Fissione
Reazione a catena
La fissione produce due nuclei (radioattivi) e due/tre neutroni
“veloci”, cioè molto energetici (oltre a raggi  e neutrini)
Questi, diffondendosi nella materia, possono urtare altri nuclei
fissili e dare altre fissioni; aumentando enormemente il numero
delle fissioni (reazione a catena).
L’unico isotopo fissile utilizzato è l’ uranio 235 (23592 U)
Se la reazione a catena si sviluppa senza controllo si ha la
“bomba atomica”
I neutroni si possono perdere perché
- vengono catturati da nuclei non fissili
-escono dal volume contente il materiale fissile
Poiché i neutroni prodotti da una fissione si possono perdere,
per sviluppare la reazione a catena è necessaria una “massa
critica” di materiale fissile, ma …..
…..l’uranio è composto
per il 99,28 % da 23892 U non fissile (solo una minima probabilità per neutroni veloci)
per lo 0,71% da 23592 U fissile
per lo 0,01% da 23492 U (che trascuriamo)
Per raggiungere la massa critica in un reattore è necessario
aumentare artificialmente, con un processo tecnologico
complesso e costoso, di circa 4-5 volte la percentuale di
uranio 23592 U.
Otteniamo così l’ “uranio arricchito”.
Il residuo con percentualmente meno uranio fissile è l’“uranio
impoverito”, che ha diversi usi, compreso quello militare, per
alcune sue eccezionali proprietà meccaniche.
Ciclo dei neutroni in un
reattore a regime
Giriamo in senso orario, partendo dal
vertice in basso a sinistra
N0 : numero iniziale di neutroni veloci
prodotti da fissione
• Lll
N > N : numero di neutroni veloci dopo
Llll (poco probabile) dell’uranio
la• fissione
1
0
238
N2 < N0 : numero di neutroni lenti, dopo
le perdite per fuga o assorbimento d
parte dell’uranio 238
N3 < N2 <N0 : numero di neutroni che
danno fissione sull’uranio 235, dopo
le perdite per fuga e assorbimento
da parte del moderatore e delle
barre di regolazione.
N4 = 2,6 * N3 = N0 (a regime) : numero
di neutroni veloci ottenuti dalle N3
fissioni
Il ciclo dell’uranio
Il materiale “esaurito” estratto dal reattore costituisce le cosiddette “scorie”,
contenenti i prodotti della fissione, radioattivi.
Le loro emissioni possono dare una radioattività nell’ambiente
incomparabilmente maggiore rispetto al fondo naturale, con gravi rischi per
la vita.
I nuclei radioattivi possono esaurire la loro attività in tempi estremamente
variabile, da frazioni di secondo a miliardi di anni. Ad esempio dimezzano la
loro attività:
Xenon 135
in 9,1 ore
Iodio 131
in 8 giorni
Cesio 137
in 30 anni
Plutonio 239
in 24.000 anni
I fenomeni radioattivi sono indipendenti da qualsiasi trattamento meccanico
e chimico: ciò significa che le scorie saranno inevitabilmente attive e
pericolose per tempi “infiniti” rispetto alla storia umana.
L’unica possibilità è stoccarle in luogo ritenuto sicuro. Ma sinora …..
Una bella idea
(che non funziona)
L’ 23892 U (che costituisce la gran parte dell’uranio) non è fissile; invece può
catturare un neutrone, subire alcune trasformazioni e diventare un elemento
artificiale più pesante dell’uranio: il plutonio 23994Pu
Il plutonio è fortemente radioattivo e per molto tempo (dimezza la sua attività
in 24.000 anni ); ma è anche fissile e può essere utilizzato in un reattore.
Ecco la bella idea: facciamo un reattore “autofertilizzante” (breeder) nel
quale si produce plutonio dall’ 23892U, moltiplicando così di alcune decine di
volte la quantità del materiale disponibile.
Il difetto: l’unico reattore autofertilizzante, costruito in Francia
(SuperPhoenix), dopo anni di cattivo funzionamento, ingenti capitali investiti
e problemi tecnici irrisolti, è stato definitivamente chiuso nel 2003.
Fonte IAEA - 2008