniere si esauriranno, potranno essere estratti in quantità quasi infinita dall’acqua di mare e da altri materiali comuni.

Inoltre, esistono centrali nucleari a fissione e centrali nucleari a fusione:

-centrali nucleari a fissione

Le centrali nucleari a fissione producono un livello di elettricità elevatissimo senza rilascio di fumo visto che non usufruiscono di combustione. Solo che utilizza 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.

Non provocano nessun inquinamento atmosferico ma hanno bisogno di una elevata quantità di acqua per il raffreddamento, l’acqua che dopo il processo viene rilasciata una temperatura più elevata rispetto a quella dell’ambiente creando uno sbilanciamento termico con impatti ambientali rilevanti soprattutto sulla fauna e flora dei fiumi.

-centrali nucleari a fusione

Questo tipo di centrali vengono studiate da anni dagli scienziati senza però avere ancora risultati apprezzabili visto che non si è ancora in grado di mantenerla stabile e sotto controllo.

Quindi per queste centrali si discute delle sue funzionalità e dei suoi benefici; queste centrali producono, come principale tipo di scoria, elio 4 cioè un gas inerte e assolutamente non radioattivo ma la fusione richiede temperature di lavoro tanto elevato da non poter essere contenuta in nessun materiale esistente.

Rischi della centrale nucleare

I rischi di una centrale nucleare sono parecchi nonostante offra molti vantaggi tra i quali la produzione di energia senza inquinare, prendiamo per esempio i danni provocati dallo scoppio della centrale nucleare di Černobyl ‘in Ucraina, avvenuta nel 1986, il 26 aprile.

Lo scoppio Černobyl ‘fu provocato da uno scoppio reattore numero 4 della centrale elettrica, le scorie sono state così potenti da colpire gran parte dell’Europa infatti ancora oggi i paesi nei dintorni risentono ancora dei danni provocati delle scorie, che non si sono ancora smaltite del tutto.

Dopo questo accaduto, si sono studiati modi per rischiare il meno possibile che un evento del genere possa riaccadere infatti le centrali hanno un rilascio minore delle scorie radioattive e inoltre, un sistema all’interno della centrale che possa incamerare e pian piano smaltire queste scorie.

Disastro di Černobyl ‘||