Energia nucleare · 2009-04-14 · Energia nucleare L'Uranio è l'unico elemento fissile che si...
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Energia nucleare
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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
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Per ricavare energia dalle reazioni nucleari esistono due strade:
La fusione La fissione
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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!
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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
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Se i neutroni liberati dalla prima fissione incontrano
altri nuclei di uranio, inducono altre fissioni
ottenendo una reazione a cascata
La ”reazionea catena”
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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)...
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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.
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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...)
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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)
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La fissione nucleare: usi civili
La nave mercantile nucleare Savannah (USA)
Il rompighiaccio nucleare Yamal (Russia)
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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
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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
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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).
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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.
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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.
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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
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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).
