ENERGIA NUCLEARE
Giornata della Scienza – 22 maggio 2015
Cagnasso, Casasco, Curzola, Pettigiani, Russo
Cenni storici
• 1932 Walton e Cockcroft creano la prima fissione
•
•
•
di un atomo di litio-7
1934 Fermi bombarda con un neutrone un
atomo di uranio e dai risultati è convinto di aver
creato nuovi elementi
1938 Otto Hann dimostra sperimentalmente la
fissione del nucleo di uranio
1939 Progetto Manhattan
Progetto Manhattan
• Nasce nel 1939 come semplice progetto di ricerca, ma nel ‘42 i suoi obiettivi
•
•
diventano bellici (costruzione della prima bomba atomica)
Nel 1945 gli USA utilizzano due di questi ordigni su Hiroshima (Little Boy) e
Nagasaki (Fat Man)
La corsa al nucleare durò durante tutto il periodo della Guerra Fredda e dura
ancora oggi
Fissione nucleare
• Un nucleo di uranio-235 o di plutonio-239 si scinde in due atomi di massa
•
•
•
confrontabile
Questa scissione può essere spontanea o stimolata bombardando il nucleo
con neutroni
I neutroni emessi dalla fissione del nucleo posso creare reazioni a catena con
altri nuclei generando un’esplosione nucleare
Per produrre energia, questa reazione va controllata diminuendo la velocità e
il numero dei neutroni con l’uso di moderatori e barre di controllo (formate
da acqua pesante o grafite)
Funzionamento reattore nucleare
•
•
•
•
La sorgente di energia del reattore è il combustibile presente nel nocciolo o nucleo del
reattore.
Per rallentare i neutroni ed aumentare così la probabilità di fissionare il combustibile è
necessario utilizzare un moderatore.
Il reattore dispone anche delle cosiddette barre di controllo, cioè barre metalliche atte
ad assorbire i neutroni in eccesso liberati dalla reazione.
La fissione del nucleo del combustibile genera energia, principalmente sotto forma di
energia cinetica dei frammenti della fissione e di raggi gamma. I frammenti di fissione
generano calore che viene asportato da un fluido refrigerante termovettore (gassoso o
liquido) che lo trasporta ad un utilizzatore, direttamente o indirettamente per mezzo di
generatori di vapore, quasi sempre un gruppo turbo-alternatore per la produzione di
energia elettrica nella parte termoelettrica della centrale nucleare.
CONTRO
PRO
•
•
•
•
Una centrale a fissione non emette
CO2
Vantaggi economici nei bilanci
degli Stati che utilizzano il nucleare
Maggiore stabilità politica
•
•
•
•
Conseguenze disastrose in caso di
incidente (26 aprile 1986 Chernobyl
– 11 marzo 2011 Fukushima)
Smaltimento scorie nucleari
Localizzazione delle centrali e dei
depositi delle scorie
Terrorismo
Trasporto del materiale radioattivo
Fusione nucleare
• Avviene quando due nuclei leggeri si fondono
• Le temperature sulla Terra sono troppo basse per contrastare la forza di
•
•
repulsione tra protoni
La somma delle masse dei nuclei di partenza è maggiore della massa del
nucleo fuso  l’energia prodotta è uguale a questa differenza di massa
secondo la relazione E=mc^2
Avviene spontaneamente nelle stelle (teorizzato nel 1938 da Hans Bethe)
Fusione nelle
stelle
Con massa <1,5 masse solari
Nelle stelle più grandi avviene il ciclo CNO,
in cui un nucleo di H si fonde con uno di C e
forma un N instabile, che decade in un
isotopo di carbonio.
Due nuclei di idrogeno 1H si fondono a formare un
nucleo di deuterio 2H liberando un neutrino e un
positrone che, annichilendosi con un elettrone,
genera enormi quantità di energia sotto forma di
raggi γ
Il deuterio appena formato si fonde
con un atomo di idrogeno creando
3H, un isotopo leggero dell’elio
liberando altri raggi γ
Due nuclei di 3H si fondono a creare un nucleo
normale di He emettendo due protoni che
potranno essere riutilizzati per un secondo
ciclo
CONTRO
PRO
•
•
•
Scorie radioattive per brevi periodi
No incidenti (mancanza di
materiali radioattivi)
No dispersione nell’atmosfera di
prodotti chimici derivanti dalla
combustione
•
•
•
•
Elevatissimi costi di produzione
Eccessivo costo dell’estrazione di
deuterio e trizio
Breve vita degli impianti
Impieghi bellici maggiori rispetto
alla singola fissione (bomba ad
idrogeno)
Sviluppi attuali e futuri
In pochi sanno che...
•
•
La ditta Lockheed Martin sta lavorando a un progetto di un reattore nucleare a fusione della
dimensione di 2x3 metri della potenza di 100 MW producendo, a parità di consumo, 10 milioni di volte
l'energia prodotta dai combustibili fossili.
Il NIF è riuscito a creare una fusione nucleare con bilancio energetico positivo, ovvero con l'energia
prodotta durante la fusione maggiore di quella necessaria per avviare la stessa
11
Progetto "ITER"
12
Fusione fredda
• 1989
•
•
Martin Fleischmann e Stanley Pons pubblicano un articolo in cui
dichiarano di aver ottenuto una fusione «a freddo» dell’idrogeno mediante
l’utilizzo di una cella elettrolitica in cui l’anodo era formato da platino e il
catodo da palladio (elemento in grado di assorbire grandi quantità di
idrogeno, proprietà scoperta da Graham alla fine del XIX secolo)
L’esperimento venne successivamente riprodotto da numerosi scienziati in
tutto il mondo senza i successi sperati
Gli unici scienziati che dichiarano di avere ottenuto risultati soddisfacenti
non hanno mai pubblicato articoli su riviste scientifiche oppure questi
articoli erano inesatti  ciò fece nascere l’alone di mistero presente ancora
oggi (E-Cat)
Sitografia
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
http://it.wikipedia.org/wiki/Progetto_Manhattan
http://it.wikipedia.org/wiki/Otto_Hahn
http://it.wikipedia.org/wiki/Enrico_Fermi
http://www-news.uchicago.edu/fermi/Group20/FermiSito/Manhattan.htm
http://ebook.scuola.zanichelli.it/concettimodelli/parte-b/le-particelle-dell-atomo/fissione-e-fusione-nucleare#
http://www.sapere.it/sapere/strumenti/studiafacile/fisica/La-fisica-moderna/Il-nucleo-e-le-particelle-elementari/La-fissione-e-la-fusionenucleari.html
http://www.treccani.it/enciclopedia/reazione-nucleare_(Enciclopedia_dei_ragazzi)/
http://it.wikipedia.org/wiki/Fissione_nucleare
http://knightstrife.altervista.org/Pagine/Fusione_Nucleare.htm
http://it.wikipedia.org/wiki/Fusione_nucleare#Cenni_storici
http://it.wikipedia.org/wiki/Hans_Bethe
http://it.wikipedia.org/wiki/Disastro_di_Fukushima_Dai-ichi
http://it.wikipedia.org/wiki/Fusione_nucleare_fredda
http://it.wikipedia.org/wiki/Thomas_Graham
http://ecat.com/
http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_Catalyzer
http://www.wired.it/scienza/energia/2014/03/21/fusione-fredda-fleischmann-pons-bufala/
http://www.disinformazione.it/fusionefredda.htm
http://e-catalyzer.it/
http://www.nextme.it/scienza/energia/5735-fusione-fredda-e-cat-non-funziona-scienziati