7.Energia Nucleare

I.C. “Via Marelli”
a.s. 2015/16
ENERGIA NUCLEARE
L’energia nucleare è quella contenuta
nel nucleo degli atomi.
Ogni atomo è costituito da un nucleo
composto da protoni (carica positiva
“+”) e neutroni (carica neutra); intorno
ad essi girano gli elettroni (carica
elettrica negativa “-“).
Si può produrre energia partendo dagli atomi, in due modi diversi:
- La fissione: un nucleo di atomo pesante si divide in due atomi
più leggeri;
- La fusione: due nuclei di atomi più leggeri si uniscono per dar
vita ad un atomo più pesante.
In ambedue i casi, viene persa una parte della massa originaria e,
di conseguenza, si libera energia.
La legge che definisce il rapporto tra massa “m” ed energia “E” è
stata enunciata da Einstein nel 1905 nella formula
E=mc²
dove
E = quantità di energia
m = quantità di materia
c² = è una costante e corrisponde alla velocità della luce (300.000
km/s) elevata al quadrato.
Poiché la costante è un numero enormemente alto, si comprende,
facilmente, che basta anche una piccolissima quantità di materia
per produrre una elevata quantità di energia!
La fissione nucleare
L’uranio è un elemento radioattivo, cioè si trasforma in altri
elementi emettendo radiazioni.
I minerali che lo compongono, dopo l’estrazione, subiscono una
particolare lavorazione, definita “arricchimento” che aumenta la
percentuale di “isotopo fissile”, cioè, pur non modificando la
composizione chimica di quel minerale, ne aumenta il numero di
neutroni presenti all’interno del nucleo.
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Questo procedimento risulta necessario in quanto l’uranio 238
presente in natura non si scinde facilmente, a differenza dell’uranio
235, che si ottiene a seguito del processo di arricchimento.
La fissione è il fenomeno che avviene quando un neutrone,
proveniente dall’esterno, urta il nucleo dell’atomo di uranio: dal
nucleo disintegrato si liberano due o tre neutroni. Essi, colpendo
altri nuclei di uranio, generano una reazione a catena che causa
perdita di materia e, quindi, produzione di energia.
Le sostanze utilizzate per la fissione, dopo un certo periodo di
sfruttamento, perdono la loro capacità di produrre energia, ma
rimangono radioattivi e lo smaltimento diventa problematico.
Si deve evitare che esse entrino in contatto con l’ambiente esterno;
attualmente le scorie radioattive vengono smaltite in due modi:
- le scorie liquide si conservano in contenitori costantemente
ventilati e raffreddati;
- le
scorie
solide
vengono inglobate in
materiali
particolari
come il vetro o la
ceramica. Un esempio
è
il
processo
di
vetrificazione
che
consiste nel fondere le
scorie,
in
apposite
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fornaci, insieme a biglie di vetro, ottenendo, così, dei lingotti
di vetro radioattivo sigillati in custodie di acciaio che,
successivamente,
vengono
immagazzinati
in
trincee
sotterranee o in strati geologici più profondi, a secondo se la
loro radioattività risulta essere bassa o alta.
Inoltre, le centrali nucleari a fissione, pur non emettendo CO2
nell’atmosfera e quindi non contribuendo all’effetto serra,
presentano degli ulteriori rischi legati ad incidenti al reattore
nucleare, con fuga di materiale radioattivo che viene disperso
nell’aria per poi ricadere sul terreno che viene inquinato in modo
molto grave (Chernobyl o Fukushima).
L’Italia ha chiuso le sue quattro centrali nucleari a seguito dell’esito
del referendum del 1987, ma i paesi vicini possiedono ancora
centrali nucleari attive, anche a poca distanza dai confini italiani,
come la Germania e la Francia dalla quale l’Italia importa la
maggiore quantità di energia elettrica prodotta, per larga quantità,
dalle centrali elettronucleari.
La fusione nucleare
Un altro sistema che consente di ricavare energia dall’atomo è la
fusione nucleare: due
nuclei leggeri, vincendo
la forza di repulsione, si
urtano tra loro ad
altissima velocità e a
temperature
molto
elevate, fondendosi in
un nucleo più pesante e
perdendo una quantità
di materia sufficiente a produrre una elevata quantità di energia.
Una tipica reazione di fusione nucleare avviene naturalmente in
tutte le stelle ed in particolare nel Sole dove la materia raggiunge
temperature altissime e subisce delle modificazioni che consentono
ai due nuclei di idrogeno di unirsi tra loro, generando una grande
quantità di energia che raggiunge la Terra sotto forma di radiazioni
solari.
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Per riprodurre artificialmente questo processo in un reattore,
vengono utilizzati due isotopi dell’idrogeno: il deuterio ed il trizio.
Questi urtandosi a forte velocità, si fondono e producono una grane
quantità di energia.
La fusione sembrerebbe una fonte di energia “pulita” in quanto non
produce scorie radioattive, ma le tecniche per la generazione delle
altissime temperature necessarie affinchè il processo si attivi, sono
ancora a livello sperimentale.
Al riguardo è attualmente in fase di sviluppo il progetto
internazionale ITER (International Thermonuclear Experimental
Reactor), il primo impianto a fusione di dimensioni paragonabili a
quelle di una centrale elettrica convenzionale che ha il compito di
dimostrare la fattibilità scientifica e tecnologica della fusione come
fonte di energia.
Il progetto è stato messo a punto negli ultimi anni sulla base di
un'intensa attività di Ricerca e Sviluppo condotta in numerosi centri
di ricerca, università e industrie di tutto il mondo a cui hanno
partecipato centinaia di ricercatori e tecnici.
Unione Europea, Giappone, Federazione Russa, Stati Uniti, Cina,
Corea del Sud e India hanno siglato ufficialmente l'accordo per la
realizzazione di ITER il 28 giugno 2005 a Mosca; la costruzione è
cominciata nel 2007 nel sito europeo di Cadarache nel sud della
Francia.
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CHERNOBYL TRA LUPI E RONDINI ALBINE
21 ANNI DOPO, LA NATURA SENZA L'UOMO
(estratto da un articolo di SARA FICOCELLI – la Repubblica –
Tecnologia & Scienze)
Lupi che sopravvivono mangiando cani, rondini albine, gatte che
non riescono più a partorire cuccioli maschi. A ventuno anni di
distanza da quel 26 aprile che sconvolse il mondo, la natura si
riappropria del territorio di Chernobyl. E lo fa in modo inquietante,
perché tale è stato il destino di questa cittadina al confine con la
Bielorussia, che nel 1986 fu travolta da uno dei più grandi disastri
nucleari della storia e che ora sembra vivere una sorta di rinascita.
Anche se a ripopolarla non sono gli uomini ma gli animali.
L'incidente avvenne nella centrale a due passi da Pripyat, una città
artificiale
creata
appositamente
per
il
lavoratori.
Prima
dell'evacuazione la sua popolazione era di circa cinquantamila
abitanti.
Quel che resta del territorio attorno a Chernobyl oggi è una foresta
grigia, abitata dai fantasmi delle persone che morirono per quelle
radiazioni (sul numero è sempre stata polemica aperta) o vennero
evacuate. Per le vie della città sono ricomparsi i gatti. Per diversi
anni dopo il disastro le femmine non riuscirono più a partorire
cuccioli maschi e piano piano i felini scomparvero dalle strade. Ora
in giro se ne vedono moltissimi. La selva è invece popolata da
cinghiali selvatici, alci, cervi, volpi. A brucare le sterpaglie
contaminate è tornato persino il bisonte europeo, quasi estinto agli
inizi del '900. Oggi qui ritrova l'ambiente adatto per riprodursi,
soprattutto grazie a un particolare non trascurabile: l'uomo non è
più la specie dominante.
Una polemica scientifica. La rivincita della natura sul disastro
radioattivo ha colpito l'attenzione degli scienziati di tutto il mondo,
tanto da innescare una diatriba a colpi di ricerche scientifiche. A far
scoccare la scintilla è stato un articolo pubblicato sulla rivista
Biology Letters, uno degli inserti della Royal Society.
Secondo una ricerca del professor Anders Moller dell'Università
Pierre e Marie Curie di Parigi e di Timothy Mousseau dell'Università
della Carolina del Sud di Columbia, gli animali che oggi popolano
Chernobyl sono geneticamente devastati dalle radiazioni. Non solo:
nelle zone in cui la radioattività è rimasta elevata, gli uccelli non
riuscirebbero più a nidificare. Moller si riferisce in particolare alle
rondini, che inoltre in molti casi nascerebbero albine.
Il team di Moller sostiene che non siano stati fatti adeguati sforzi a
livello internazionale per monitorare gli ecosistemi di Chernobyl.
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Animali di grossa taglia, che prima non abitavano queste zone, oggi
sopravvivono grazie a mutazioni genetiche che ne hanno modificato
la resistenza e le abitudini alimentari. Come i lupi che stanno
ricomparendo nel bosco, di taglia più piccola rispetto a quelli
normali: test scientifici hanno dimostrato che il funzionamento dei
loro organi è ormai stato geneticamente modificato dalle radiazioni.
Secondo le poche centinaia di persone che ancora abitano qui e
secondo lo stesso Moller, i lupi si sarebbero riprodotti negli anni
cibandosi dei cani rimasti.
...
Secondo Moller, dunque, quella di Chernobyl non sarebbe una vera
rinascita ma l'emblema di un mondo inquinato e perduto. Il
plutonio, ricorda, impiega 373 mila anni per dimezzare le proprie
radiazioni.
Ma il professor Jim Smith dell'Università americana di Portsmouth
critica questa ricerca. Egli crede che il rifiorire della fauna sia il
simbolo della forza della natura sulle catastrofi umane. In un
articolo apparso sulla rivista Nature, spiega che l'abbandono delle
aziende agricole da parte degli sfollati potrebbe essere la vera
ragione per cui uccelli come le rondini, abituati a convivere con
l'uomo, non si riproducono più in queste zone.
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L’incidente nucleare di Fukushima
(estratto da “Geografia del ventunesimo secolo – M. Dinucci e C.
Pellegrini – Zanichelli Editore)
L’11 marzo 2011, il nord-est del Giappone è stato colpito da un
violentissimo terremoto di magnitudo 8,9 con epicentro sul fondo
marino del Pacifico a circa 500 kilometri da Tokyo.
Il terremoto è stato causato da un forte sollevamento di una parte
del fondale. Si è spostata di conseguenza tutta la massa d’acqua
sovrastante, creando uno tsunami, ossia un maremoto, con onde
alte circa 10 metri che sono penetrate fino a 10 kilometri
nell'entroterra. Le vittime, secondo una prima stima, ammontano a
circa 30000.
A questa tragica conseguenza se ne è aggiunta un’altra: nella
prefettura di Fukushima, il terremoto e il maremoto hanno
danneggiato gravemente quattro dei sei reattori della centrale
nucleare.
La causa scatenante è stata naturale, ma nell'incidente di
Fukushima – come in quelli verificatisi nel 1979 a Three Mile Island
in Pennsylvania (USA) e nel 1986 a Chernobyl in Ucraina (URSS) –
sono state determinanti le responsabilità umane.
Anzitutto la scelta di costruire una centrale nucleare in una zona
costiera soggetta a tsunami, per di più senza adeguate protezioni.
...
La centrale nucleare è stata costruita su una costa alta appena 4
metri sul livello del mare, e protetta da dighe frangiflutti alte poco
più di 5 metri, adatte a fronteggiare un tifone, non uno tsunami.
Quando le onde di maremoto alte più di 10 metri hanno investito la
costa, i reattori nucleari della centrale sono stati sommersi.
I sistemi di sicurezza si sono
rivelati
a
questo
punto
insufficienti. Le pompe hanno
smesso di funzionare, bloccando il
raffreddamento dei reattori, e i
dispositivi di riserva non sono
entrati in funzione.
In seguito al blocco degli impianti di raffreddamento, si è verificata
una serie di esplosioni con fughe di radioattività.
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Successive indagini hanno appurato gravi mancanze nel controllo e
nella manutenzione di tali sistemi.
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Secondo uno studio commissionato da Greenpeace a Helmut Hirsch,
esperto tedesco di sicurezza nucleare, l'incidente alla centrale
giapponese di Fukushima avrebbe già rilasciato un tale livello di
radioattività da essere classificato di livello 7. Tale livello, in base
alla scala INES (scala internazionale degli eventi nucleari e
radiologici), è quello di massima gravità. Finora è stato raggiunto
solo nell’incidente di Chernobyl in Ucraina, nel 1986. Ma, mentre a
Chernobyl l'incidente ha coinvolto un solo reattore, a Fukushima
sono quattro i reattori che rilasciano radioattività.
Particolarmente preoccupanti sono gli effetti che la diffusione di
radioattività può avere in un paese ad alta densità demografica
come il Giappone: 335 abitanti per kilometro quadrato, che salgono
a circa 6000 ab/km2 nell'area metropolitana di Tokyo, distante
poco più di 200 km dalla centrale nucleare di Fukushima.
La radioattività in mare di fronte alla centrale di Fukushima risulta
migliaia di volte superiore ai livelli di norma: è quindi pericoloso
mangiare pesce.
Anche l’acqua potabile di Tokyo presenta una radioattività doppia
rispetto al livello normale: è stato quindi consigliato di non farla
bere ai bambini.
È stato anche raccomandato di non mangiare verdure provenienti
dalle aree contaminate.
È ancora presto per dire quali saranno gli effetti sanitari per la
popolazione.
...