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. I.C. “Via Marelli” a.s. 2015/16 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 I.C. “Via Marelli” a.s. 2015/16 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. I.C. “Via Marelli” a.s. 2015/16 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. I.C. “Via Marelli” a.s. 2015/16 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. ... I.C. “Via Marelli” a.s. 2015/16 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. ... I.C. “Via Marelli” a.s. 2015/16 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. ... I.C. “Via Marelli” a.s. 2015/16 Successive indagini hanno appurato gravi mancanze nel controllo e nella manutenzione di tali sistemi. ... 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. ...