Energia nucleare

ENERGIA NUCELARE
Con energia nucleare si intendono tutti quei fenomeni in cui si ha la produzione di energia in seguito a
trasformazioni nel nucleo degli atomi.
Le reazioni che coinvolgono l'energia nucleare sono principalmente:
 la fissione nucleare
 la fusione nucleare
 le reazioni legate alla radioattività.
FISSIONE NUCLEARE
Nelle reazioni di fissione (sia spontanea, sia indotta) nuclei di atomi con alto
numero atomico (per esempio di uranio e di torio) si spezzano producendo
nuclei con numero atomico minore liberando una grande quantità di
energia e qualche neutrone.
Un esempio naturale di tale fenomeno è la radioattività.
Il processo di fissione indotta viene usato per produrre energia nelle centrali
nucleari. Le prime bombe atomiche, del tipo di quelle sganciate su
Hiroshima e Nagasaki, erano basate sul principio della fissione.
La fissione indotta (provocata dall’uomo)
In laboratorio un neutrone viene “sparato” contro il nucleo
dell'uranio-235 che si spacca in due frammenti e lascia liberi altri
due o tre neutroni.
La somma delle masse dei due frammenti e di quelle del
neutrone che lo ha spaccato è leggermente minore di quella del
nucleo originario: la materia mancante si è trasformata in
energia.
Se accanto all'atomo di uranio “spaccato” se ne trovano altri,
grazie alle particelle prodotte dalla prima fissione si svilupperà una
reazione a catena.
La fissione nucleare è ampiamente sperimentata e utilizzata da almeno 50 anni. Attualmente 441 reattori
nucleari producono il 16% dell'intera energia elettrica mondiale in 34 Paesi, mentre altri 52 sono in costruzione.
L’uranio
L'uranio è un elemento che si trova in natura, in basse concentrazioni, praticamente in tutte le rocce, in tutti i
terreni e nelle acque.
L’uranio viene estratto dalle rocce che lo contengono con procedimenti complessi e differenti in rapporto al
tipo di roccia da cui viene estratto.
L'uranio viene prodotto anche chimicamente per elettrolisi.
FUSIONE NUCLEARE
L'altro metodo per ottenere energia dall'atomo è la fusione
nucleare.
Essa è esattamente opposta alla fissione: nuclei di atomi con
basso numero atomico (per esempio di idrogeno o deuterio) si
fondono dando origine a nuclei più pesanti e rilasciando una
notevole quantità di energia (molto superiore a quella rilasciata
nella fissione).
In natura le reazioni di fusione sono quelle che producono l'energia
proveniente dalle stelle.
All'interno del Sole, per esempio, avviene la fusione di quattro nuclei di
Idrogeno in un nucleo di Elio. Dalla fusione si sprigiona l’energia che fa
brillare il sole.
La fusione indotta (provocata dall’uomo)
Perché la fusione avvenga i nuclei degli atomi devono essere fatti avvicinare nonostante la forza di repulsione
elettrica che tende a respingerli gli uni dagli altri (i nuclei sono entrambi positivi!) finché le forze che tengono
insieme il nucleo prevalgono sulla repulsione; perché questo succeda occorrono temperature elevatissime,
milioni di gradi centigradi.
La fusione nucleare avviene normalmente nel nucleo delle stelle, compreso il Sole,
dove tali condizioni sono normali, ma a tutt’oggi l'uomo non è ancora riuscito a far
avvenire la fusione in modo controllato e affidabile (quello incontrollato esiste: la
bomba all'idrogeno o bomba H, più propriamente bomba a fusione termonucleare
incontrollata).
La fusione nucleare per ora è solo una speculazione teorica e - a differenza della
fissione nucleare - è stata realizzata in impianti realizzati dall'uomo solo per brevi
istanti (millisecondi - secondi). Dopo oltre 50 anni di sperimentazione, gli addetti ai
lavori prevedono che la realizzazione di un reattore a fusione operativo richiederà
ancora numerosi decenni.
RADIOATTIVITÀ
La radioattività, o decadimento radioattivo, è un insieme di processi tramite i quali dei nuclei atomici instabili
emettono particelle subatomiche (che costituiscono le radiazioni) per raggiungere uno stato di stabilità.
Esistono 3 tipi di decadimento (e quindi di radiazioni):
Decadimento alfa
Avviene tramite l'emissione di
una particella, detta particella
alfa, composta da due protoni
e due neutroni.
Perdendo due protoni
l'elemento indietreggia di due
posizioni nella tavola periodica.
Decadimento beta
Il nucleo emette un elettrone e si
trasforma in un nucleo con numero
atomico di 1 superiore all’atomo di
partenza.
Decadimento gamma
Il nucleo non si trasforma ma passa
semplicemente in uno stato di
energia inferiore emettendo
l’energia in surplus attraverso
l'emissione di una radiazione
gamma.
Le radiazioni alfa sono poco
penetranti e possono essere
completamente bloccate da
un semplice foglio di carta.
Le radiazioni beta sono più
penetranti delle alfa, ma possono
essere bloccate da piccoli spessori
di materiali metallici (per esempio,
pochi mm di alluminio).
Le radiazioni gamma sono molto
penetranti: per bloccarle occorrono
materiali a elevata densità come il
piombo.