Le Centrali Nucleari

di Chiara V. IV LSS

In questo articolo, come ben presto vedremo, capiremo la differenza sostanziale che c’è tra una fusione e una scissione nucleare.

Ma prima di imbatterci in questo bisogna innanzitutto definire e chiarire cosa è una centrale nucleare.
Quando si parla di centrale nucleare si intende una centrale elettrica che genera vapore, in condizioni di temperatura e pressione elevate, per produrre elettricità sfruttando il calore prodotto da una scissione o fusione nucleare.
Queste due tipi di reazione hanno lo stesso obiettivo, ovvero quello di produrre energia, ma si comportano in modo completamente opposto.

 

LA SCISSIONE NUCLEARE

La scissione o fissione nucleare è un processo durante il quale dei nuclei pesanti vengono divisi in nuclei più leggeri, le cui masse, se sommate non raggiungono la massa originaria; la parte mancante infatti viene sprigionata sotto forma di energia.
Affinché questo tipo di reazione avvenga è indispensabile avere a disposizione dei particolari isotopi, atomi altamente instabili e difficili da smaltire nel tempo e che producono radiazioni dannose per l’uomo e per l’ambiente.
Nei primi anni di attività, l’energia nucleare, venne ritenuta pulita, poiché c’era una bassa emissione di anidride carbonica (infatti è stata considerata per molto tempo una possibile soluzione per combattere l’effetto serra e diminuire il riscaldamento globale). Quando in realtà, triste realtà, le centrali nucleari a fissione si sono rilevate tutt’altro che salutari, ma anzi evidenziano numerosi problemi di sicurezza, che partono dalle emissioni radioattive allo smaltimento di scorie.
Infatti, nel corso degli anni (‘80-‘90) ci sono state più interruzioni delle strutture per problemi di sicurezza.

 

I RISCHI E LE CONSEGUENZE

I problemi e rischi che si possono presentare tutt’oggi, nonostante le modifiche applicate, sono sempre tanti.
Il problema più rilevante è legato innanzitutto alle scorie radioattive, come già detto, che per definizione sono il combustibile nucleare residuo prodotto dopo la reazione di fissione.
Ma cosa più sconvolgente è che questi rifiuti radioattivi non perdono la loro proprietà una volta dispersi nell’ambiente, anzi la loro radioattività può durare per diverse migliaia di anni, sviluppando e portando all’uomo l’insorgenza di varie malattie (leucemie, aumento di aborti spontanei, feti malformati, ecc).
Ciò potrebbe essere causato dai materiali prodotti dallo sfruttamento dell’energia nucleare che emettono radiazioni alfa, beta, gamma e vanno ad alterare il patrimonio genetico delle cellule e danneggiano i tessuti.

 

DIVERSI TIPI DI CENTRALI

Esistono vari tipi di centrali e quelle più diffuse sono i PWR (Pressurized Water Reactor, ad acqua pressurizzata).
All’interno del reattore le barre di combustibile sono soggette alla reazione a catena, producono calore e successivamente scaldano l’acqua che circola appena all’esterno del nucleo del reattore.
Quest’acqua viene poi pressurizzata e inviata a uno scambiatore di calore in cui viene generato del vapore che, entrando nelle turbine, produce elettricità.
La reazione può essere controllata tramite delle barre di controllo composte da un elemento chiamato moderatore, il quale è in grado di rallentare il fenomeno a catena e quindi di regolare l’intensità della produzione di calore.
Ovviamente tutto il sistema è circondato da pompe che regolano la circolazione dei fluidi termodinamici interessati e da sistemi di sicurezza che tengono separata l’acqua che viene a contatto con il calore radioattivo e quella usata per la produzione di vapore.

 

RAPPRESENTAZIONE DEL FUNZIONAMENTO DI UNA CENTRALE NUCLEARE

 

LA FUSIONE NUCLEARE

Dopo aver spiegato come funziona la fissione, possiamo passare a parlare della seconda tipologia di reazione: la fusione.
La fusione nucleare si comporta esattamente all’opposto rispetto a quella di fissione, ovvero è un processo dove due nuclei leggeri si fondono e ne formano uno più grande ma di massa minore in confronto alla somma dei primi due.
Anche in questo caso, il surplus viene sprigionato sotto forma di energia. Essa è un fenomeno che avviene continuamente all’interno di una stella.
Nei reattori un atomo di deuterio e uno di trizio creano un atomo più pesante di elio, un neutrone libero e un conseguente rilascio di energia.
I neutroni, ricchi di energia vengono poi introdotti nel blanket, una struttura di contenimento, dove i neutroni, tramite urti e interazioni, si termalizzano e lo scaldano. Arrivato a questo punto il blanket collegato a uno scambiatore di calore fornisce poi il fluido termovettore riscaldato a un collaudato impianto a vapore.
La fusione è un evento più efficiente e produce più energia di quella di scissione. I vantaggi di questa reazione riguardano:

• l’ampia reperibilità dei materiali (il deuterio si trova nell’acqua mentre il trizio si ricava dal litio)
• la non emissione dei gas serra durante la produzione di elettricità
• la mancanza di reazioni a catena, quindi un maggior controllo del processo
• l’assenza di scorie radioattive a lunga vita (almeno non come quelle della scissione).

Gli scienziati hanno cercato di riprodurre il fenomeno della fusione nucleare, ma con esiti non definitivi e del tutto sperimentali: servirebbe una temperatura elevatissima per innescare la reazione e il conseguente confinamento del plasma.
Per questo motivo si sta studiando un metodo per poter ottenere una fusione nucleare detta a freddo, ma siamo ancora a un livello sperimentale e con il progetto del reattore sperimentale a fusione ITER si spera di produrre il primo KWh a fusione nel 2050.