"Cosmosi", di Pablo Echaurren |
Centrali nucleari:
energia nucleare e
produzione di energia elettrica
di Cosimo Alberto Russo
Dato il dibattito che si
sta sviluppando a livello nazionale (ed anche locale, nei siti
indicati come probabile destinazione delle future ipotetiche
centrali nucleari italiane), può essere utile un’informazione chiara
e accessibile sugli argomenti di cui tutti parlano (in gran parte
senza molta conoscenza dei contenuti…). |
Le centrali nucleari
producono energia elettrica sfruttando la reazione di fissione nucleare a
carico di atomi di uranio arricchito; vediamo quindi cosa è una reazione
di fissione nucleare e poi affronteremo il tema della centrale vera e
propria.
L’energia nucleare
è quella liberata da un nucleo atomico (formato da alcune particelle,
chiamate protoni e neutroni) quando questo si divide in nuclei meno
pesanti. Ciò è dovuto al fatto che la materia (come spiegato da Einstein
agli inizi del ‘900) contiene una enorme quantità di energia.
La reazione di fissione
nucleare è provocata dall’urto di un neutrone con un atomo di uranio 235;
questa reazione libera una elevata quantità di energia, atomi di elementi
più leggeri e altri neutroni; questi, urtando altri atomi di uranio 235,
danno luogo alla cosiddetta reazione a catena.
Per evitare che la reazione
a catena sia incontrollata (una piccola bomba…) si utilizzano sistemi di
contenimento (per esempio acqua pressurizzata e barre di vari materiali)
in modo che la stessa possa procedere senza creare eccessivi problemi.
La possibilità di incidenti
gravi, come appunto la perdita del controllo della reazione, è molto
scarsa; al contrario la fuoriuscita di materiale radioattivo in piccole
quantità (sia in fase liquida che gassosa) è abbastanza frequente.
L’uranio attualmente
disponibile non è molto (si pensa sufficiente per circa 20 anni ai consumi
attuali), ma vi sono certamente altri giacimenti (conosciuti o ipotizzati)
non ancora utilizzati, per cui la disponibilità di uranio è realistica per
un periodo di almeno 100 anni.
Ma, purtroppo, c’è un altro
grande problema, al momento irrisolvibile; gli elementi che si ottengono
dalla fissione sono instabili (tendono, cioè, a decadere formando
altri elementi più stabili e liberando radiazioni di vario tipo; sono
quindi radioattivi) ed hanno tempi di decadimento che possono essere molto
lunghi. In più i neutroni liberati reagiscono, in parte, con l’uranio 238,
formando plutonio 239: elemento molto radioattivo con tempo di
dimezzamento (il tempo necessario a dimezzare la sua radioattività) di
24000 anni!
Tutti questi elementi
costituiscono le scorie radioattive, che non si sa né come né dove
conservare, data la loro elevatissima pericolosità.
Le centrali di terza
generazione (EPR) sono reattori a fissione in versione migliorata rispetto
ai reattori di 2° generazione, di cui riprendono le caratteristiche
fondamentali. Non apportano quindi sostanziali differenze concettuali di
funzionamento e pertanto neanche miglioramenti sostanziali per quanto
riguarda le scorie prodotte. Una delle principali caratteristiche è la
maggiore sicurezza, per cui i reattori EPR dovrebbero evitare problemi di
contaminazione radioattiva esterna anche in caso di incidenti gravi.
Come avviene la
produzione di energia elettrica? L’acqua usata, per il raffreddamento
dell’energia termica prodotta nella reazione a catena (sono necessarie
elevate quantità di acqua), evapora e i vapori vengono in parte utilizzati
nelle turbine a vapore che generano la corrente elettrica tramite un
alternatore. Il processo è lo stesso di una normale centrale a
combustibili fossili ma non si ha produzione di gas serra.
Schema di una centrale nucleare per la
produzione di energia elettrica
Tiriamo le somme di quanto
fin qui esposto:
-
dal punto di vista economico, le centrali nucleari di terza
generazione sono incredibilmente costose (molto più di quelle a
combustibili fossili; rispetto a queste il costo fisso dovuto alla
costruzione di un impianto nucleare è circa quattro volte maggiore. Più
basso, certamente, il costo del combustibile). Va poi considerato il costo
per la gestione delle scorie radioattive e per lo smantellamento
dell’impianto.
-
i tempi di realizzazione di una centrale nucleare sono molto
lunghi, superiori ai dieci anni.
-
non vi è inquinamento da emissioni di gas; vi è però un uso
massiccio di acqua fredda (prelevata da fiumi o laghi) che viene
fortemente riscaldata (e bisognerebbe riimmetterla nell’ambiente solo
dopo averne abbassato nuovamente la temperatura…).
-
il problema della sicurezza (incidenti con possibile emissione
di sostanze radioattive, solide, liquide e gassose) permane, pur se
ridotto.
-
le scorie radioattive continuano ad essere il vero grande
problema irrisolto; il loro trasporto e stoccaggio risulta altamente
pericoloso e assolutamente privo di garanzie di sicurezza.
Nel riquadro che segue
ho riportato qualche dettaglio scientifico sulla reazione di fissione che
può essere utile per capire meglio le difficoltà tecniche (e tecnologiche)
per il suo controllo.
|
Reazione di fissione nucleare
Un nucleo pesante, se eccitato, può
deformarsi fino a rompersi in due frammenti; la fissione più
importante è quella provocata dai neutroni termici, che
avviene a carico degli isotopi 233 e 235 dell’Uranio e del
Plutonio 239.
In una centrale nucleare il nucleo che
dà luogo alla reazione di fissione è l’uranio 235:
I prodotti X e Y hanno una distribuzione
statistica; esistono circa trenta coppie di possibili X e Y
che vengono chiamati prodotti di fissione e sono radioattivi
(si disintegrano con emissione di radiazioni fino a
raggiungere uno stato stabile).
Avviene, cioè, che un nucleo di un atomo
di uranio 235, colpito da un neutrone, si spezza in due nuclei
di atomi più piccoli (per esempio bario e kripton, ma non
necessariamente questi due) liberando, in media, 2,5 neutroni
e una grande quantità di energia (corrispondente alla
piccolissima quantità di massa perduta).
Questa reazione avviene con atomi
particolari (non con qualsiasi atomo!), come per esempio U235.
L’uranio 235 è un isotopo poco
diffuso rispetto all’uranio 238 (235 e 238 sono la somma dei
protoni e neutroni presenti nel nucleo; i protoni sono di
ugual numero nei due isotopi dell’uranio, i neutroni no; nella
reazione riportata, i numeri in alto indicano la somma di
neutroni e protoni-massa atomica, quelli in basso i soli
protoni-numero atomico);U235 è presente in natura
in percentuali molto basse (circa lo 0,7%); l’uranio 238 non
dà reazioni di fissione con neutroni termici, ecco perché
l’uranio 235 è detto materiale fissile. Perché la
reazione possa avvenire è necessario avere un certa quantità
di uranio 235 nel materiale, costituito in gran parte da
uranio 238; si deve, quindi, procedere ad un processo di
arricchimento che porti a percentuali di uranio 235 più
elevate (il cosiddetto uranio arricchito, cioè uranio
238 con percentuali di uranio 235 dell’ordine del 3%).
Una volta iniziata la reazione,
se nei dintorni vi sono altri atomi di U235 questi
reagiscono con i neutroni liberati e si ha la cosiddetta
reazione a catena. Tra parentesi, è quello che avviene
nelle bombe nucleari, solo che in queste il contenuto di U235
è molto più elevato. |
|
Nella tabella in basso vi sono i dati disponibili
al 2005 sulle centrali nucleari nel mondo; da questa si rileva che i paesi
del mondo occidentale hanno praticamente rinunciato alla costruzione di
nuove centrali nucleari, anche se vi è un gran parlare di rilancio del
nucleare con proposte di nuove progettazioni.
Cosimo Alberto Russo
Marzo 2009
LE CENTRALI NUCLEARI
CIVILI NEL MONDO
(aggiornamento 2005,
tratto da
www.solidarietalegambiente.org)
|
PAESE |
OPERATIVE |
IN COSTRUZIONE |
DISMESSE |
|
|
N.° CENTRALI |
MW totali |
N.° CENTRALI |
MW totali |
N.° CENTRALI |
MW totali |
|
ARGENTINA |
2 |
935 |
1 |
692 |
0 |
0 |
|
ARMENIA |
1 |
376 |
0 |
0 |
1 |
376 |
|
BELGIO |
7 |
5.801 |
0 |
0 |
1 |
11 |
|
BRASILE |
2 |
1.901 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
BULGARIA |
4 |
2.722 |
0 |
0 |
2 |
816 |
|
CANADA |
18 |
12.599 |
0 |
0 |
7 |
3.046 |
|
CINA |
9 |
6.572 |
3 |
3.000 |
0 |
0 |
|
FED. RUSSA |
31 |
21.743 |
4 |
3.775 |
5 |
786 |
|
FINLANDIA |
4 |
2.676 |
1 |
1.600 |
0 |
0 |
|
FRANCIA |
59 |
63.363 |
0 |
0 |
11 |
3.951 |
|
GERMANIA |
17 |
20.339 |
0 |
0 |
19 |
5.944 |
|
GIAPPONE |
56 |
47.839 |
1 |
866 |
3 |
320 |
|
INDIA |
15 |
3.040 |
8 |
3.602 |
0 |
0 |
|
IRAN |
0 |
0 |
1 |
915 |
0 |
0 |
|
ITALIA |
0 |
0 |
0 |
0 |
4 |
1.423 |
|
KAZAKHSTAN |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
52 |
|
LITUANIA |
1 |
1.185 |
0 |
0 |
1 |
1.185 |
|
MESSICO |
2 |
1.310 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
OLANDA |
1 |
449 |
0 |
0 |
1 |
55 |
|
PAKISTAN |
2 |
425 |
1 |
300 |
0 |
0 |
|
REGNO UNITO |
23 |
11.852 |
0 |
0 |
22 |
2.454 |
|
REP. CECA |
6 |
3.368 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
REP. COREA |
20 |
16.810 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
ROMANIA |
1 |
655 |
1 |
655 |
0 |
0 |
|
SLOVACCHIA |
6 |
2.442 |
0 |
0 |
1 |
110 |
|
SLOVENIA |
1 |
656 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
SPAGNA |
9 |
7.588 |
0 |
0 |
1 |
480 |
|
SUD AFRICA |
2 |
1.800 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
SVEZIA |
10 |
8.918 |
0 |
0 |
3 |
1.210 |
|
SVIZZERA |
5 |
3.220 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
TAIWAN |
6 |
4.904 |
2 |
2.600 |
0 |
0 |
|
UCRAINA |
15 |
13.107 |
2 |
1.900 |
4 |
3.500 |
|
UNGHERIA |
4 |
1.755 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
USA |
104 |
99.210 |
0 |
0 |
23 |
9.590 |
|
TOTALE |
449 |
374.464 |
27 |
22.505 |
110 |
35.309 |
Sito-bibliografia: http://it.encarta.msn.com,
http://it.wikipedia.org,
www.aspoitalia.it,
www.progettohumus.it,
P. Silvestroni, "Fondamenti di chimica", ed.
CEA - R.P. Feynman, "Sei pezzi meno facili", ed. Adelphi - J.P.
Adloff, "Chimica nucleare", in Enciclopedia della chimica,
ed. USES
Dello stesso Autore:
www.lealidiermes.net/energia.htm,
www.lealidiermes.net/rivoluzione_industriale.htm
e
www.lealidiermes.net/acqua.htm.
Per contattarlo:
e-mail
cosimoalberto.russo@istruzione.it
