La Centrale Nucleare

Materie:	Appunti
Categoria:	Scienze
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Data:	21.07.2005
Numero di pagine:	13
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ERIC ZORZI
CLASSE 3°F

INDICE
Introduzione
Composizione e funzionamento
Dove si trova
Cenni storici
Vantaggi e svantaggi
Curisita e particolarita
Conclusini personali
Bibliografia
(WWW.COMUNE.DIOLTELLO.MI.IT)
(WWW.PACIOLO.COM)
(SCHEDE CHE HA CONSEGNATO LA PROFESSORESSA)
L’ATOMO

L'atomo è l'unità della materia, considerata per lungo tempo come indivisibile. In realtà, esso è costituito da un nucleo, formato da protoni e neutroni, circondato da una nube di elettroni distribuiti a strati cui corrispondono diversi livelli energetici e dai quali possono migrare o addensarsi, dando origine a reazioni chimiche e alla formazione di composti chimici. Ogni volta che i nuclei subiscono una trasformazione, unendosi per formare, un nucleo più grande (fusione) o dividendosi in due o più nuclei più piccoli (fissione), avviene una liberazione di energia. La tecnologia nucleare fu sviluppata negli anni '40 e, durante la seconda guerra mondiale, la ricerca inizialmente si concentrò nella produzione di bombe scindendo gli atomi di uranio o plutonio. Solamente negli anni '50 l'attenzione si volse agli scopi pacifici della fissione nucleare. Oggi, il mondo produce tanta elettricità dall'energia nucleare quanta ne produceva da tutte le fonti messe assieme negli anni '60. L'impiego di energia nucleare come fonte energetica è molto discusso, soprattutto per il rischio che provochi incidenti incontrollabili.
LA FISSIONE NUCLEARE
E' risaputo che i nuclei di molti atomi sono stabili cioè rimangono inalterati nel tempo. Questi costituiscono la maggior parte degli elementi naturali. Altri nuclei sono instabili, cioè si frammentano in un tempo brevissimo di circa 1 milionesimo di miliardesimo di secondo. Questi nuclei sono assenti in natura: appena se ne forma uno per un qualunque motivo, subito esso "scompare" per fissione nucleare. Altri nuclei sono semi-stabili: cioè tendono a rompersi in un tempo relativamente lungo, da qualche secondo a qualche milione di anni. Questi nuclei esistono in natura, sebbene in piccole quantità e vengono chiamati "debolmente radioattivi". Per stimolare i nuclei debolmente radioattivi bisogna, in qualche modo, modificarli.
Uno di questi modi è la fissione. In tale processo, un nucleo pesante, solitamente di uranio, torio o plutonio, colpito da un neutrone, si spezza in due frammenti la cui massa complessiva è inferiore alla massa del nucleo di partenza e la massa scomparsa ricompare sotto forma di energia, secondo la relazione relativistica
dove:
rappresenta la differenza d'energia
rappresenta la differenza di massa
rappresenta la velocità della luce (3*10^8 m/s)
Nella figura un neutrone bombarda il nucleo dell'isotopo 235 dell'uranio, presente nell'elemento naturale nella proporzione dello 0,7%. Il nucleo di U235 assorbe il neutrone e, dopo un tempo brevissimo, si divide in due frammenti, cioè in due nuclei di massa più piccola dell'uranio, i quali si allontanano l'uno dall'altro con un'energia complessiva di 200 MeV. L'energia liberata dalla fissione di un solo nucleo è praticamente nulla sulla scala delle energie che interessano l'uomo, ma, se si fa subire la reazione di fissione a 1 kg di uranio 235, si libera un'energia pari a 25*10^6 kWh. La massa corrispondente a questa energia, secondo la relazione relativistica, è di circa 1g; dunque nella reazione di fissione di un kg di uranio circa 1 g, cioè l'1 per mille della massa, scompare per convertirsi in energia. Una caratteristica interessante delle reazioni di fissione è che, in media, dal nucleo che si divide in due escono due neutroni e mezzo: ciò significa che nella grande maggioranza dei casi escono due o tre neutroni, talvolta solo uno, oppure quattro o più. Questi neutroni hanno un energia molto elevata e possono a loro volta bombardare altri nuclei di uranio, provocandone così la fissione. Quando questo avviene in modo efficace nell'interno di una massa di U 235 puro, si dice che ha avuto luogo una reazione a catena, cioè una reazione che procede a velocità elevatissima perché viene accelerata proprio in proporzione alla sua stessa velocità.
La prima fissione nucleare con una reazione a catena controllata fu ottenuta a Chicago nel 1942 da un gruppo di scienziati diretto da Enrico Fermi; egli ebbe l’intuizione di utilizzare barrette di grafite o di altro materiale in grado di assorbire neutroni per arrestare la reazione a catena.
LA FUSIONE DELL’IDROGENO
L’altro sistema per ottenere l’energia dall’atomo e la fusione dell’atomo e la fusione nucleare.In questo caso si utilizzano 2 elementi molto semplici, derivati dell’idrogeno:i deuterio che si trova nell’acqua, ache se in quantita minime;il trizio che invece un prodotto artificiale.Facendo fondere(=unire) due nuclei di idrogeno si ottiene un nucleo di elio, il cui peso e leggermente inferiore alla somma deglialri 2 la piccola parte di materia che scompare si trasforma in energia. Se immaginiamo altri nucei di idrogeno vicini al nostro, possiamo capire come dalla fusione simultanea di nuclei si liberi una quantità enorme di energia.
Per fare la fusione servono però condizioni eccezionali. Infatti i nuceli devono essere sottoposti a una fortissima pressione ed essere scaldati a una temperatura superiore a 100 milioni di °C . Queste condizioni si verificano in natura swolo nel Sole. L’energia che irradia nello spazio, in parte intercettata anche dal nostro pianeta, deriva proprio da una reazione termonucleare che porto alla fusione dell’idrogeno. L’uomo riproduce questa reazione in forma incontrollata con la bomba H (H è il simbolo dell’idrogeno) . Invece non è ancora riuscito a produrla in forma “controllata” all’interno di un reattore, per ottenere energia elettrica.
IL FUNZIONAMENTO
Il suo funzionamento e simile a quello di una centrale termoeletrica convenzionale con la differenza che l’acqua viene fatta bollire in un contenitoe a pressione (detto reattore) in cui avviene la fissione dell’uranio.nella figura vediamo lo schema della centra le di Caorso (Piacenza) che e stata fermata a seguito del referendum popolare del 1987.l’impianto e formatoda tre parti distinte:edificio con reattore, sala macchine, edifici ausiliari.
EDIFICIO CON REATTORE
L’edificio e un enorme cilidro di cemento armato, per un terzo interrato, alto complessivamente 70 m.Il reattore collocato in centro e un cilindro in acciaio inossidabile alto 22 metri avvolto da una schermatura di cemento armato (1.2metri di spessore) chiusa da un coperto che puo essere rimosso da una gru.All’interno del reattore si trova il nocciolo, cioe l’insieme degli elementi di combustibile contenenti l’uranio e le barre di controllo per regolare la reazione a catena.
SALA MACCHINE
E simile a quella di una centrale termica convenzionale, con una turbina a vapore accoppiata a un alternatore co potenza massima 840 MW alla tensione di 17000 V. il condensatore viene raffreddato mediante un circuito indipendente che preleva l’acqua fredda dal po nel quale viene poi scaricata una volta diventata calda.
EDIFICI AUSILIARI
Contengono,tra l’altro le piscine schermate piene d’acqua per la conservazione momentanea degli elementi combustibili esauriti altamente radioattivi.
FUNZIONAMENTO
Nel reattore viene pompata dal basso l’acqua che filtrando attaverso gli elementi combustibili assorbe il calore e messo dalla fissione dell’uranio e si trsforma in vapore.Questo viene inviato direttamente nella turbina che trasferice la propria forza meccanica all’alternato che genera corrente.Le centrali come questa sospendono le produzioni di energia circa una volta all’anno:il reattore viene fermato,poi si apre la calotta per estrarre gli elementi di combustibile “esauriti”.questi sono altamente radioattivi e vengono conservati per 3 o 5 mesi nelle piscine per abbassarne la radioattivita.infine sono trasportat, inappositi contenitori nei piu vicini impianti di ritrattamento.
IL NUCLEARE NEL MONDO
Nel mondo sono attualmente in funzione 438 reattori (in una centrale possono esserci più reattori).
La potenza nucleare civile può ora provvedere al 16% dei bisogni globali. Oggi, si sa con certezza che solo 8 Paesi possiedono armi nucleari. 56 Paesi usano reattori per la ricerca civile, e altri 31 hanno 440 reattori di potenza nucleare commerciale con una capacità totale installata di 353.000 Mwe, che è più del triplo della potenza generata da tutte le fonti energetiche di Francia o Germania.
Altri 35 reattori di potenza sono in costruzione e sono equivalenti all'8,2% della potenza già esistente mentre altri 32 in progetto equivalgono al 9,8%. 15 Paesi dipendono per almeno un quarto della loro elettricità, dalla potenza nucleare. Francia e Lituania otten-gono circa tre quarti della loro potenza dall'energia nucleare, mentre Belgio, Bulgaria, Giappone, Slovacchia, Corea del Sud, Svezia, Svizzera, Slovenia e Ucraina ottengono più del 35%
Sebbene adesso, vengano costruiti meno centrali nucleari rispetto agli anni '70 e '80, quelli in funzione oggi producono più elettricità. Nel 2000 la produzione era 2.447 miliardi di kWh con un aumento del 15% in più rispetto ai precedenti sei anni. Questo equivale alla potenza sviluppata da oltre 30 grossi impianti nucleari.
Fra il 1995 e il 2000 c'è stato un aumento netto di soli 5 reattori. Il resto dell'aumento è dovuto alla migliore prestazione delle unità esistenti. Negli ultimi 15 anni gli impianti finlandesi hanno superato le aspettative. I reattori in Belgio, Repubblica Ceca, Germania, Ungheria, Giappone, Corea del Sud, Spagna, Svizzera, Taiwan e USA raggiungono almeno l'80% come fattore di carico.
La prestazione delle centrali nucleari degli Stati Uniti ha mostrato un miglioramento costante negli ultimi 10 anni e il fattore di carico medio ora è a circa l'85% (65% nel 1990). Questo pone gli Stati Uniti fra i leader delle prestazioni,con 17 fra i migliori 25 reattori nel mondo.
Gli Stati Uniti producono quasi un terzo dell'elettricità nucleare del mondo. Nel 1999-2000 gli impianti giapponesi hanno raggiunto l'80,6% di fattore di carico medio, mentre i reattori francesi il 71,2%.
In aggiunta agli impianti di potenza nucleare commerciale, ci sono più di 280 reattori usati per la ricerca in 56 Paesi, con altri in costruzione. Questi hanno molti usi, inclusa la ricerca e la produzione di isotopi usati in medicina e nell'industria.
L'uso dei reattori per propulsione in marina è per lo più limitato alle navi maggiori. Più di 150 navi sono alimentate da reattori nucleari.
IL NUCLEARE IN EUROPA

Al contrario dell'Italia che ha sempre prodotto poca elettricità con l'energia nucleare in Europa ci sono invece molte centrali nucleari, circa la metà di tutto il mondo. Al primo posto c'è la Francia, con quasi 50 reattori in funzione. Il nostro "vicino" produce nelle centrali nucleari più del 60% di tutta la sua elettricità che esporta anche in Italia. In Francia sono in fase di sperimentazione anche i reattori autofertilizzanti.
Al secondo posto ci sono le nazioni dell'ex Unione Sovietica, con circa 50 reattori in funzione. Questi impianti sono in genere pericolosi perché costruiti molti anni fa con tecniche oggi sorpassate e con sistemi di sicurezza poco affidabili. L'incidente di Chernobyl, in Ucraina, è stato il più grave nella storia del nucleare.
Al terzo e quarto posto ci sono la Germania e la Gran Bretagna
IL NUCLEARE IN ITALIA
centrale nucleare di Caorso
L'Italia possedeva quattro centrali nucleari situate a:
- Caorso;
- Garigliano;
- Latina;
- Trino Vercellese. Il nostro Paese nel decennio successivo al disastro di Chernobyl, con un referendum popolare ha deciso la chiusura definitiva delle proprie centrali elettronucleari.
Oggi il soddisfacimento del fabbisogno energetico italiano dipende per l'83% dalle importazioni di combustibili fossili e di energia elettrica. La dipendenza dall'estero ha continuato a crescere negli ultimi vent'anni, fino a determinare l'attuale esborso di circa 40 mila miliardi di lire all'anno in valuta pregiata. Il settore elettrico da solo è responsabile per oltre un terzo di questo esborso.La domanda nazionale di energia è attualmente coperta per il 17-18% attraverso le importazioni dirette di elettricità di origine nucleare dall'estero.

INCIDENTE DI CHERNOBYL
Centrale nucleare di Chernobyl
L'unico incidente nucleare veramente "importante" in Europa è avvenuto il 26 aprile del 1986 a Chernobyl, tra l'Ucraina e la Bielorussia.Essa fu costruita nell'1983 ed è classificabile come una centrale del vecchio tipo in quanto utilizzava la grafite come moderatore. Questo tipo di reattore ha un antipatica particolarità: in caso di fusione del nocciolo, cioè se la temperatura sale in modo incontrollato, la grafite inizia a reagire con l'acqua di raffreddamento, aggiungendo danno a danno.
Il 26 aprile si stava eseguendo una prova tecnica, furono esclusi i sistemi di spegni-mento automatico del nocciolo, e il reattore fu potato a funzionare ad una potenza moto inferiore a quella di tara, condizione in cui quel nocciolo di veniva, evidentemente, instabile. Nel caso specifico, instabile vuol dire che, in caso di una fluttuazione di potenza, la reazione a catena tende a salire in modo incontrollato. Il reattore arrivò, nel giro di 20 secondi, a 100 volte la sua potenza nominale. L'esplosione distrusse il nocciolo, l'edificio di contenimento e la sala turbine, buttando pezzi di nocciolo, di copertura e di macchine tutto intorno. La grafite prese fuoco, e si creò una colonna di fumo che trasportò in aria tonnellate di particolati radioattivi tra qui vi erano prodotti di fissione, il peggio che si possa immaginare. Il 15% ricadde sulla centrale, il 50% nella "Zona rossa" intorno alla centrale stessa, e il resto fu trasportato dalle correnti.
In Italia e negli altri Paesi al di fuori della Bielorussia e dell'Ucraina le conseguenze furono praticamente nulle. A livello statistico, non ci sono stati incrementi di nessun tipo di tumore rilevati nel nostro Stato.Visto che l'incidente è stato causato da un errore umano e dalla palese infrazione delle più elementari norme di sicurezza, la progettazione di nuove centrali si sta orientando verso impianti profondamente sicuri rispetto alla componente umana.

IMPATTO AMBIENTALE
A parità di elettricità prodotta, l'energia nucleare viene considerata una delle risorse a minor impatto ambientale. Infatti, non è fonte di emissioni inquinanti, quali solfuri, polveri o gas responsabili dell'effetto serra. I rilasci termici dovuti alla quantità di calore non trasformabile fisicamente in energia meccanica e, successivamente in energia elettrica, sono leggermente superiori di quelli relativi ad impianti convenzionali con la stessa potenzialità Inoltre, dove utilizzata, consente di ridurre notevolmente lo sfruttamento delle riserve di combustibili fossili.
Il problema ambientale delle centrali nucleari è però costituito dalla rischiosità del processo (pericoloso in caso di incidente e di fuga di materiale radioattivo come è avvenuto in occasione del disastro di Chernobyl) e da tutto ciò che sta a valle del reattore e riguarda il ciclo di vita del combustibile nucleare, in particolare lo smaltimento delle scorie radioattive. La radioattività è un fenomeno fisico per cui nuclei instabili si trasformano in nuclei di altri elementi o in isotopi dei nuclei di partenza, emettendo radiazioni nucleari. Il nucleo, prima di decadere a un livello energetico più basso, può rimanere nel suo stato radioattivo per un periodo di tempo che varia da una frazione di secondo a cento milioni di anni. La radioattività è presente anche in natura ma, nella maggior parte dei casi, a livelli piuttosto bassi. Inoltre occorre ricordare che, se mantenute al di sotto di certi livelli, le radiazionipossono essere anche utili, come testimoniano alcuni trattamenti diagnostici e curativi. Occorre comunque, che ogni esposizione sia controllata nella durata e nell'intensità e avvenga nel pieno rispetto delle norme di sicurezza. Oltre un certo limite, le radiazioni possono diventare molto pericolose per la salute umana anche in relazione alla durata dell'esposizione.
Per gli isotopi radioattivi, infatti, occorre prevedere un deposito controllato tra i 500 e i 700 anni, mentre, nel caso del plutonio, si parla di centinaia di migliaia di anni. I problemi ancora da sciogliere riguardano le tecniche per il trattamento delle scorie radioattive e la scelta di ambienti geologicamente stabili dove depositarle una volta trattate. Di dimensioni simili a quelle di una normale centrale termoelettrica l'impatto di una centrale nucleare sul territorio non dipende tanto dalle sue effettive dimensioni, quanto dalla sicurezza degli impianti e dalla protezione della popolazione. In un reattore nucleare attivo vi sono circa 1.000 tonnellate di radio, più o meno la quantità che è fuoriuscita dalla centrale nucleare di Chernobyl. Lo sviluppo dell'energia nucleare richiede, quanto meno, che le installazioni siano lontane da zone densamente popolate. Ma spesso questo non è sufficiente perché, in caso di incidente, gli elementi radioattivi, dispersi nell'aria in quantità pericolose per l'uomo e l'ambiente, possono essere trasportati anche a migliaia di chilometri di distanza dai venti. Inoltre, quando si decide di costruire una centrale nucleare si deve tener conto anche delle necessità di avere a disposizione depositi adatti a ricevere le scorie radioattive prodotte e impianti d'estrazione del plutonio dal combustibile irradiato. Le cellule umane se sottoposte a radiazioni hanno un diverso comportamento e una diversa sensibilità: se la dose è estesa a tutto il corpo può condurre alla morte, mentre la stessa dose su una piccola parte del corpo può limitarsi a provocare arrossamento e irritazione della pelle, formazione di piaghe e caduta dei capelli, della barba, dei peli. Oppure si possono danneggiare sistemi come quello gastro-intestinale, respiratorio, o tessuti come quello osseo, emopoietici e così via.
I reattori a fusione sono particolarmente vantaggiosi dal punto di vista dell'inquinamento radioattivo, in quanto non producono scorie radioattive; i neutroni prodotti nella reazione deuterio-trizio possono essere assorbiti da un liquido come il litio per produrre trizio da rimettere in circolo; l'unico pericolo potenziale di un reattore a fusione, è l'eventuale fuga di trizio dal reattore.
In generale, i parametri importanti per giudicare il livello di pericolosità di una radiazione sono:
- l'energia (maggiore è la sua capacità di penetrazione nell'organismo e maggiore è la possibilità di recarvi danni)
- l'intensità del fascio
- la distribuzione nel tempo
- il periodo di dimezzamento (maggiore è il periodo di dimezzamento tanto meno rapidamente possono essere eliminati)
PARTICOLARITA’ E CURIOSITA’
I COSTI
Come per le altre risorse energetiche non rinnovabili, quali carbone, petrolio e gas naturale, è necessario chiedersi innanzi tutto quanto combustibile nucleare sia disponibile sulla Terra e a quale prezzo. In natura è presente un'enorme quantità di uranio naturale. Gli oceani, ad esempio, ne contengono circa un miliardo di chilometri cubi. L'estrazione di quest'uranio "marino" è tecnicamente possibile ma a un costo 30 volte superiore agli attuali prezzi di mercato. La quantità complessiva di uranio estraibile, invece, dalla terraferma a costi economicamente sostenibili, supera i 3 milioni di tonnellate. In particolare, esso si trova a concentrazioni più elevate nelle rocce uranifere. La quantità totale di uranio disponibile appare, dunque, molto alta, ma viene notevolmente ridimensionata una volta che la si confronti con le quantità necessarie a far funzionare un reattore. Se si tiene conto del fatto che nel mondo ci sono 438 reattori nucleari e che ognuno di essi per funzionare, richiede 8 cariche al giorno di circa 33 kg di uranio l'una, la complessiva durata della riserva di combustibile nucleare attualmente sfruttabile è pari a circa 80 anni. Questa stima dimostra come il nucleare non può essere una fonte di energia su cui si possa contare per molto tempo.
Per produrre energia nucleare su vasta scale, occorre disporre di una quantità sufficiente di uranio naturale e a un costo ragionevole. In particolare, il processo di arricchimento e i relativi impianti devono avere una capacità sufficiente e i prezzi dell'arricchimento devono essere ragionevoli. E' necessario valutare, inoltre, l'economicità e l'efficacia degli impianti di riprocessamento che trattano il combustibile nucleare già utilizzato nei reattori e consentono di recuperare l'uranio non ancora "bruciato".
Insomma, i costi dei reattori nucleari vanno valutati tenendo conto dell'intero ciclo dell'energia nucleare, che è molto più complesso di quello delle altre risorse energetiche. Tali costi comprendono, infatti: il ciclo intero del combustibile, la costruzione, la gestione e la sicurezza dell'impianto, compresi i casi d'emergenza, lo smaltimento delle scorie e l'eventuale smantellamento dell'impianto.
Negli ultimi 10 anni, però, il costo della produzione nucleare è andato diminuendo e oggi si aggira intorno a 1,5 centesimi di dollaro per chilowattora (circa 35 lire).
Costi nucleare
Per renderci conto dei costi di realizzazione e di produzione di una centrale nucleare, riportiamo i dati relativi alla centrale di Caorso (840 MW di potenza elettrica netta) .
La centrale fu costruita fra il 1970 e il 1980.
Il costo globale di realizzazione fu di 306 miliardi di lire, pari a circa 364000 lire/ KW.
Il costo di produzione (tenendo in considerazione: il capitale, il combustibile, l'esercizio, lo smantellamento) era di circa 16 lire/KW.
Per valutare più compiutamente il significato di tali valori e' necessario confrontarli con quelli analoghi degli impianti alimentati con olio combustibile o carbone.
Tipo di impianto
Costo
Lire/kWh
Incidenza del combustibile
Lire/kWh
Caorso
16
6
Termoelettrico ad olio combustibile
40
35
Termoelettrico a carbone
22
16
CONCLUSIONI PERSONALI
Questa ricerca per me è stata costrutiva e divertente ho scoperto cose nuove e interessanti ed non è stata difficile .