L'energia nucleare

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L’ENERGIA NUCLEARE
L’energia nucleare é l’energia che tiene legata la parte interna dell’atomo, cioè le particelle che formano il nucleo.
La prima persona che intuì la possibilità di ricavare energia dal nucleo dell’atomo fu lo scienziato tedesco Albert Einstein. Nel 1905 egli annunciò la sua teoria dell’equivalenza tra materia ed energia, espressa nella famosa formula:
E= m c2
Essa permette di calcolare quanta energia (E) si ottiene dalla trasformazione di una certa quantità di materia(m); la costante c2 corrisponde alla velocità della luce (300.000 km/s) elevata al quadrato.
Poiché questa costante é grandissima basta far sparire una piccola quantità di materia per ottenere una gran quantità di energia.

Per ricavare energia dal nucleo dell’atomo esistono due procedimenti, un opposto all’altro:

- la fissione (rottura) di un nucleo
pesante come quello dell’uranio.

- la fusione (unione) dei nuclei
leggeri come quelli di idrogeno.

La fissione dell’uranio
Quasi tutti gli elementi esistenti in natura hanno un nucleo molto stabile, che non può essere rotto, come nel caso del ferro, dell’alluminio, dell’ossigeno, del cloro, ecc.
L’Uranio235, uno degli elementi più pesanti esistenti in natura, costituisce un’eccezione. La fissione, avviene quindi in questo modo:
- Un neutrone é stato “sparato” contro il nucleo atomico, che si divide in due frammenti e lascia liberi altri due nuclei atomici.
- Rimangono quindi i due nuclei risultanti e il neutrone liberato.
Dalla rottura del nucleo, si produce l’energia.
Quando gli atomi sono molti, si ha una reazione a catena, ma che avverrà molto lentamente; tuttavia si può arricchire l’uranio naturale, aumentando la percentuale dell’Uranio 235 con una tecnica complessa.
Per la bomba atomica serve un arricchimento al 90% circa. In questo caso la reazione a catena avviene in un tempo brevissimo e in una frazione di secondo si libera una quantità di energia enorme. E’ questo lo scopo bellico dell’energia atomica.
La prima bomba atomica fu fatta esplodere dagli americani nel 1954 nel poligono sperimentale del deserto di Alamogordo. Tre settimane dopo una bomba simile annientava la città giapponese di Hiroshima, dando fine alla seconda guerra mondiale.
Per i reattori nucleari basta un arricchimento al 3%. In questo caso la reazione a catena si sviluppa lentamente e libera un flusso regolare di energia in forma controllata. E’ questo l’uso pacifico dell’energia nucleare, l’uso nelle centrali elettriche per produrre energia elettrica e per muovere le eliche in alcuni sottomarini.
Il primo reattore sperimentale per produrre elettricità é stato costruito negli Stati Uniti nel 1951.
La centrale nucleare
Le parti fondamentali di una centrale nucleare sono il reattore, la turbina a vapore e l’alternatore.
Il funzionamento di una centrale nucleare consiste nel ricavare energia dalla fissione dell’uranio presente nel nell’interno del reattore nucleare. Il reattore nucleare é costruito essenzialmente da un contenitore a pressione, dagli elementi di combustibile e dai moderatori.
Il contenitore a pressione é costruito in cemento armato e in acciaio: é di enorme spessore per impedire la fuoriuscita delle radiazioni che accompagnano il processo di fissione.
Gli elementi di combustibile sono costituiti da piccoli cilindri di uranio, che formano il cosiddetto nòcciolo del reattore e sono inseriti in appositi contenitori.
I moderatori sono barre (dette “di controllo”), che hanno la funzione di controllare la reazione a catena e di impedire quindi l’esplosione del reattore. Nella bomba atomica non esistono i moderatori e quindi la reazione é incontrollata, con le conseguenze tristemente note.
In linea di massima il funzionamento di una centrale nucleare é il seguente: l’acqua, pompata dal basso, passa attraverso gli elementi di combustibile, assorbe il calore prodotto dal processo di fissione nucleare dell’uranio e si trasforma in vapore.
Il vapore poi viene inviato a una turbina, che trasmette la sua energia di movimento all’alternatore, il quale produce, a sua volta, corrente elettrica.
Un grave inconveniente legato alla produzione di energia elettrica mediante energia nucleare é rappresentato dall’eliminazione delle scorie, cioè di quello che rimane del combustibile dopo il processo di fissione. Le scorie, infatti, sono altamente radioattive e quindi molto pericolose.
A tutt’oggi lo smaltimento delle scorie radioattive costituisce un problema che non ha trovato una soluzione sicura. Attualmente esse vengono racchiuse in bidoni posti all’interno di fori praticati sul fondo marino (anche se non é una soluzione sicura); una volta riempiti, i pozzi vengono chiusi all’estremità superiore con tappi di calcestruzzo.
Sono allo studio nuove tecniche di stoccaggio delle scorie radioattive in terreni aventi una formazione geologica stabile, cioè non soggetti a terremoti.
L’incidente di Chernobyl
La centrale ucraina di Chernobyl ha quattro reattori. La direzione decide di effettuare un particolare esperimento(molto rischioso anche su la carta) con il reattore dell’unità 4, il più recente dell’impianto.
Essendo in funzione dal 1983, gli elementi di combustibile nel 1986 contengono una grande quantità di atomi radioattivi di lunga durata. Per eseguire la prova la direzione ha chiesto le necessarie autorizzazioni agli organi centrali competenti che’ però’ non inviano alcuna risposta. Il 26 aprile 1986, la direzione decide di passare all’esecuzione dell’esperimento all’unità 4.
Secondo i piani, viene disinserito l’impianto di raffreddamento di emergenza. Questo é il primo e più fatale degli errori. Mentre il reattore viene portato ad uno stato instabile, come nel programma, avviene un improvviso e fortissimo riscaldamento. Oro i tecnici sono di fronte ad una alternativa: possono intervenire e riportare il reattore ad uno stato stabile oppure possono ridurre il margine di sicurezza del reattore, sollevando le barre di sicurezza, per poter proseguire nel loro esperimento. Purtroppo, spinti anche da indicazioni errate della strumentazione di controllo, scelgono la seconda strada. L’intervento non ottiene l’effetto desiderato e la temperatura, ormai altissima fa evaporare velocemente l’acqua dell’impianto di raffreddamento principale. Quando l’acqua raggiunge circa 800°C il vapore acqueo reagisce con lo zirconio delle barre di combustibile liberando idrogeno. La bolla di idrogeno, entrando in contatto con l’ossigeno dell’aria esterna, provoca una serie di devastanti esplosioni. Infine, la grafite carica di elementi radioattivi, a 1100°C inizia a bruciare diffondendo rapidamente i suoi pericolosi fumi all’aria aperta, trasportata dai venti.
Solo il coraggioso sacrificio dei pompieri e degli operatori presenti nella centrale ha consentito che l’incendio non coinvolgesse altri reattori.
Il bilancio é disastroso: 31 morti, 299 persone gravemente contaminate, 1000 gravidanze interrotte, 135.000 persone costrette a controlli sanitari a vita e 500.000 evacuazioni dalla zona attorno a Chernobyl.
Non sarà mai possibile, però, valutare le conseguenze della nuvola radioattiva che ha investito le popolazioni europee nelle settimane seguenti. Basti pensare che la bomba di Hiroshima ha rilasciato nell’atmosfera 4.5 tonnellate di sostanze radioattive, mentre l’esplosione del reattore di Chernobyl ne ha rilasciate 50 tonnellate.
Le centrali nucleari nel mondo
Stato
Centrali
Potenza(Gw)
%Prod. Energia elettrica
U.S.A.
93
77.800
15%
Russia
51
27.700
10%
Francia
43
37.500
65%
GranBretagna
38
10.100
19%
Giappone
33
23.600
22%
Germania
24
18.100
43%
Canada
16
9.800
12%
Svezia
12
9.400
42%
Belgio
8
5.600
60%
Spagna
8
5.500
24%
Taiwan
6
4.900
53%
Svizzera
5
2.900
40%
Cecoslovacchia
5
1.900
15%
Corea del Sud
4
2.700
22%
Finlandia
4
2.300
38%
Bulgaria
4
1.600
32%
Olanda
2
500
6%
Ex Jugoslavia
1
600
5%
Italia

0%