Con
energia nucleare si intendono tutti quei fenomeni in cui si ha la produzione di energia in seguito a trasformazioni nei
nuclei atomici. L'energia nucleare,
insieme alle fonti rinnovabili e le fonti fossili, è una fonte di energia primaria, ovvero è
presente in natura e non deriva dalla trasformazione di altra forma di energia.
L'energia
nucleare è data dalla fissione o dalla fusione del nucleo di un atomo.
La prima persona che
intuì la possibilità di ricavare energia dal nucleo dell'atomo fu lo
scienziato Albert
Einstein nel 1905.
La fissione
Nelle reazioni di fissione (sia spontanea, sia indotta), nuclei di
atomi con alto
numero atomico (pesanti) come, ad esempio,
l'uranio, il
plutonio e il
torio, si spezzano producendo nuclei con
numero atomico minore, diminuendo la propria massa totale e liberando una grande
quantità di energia. Il processo di fissione indotta viene usato per produrre
energia nelle centrali nucleari. Le prime
bombe atomiche, del tipo di quelle
sganciate su Hiroshima e Nagasaki, erano basate sul
principio della fissione. Si deve notare che in questo contesto il termine atomico è assolutamente inesatto o almeno
inappropriato in quanto i processi coinvolti sono viceversa di tipo nucleare, coinvolgendo i nuclei degli
atomi e non gli atomi stessi.
La fissione consiste nel rompere il nucleo dell'atomo per farne scaturire
notevoli quantità di energia: Quando un neutrone colpisce un nucleo fissile
(ad esempio di uranio-235), questo si spacca in due frammenti e lascia liberi
altri due o tre neutroni (mediamente 2.5). La somma delle masse dei due
frammenti e dei neutroni emessi è leggermente minore di quella del nucleo
originario e di quelle del neutrone che lo ha fissionato: la massa mancante si è
trasformata in energia. La percentuale di massa trasformata in energia si aggira
attorno allo 0.1%, cioè per ogni kg di materiale fissile, 1 g viene
trasformato in energia. Se accanto al nucleo fissionato se ne trovano
altri in quantità sufficiente e in configurazione geometrica adatta (massa
critica), si svilupperà una reazione a catena in grado di auto
sostenersi per effetto delle successive fissioni dei nuclei causate dai neutroni
secondari emessi dalla prima fissione. La fissione nucleare dell'uranio e del
plutonio è ampiamente sperimentata ed ingegnerizzata da circa 50 anni. Nell'agosto 2007, 439 reattori
nucleari di potenza commerciali, producono il 16% dell'intera energia elettrica
mondiale. Nei 30 Paesi dell'OCSE
l'energia elettronucleare costituisce il 30% del totale dell'energia elettrica
prodotta. A parte il rischio di incidenti, il maggiore problema ancora insoluto
è costituito dalle scorie radioattive, che rimangono pericolose per migliaia se
non milioni di anni.
La fusione
L'altro
metodo per ottenere energia dall'atomo è la fusione nucleare. Essa è esattamente
opposta alla fissione: invece di spezzare nuclei pesanti in piccoli frammenti,
si uniscono nuclei leggeri (a partire dall'idrogeno, composto da un solo
protone) in nuclei più pesanti: la
massa di questi ultimi è minore della
somma di quelli originari, e la differenza viene emessa come energia sotto forma
di raggi gamma ad alta frequenza e di energia
cinetica dei neutroni emessi. La percentuale di massa trasformata in energia si
aggira attorno all'1%, un quantitativo enorme. Perché la fusione avvenga, i nuclei degli atomi devono essere fatti
avvicinare nonostante la forza di repulsione elettrica che tende a respingerli
gli uni dagli altri, e sono quindi necessarie
temperature elevatissime, milioni di gradi centigradi. A causa di queste
difficoltà, al giorno d'oggi l'uomo non è finora riuscito a far avvenire la
fusione in modo controllato e affidabile se non per qualche decina di secondi
(quello incontrollato esiste: la bomba
termonucleare). Gli esperimenti odierni si concentrano sulla fusione
di alcuni isotopi
dell'idrogeno,
il deuterio
e il trizio,
che fondono con maggiore facilità rispetto all'idrogeno comune prozio.
In
natura le reazioni di fusione sono quelle che producono l'energia proveniente
dalle stelle. Finora, malgrado decenni di sforzi
da parte dei ricercatori di tutto il mondo, non è ancora stato possibile
realizzare, in modo stabile, reazioni di fusione controllata sul nostro pianeta,
anche se è in sviluppo il progetto ITER, un progetto che con il successore
DEMO darà vita alla prima centrale
nucleare a fusione del mondo. È invece attualmente possibile ottenere grandi
quantità di energia attraverso reazioni di fusione
incontrollate, come ad esempio nella bomba all'idrogeno.
La
centrale nucleare
In
una centrale nucleare si sfrutta il
calore prodotto dalla fissione dell'uranio235.Con
questo calore viene riscaldata dell' acqua che evapora mettendo in azione una
turbina a vapore che è collegata ad un alternatore.L' energia termica della
fissione viene perciò trasformata in energia meccanica e poi grazie all'
alternatore in energia elettrica. per controllare la fissione si utilizzano
delle barre di controllo che se si vuole diminuire la potenza vengono abbassate.
nazione
impianti nucleari
attivi ( nel 2000)
USA
104
Brasile
104
Francia
59
Giappone
53
Regno Unito
35
Russia
29
Germania
19
Corea del Sud
16
Canada
14
India
14
Argentina
14
Ucraina
13
Svezia
16
Spagna
9
Belgio
7
Bulgaria
6
Slovacchia
6
Taiwan
6
Rep. Ceca
5
Svizzera
5
Finlandia
4
Ungheria
4
Cina
3
Lituania
2
Sud Africa
2
Pakistan
2
Olanda
1
Armenia
1
Romania
1
Slovenia
1
Continente
Europa
218
America del Nord
120
America del Sud
118
Asia
94
Africa
2
UE 27
170
Mondo
552
Vantaggi e svantaggi dell' energia nucleare
Una centrale nucleare non emette CO2 Le centrali nucleari non
producono anidride carbonica ed ossidi di azoto e di zolfo, principali cause
del buco nell'ozono e dell'effetto serra.
Vantaggio nella bilancia dei pagamenti La produzione di
energia dal nucleare riduce l'importazione di
petrolio e la dipendenza delle economie dal petrolio. La copertura del
fabbisogno energetico interno tramite il nucleare riduce la possibilità degli
shock esterni sull'economia e consente ai governi un minore carico di spesa
sulla bilancia dei pagamenti con l'estero. Il tutto si traduce in una maggiore
stabilità del sistema economico
nazionale..
Maggiore stabilità politica Le principali riserve petrolifere
sono concentrate in pochi paesi ad elevata instabilità politica (Medio
Oriente) che rischia di trasmettersi anche nei paesi fortemente dipendenti
dall'import del petrolio. L'uso del nucleare riduce la dipendenza occidentale
dal petrolio mediorientale.
Conseguenze in caso di
incidente La storia ha già mostrato la
gravità delle conseguenze degli incidenti alle centrali nucleari. Le radiazioni a cui la popolazione
viene esposta causano un maggiore rischio di morte per leucemia e tumore.
Dall'incidente di Chernobyl la sicurezza delle centrali nucleari è diventato
uno dei principali aspetti critici dell'energia nucleare per uso
civile. Negli
ultimi anni il progresso tecnologico ha notevolmente migliorato la sicurezza
delle centrali nucleari dotate di reattori di ultima
generazione.
Le scorie nucleari Purtroppo le scorie nucleari sono un altro
aspetto critico del nucleare. Non possono essere distrutte e
l'unica soluzione, per il momento, sembra essere lo stoccaggio per migliaia di
anni in depositi geologici o ingegneristici. La ricerca di un deposito
sicuro è tra i principali obiettivi della UE e degli Usa. Sono necessari anni
di studi e grandi investimenti per l'individuazione delle soluzioni di
stoccaggio per centinaia di migliaia di
anni.
Localizzazione centrali nucleari e proteste locali Anche
il processo di localizzazione di una centrale nucleare o del deposito di
scorie è molto difficoltoso. Nessuna comunità locale accetta di sacrificare il
proprio territorio per ospitare i rifiuti nucleari. La Sardegna, la Puglia, la
Basilicata sono i recenti casi italiani di forti proteste antinucleari (2003).
Nello stesso anno una comunità locale cinese si oppose con successo alla
decisione del governo di costruire un deposito geologico di scorie attuando
una dura e prolungata protesta. In entrambi i casi vinsero le popolazioni
locali.
Il terrorismo Viviamo in
un'epoca in cui poche persone possono compiere grandi danni all'umanità. Il
ricordo della tragedia dell'11 settembre 2001 ai grattacieli del World Trade
Center è stato un duro shock per l'intera società occidentale. Il rischio che le centrali
nucleari siano prese come obiettivi per atti di terrorismo o come bombe
sporche è quindi molto realistico. E' lecito e razionale preoccuparsi. Le
nuove centrali nucleari dovranno includere questo aspetto fin dalla fase di
progettazione.
Il trasporto di materiale nucleare Il trasporto di scorie e di
materiale nucleare è uno degli aspetti più critici della questione
"sicurezza". Durante il trasporto, oltre all'opposizione delle popolazioni
che vedranno passare treni o navi con carichi radioattivi vicino alle proprie
abitazioni, sussiste il rischio di incidenti e di attentati terroristici. In
Francia, il treni speciali adibiti al trasporto di scorie nucleari sono
scortati da "carri armati" e da poliziotti a cavallo. L'itinerario del treno
cambia in continuazione all'insaputa delle popolazioni residenti nei pressi
delle ferrovie. Per questi motivi i depositi di scorie dovrebbero risiedere
nei pressi delle centrali nucleari evitando in questo modo la necessità del
trasporto delle scorie. La ricerca tecnologica e scientifica non ha ancora
trovato il modo per distruggere le scorie all'interno delle stesse centrali
nucleari. Si attendono ancora risposte in tale
senso.