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Nucleare

    Energia nucleareL’energia nucleareenergia nucleare
    Energia derivante dalle trasformazioni che coinvolgono i nuclei atomici (fissione o fusione). Attualmente la produzione di energia elettrica con il nucleare si basa sulla fissione, dal momento che i processi di fusione nucleare sono ancora in fase di studio e ricerca. Il combustibile impiegato è l’uraniouranio
    Elemento metallico radioattivo che si trova sottoforma di ossidi o sali nelle rocce, nel suolo, nell’aria e nell’acqua. L’uranio, così come si trova in natura, è costituito da tre isotopi: l’uranio 238 (per il 99.9 %), l’uranio 235 (l’uranio fissile impiegato come combustibile nelle centrali nucleari) e l’uranio 234, in piccolissime tracce.
    235, contenuto in piccola concentrazione nell’uranio naturale. Nelle centrali di questo tipo l’enorme quantitativo di energia che si libera dalle reazioni nucleari viene ceduto a un fluido che a sua volta la cede all’acqua che poi percorre un ciclo di potenza uguale a quello delle centrali a vapore convenzionali.
    è forse l’unica energiaenergia
    Fisicamente parlando, l’energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L’unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
    “moderna” nel vero senso del termine. Infatti, la sua scoperta risale agli ultimi anni del 1800, anche se in realtà è solo nel 1942, grazie a Fermi, che si è scoperta la tecnologia per estrarre energia nuclearenucleare
    Forma di energia derivante dai processi che coinvolgono i nuclei atomici (fissione e fusione).
    dall’uranio (che come vedremo è il combustibile per eccellenza delle centrali nucleari). Inoltre l’energia nucleare è sempre di grandissima attualità, soprattutto nel nostro paese, a causa di una serie di motivi socio – politici che nell’arco della sua breve storia ne hanno talora frenato la diffusione. L’energia nucleare è infatti economicamente competitiva con quella prodotta da fonti fossili e non comporta emissioni in atmosferaatmosfera
    Involucro di gas e vapori che circonda la Terra, costituito prevalentemente da ossigeno e da azoto, che svolge un ruolo fondamentale per la vita delle specie, perché fa da schermo alle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole. Essa si estende per oltre 1000 km al di sopra della superficie terrestre ed è suddivisa in diversi strati: troposfera (fino a 15-20 chilometri), stratosfera (fino a 50-60 chilometri), ionosfera (fino a 800 chilometri) ed esosfera.
    . Tuttavia sono sempre di grande interesse pubblico le problematiche legate ai rischi di incidenti, allo smaltimento delle scorie radioattive e alla possibilità di produzione di armi belliche nucleari (un esempio storico è la bomba atomica utilizzata nella seconda guerra mondiale).

     

    INDICE

     

    LE REAZIONI

    Esistono due tipi di reazioni nucleari: la fusione e la fissione, solo quest’ultima viene utilizzata nei reattori nucleariattualmente in funzione.

    Fusione

    E’ una reazione nella quale due atomi leggeri si fondono per dare origine ad un atomoatomo
    È il costituente fondamentale della materia, che ne conserva le caratteristiche chimiche e fisiche. Più atomi si legano tra loro per formare aggregati più complessi, ovvero le molecole. L’atomo è costituito da un nucleo, contenente cariche positive e cariche neutre, dove si concentra quasi tutta la sua massa. Tale nucleo, che costituisce il “cuore” dell’atomo è circondato da una nube di elettroni (cariche negative) distribuiti a strati. Le forze che legano gli atomi sono di natura elettrica.
    più grande. La massa dell’atomo generato sarà però inferiore alla somma delle masse dei singoli atomi leggeri che hanno preso parte alla reazione. Questo appare in forte contrapposizione con il noto principio di conservazione della massaprincipio di conservazione della massa
    Legge chimica, enunciata nel XVI secolo dal francese Antoine Lavoisier, per cui in tutte le reazioni chimiche, la somma delle masse dei reagenti è esattamente uguale alla somma delle masse dei prodotti. In una reazione chimica, quindi, si ha solo un cambiamento del modo in cui i diversi atomi si combinano, e non della massa totale. Anche nelle trasformazioni fisiche (per esempio quando un corpo solido fonde o una sostanza liquida si solidifica) la massa iniziale è uguale a quella finale.
    . In realtà non si tratta di una perdita di massa (sarebbe difficile contraddire le leggi della fisica) ma di una trasformazione di essa in energia. La quantità di energia generata dalla reazione è ricavabile dalla relazione di Einstein:

    E = mc2

    Nei processi di fusione è possibile impiegare combustibili estremamente diffusi e comuni (idrogenoidrogeno
    Primo elemento della tavola periodica, presente sulla Terra in forma combinata, soprattutto nell’acqua e nei composti organici. Esso è costituito da 3 isotopi: prozio (cioè l’idrogeno propriamente detto) per più del 99.9 %, il deuterio e il trizio. La forma molecolare dell’idrogeno (H2) dà origine ad un gas inodore, incolore, altamente infiammabile e molto più leggero dell’aria (ecco perché lo si trova in bassissime concentrazioni in atmosfera).
    , deuteriodeuterio
    Atomo di idrogeno nel cui nucleo sono presenti un protone ed un neutrone. Se 2 atomi di deuterio si legano ad un atomo di ossigeno, si ottiene la cosiddetta acqua pesante, utilizzata nei reattori nucleari per rallentare i neutroni.
    , e per applicazioni terrestri, per motivi di sezione d’urto, si utilizzano deuterio e triziotrizio
    Atomo di idrogeno nel cui nucleo sono presenti un protone e due neutroni.
    , quest’ultimo estremamente raro sul nostro pianeta), ma attualmente tali processi non hanno interesse industriale perché la fusione è fisicamente difficile da realizzare. Infatti essa avviene mediante particelle di carica elettricacarica elettrica
    Grandezza fisica scalare (ovvero identificata da un numero) misurabile che indica la “quantità di elettricità” di un corpo. Esistono cariche elettriche positive e negative. Cariche dello stesso segno si respingono, mentre cariche di segno opposto si attraggono. I fenomeni che si manifestano nell’elettrizzazione per strofinio dei solidi sono dovuti alle cariche elettriche presenti nei corpi. L’unità di misura è il Coulomb, pari alla carica di 6 x 1018 elettroni.
    simile e di conseguenza servono grandi energie cinetiche (e quindi elevatissime temperature) per vincere la repulsione elettrica. A fronte di tale complessità realizzativa ad oggi non esistono reazioni a fusione controllate, ma solo non controllate (ad esempio la bomba atomica all’idrogeno, detta bomba H).

    Tuttavia su questo argomento ci sono diversi studi con l’intento di sviluppare questa nuova tecnologia nei prossimi anni (con una stima per il 2050). L’idea è quella di portare avanti in parallelo la realizzazione di un reattore nucleare sperimentale, lo studio sempre più approfondito della fisica di base del plasmaplasma
    Stato di aggregazione della materia (oltre a quello solido, liquido e aeriforme) costituito da un insieme di elettroni e nuclei atomici che, a differenza degli atomi neutri, reagiscono sia ai campi magnetici che a quelli elettrici. Di plasma sono costituiti tutti i corpi celesti tranne i pianeti.
    (che come detto deve essere portato a temperature elevatissime, anche centinaia di milioni di gradi) e lo studio dei materiali che potrebbero essere impiegati.

    Date le temperature in gioco è assolutamente impensabile mettere a contatto il plasma con le pareti del reattore, non esistendo nessun materiale in grado di resistere a temperature così elevate. Quindi il fondamento di base è quello di confinare il plasma con il duplice obiettivo di impedirne sia la dispersione sia il contatto con qualsiasi parete solida. I confinamenti possono essere gravitazionali (come avviene nelle stelle e quindi chiaramente non possibili in applicazioni terrestri), inerziali o magnetici.

    Infine, un’altra interessante prospettiva è quella della fusione fredda: si cerca di ovviare alla repulsione elettrica in modo da rendere non necessario il raggiungimento di temperature elevate. Resta per ora un concetto confinato alla ricerca e che al momento non vede nessuna possibilità di applicazione.

    Fissione

    E’ una reazione nella quale un atomo pesante si divide in più atomi leggeri liberando energia. Per lo stesso principio illustrato in precedenza la massa totale dei nuclei più leggeri finali è inferiore alla massa iniziale del nucleonucleo
    È il “cuore” dell’atomo, la parte dove si concentra la quasi totalità della massa. Il nucleo è costituito da protoni (particelle dotate di carica positiva) e neutroni (particelle non caricate elettricamente).
    pesante. Tale differenza mette a disposizione una certa quantità di energia secondo il principio di Einstein.

    Il combustibile per eccellenza del processo di fissione è l’uranio che è anche il combustibile impiegato nelle centrali nucleari. Esso è presente in natura sotto due forme:

    Energia nucleare

    Si tratta di una reazione a catena nella quale alcuni atomi fissionando liberano neutroni che colpiscono altri atomi, fissionandoli, che a loro volta generano altri neutroni. I neutroni hanno velocità molto elevata che rende necessaria la presenza di organi di elementi moderanti della reazione a catena perché i neutroni così rallentati, detti termici, possono fissionaei altri atomi con maggior probabilità.

    L’uranio viene immesso nell’impianto sotto forma di pastiglie, barrette o palline di dimensioni piccole anche se sono esistiti reattori con combustibile liquido.

     

    IL REATTORE NUCLEARE

    Il combustibile è ovviamente uno dei principali componenti del nocciolo del reattore, ma non l’unico. Infatti, in un reattore nucleare sono presenti, quali principali (ma non unici) elementi, anche il moderatore della reazione, la guaina protettiva ed il fluido refrigerante.

    Moderatore

    Rallenta i neutroni generati dalla reazione in modo che essi possano essere assorbiti dall’uranio 235 e dare quindi vita ad una nuova reazione di fissione. La moderazione avviene in maniera rapida e in spazi brevi.

    Il moderatore può essere sia liquido (acqua leggera, acqua pesante, fluidi organici), sia solido (grafitegrafite
    Una delle forme in cui si può presentare il carbonio elementare (l’altra è il diamante). La grafite ha origine comune al carbone perché nasce da roccia sedimentaria che nel corso delle ere geologiche è stata sottoposta a trasformazioni chimico-fisiche. Essa, infatti, rappresenta il livello più spinto di carbonizzazione. La grafite non trova applicazioni energetiche, ma in ambito industriale viene impiegata per la produzione di lubrificanti e come elettrodo nei forni metallurgici in virtù delle sue elevate temperature di fusione. La grafite ha buone proprietà di conduzione elettrica.
    ), ma non gassoso a causa del fatto che i gas hanno una densità molto bassa e questo riduce la probabilità che le particelle si scontrino. Inoltre il moderatore è costituito da atomi leggeri e più precisamente con dimensioni caratteristiche simili a quelle dei neutroni in modo tale da effettivamente rallentarli con l’urto.

    Il caso più comune vede l’acqua leggera come moderatore e l’uranio 235 come combustibile. Ma l’idrogeno presente nell’acqua ha il difetto di assorbire una certa quantità di neutroni e questo richiede che l’uranio venga arricchito.

    Guaina protettiva

    Ha il compito di mantenere i prodotti della reazione all’interno dell’elemento di combustibile. Solitamente si tratta di una guaina metallica.

    Fluido refrigerante

    Ha il duplice compito di asportare il calore generato dalla reazione (e quindi trasferirlo al ciclo di potenzapotenza
    Grandezza data dal rapporto tra il lavoro (sviluppato o assorbito) e il tempo impiegato a compierlo. Indica la rapidità con cui una forza compie lavoro. Nel Sistema Internazionale si misura in watt (W).
    ) e di mantenere alla temperatura voluta tutte le parti del nocciolo. In alcuni casi coincide con il moderatore (acqua) mentre in altri casi può essere liquido in cambio di fase oppure gas (in questo caso il moderatore sarà nella maggior parte dei casi solido).

     

    SCHEMA DI IMPIANTO

    Le centrali nucleari hanno uno schema di funzionamento del tutto simile a quelle di una classica centrale a vaporecentrale a vapore
    Impianto per la produzione di energia elettrica a partire dalla combustione di fossili o biomassa. Il calore derivante dalla combustione, infatti, serve a trasformare acqua liquida in vapore. Il vapore successivamente espande in turbina e mette in moto un generatore elettrico per la produzione di elettricità.
    . La differenza sta nel modo in cui viene generato il calore. Infatti nelle centrali nucleari non ci sono i generatori di vapore classici, ma il vapore viene generato utilizzando il calore messo a disposizione dalla reazione nucleare. Il ciclo di potenza prevede esattamente gli stessi componenti del ciclo a vapore: turbina a vaporeturbina a vapore
    La turbina è il componente di una centrale termoelettrica dove l’energia termodinamica del vapore viene convertita in lavoro meccanico. Il vapore, infatti, esercita un lavoro sulle pareti dei condotti, man mano che diminuisce la sua pressione, cioè man mano che si espande. Questo lavoro, mette in rotazione un albero motore collegato ad un generatore elettrico.
    , condensatori e torri di raffreddamento (imponenti nel caso delle centrali nucleari a causa delle enormi potenze da smaltire), e preriscaldatori.

    A seconda del tipo di reattore esistono in commercio diversi tipi di impianto, secondo una classificazione molto complessa. Le due tipologie principali sono:

    • BWR (boiling water reactor): L’acqua svolge il compito di moderatore, di refrigerante e di fluido di lavoro nel ciclo di potenza. E’ caratterizzato dalla presenza di un separatore di fase, mentre non c’è il degasatoredegasatore
      Dispositivo che serve ad estrarre i gas incondensabili presenti nell’acqua che alimenta un ciclo a vapore. I gas incondensabili, infatti, spesso sono dovuti ad infiltrazioni di aria o a fenomeni di dissociazione dell’acqua per effetto termico. Essendo il circuito chiuso si ha un progressivo accumulo di questi gas tale da poter danneggiare i componenti dell’impianto.
      perché il fluido che circola è radioattivo e quindi non si può immettere in atmosfera.

    Energia Nucleare

    • PWR (pressurized water reactor): Ci sono due fluidi separati. L’acqua primaria svolge la funzione di moderatore e refrigerante, mentre l’acqua secondaria è il fluido di lavoro nel ciclo di potenza. C’è quindi uno scambiatore di calorescambiatore di calore
      Dispositivo in cui si realizza uno scambio termico tra due fluidi a temperatura diversa che possono essere separati oppure miscelati. Esistono diverse tipologie di scambiatori, tutte ottimizzate per rendere efficiente il trasferimento di calore attraverso particolari accorgimenti progettuali (per esempio disposizione dei tubi, corrugamento delle superfici dei flussi, ecc..).
      che permette di trasferire l’energia contenuta nel fluido primario al fluido secondario che evapora. La peculiarità di questo impianto è la presenza del pressurizzatore che ha il compito di mantenere il circuito primario ad una pressione costante per motivi di sicurezza. Infatti basterebbero piccole variazioni di volume specificovolume specifico
      Grandezza definita come il rapporto tra il volume di un corpo e la sua massa. Nel sistema internazionale si misura in m3/kg.
      (che nei liquidi è circa costante) per avere grandissime variazioni di pressione con conseguenze negative sulla sicurezza dell’impianto. In questo caso è presente il degasatore perché il fluido di potenza non è radioattivo.

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    • Reattori a gas: Sono caratterizzati dal fatto che il fluido refrigerante è un gas. I gas impiegati sono tipicamente la CO2CO2
      Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell’atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).
      e l’ElioElio
      Gas incolore, inodore e non tossico impiegato nell’industria come gas inerte in virtù del fatto che è l’elemento chimico meno reattivo. È il secondo elemento più diffuso nell’universo, dopo l’idrogeno.
      a seconda della tipologia di impianto. La CO2 ha caratteristiche fisiche molto buone anche se ha il difetto di decomporsi ad elevate temperature facendo nascere così instabilità termiche. L’elio è un gas nobile e quindi non ha problemi di decomposizione ma è utilizzato solo negli impianti di ultima generazione. Il gas migliore sarebbe l’idrogeno (per caratteristiche fisiche), ma non si usa perché è esplosivo, infiammabile e assorbe i neutroni.

    Energia Nucleare

     

    RADIOATTIVITA’

    Una delle questioni che stanno più a cuore alle persone quando si parla di energia nucleare è senza alcun dubbio quella relativa alla radioattività presente nelle centrali nucleari stesse.

    Va innanzitutto precisato che esistono diversi tipi di radiazioniradiazioni
    Termine generico utilizzato per indicare fenomeni di trasporto dell’energia. Le radiazioni sono onde elettromagnetiche che possono essere caratterizzate da una determinata lunghezza d’onda a seconda della sorgente che le genera. La radiazione visibile, per esempio, è costituita da onde elettromagnetiche che percepiamo sotto forma di luce e che associamo a colori diversi. I raggi X, invece, sono radiazioni di minore lunghezza d’onda emesse da elettroni molto veloci che decelerano bruscamente urtando contro un bersaglio metallico. Sono radiazioni molto penetranti utilizzate in diagnosi medica e in molte altre situazioni in cui occorre “vedere” all’interno di oggetti chiusi.
    con caratteristiche molto diverse. Per poterle paragonare è necessario quindi tenere in considerazione diversi parametri al fine di ricavare una dose equivalente e quindi paragonabile: la diversa qualità delle radiazioni (ad esempio i raggi gamma hanno un potere di penetrazione superiore rispetto alle radiazioni alfa), gli organi che possono essere colpiti (i più sensibili sono quelli predisposti alla formazione del sangue) e l’intensità di dose assorbita (una dose più intensa assorbita per poco tempo è più dannosa di una meno intensa assorbita per più tempo).

     

    Le radiazioni alfa

    Sono nuclei di elio che cedono la loro energia in brevissimi percorsi. Hanno una capacità di penetrazione in aria di circa 80-100 mm e per dimezzarne l’intensità è sufficiente un foglio di alluminio di 0.01 mm o più semplicemente la pelle umana. Si evince quindi che tali radiazioni sono potenzialmente molto pericolose solo se inalate o ingerite.

    Le radiazioni beta

    Sono nuclei in cui si verifica la conversione di un neutroneneutrone
    Particella non dotata di carica elettrica presente, insieme ai protoni, nel nucleo degli atomi. La massa del neutrone è il 10 % maggiore di quella del protone. In un elemento chimico, a differenza dei protoni, il numero di neutroni può variare, dando luogo agli isotopi.
    in protoneprotone
    Particella di carica positiva che, insieme ai neutroni, costituisce il nucleo degli atomi. Ha una massa 1836 volte più grande di quelle dell’elettrone, ma carica opposta.
    . Si tratta quindi di elettroni con elevata energia cineticaenergia cinetica
    Energia di movimento, ovvero l’energia che un corpo possiede in virtù del fatto che si sta muovendo. La massa d’acqua di una cascata possiede energia cinetica, per esempio. Un corpo di massa M, infatti, muovendosi a velocità V, ha in sé la capacità di compiere un lavoro, ovvero di ‘far muovere’ qualcos’altro mentre cade o si muove. L’energia cinetica è data dall’espressione: Ec=1/2 x M x V2.
    non più legati ad un atomo e che hanno un potere penetrante maggiore rispetto alle radiazioni alfa e l’intensità può essere dimezzata frapponendo un foglio di alluminio di circa 1 mm.

    Le radiazioni gamma

    Sono certamente le più conosciute nonché le più pericolose. Hanno un potere penetrante estremamente elevato e possono essere responsabili di gravi danni.

     

    Ma che danni provocano le radiazioni?

    In generale non è facile stabilire i danni arrecati dalle radiazioni in riferimento ad una certa dose equivalente. Ad ogni modo esiste un legame tra rischio e dose equivalente assorbita. Per dosi basse il rischio è basso ed eventualmente gli effetti sarebbero “stocastici”: la cellula colpita può subire una modifica ma non viene uccisa. Tali effetti possono però emergere anche molto tempo dopo. Per dosi più elevate il rischio diventa sempre più elevato fino a raggiungere un massimo che resta poi costante a prescindere dalla dose assorbita. In questo caso si possono avere i così detti effetti “deterministici” in cui avviene la morte della cellula. Se la dose è molto elevata il funzionamento dell’organo colpito può essere messo in pericolo.

    Le radiazioni delle centrali nucleari sono pericolose?

    La quantità di radiazioni emesse da una centrale nel suo normale funzionamento è notevolmente inferiore alle radiazioni naturali a cui siamo sottoposti ogni giorno. Il caso più eclatante è quello delle radiografie mediche, seppure con esposizione molto breve, ma esistono altre situazioni comuni: prendere il sole in spiaggia (specie se in Brasile), farsi le lampade nei centri di benessere, prendere l’aereo… A questo va poi aggiunta la quantità di radiazione proveniente da radonradon
    Gas inerte e radioattivo di origine naturale prodotto dal decadimento dell’uranio e del torio, che si trovano in moltissimi materiali, in quantità variabile, soprattutto nelle rocce. Questo elemento chimico è presente fin dalle origini della Terra, in tutta la crosta terrestre e quindi anche nei materiali da costruzione che da questa derivano (cementi, tufi, laterizi, pozzolane, graniti, ecc.). Il radon è responsabile della radioattività nell’aria poiché, essendo gassoso, “evapora” e riesce a diffondersi nell’aria.
    presente sulla terra. Diverso è invece il caso in cui nelle centrali nucleari ci sia un incidente che porti all’emissioneemissione
    Qualsiasi sostanza solida, liquida o gassosa introdotta nell’atmosfera a seguito di processi naturali o antropogenici, che produce direttamente o indirettamente un impatto sull’ambiente.
    in atmosfera di sostanze molto radioattive (scorie, ma non solo). Si capisce quindi immediatamente quanto l’aspetto della sicurezza sia fondamentale negli impianti di generazione da nucleare.

     

    ASPETTI SULLA SICUREZZA

    In generale gli incidenti possono essere di due tipi: interni (malfunzionamento o rottura dell’impianto) ed esterni (eventi naturali). Specificamente per le centrali nucleari esiste poi anche il problema che durante lo spegnimento del reattore viene comunque prodotta una frazione di potenza (pari a circa il 6%) a causa delle emissioni radioattive dei prodotti di fissione. In prima istanza quindi questo rende indispensabile la presenza costante del fluido refrigerante (per asportare la potenza residua).

    Ad oggi la progettazione di una centrale nuclearecentrale nucleare
    Le centrali nucleari hanno uno schema di funzionamento del tutto simile a quelle di una classica centrale a vapore. La differenza sta nel modo in cui viene generato il calore. Infatti nelle centrali nucleari non ci sono i generatori di vapore classici, ma il vapore viene generato utilizzando il calore messo a disposizione dalla reazione nucleare di fissione. Questa consiste in una reazione a catena nella quale alcuni atomi colpiti da neutroni si dividono in atomi più leggeri dando origine ad altri neutroni che colpiscono altri atomi,ecc… liberando un enorme quantitativo di energia secondo il principio di Einstein. Le centrali nucleari che sfruttano la fusione sono ancora in fase di studio.
    tiene in grande considerazione l’aspetto di sicurezza. Infatti i principi di progettazione devono basarsi su quanto dettato da una apposito ente legislativo per la sicurezza nucleare.

    Le regole fondamentali per una buona progettazione sono:

    • Una corretta scelta del sito;
    • Un buon progetto di impianto (impiegare processi il meno pericolosi possibile);
    • Un continuo e preciso controllo della qualità dei materiali e dei prodotti unito a tassative regole comportamentali;
    • Un buon sistema di protezione Gli impianti nucleari, ed in particolare quelli di ultima generazione, sono statisticamente i sistemi più sicuri nell’ambito della produzione di energia elettricaenergia elettrica
      Forma di energia ottenibile dalla trasformazione di altre forme di energia primaria (combustibili fossili o rinnovabili) attraverso tecnologie e processi di carattere termodinamico (ovvero che coinvolgono scambi di calore) che avvengono nelle centrali elettriche. La sua qualità principale sta nel fatto che è facilmente trasportabile e direttamente utilizzabile dai consumatori finali. Si misura in Wh (wattora), e corrisponde all’energia prodotta in 1 ora da una macchina che ha una potenza di 1 W.
      . Infatti il numero di morti per TWh prodotti è molto inferiore rispetto alle centrali convenzionali (carbonecarbone
      Il carbone è una roccia sedimentaria composta prevalentemente da carbonio, idrogeno e ossigeno. La sua origine, risalente a circa 300 milioni di anni fa, deriva dal deposito e dalla stratificazione di vegetali preistorici originariamente accumulatisi nelle paludi. Questo materiale organico nel corso delle ere geologiche ha subito delle trasformazioni chimico-fisiche sotto alte temperature e pressioni. Attraverso il lungo processo di carbonizzazione questo fossile può evolvere dallo stato di torba a quello di antracite, assumendo differenti caratteristiche che ne determinano il campo d’impiego.
      I carboni di formazione relativamente più recente (ovvero di basso rango) sono caratterizzati da un’elevata umidità e da un minore contenuto di carbonio, quindi sono ‘energeticamente’ più poveri, mentre quelli di rango più elevato hanno al contrario umidità minore e maggiore contenuto di carbonio.
      e gas) o centrali idroelettriche.

     

    Le famigerate scorie

    La questione più delicata quando si parla di centrali nucleari è certamente quella delle scorie radioattive. Su questo argomento c’è poca conoscenza ed è quindi indispensabile fare un po’ di chiarezza. Il combustibile (uranio come già detto) ha un ciclo di vita piuttosto lungo, grazie alla grande quantità di energia generata. Tuttavia, una volta esaurito, questo presenta dei prodotti di fissione molto radioattivi che devono essere necessariamente smaltiti. Il combustibile può essere anche riprocessato mediante appositi trattamenti e quindi parzialmente riutilizzato (ciclo chiuso del combustibile). In questo caso le scorie da smaltire sono una quantità piccolissima: pochi metri cubi all’anno per una centrale di grande taglia. In caso contrario (ciclo aperto del combustibile) il combustibile viene depositato direttamente senza essere riprocessato. La quantità di scorie da smaltire è certamente molto maggiore rispetto al caso precedente, ma comunque piccola.

    I prodotti di fissione più radioattivi hanno tempi di dimezzamento (tempo in cui l’intensità viene ridotta alla metà) brevi, mentre quelli meno pericolosi (ma comunque radioattivi) hanno tempi di dimezzamento molto lunghi.

    La soluzione maggiormente utilizzata per lo smaltimento delle scorie è quella di contenerle in un apposito edificio limitrofo alla centrale per i primi tempi in modo da ridurne fortemente l’intensità (stoccaggiostoccaggio
    Attività di raccolta e deposito di una determinata risorsa.
    temporaneo) e successivamente, soprattutto per quelli che hanno tempi di decadimento molto lunghi, trasportarle in luoghi appositi (tipicamente miniere abbandonate) e tenerli sotto controllo fino a quando questi non perdano la loro radio attività (controllo storico oppure geologico). La cosa fondamentale è che le scorie vengano sistemate in contenitori tali da impedirne il contatto con l’ambiente in modo da evitare ogni possibilità di contaminazione.

     

    VANTAGGI

    • Non ci sono emissioni inquinanti (zolfo, azotoazoto
      Elemento chimico costituente il 78% dell’aria in volume. L’uso commerciale più diffuso dell’azoto è nella produzione di ammoniaca, sostanza costituente dei fertilizzanti. L’azoto liquido è impiegato anche come refrigerante per il trasporto di alimenti.
      , monossido di carboniocarbonio
      Elemento chimico costituente fondamentale degli organismi vegetali e animali. È alla base della chimica organica, detta anche chimica del carbonio: sono noti più di un milione di composti del carbonio. È molto diffuso in natura, ma non è abbondante: è presente nella crosta terrestre nella percentuale dello 0,08% circa, e nell’atmosfera prevalentemente come monossido (CO) e biossido (CO2) di carbonio (anidride carbonica). Allo stato di elemento si presenta in due differenti forme cristalline: grafite e diamante.
      );
    • Non ci sono emissioni di gas promotori dell’effetto serraeffetto serra
      Fenomeno fisico per cui alcuni gas contenuti nell’atmosfera (anidride carbonica, vapore acqueo, metano, ecc..) intrappolano il calore proveniente dal sole facendo in modo che la temperatura media sulla Terra permetta la vita delle varie specie. Il meccanismo è simile a quello che avviene in una serra, da cui il nome. Tuttavia l’aumento e, dunque, la situazione di squilibrio della concentrazione di tali gas è causa di un eccessivo riscaldamento della superficie del pianeta con conseguenze anche pesanti sugli ecosistemi, su scala globale.
      (anidride carbonica anidride carbonica
      (CO2)
      Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell’atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).e metanometano
      Idrocarburo che rappresenta il costituente principale del gas naturale.
      );
    • Il costo di produzione è competitivo se non inferiore rispetto a quelli delle centrali a gas o a carbone. Questo tenendo anche in considerazione le spese per lo stoccaggio delle scorie e del decommissioningdecommissioning
      Attività multidisciplinare che si applica agli impianti in fase di demolizione, rinnovamento o costruzione. L’obiettivo principale è la bonifica della zona di edificazione della centrale nucleare attraverso lo smaltimento del combustibile irraggiato e delle scorie di lavorazione e successivo stoccaggio.
      della centrale ed il fatto che nelle centrali nucleari ha una rilevanza enorme il costo di investimento mentre è quasi trascurabile quella del combustibile.

     

    SVANTAGGI

    • Ostracismo sociale;
    • Mancanza di certezze autorizzative per un lungo periodo (una centrale nucleare ha una vita utile di circa 60 anni);
    • Rischio finanziario degli investitori. Come già accennato, il costo di investimento del nucleare ha una grande incidenza sul costo di produzione. Investire sul nucleare significa investire a lungo termine e questo spesso scoraggia gli investitori stessi.

     

     

    Per approfondire:

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