DATA TITOLO ARGOMENTO N° SCHEDA

L’ENERGIA NUCLEARE

Tutta la materia che circonda e lo stesso corpo umano sono formati da ATOMI organizzati in molecole. Gli atomi sono piccolissimi e invisibili per l’occhio umano. Un atomo è costituito da diverse particelle:

- Gli ELETTRONI che hanno carica elettrica negativa e che si muovono intorno al nucleo dell’atomo

- I PROTONI che hanno cariche elettriche positive

- I NEUTRONI che non hanno carica elettrica. Nell’atomo si trova un NUCLEO formato da protoni e neutroni. Il numero degli elettroni, dei protoni e dei neutroni è caratteristico per ogni singolo elemento. L’elemento naturale più pesante è l’URANIO, l’uranio è l'elemento chimico di numero atomico 92. Il suo simbolo è U. È un metallo bianco-argenteo, tossico e radioattivo; il suo isotopo U-235 trova impiego come combustibile nei reattori nucleari e nella realizzazione di armi nucleari.

FUSIONE e FISSIONE

I processi fondamentali che consentono di ricavare energia dalla materia sono due: 1) La FUSIONE: due nuclei si fondono insieme e creano un unico nucleo più pesante, questa reazione avviene nel sole e

nelle stelle ad una temperatura di alcuni milioni di gradi. Sulla Terra la fusione nucleare finora è stata realizzata solo in forma non controllata in ordigni come la bomba all’idrogeno.

2) La FISSIONE (o scissione): i due nuclei che formano la materia vengono spezzati; così si sviluppa una grande quantità di

energia oltre a provocare la formazione di altri due nuclei più leggeri. Se un neutrone colpisce il nucleo di un atomo di uranio 235 questo si scinde in due parti ed emette alcuni neutroni che si muovono in tutte le direzioni. Se i neutroni sono liberi di muoversi e incontrano altri atomi di uranio 235, la reazione prosegue a catena (fig. 1): si ha un’esplosione simile a quella della bomba atomica.

Fig. 1 – Fissione nucleare - reazione a catena.

In un REATTORE NUCLEARE costruito per produrre energia, la reazione a catena viene detta controllata con mezzi adatti. Se un nucleo atomico di uranio 235 viene colpito da un neutrone si scinde. In questo processo viene liberata più energia di quella occorrente per attaccare con un neutrone il nucleo dell’atomo di uranio. La fissione (o scissione) dell’atomo di uranio produce la formazione di 2 atomi leggeri: la loro massa complessivamente è inferiore a quella dell’atomo di uranio. La differenza fra la massa iniziale dell’atomo di uranio e le masse finali dei due atomi prodotti dalla fissione si è trasformata in energia, fu il grande scienziato Albert Einstein, premio Nobel per la Fisica, a scoprire la trasformazione della materia in energia. Una piccola massa di materia fornisce un’immensa quantità di energia: un grammo di uranio sfruttato in un reattore nucleare fornisce tanta energia quanta ne forniscono 3 tonnellate di carbone.

IL REATTORE NUCLEARE

Una centrale nucleare è formata da alcuni componenti:

• il RATTORE nel quale avviene la fissione controllata dell’uranio

• un impianto per trasportare il calore del rattore all’acqua che deve essere surriscaldata

• la CALDAIA che contiene l’acqua

• la TURBINA A VAPORE

• l’ALTERNATORE collegato alla turbina.

Nel reattore è montato il moderatore (fig. 2) esso è fatto di grafite, berillio o acqua e serve a rallentare la velocità dei neutroni liberati dalla fissione.

Fig. 2 – Moderatore

Nei reattori nucleari viene usato un combustibile formato da barre di polvere di ossido di uranio arricchito. In fig. 3 possiamo vedere lo schema di una centrale nucleare.

Fig. 3 – Schema centrale nucleare.

La fissione dell’uranio 235 sviluppa grandi quantità di calore all’interno del reattore, racchiuso in una costruzione di acciaio e calcestruzzo. Il calore viene trasportato dal reattore all’esterno per mezzo di un fluido refrigerante: l’acqua. Il fluido refrigerante raffredda il reattore e si riscalda. Esso viene costretto a passare in uno scambiatore di calore dove cede calore all’acqua. L’acqua bolle e produce vapore usato per azionare la turbina sul cui asse si trova anche l’alternatore. I due modelli di reattore più usati sono quello ad acqua pressurizzata (PWR) e quello ad acqua bollente

(BWR).

--------------- SCHEDA SCIENTIFICA --------------- L’URANIO

L’uranio si trova in natura in tre forme leggermente diverse: gli ISOTOPI. Per la fissione nucleare è adatto un solo isotopo, l’uranio 235 (U-235). L’uranio naturale contiene meno dell’1 % dell’isotopo U-235. Nei reattori nucleari viene usato URANIO ARRICCHITO contenente il 3% di U-235.

------------------------------------------------------------- LA CENTRALE AD ACQUA PRESSURIZZATA

In una centrale con reattore ad acqua in pressione (PWR) il raffreddamento avviene con acqua che circola in un circuito

primario ad alta pressione (fig. 4).

Fig. 4 – Centrale ad acqua pressurizzata.

L’acqua del circuito primario cede il suo calore all’acqua che percorre il circuito secondario: questa evapora ed il vapore prodotto viene inviato ad azionare le pale della turbina. Una centrale ha la necessità di utilizzare molta acqua: in genere viene costruita sulle rive di un fiume o di un lago. LA CENTRALE AD ACQUA BOLLENTE

Nel rattore ad acqua bollente (BWR) l’acqua circola direttamente nel nocciolo (Fig. 5) ed evapora; il vapore viene separato dall’acqua e inviato alla turbina.

Fig. 5 – Centrale ad acqua bollente

LA PROTEZIONE DALLE RADIAZIONI

Oltre a grandi quantità di calore, la fissione nucleare provoca lo sviluppo di radiazioni di tipi diversi (fig. 6). Le particelle alfa sono formate da 2 protoni e da 2 neutroni: esse non attraversano né la pelle né il corpo umano.

Le particelle beta sono formate da elettroni e attraversano la pelle ma non il corpo umano.

Infine, i raggi gamma sono radiazioni elettromagnetiche e riescono ad attraversare anche uno spessore di calcestruzzo di 2 metri. Queste radiazioni non sono percepibili con i sensi dell’uomo: la vista, l’udito, l’olfatto non ne avvertono la presenza. Occorre usare appositi strumenti per rilevare la loro presenza: “i contatori GEIGER”. Il reattore è montato all’interno di strutture protettive che impediscono alla stragrande maggioranza delle radiazioni di uscire. L’effetto delle radiazioni diminuisce con il passare del tempo.

Fig. 6 – Tipi di radiazioni.

LE SCORIE ATOMICHE

Le centrali nucleari sfruttano pochissimo combustibile e producono una piccola quantità si scorie pericolosissime al punto di essere mortali. LA TRAGEDIA DI CHERNOBYL

Chernobyl è una località dell’Ucraina, (ex URSS), vicina alla capitale Kiev. Il 26 aprile 1986 alcuni tecnici della centrale tentarono degli esperimenti molto rischiosi per un impianto di tipo antiquato come era quello di Chernobyl. La centrale aveva un rattore con moderatore costituito da grafite e raffreddato ad acqua. L’interruzione del circuito di raffreddamento ad acqua provocò il surriscaldamento e quindi la fusione delle barre di uranio: l’enorme temperatura raggiunta produsse la combustione della grafite, che è carbonio allo stato puro. Molte delle conseguenze non sono più rimediabili: quasi tutte le Nazioni europee furono investite da nubi radioattive portate dai venti.