L’energia nucleare
L’ INIZIO DELL’ERA NUCLEARE
COME SI PRODUCE L’ENERGIA NUCLEARE
FUNZIONAMENTO DI UNA
CENTRALE A FISSIONE
NUCLEARE E SICUREZZA
CENTRALI NUCLEARI NEL MONDO
TIPOLOGIE DI CENTRALI
L’ INIZIO DELL’ERA NUCLEARE
La prima bomba atomica
Molti scienziati, durante la Guerra
Mondiale, per evitare le persecuzioni si
erano trasferiti negli Stati Uniti. Fra questi,
il fisico Enrico Fermi, sposato con
un'ebrea, che approfittando del viaggio in
Svezia per ritirare il premio Nobel (1938),
cercò rifugiò negli Stati Uniti.
Albert Einstein, altro fisico tedesco
emigrato il 2 agosto 1939 indirizzò
una lettera al presidente Roosevelt
con la quale lo informava della
possibilità di costruire un nuovo tipo
di bomba basata sulla fissione
nucleare.
Con l'ingresso in guerra degli Stati Uniti
nel dicembre del 1941, prese avvio il
programma nucleare denominato
"Progetto Manhattan".
Nel marzo 1943 venne avviato il
progetto di studi sulla bomba.
Gli avvenimenti
Il 6 agosto 1945 alle 8 e 15 e 17 secondi ad Hiroshima
viene sganciata la prima bomba atomica, chiamata “Little
boy”, dopodichè l’aereo, pesando molto meno, si alza
verso l’alto. Una palla di fuoco appare a circa 600 metri di
altezza e un calore insopportabile si diffonde per decine di
chilometri. Nel punto dell’esplosione la temperatura
nell’aria raggiunge molti milioni di gradi Celsius. Più di
100.000 persone muoiono quello stesso giorno.
L’ onda d’urto rade al suolo Hiroshima, ad eccezione di
pochissimi edifici che diverranno poi simbolo del tragico
evento.
Tre giorni dopo un altro velivolo statunitense, non trovando
un’apertura nelle nubi del suo obiettivo primario, la città di
Kokura, si dirige verso il secondo obiettivo programmato, la
città di Nagasaki, sulla quale sgancia una bomba analoga a
quella di tre giorni prima, chiamata “Fat man”, per le sue
dimensioni maggiori rispetto alla precedente. A causa della
sua esplosione, il 9 agosto, a Nagasaki muoiono 74.000
persone. Sono quasi tutti civili.
COME SI PRODUCE L’ENERGIA
NUCLEARE
L’ENERGIA NUCLEARE è ciò che tiene legata la
parte interna dell’atomo.
Il primo che intuì la possibilità di ricavare energia dal
nucleo di un atomo fu Albert Einstein con la teoria de
“l’equivalenza tra materia ed energia”
E=mc 2
E = energia che si ottiene da “m” (quantità di materia)
per la costante “c” (velocità della luce 300 000 km/s) 2
Esistono due procedimenti per ricavare l’energia dal
nucleo di un atomo :
La fissione (rottura ) di un nucleo pesante
La fusione (unione) di nuclei leggeri
LA FISSIONE DELL’URANIO
L’uranio 235 è uno degli elementi più pesanti esistenti in natura.
Dalla rottura del primo nucleo si libera energia ma escono anche 3
neutroni che rompono 3 nuclei che liberano energia e altri 3 neutroni
ciascuno, creando una reazione a catena . I minerali d’uranio
contengono meno dell’1% d’Uranio 235 mentre il restante 99%
è uranio 238.
L’ARRICHIMENTO
Con una tecnica complessa è possibile arricchire la
percentuale di uranio 235.
Per la bomba nucleare serve un arricchimento
del 90% circa.
Per il rettore nucleare basta un arricchimento
del 3% circa.
LA FUSIONE DELL’IDROGENO
Un altro sistema per ottenere energia dell’atomo è la
Fusione nucleare.
Facendo fondere due nuclei di idrogeno si ottiene un
nucleo di elio; la piccola parte di materia che scompare si
trasforma in energia.
I nuclei devo essere sottoposti a una fortissima pressione e
scaldati a una temperatura di circa 100 milioni di gradi
centigradi.
RUINI, IPPOLITO, PALERMO, MONARI
L’edificio che contiene il reattore è un
enorme cilindro di cemento armato al
cui interno è collocato il reattore.
Dentro al reattore si trova il nocciolo,
formato dagli elementi combustibili
contenenti uranio e barre di controllo.
COMPONENTI
Nella sala macchine c’è una turbina a vapore
accoppiata a un alternatore con potenza di
840 mw alla tensione di 17000v. Il
condensatore viene raffreddato da un
circuito indipendente.
Ci sono poi edifici ausiliari che contengono le piscine
piene d’acqua per la conservazione momentanea degli
elementi combustibili esauriti, altamente radioattivi.
COME FUNZIONA?
Il suo funzionamento è simile a quello di una centrale
termoelettrica:
Nel reattore viene pompata dal basso l’acqua che,
filtrando attraverso gli elementi combustibili, assorbe il
calore emesso dalla fissione dell’ uranio e si trasforma in
vapore; questo viene inviato direttamente nella turbina
che trasferisce la propria forza meccanica all’alternatore
che genera corrente
REATTORE BWR (Boiling Water Reactor)
Il reattore è un cilindro di
acciaio inossidabile di
grandi dimensioni. Alla
sommità è fissata con
bulloni una calotta, che
può essere aperta per
introdurre gli elementi di
combustione e estrarli
quando sono esauriti.
Sulla parete del reattore
ci sono i bocchettoni per
l’ ingresso dell’acqua e
del vapore.
Per caricare il reattore si apre
la calotta sollevandola con
una gru; sempre con la gru si
inseriscono gli elementi di
combustione che si andranno
ad appoggiare sulla griglia
inferiore.
Messa in funzione si attivano
5 sorgenti di neutroni e si
sfilano lentamente le barre di
controllo: la reazione a
catena ha inizio e l’energia
emessa dalla FISSIONE
dell’uranio fa bollire l’acqua
trasformandola in vapore
FUNZIONAMENTO DI UNA
CENTRALE NUCLEARE
URANIO
NOCCIOLO
ENERGIA NUCLEARE
REATTORE
ENERGIA TERMICA
ENERGIA CINETICA
ALTERNATORE
ENERGIA ELETTRICA
TURBINA
ENERGIA MECCANICA
Nucleare e sicurezza
Il materiale di scarto, ovvero
pastiglie di combustibile
"esaurito", di una centrale
nucleare è altamente radioattivo
e può causare gravi danni
all'uomo, come tumori e
malattie genetiche, e
all'ambiente.
Questo materiale è molto
pericoloso a causa dell'emissione
di raggi gamma.
La radioattività è massima dopo
l'estrazione dal reattore, mentre
si abbassa di livello con il tempo
grazie ad un fenomeno naturale
chiamato decadimento
radioattivo. I materiali di scarto
in passato venivano sigillati in
contenitori schermati e venivano
posti sui fondali marino, oppure
venivano sepolti nel terreno, ma
non vi era sempre la garanzia
della funzionalità di questi
metodi.
Nelle centrali nucleari ogni fase di lavoro deve
seguire passaggi ben distinti e precisi. Infatti il
malfunzionamento di ogni singolo organo potrebbe
causare una catastrofe mondiale. Episodi come
Chernobyl e Fukushima ne sono una triste
testimonianza.
26 aprile 1986, Chernobyl, Ucraina.
Esperimento e conseguenze: l'impianto di
raffreddamento d'emergenza venne
spento, la temperatura all'interno del
reattore n°4 raggiunse in pochissimo
tempo 800°C. Successivamente il vapore
acqueo reagì con lo zirconio e, in seguito a
numerosi esplosioni, una nube di grafite, un
materiale carico di elementi radioattivi, si
diffuse nell'atmosfera.
Bilancio danni: a causa di questo incidente
persero la vita 31 persone, 299 furono
gravemente contaminate, ci furono circa
1000 gravidanze interrotte e 500 000
uomini furono evacuati da Chernobyl.
L’incidente: la rete elettrica è stata danneggiata
dal terremoto e i generatori diesel di emergenza
sono stati danneggiati dallo tsunami. Le pompe di
raffreddamento dei reattori e delle piscine di
raffreddamento si sono fermati. Nei reattori la
temperatura e la pressione sono salite, cosa che
ha costretto l’azienda Tepco a far uscire il vapore
per evitare l’esplosione del vessel (che contiene le
barre di combustibile). Oltre a emettere vapori
contaminati da elementi radioattivi, è uscito
idrogeno, prodotto dalla dissociazione dell’acqua
nel reattore, che è esploso facendo saltare il
tetto dei reattori 1 e 3. La scoperta di tracce di
Plutonio conferma la parziale fusione di almeno
uno dei noccioli dei reattori.
Bilancio danni: È ancora difficile fare un bilancio
dei danni, ma si ritiene che i morti siano circa
1300 e 2500 i casi di tumori portati dalle
radiazioni anche alle generazioni future.
La scala INES (scala internazionale degli eventi nucleari e radiologici) è stata
sviluppata a partire dal 1989 dall'agenzia internazionale per l'energia atomica, con
lo scopo di classificare incidenti nucleari e rendere immediatamente percepibile al
pubblico la gravità di incidenti di tipo nucleare o radiologico. Si applica ad eventi
associati al trasporto, deposito ed impiego di materiale o sorgenti radioattive.
I disastri di Chernobyl e Fukushima sono stati classificati come 7° sulla scala
INES, il grado più alto di tutti.
LE CENTRALI NUCLEARI NEL
MONDO
QUANTE SONO LE CENTRALI NUCLEARI
Ma è la Cina a puntare sul nucleare. Oggi ha 16 centrali attive, 26 in
costruzione, 51 già pianificate e 120 proposte per la costruzione. E questi
impianti cinesi sono realizzati seguendo rigidi criteri di sicurezza.
In Italia sono presenti solo 4 centrali nucleari, ma tutte e quattro non sono
più attive dopo il disastro di Chernoyl, che fece riflettere gli italiani sul
pericolo del nucleare,
LE CENTRALI NUCLEARI IN AMERICA
LE CENTRALI NUCLEARI IN FRANCIA E
IN ITALIA
TIPOLOGIA DELLE CENTRALI NUCLEARI
1^ Generazione
2^ Generazione
3^ Generazione
4^ Generazione
CENTRALI DI 1^ GENERAZIONE
I primi prototipi di reattori, sviluppati da molte nazioni e
denominati di Prima Generazione, solo raramente sono entrati in
funzione. Essi si basavano infatti su progetti poco affidabili e,
soprattutto, erano quasi completamente prive di sistemi di
sicurezza. Purtroppo una delle centrali basata su reattori di prima
generazione è stata proprio quella di Chernobyl.
CENTRALI DI 2^ GENERAZIONE
I primi reattori commerciali entrati a regime sono stati quelli di
Seconda Generazione, significativamente migliorati rispetto ai
precedenti, anche se il disastro che si è verificato alla centrale di
Fukushima pone serissimi dubbi sulla reale sicurezza di questa
tipologia di centrale.
La maggior parte degli impianti di seconda generazione in
esercizio si trovano negli Stati Uniti.
CENTRALI DI 3^ GENERAZIONE
I reattori di Terza Generazione sono invece comparsi poco più di dieci anni fa
solo in alcune delle nazioni più avanzate dal punto di vista nucleare.
Tali reattori non possiedono solo miglioramenti evolutivi, ma soprattutto
cambiamenti rivoluzionari rispetto al passato, quali cicli in grado di produrre
rifiuti meno radioattivi e sistemi di sicurezza passiva che bloccano le reazione
in caso di problemi o guasti. Ovviamente, in caso di disastri naturali come
quelli accaduti in Giappone, la sicurezza delle centrali, anche quelle di terza
generazione, non è qualcosa di certo.
CENTRALI DI 4^ GENERAZIONE
L’ultima tipologia di centrale nucleare è quella a fusione nucleare, detta
anche di quarta generazione. Secondo gli addetti ai lavori
rappresenterebbe il massimo in termini economici, di sicurezza e di
rinnovabilità anche se allo stato attuale non esistono impianti di questo
tipo. I principali vantaggi dovrebbero essere rappresentati dall’utilizzo di
materiali poco radioattivi, quali trizio e deuterio, dalla assoluta assenza
di rifiuti tossici e da sistemi di sicurezza intrinseci, cioè legati
principalmente alla tipologia di sostanze utilizzate come carburante e
alle reazioni necessarie alla produzione di energia.
