FISICA ATOMICA E NUCLEARE
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- Gloria Mariani
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1 INDICE Introduzione generale 7 PARTE I Concetti di base 11 Capitolo 1 FISICA ATOMICA E NUCLEARE Atomi e isotopi I radioisotopi e la radioattività I processi di decadimento radioattivo Il decadimento α Il decadimento β Il decadimento γ Serie radioattive Energia di legame nucleare Reazioni di fissione Reazioni di fusione Cenni storici 22 Capitolo 2 DOSIMETRIA E RADIOPROTEZIONE Energia depositata e dose assorbita Esposizione esterna ed interna Dose equivalente e dose efficace Dose individuale e dose collettiva 26 Capitolo 3 IL CICLO DEL COMBUSTIBILE NUCLEARE Tre fasi del ciclo del combustibile L uranio Arricchimento Ritrattamento Domanda e offerta di uranio Armi nucleari come fonte di combustibile Il torio 36 Capitolo 4 RIFIUTI NUCLEARI La gestione dei rifiuti radioattivi La classificazione in Italia 39 1
2 Rifiuti di prima categoria Rifiuti di seconda categoria Rifiuti di terza categoria La classificazione internazionale Very Low Level Waste Low and Intermediate Level Waste - Short Lived Low and Intermediate Level Waste - Long Lived High Level Waste I rifiuti prodotti dal ciclo del combustibile I rifiuti prodotti dal decommissioning I rifiuti radioattivi in Italia 43 Capitolo 5 DECOMMISSIONING La disattivazione degli impianti nucleari Strategie di decommissioning Smantellamento immediato (DECON) Smantellamento differito (SAFESTOR) Incapsulamento (ENTOMB) Fasi del decommissioning Primo stadio (Storage with surveillance) Secondo stadio (Restricted site release) Terzo stadio (Unrestricted site use) Il decommissioning in Italia 51 Capitolo 6 SICUREZZA NUCLEARE Obiettivi della sicurezza nucleare Cenni storici sulla sicurezza nucleare Elementi di sicurezza nucleare Autorità di Sicurezza Nucleare 58 Capitolo 7 GLI INCIDENTI NUCLEARI Three Mile Island negli Stati Uniti (28 marzo 1979) L impianto di Three Mile Island Gli eventi a Three Mile Island Considerazioni e conseguenze a Three Mile Island Chernobyl in Ucraina (26 aprile 1986) L impianto di Chernobyl Gli eventi a Chernobyl Considerazioni e conseguenze a Chernobyl Tokaimura in Giappone (30 settembre 1999) Incidenti nucleari gravi Confronto con incidenti industriali non nucleari Vajont in Italia (11 ottobre 1963) Bhopal in India (2 dicembre 1984) Altri incidenti legati alla produzione elettrica 70 2
3 PARTE II Applicazioni delle reazioni nucleari 73 Capitolo 8 APPLICAZIONI DELLA RADIOATTIVITÀ IN MEDICINA NUCLEARE Considerazioni generali Radioterapia Boroterapia con neutroni - BNCT Radiodiagnostica Radiografia Tomografia Assiale Computerizzata - TAC Tomografia Computerizzata - TC Scintigrafia Angiografia Mammografia Mineralometria Ossea Computerizzata - MOC Teleradiografia Radioscopia Risonanza Magnetica Nucleare - RMN Tomografia a Emissione di Positroni - PET Tomografia Computerizzata a Emissione Singola di Fotoni-SPECT 84 Capitolo 9 ALTRE APPLICAZIONI DELLA RADIOATTIVITÀ Considerazioni generali Le applicazioni industriali Le applicazioni nel campo della sterilizzazione Le applicazioni agrobiologiche e agroalimentare Le applicazioni ambientali Le applicazioni in archeologia, antropologia e datazione Le applicazioni in geologia e prospezione mineraria Le applicazioni nel campo della sicurezza Le applicazioni nel campo della ricerca scientifica e tecnologica 90 Capitolo 10 IMPIEGHI SPAZIALI DELL ENERGIA NUCLEARE Considerazioni generali Propulsori nucleari spaziali Generatori termoelettrici a radioisotopi Reattori nucleari spaziali 95 Capitolo 11 IMPIEGHI MARINI DEI REATTORI NUCLEARI Considerazioni generali Vantaggi e svantaggi della propulsione nucleare Sottomarini Incrociatori e portaerei Propulsione nucleare navale in Italia Navi rompighiaccio e propulsione nucleare civile 101 3
4 Capitolo 12 ALTRI IMPIEGHI NON ELETTRICI DEI REATTORI NUCLEARI Reattori nucleari di ricerca Reattori nucleari per la cogenerazione Reattori nucleari per la desalinizzazione Reattori nucleari per la produzione di idrogeno 106 Capitolo 13 IMPIEGHI MILITARI DELL ENERGIA NUCLEARE Ordigni nucleari Tecnologie per armi nucleari Il Trattato di Non Proliferazione - TNP 110 PARTE III Sistemi nucleari per produzione elettrica 113 Capitolo 14 REATTORI NUCLEARI A FISSIONE Considerazioni generali Quattro generazioni di reattori nucleari Componenti dei reattori nucleari Isola convenzionale Isola nucleare Filiere di reattori nucleari 125 Capitolo 15 REATTORI NUCLEARI DI I E II GENERAZIONE Reattore ad acqua in pressione - PWR Reattore ad acqua bollente - BWR Reattore ad acqua leggera - LWR Reattore ad acqua pesante - HWR Reattore a gas - GCR Reattore avanzato a gas - AGR Reattore a gas ad alta temperatura - HTGR Reattore veloce autofertilizzante - FBR 133 Capitolo 16 REATTORI NUCLEARI DI III GENERAZIONE Principali reattori GEN-III La sicurezza degli impianti GEN-III Reattore ad acqua in pressione europeo - EPR Aspetti sulla competitività economica nel progetto EPR Aspetti sulla sicurezza nel progetto EPR Componenti dell impianto EPR Reattore ad acqua in pressione avanzato - AP Reattore ad acqua in pressione - System Reattore ad acqua bollente avanzato - ABWR Reattore ad acqua bollente semplificatoeconomico - ESBWR Reattore ad acqua bollente - SWR Reattore ad acqua bollente BWR Reattore CANDU avanzato - ACR 152 4
5 Reattore ad acqua pesante avanzato - AHWR Reattore internazionale, innovativo e sicuro - IRIS Reattore modulare a letto di sfere - PBMR Reattore multifunzione avanzato a sicurezza intrinseca - MARS 154 Capitolo 17 REATTORI NUCLEARI DI IV GENERAZIONE Requisiti base del programma internazionale GEN-IV Sostenibilità Sicurezza ed affidabilità Economicità Reattore veloce a gas - GFR Reattore veloce a piombo - LFR Reattore a sale fuso - MSR Reattore veloce a sodio - SFR Reattore a vapore supercritico - SCWR Reattore a gas ad altissima temperatura - VHTR Dati essenziali dei sistemi GEN-IV Programma internazionale INPRO 166 Capitolo 18 REATTORI NUCLEARI DI PROGETTO RUSSO Reattori del tipo RBMK, VVER e BN Reattore a canali refrigerato ad acqua bollente - RBMK Reattore refrigerato e moderato con acquain pressione - VVER Reattore veloce refrigerato a sodio - BN Assistenza occidentale 175 Capitolo 19 REATTORI NUCLEARI SOTTOCRITICI Caratteristiche degli Accelerator Driven System - ADS Sistemi sottocritici per la distruzione dei rifiuti nucleari Programmi di ricerca nazionali e internazionali 182 Capitolo 20 REATTORI A FUSIONE Energia da fusione Vantaggi dell energia da fusione Obiettivi da raggiungere con la realizzazione di un reattore a fusione Energia da fusione inerziale - IFE Energia da fusione magnetica - MFE Componenti principali di un reattore a fusione a confinamento magnetico Programmi di ricerca nazionali e internazionali 193 PARTE IV Situazione energetica e nucleare in Italia e nel mondo 199 Capitolo 21 LA SITUAZIONE ENERGETICA ITALIANA 201 5
6 Il mix energetico in Italia Prezzo dell energia elettrica in Europa Sicurezza negli approvvigionamenti Capacità produttiva contro il rischio blackout Emissioni di gas serra Importazioni di energia elettrica Opzione nucleare 207 Capitolo 22 LA SITUAZIONE NUCLEARE ITALIANA Competenze nel settore nucleare Il referendum del Le centrali nucleari in Italia Centrale di Latina Centrale del Garigliano Centrale di Trino Centrale di Caorso Alcuni progetti nucleari mai completati in Italia Centrale di Montalto di Castro Reattore nucleare CIRENE a Latina Reattore nucleare PUN Gli impianti del ciclo del combustibile in Italia Impianto FN Impianto EUREX Impianti OPEC e IPU Impianto ITREC I reattori di ricerca in Italia Il deposito nazionale 221 Capitolo 23 LA SITUAZIONE NUCLEARE NEL MONDO Potenza elettrica installata e generata Fattori che hanno rallentato l espansione dell energia nucleare Rinnovato interesse per l energia nucleare Espansione dell energia elettro-nucleare Il nucleare in Asia Il nucleare nei nuovi Stati indipendenti Il nucleare in America Il nucleare in Europa Il nucleare in Africa 234 Glossario 241 Appendice 1: Lista degli acronimi in ordine alfabetico 255 Appendice 2: Lista degli acronimi in ordine per categorie 263 Appendice 3: Reattori nucleari esistenti nel mondo (IAEA 2006) 270 Indice Analitico 287 6
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