L’energia nucleare
L’ INIZIO DELL’ERA NUCLEARE
COME SI PRODUCE L’ENERGIA NUCLEARE
FUNZIONAMENTO DI UNA
CENTRALE A FISSIONE
NUCLEARE E SICUREZZA
CENTRALI NUCLEARI NEL MONDO
a cura di Cavoli Nicolas, Meglioli Alessandro, Rivi Giulia, Toni Silvia
Il progetto Manhattan
Enrico Fermi è tra i più noti scienziati
al mondo principalmente per gli studi
teorici e sperimentali nell’ ambito
della meccanica quantistica e della
fisica nucleare. Nel 1942 costruì
insieme ad altri scienziati la prima pila
atomica. Nel 1943 Roosvelt varò il
segretissimo ‘’Progetto Manhattan’’ :
a Los Alamos, in un deserto del New
Messico, si riunirono un gruppo di
scienziati con lo scopo di costruire la
prima bomba atomica prima del 1945.
Le ragioni del lancio
La motivazione del lancio della
bomba atomica, da parte del 33°
presidente americano Harry
Truman, fu il seguente: il Giappone
durante la seconda guerra
mondiale era alleato con Hitler e
aveva attaccato e distrutto quasi
metà della flotta statunitense che
si trovava nel porto di Pearl
Harbour nelle Hawaii. Così il giorno
dopo, 7 dicembre 1941, gli Stati
Uniti dichiararono guerra al
Giappone.
Enola Gay
Il 6 agosto 1945 un bombardiere
americano denominato Enola Gay
sganciò su Hiroshima la 1° bomba
atomica, ribattezzata
dall’equipaggio Little Boy. Tre
giorni dopo ne venne lanciata
un’altra sulla città di Nagasaki.
‘’Dio mio, che cosa abbiamo fatto!’’
Cit. Harry S. Truman
Le conseguenze dell’esplosione
furono terribili. Tutto prese fuoco,
morirono 140.000 persone, ma gli
effetti devastanti prodotti dalle
ustioni e dall’esposizione alle
radiazioni si manifestarono nel corso
degli anni con la nascita di bambini
malformati, la diffusione della
leucemia e di altre forme di malattie
cancerogene.
Atomi per la pace
Nel corso degli anni ‘50 altri paesi
giunsero a possedere i segreti
dell’energia nucleare. “Atoms for
peace” fu il titolo del discorso
pronunciato nel 1953 dal presidente
degli Stati Uniti Eisenhower davanti
all’assemblea delle nazioni unite: in
esso veniva posto il problema di
passare dall’impegno nelle costruzioni
delle armi nucleari a quello per la
produzione dell’energia a scopi
pacifici. Così nel 1957 nacque
l’agenzia internazionale per l’energia
atomica.
COME SI PRODUCE
L’ENERGIA NUCLEARE
a cura di Mammi E., Gorrieri A., Biondini A., Cavaliere L.
LA LEGGE
Einstein scoprì che per ricavare energia dai
neutroni servivano due processi la fissione (rottura)
e la fusione (unione) il tutto unito in una formula
E = mc2
Fino al 1905 tutti pensavano che la massa e l'energia fossero due realtà fisiche molto
diverse, ma Einstein comprese che questesono in verità strettamente legate da un valore
numerico molto preciso: il quadrato della velocità della luce (c2).
Questa formula stabilisce che massa ed energia sono equivalenti.
E: rappresenta l'energia meccanica, potenziale più cinetica, espressa in joule
M: rappresenta la massa a riposo, espressa in chilogrammi (kg);
C: rappresenta la velocità della luce, espressa in m/s.
Se pesiamo il prodotto della rottura di una molecole di uranio notiamo che sarà sempre di
peso inferiore rispetto all'uranio stesso, la piccola quantità di massa persa corrisponde
all'energia prodotta. L'equazione di Einstein consente di determinare quanta energia
è stata liberata dalla scissione del nucleo di uranio.
LA FISSIONE
Quasi tutti gli elementi non sono fissili, cio’ non si lasciano sottoporre a
fissione, ad eccezione dell‘ uranio 235.
PROCEDIMENTO: un neutrone viene “sparato” contro il nucleo
spaccandolo in due, lasciando liberi altri due neutroni. Se accanto ad
esso troviamo altri nuclei le particelle liberate vanno a rompere
quest'ultimi sprigionando così una reazione a catena.
ARRICCHIMENTO dell’URANIO
L’Uranio 235 non è così presente in natura come l’Uranio 238 che però non è altrettanto fissile.
Si ricorre allora all’ ARRICCHIMENTO DELL’URANIO 238 cui viene aggiunta una certa
percentuale di U235 rendendolo fissile.
La percentuale di arricchimento dipende dallo scopo che si vuole raggiungere:
- per una bomba atomica serve un arricchimento fino al 90% per provocare una reazione in una
frazione di secondo.
- nei reattori nucleari invece serve solo il 3% di arricchimento per creare energia elettrica
LA FUSIONE DELL'IDROGENO
Il principio della fusione consiste nel far fondere due nuclei di idrogeno, in
modo da ottenere un nucleo di elio trasformatosi così in energia.
Gli atomi interessati dal processo di fusione nucleare sono degli isotopi
dell'atomo di idrogeno, cioè elementi aventi …………..caratterizzati da minimo
numero atomico.
Se accanto ad essi (come nella fissione) si trovano altre molecole di idrogeno,
viene scatenata una reazione a catena provocando una grande quantità di
energia. Affinché la fusione avvenga serve una fortissima pressione a una
temperatura pari a 100 milioni di gradi centigradi, questo tipo di condizioni si
manifestano solo nelle stelle come il Sole, infatti parte della luce che esso
produce è creato dalla fusione.
LA BOMBA H
La bomba h è un contenitore di metallo riempito di piccole bombe atomiche
accatastate vicino a una massa di idrogeno. Le prime bombe furono fatte
esplodere in via sperimentale dagli USA e dall'URSS ma la prima dimostrazione
pubblica della sua forza avvenne con la distruzione dell'Atollo di Bikini.
Di:
Compagnoni Silvia
De Gaetano Gabriele
Giberti Serena
Rivi Francesca
Cosa Fa Funzionare La Centrale Nucleare?
Nella centrale nucleare viene impiegato l’uranio, elemento alquanto
radioattivo presente in natura. Mediante l’arricchimento l’uranio naturale
aumenta la percentuale del suo isotopo fissile (materiale in grado di
produrre una reazione a catena per fissione).La fissione è il fenomeno
che avviene quando un neutrone, proveniente dall’esterno urta il nucleo
dell’atomo di uranio :il nucleo si scinde e libera due o tre neutroni. Ciò
genera una reazione a catena producendo energia sotto forma di calore.
Funzionamento
Questo è uno schema di funzionamento di una centrale nucleare a fissione
di tipo PWR. Il calore sviluppato dalla reazione di fissione all'interno del
reattore viene trasferito tramite un fluido refrigerante a un flusso di
acqua che genera vapore saturo. Il vapore alimenta una turbina che tramite
un generatore produce la corrente che alimenterà la rete elettrica.
Reattore BWR:
BWR STA PER BOILING WATER
REACTOR CHE SIGNIFICA REATTORE
AD ACQUA BOLLENTE.
Il reattore è un cilindro di acciaio
inossidabile di grandi dimensioni. Alla
sommità è fissata con bulloni una calotta,
che può essere aperta per introdurre gli
elementi di combustibile. Sulla parete del
reattore ci sono i bocchettoni per
l'ingresso dell'acqua e l'uscita del vapore.
Per il caricamento del reattore si infilano i
combustibili dalla calotta. Per azionarlo
invece si attivano le cinque sorgenti di
neutroni e piano piano si sfilano le barre e
quindi inizia la fissione e, liberando
energia, l'acqua evapora .
Centrale Elettro Nucleare:
Il suo funzionamento è simile a
quello di una centrale
termoelettrica convenzionale,
con la differenza che l'acqua
viene fatta bollire in un
contenitore a pressione
(reattore) e dove avviene la
fissione.
Questo impianto è diviso in tre
parti :
• L'edificio che contiene il
reattore, in cemento armato;
• La sala macchine, molto simile
a quella della termoelettrica;
• Edifici ausiliari, come piscine
schermate piene d'acqua per
conservare i combustibili
esauriti ma altamente
radioattivi.
La sicurezza delle centrali nucleari e i problemi
ambientali
a cura di Aidoo K., Comastri E., Ghini S., Monti N., Rivi V.
• Una centrale nucleare è un sistema molto complesso di
macchinari e i componenti usati devono soddisfare particolari
requisiti.
• La sicurezza di questi impianti non interessa solo gli operai, ma
anche tutta la popolazione che vive nell’ambiente circostante.
I guasti nucleari
Per classificare i vari guasti e incidenti è stata progettata la SCALA
che si basa su alcuni punti di riferimento:
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INES
Il controllo della potenza termica ovvero il mantenimento della reazione nucleare di
fissione;
i problemi legati ai sistemi di raffreddamento dei reattori;
La fusione delle barre di combustibile nucleare;
Le esplosioni del reattore stesso;
Il rilascio controllato di gas ed elementi radioattivi.
L’incidente di Chernobyl
Il 26 Aprile 1986 a Chernobyl c’è stato il
più devastante incidente in un reattore
nucleare. La direzione della centrale
aveva deciso di effettuare un esperimento,
ma all’interno del reattore scelto, durante
l’operazione, avvenne un improvviso
riscaldamento che liberò una bolla di
idrogeno e ciò provocò una serie di
devastanti esplosioni. Infine, la grafite,
iniziò a bruciare e i suoi fumi si diffusero
nell’atmosfera. Questa tragedia ha
provocato moltissimi disastri per le
persone intorno alla centrale e ci fa
riflettere sulle responsabilità della
produzione di energia elettrica nucleare.
L'incidente di Fukushima
E’ l’11 marzo 2011 quando un forte sisma
causa una serie di quattro distinti incidenti
presso la centrale nucleare della città
giapponese di Fukushima. L’epicentro del
terremoto, situato in mare aperto, genera
uno tsunami con onde anomale alte fino a
14 metri che si riversano sulla costa
orientale del Giappone. L’acqua del
maremoto danneggia i sistemi elettrici di
raffreddamento della centrale provocando
molte esplosioni nei reattori. Il governo
giapponese ordina l’evacuazione di
un’area del raggio di 20 km intorno a
Fukushima, distanza a cui però riescono
ad arrivare anche le radiazioni.
L’incidente nella centrale di Fukushima ha
risollevato nell’opinione pubblica mondiale
il problema della sicurezza degli impianti
atomici.
Le conseguenze:
Chernobyl
Fukushima
Le conseguenze della nube di Chernobyl
sulla salute degli italiani non sono state, e
non saranno, "irrilevanti", come fu detto e
ripetuto all'indomani della catastrofe per
tutelare l'immagine dell'industria
elettronucleare nel nostro Paese. Il
numero dei morti per i cancri indotti dalla
contaminazione radioattiva non e' stato, e
non sarà , di "appena qualche decina”,
infatti secondo alcuni scienziati è stato di
circa 3000 persone. Poco più basso è il
numero di chi ha evitato il peggio grazie
all'osservazione dei divieti alimentari.
Il disastro di Fukushima ha provocato gravissimi
problemi di cui però non si è inizialmente sentito
molto parlare perchè sia il governo giapponese sia
l'Organizzazione Mondiale della Sanità hanno
mentito su questo orribile fatto per difendere
l'economia nucleare. Ma ormai era impossibile
nascondere i danni che il disastro aveva procurato
alle persone. Le stime più ottimistiche dicono ch
ci vorranno circa cent'anni prima di riprendere
sotto controllo l'impianto altri pensano anche a 50
anni.
Le scorie radioattive
Una centrale nucleare produce
ogni anno molti rifiuti detti scorie.
La pericolosità di esse è
massima appena sono estratte
dal reattore. La radioattività
diminuisce poi con il tempo. In
passato le scorie venivano
gettate in mare o seppellite nel
terreno. Ancora oggi non è stata
comunque trovata una soluzione
soddisfacente al problema.
Questo è il simbolo che ha il
compito di informare, chiunque e
ovunque, della presenza in quel
luogo di scorie radioattive e
quindi di un pericolo per la
salute.
CENTRALI NUCLEARI NEL MONDO
A cura di ANTONIO PERNI THOMAS BUFFAGNI CHIARA UGOLETTI NOEMI FERRI
Europa
Asia
Americ
a
Africa
Oceania
EUROPA
Le centrali nucleari in Europa sono 148, delle
quali 16 attive e 8 in fase di costruzione. Nella
classifica europea di reattori nucleari in
funzione primeggia la Francia (58), seguono il
Regno Unito (19), Germania (17), Svezia (9),
Belgio (7). Le centrali attualmente attive
appartengono alla terza generazione e cioè ai
reattori nucleari ad acqua pressurizzata.
AMERICA
In America i reattori operativi sono 104 dei quali
1 in costruzione e 7 dismessi. Gli USA sono
primi nella classifica planetaria.
ASIA
Le centrali nucleari in Asia sono 68 le quali 15 in
lavorazione e 53 attive, esse sono concentrate
in Giappone mentre le altre 15 sono situate in
Cina, Corea del Sud, India e Taiwan.
AFRICA
In Africa ci sono 2 reattori nucleari di cui 1 è
attivo mentre l’altro è in costruzione. Queste 2
centrali sono situate nelle zone di Città del
Capo e Durban.