Post on 10-Jul-2020
Energia nucleare
Energia nucleare
Le reazioni nucleari liberano energie enormi. La massa e l'energia sono interconvertibili
secondo la famosa equazione:
E = m c2
Possiamo ricavare tanta energia dalle reazioni nucleari da pesarla (difetto di massa):
E = Δm c2
Energia nucleare
Per ricavare energia dalle reazioni nucleari esistono due strade:
La fusione La fissione
Energia nucleare
La fusione nucleare:
Utilizza due nuclei leggeri e li unisce formandone uno più pesante.
Libera una quantità di energia equivalente alla differenza tra la massa dei prodotti e quella dei reagenti (Δm).
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La fusione nucleare avviene nel
nucleo del Sole e nelle altre stelle.
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La fusione nucleare avvviene nelle bombe a fusione (bombe H)
Energia nucleare
Il progetto ITER cerca di sfruttare la fusione
per produrre energia ...
... ma la strada è lunga!
Energia nucleare
La fissione nucleare:Spacca un nucleo pesante in frammenti più piccoli.
La massa dei prodotti di una fissione è minore della massa dei reagenti: la massa mancante si converte in energia.
Avviene (probabilmente) al centro della Terra.
Avviene nelle normali bombe nucleari.
Viene sfruttata in vari modi per la produzione di energia elettrica
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Un neutrone colpisce un nucleo di uranio
Il nucleo di uranio si spacca producendo due
grossi frammenti (instabili)
Dalla rottura si ottengono anche altri neutroni ed
ENERGIA
La Fissione Nucleare
Energia nucleare
Se i neutroni liberati dalla prima fissione incontrano
altri nuclei di uranio, inducono altre fissioni
ottenendo una reazione a cascata
La ”reazionea catena”
Energia nucleare
L'Uranio è l'unico elemento fissile che si trova in natura.
I minerali uraniferi contengono prevalentemente 235U (0,5%) e 238U (99,5%). Ovviamente l'isotopo utile è quello più raro!
Per essere utilizzato l'uranio deve essere arricchito nella frazione 235U.
L'arricchimento è un processo complesso e graduale che porta all'uranio arricchito (utilizzabile sia nelle centrali che per gli armamenti).
L'arricchimento dell'uranio produce una grande quantità di scarti (l'uranio impoverito - DU)...
Energia nucleare
Nelle centrali nuclari, invece, assorbendo i neutroni in eccesso, la reazione viene mantenuta sotto stretto controllo in modo che la reazione si mantenga ai livelli desiderati.
La Fissione Nucleare
Nelle bombe nucleari, la reazione a catena
prosegue incontrollata fino all'esaurimento
dell'uranio presente.
Energia nucleare
La fissione nucleare:Un reattore nucleare sfrutta le reazioni di fissione controllata
per produrre calore.
I reattori possono essere cassificati in due tipi:
a neutroni termici
a neutroni veloci
I primi sono più diffusi e più semplici da costruire e gestire
I secondi richiedono combustibile nucleare altamente arricchito ma sembrano più promettenti (Superphenix, reattori raffreddati a gas, a sodio...)
Energia nucleare
La fissione nucleare:
Schema di reattore:
Il combustibile
Il moderatore
Le barre di controllo
Il refrigerante
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La fissione nucleare: impianto (PWR)
Energia nucleare
La fissione nucleare: usi civili
La nave mercantile nucleare Savannah (USA)
Il rompighiaccio nucleare Yamal (Russia)
Energia nucleare
La fissione nucleare: usi militari
Un sommergibile nucleare (Akula) russo
Un sommergibile nucleare statunitense (Seawolf)
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La fissione nucleare: il ciclo del combustibile
Arricchimento
Allestimentobarre
CENTRALE Raffreddamento
Ritrattamento StoccaggioDU
Estrazione delminerale di uranio
Energia nucleare
Raffreddamento delle barre di combustibile esaurito nella ”piscina” annessa alla centrale di Caorso (IT)
Stoccaggio temporaneo delle scorie nei piazzali di una centrale statunitense
La fissione nucleare: le scorie 1
Energia nucleare
La fissione nucleare: le scorie 2Le dimensioni del problema:
● Uno studio svedese del 1983, a proposito di rifiuti nucleari ad alta attività, considera perfettamente giustificato un periodo di isolamento di 1.000.000 anni.● In Italia esistono attualmente 8.000 metri cubi di rifiuti nucleari al alta pericolosità.
● Non si riesce a risolvere il problema per fortissime opposizioni delle comunità locali (Scanzano).
Energia nucleare
Attualmente non esiste una strategia per l'eliminazione delle scorie radioattive.
Sono state elaborate strategie che vanno dal praticabile al fantasioso (passando per il criminale):
●Scarico in mare aperto (Novaja Zemlja RU – Fosse oceaniche)●Sepoltura in miniere (Schacht – Germania) o pozzi profondi (Olkiluoto- FI; Yucca Mountain - USA)●Trasmutazione degli elementi radioattivi●Lancio nello spazio (o sulla Luna o nel Sole)●Deposizione su spessi ghiacciai
La fissione nucleare: le scorie 3
Energia nucleare
La fissione nucleare: decommissioning (smantellamento centrali vecchie)
Non esiste in Italia esperienza di smantellamento di centrali nucleari.
Anche all'estero lo smantellamento delle centrali è talmente costoso che si preferisce prolungare il ciclo di vita degli impianti.
Energia nucleare
La fissione nucleare: incidentiIncidenti maggiori a impianti nucleari: Kyshtym (Unione Sovietica 1957)
Sellafield (Gran Bretagna 1957)
Three Mile Island (Harrisburgh, Usa 1979)
Chernobyl (Unione Sovietica, 1986)
Tokaimura (Giappone, 1999)
Questa lista non è esaustiva a causa della reticenza di governi e gestori a diffondere dati sull'argomento. Questi sono comunque i principali incidenti con esposizione di popolazione civile a radiazioni.
Energia nucleare
La fissione nucleare: sviluppi
Reattori di IV generazione: Reattori raffreddati a sodio
Reattori raffreddati a piombo
Generazione diretta di idrogeno
Generazione di calore dal decadimento delle scorie
Energia nucleare
FilmografiaIncidenti nucleari:
The China syndrome (1979)
L'equilibrio del terrore:
Dr. Strangelove (1964); War games (1983); Red dawn (1984).
Sommergibili nucleari :
The hunt for Red October (1990); The widow maker (2002).
Smaltimento scorie nucleari :
Spazio 1999 (1975).