6 (6 x 1, ) + (6 x 1, ) + (6 x 5, x 10-4 ) = u.m.a.

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1 l energia di massa: una conseguenza della relatività di Einstein E = m c 2 m p = 1, x Kg = 1, u.m.a. m n = 1, x Kg = 1, u.m.a m e = 9, x Kg = 5, x 10-4 u.m.a (6 x 1, ) + (6 x 1, ) + (6 x 5, x 10-4 ) = u.m.a. invece la massa del C è u.m.a. DIFETTO DI MASSA dovuto al fatto che il nucleo di carbonio è un sistema LEGATO ( )(3 10 ) E = = u.m.a.= x 931 = MeV Per singolo nucleone: E/12 = 7.68 MeV!!"#$%&&"#'# ()

2 *! Interazione a corto raggio ( m): conta il numero di nucleoni vicini, a piccoli A, e la competizione tra effetti di superficie e repulsione coulombiana a grandi A!!"#$%&&"#'# (+

3 l energia di massa: una conseguenza della relatività di Einstein E = m c 2 Nel decadimento è andata perduta un po di energia di massa! m U c 2 > m He c 2 + m Th c 2 I protoni e i neutroni ci sono ancora tutti, ma nell uranio avevano minore energia di legame che nel torio e nell elio m He = 4, uma m Th = 234, uma m U = 238, uma E E = (m 2 U - m Th m He ) c = uma c 2 = 4.27 MeV!!"#$%&&"#'# (,

4 *! Se un atomo molto pesante si divide in due più leggeri e più stabili, libera energia: FISSIONE Se due atomi leggeri si uniscono a formarne uno più pesante e più stabile, liberano energia: FUSIONE!!"#$%&&"#'# ((

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6 - %$$8<) 7H<I=#J'#!'; BE(U-236) = 236 x 7.5 MeV = 1770 MeV BE(Kr-90 + Ba-143) = (90 x 8.8) + (143 x 8.4) = = 1993 MeV ENERGIA LIBERATA NELLA FISSIONE = K1'!#'5/$//0 /LLL J1'9#$/50 0 /%#'#/<)M Si può innescare reazione a catena: la presenza di U-238 che assorbe i neutroni senza fissionarsi lo impedisce: controllo del rapporto relativo di U-235 e U-238 è cruciale!!!"#$%&&"#'# H

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

8 - $#!#0 '#/%#'#!#&/'&''/!1$$.1!#/'%#%1#/#>#/=&"./'%/'/&/'0 55#/.&#$#4 #!/$$2#%/5'/&/0 1'=&"5''/1'5!&/0 $0 '#/'#>>/%/$!0 &"1P!!!&$%/%?/0?%0 '/$/'#&//#!>#$0 '&/'.#'/&/'&0 #0 5'#&##'%1&'%/$.1!#/'=0!/$//&/0 /70 Q!;#&&/$#*/$10 # Energia di attivazione: 0,05 MeV T = 2 x K 1,7 MeV m D = uma m T = uma m alfa = 4,00260 uma m n = 1, uma m D + m T = = uma = MeV m alfa + m n = 4, , = uma = MeV D+T = alfa + neutrone + 17 MeV, particella alfa porta 3 MeV, neutrone porta 14 MeV.!!"#$%&&"#'# H

9 J- - - Attualmente nel mondo si contano 433 reattori n funzione, a cui si aggiungono i 65 in costruzione. Reattori nucleari sono presenti in 31 paesi di 4 diversi continenti. Nel 2008 la produzione mondiale di elettricità da fonte nucleare era pari al 13,5% del totale (il 21,1% nei trenta paesi dell'ocse e il 24,9% in Europa). Nell'Unione europea l'energia nucleare si attesta stabilmente come la seconda fonte nell'elettrogenerazione, producendo nel 2008 il 27,8% dell'energia elettrica complessiva, poco al di sotto del carbone (937 TWh contro 940 TWh). Alcuni Stati hanno annunciato in passato piani per disattivare la loro intera capacità elettro-nucleare. Segnatamente, il Parlamento svedese nel 1980, dopo un referendum popolare non vincolante, quello olandese nel 1994, quello tedesco nel 2002, quello belga nel 2003 e quello spagnolo nel 2008 votarono a favore dell'abbandono di tale tecnologia (da completarsi rispettivamente nel 2010, 2003, 2027, 2025 e 2028) L Italia ha definitivamente rinunciato all energia nucleare dopo due referendum popolari (1987 e 2011). Le centrali termonucleari italiane erano 4 (Latina, Garigliano, Trino e Caorso) e sono state smantellate tra il 1982 e il 1990.!!"#$%&&"#'# H<

10 - I reattori nucleari sono basati sulla reazione di fissione nucleare a catena indotta da neutroni nell uranio-235 e nel plutonio-239. Da questa reazione si sviluppano notevoli quantità di calore, che è utilizzato per produrre (direttamente o indirettamente) vapore e, attraverso l espansione di questo nelle turbine di un gruppo turbo-alternatore, energia elettrica.!!"#$%&&"#'# HI

11 - - In alcuni reattori non c è scambiatore, ma l acqua di moderazione (contaminata) entra direttamente nella turbina 1. Meccanismo di controllo 2. Barre di controllo: in Boro, assorbono i neutroni termici e modulano la velocità della reazione 3. Edificio del reattore: muro di calcestruzzo armato di grande spessore, rivestito internamente di acciaio 4. Contenitore del nocciolo 5. Moderatore di grafite: rallenta i neutroni termici da alcuni MeV a meno di 1 ev, dove la sezione d urto per la fissione è più grande 6. Barre di combustibile: barre di uranio arricchito (3% U-235) contenute in una guaina di acciaio inox 7. Condotto gas caldo: CO2 o H2O, scambiatore e moderatore dei neutroni 8. Condensatore 9. Pompa 10. Condotto gas raffreddato: CO2 o H2O, scambiatore e moderatore dei neutroni 11. Circolatore 12. Uscita vapore: 160 bar, 540 C, comparabile a quelle di una centrale a combustibile convenzionale 13. Acqua di raffreddamento!!"#$%&&"#'# H)

12 - 6 le centrali nucleari hanno una efficienza di conversione del calore in energia elettrica variabile dal 30% al 35% della una centrale nucleare "media" da potenza termica sviluppata dai reattori è 1000 MW e necessita all'incirca di 30 convertita in elettricità: una centrale da tonnellate di uranio arricchito all'anno, 1000 MW e ha in genere una produzione di mentre una centrale elettrica a carbone calore di MW t, mentre una da 1000 MW e richiede t di centrale a ciclo combinato a metano ha combustibile fossile rendimenti che raggiungono il 57%. riduce la dipendenza dal petrolio (ricadute economico-politiche) basso impatto inquinante delle emissioni (no CO2) Esaurimento delle scorte nelle miniere attuali previsto tra 20 anni Consumo di acqua (22% dell acqua consumata in tutta la Francia) Smaltimento delle scorie Sicurezza!!"#$%&&"#'# H+

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

14 - - Attualmente in Italia non esistono siti di stoccaggio permanenti o semipermanenti: tutti i rifiuti radioattivi sono fermi presso i siti di produzione in attesa di una soluzione!!"#$%&&"#'# H(

15 67(<H,H; L'incidente ebbe inizio nel circuito di refrigerazione secondario, con il blocco della portata di alimentazione ai generatori di vapore. Questo blocco portò nel circuito primario di raffreddamento del nocciolo ad un considerevole aumento della pressione del refrigerante, causando prima l'apertura di una valvola PORV di rilascio posta sul pressurizzatore e poi lo "SCRAM" (arresto di emergenza del reattore mediante l'inserimento delle barre di controllo). A questo punto la valvola di rilascio non si richiuse e gli operatori non si resero conto del problema, anche perché non vi era nella strumentazione l'indicazione della reale posizione della valvola. Fu così che il circuito di raffreddamento primario si vuotò parzialmente e il calore residuo del nocciolo del reattore non poté essere smaltito. A causa di ciò il nocciolo radioattivo subì gravi danni. L incidente fu classificato come Livello 5 scala INES: incidente con conseguenze significative all'esterno dell'impianto; rilascio all'esterno di materiale radioattivo, in quantità radiologicamente equivalente ai valori compresi tra 100 e 1000 TBq, richiedente una parziale attuazione di pianificate contromisure, con danni gravi al nocciolo del reattore o alle barriere protettive.!!"#$%&&"#'# HH

16 6- V7+IH(+; Nel corso di un test, fu indotto un brusco e incontrollato aumento della potenza (e quindi della temperatura) del nocciolo del reattore n4 della centrale: si determinò la scissione dell'acqua di refrigerazione in idrogeno ed ossigeno a così elevate pressioni da provocare la rottura delle tubazioni del sistema di raffreddamento del reattore. Il contatto dell'idrogeno e della grafite incandescente delle barre di controllo con l'aria, a sua volta, innescò una fortissima esplosione, lo scoperchiamento del reattore ed un vasto incendio dello stesso. Una nube di materiali radioattivi fuoriuscì dal reattore e ricadde su vaste aree intorno alla centrale che furono pesantemente contaminate, rendendo necessaria l'evacuazione e il reinsediamento in altre zone di circa persone. Nubi radioattive raggiunsero anche l'europa, fino anche a porzioni della costa orientale del Nord America. L incidente è stato classificato di Livello 7, il più grave: incidente catastrofico; rilascio all'esterno di un impianto di grandi dimensioni di ingenti quantità di materiale radioattivo (maggiori di 10 PBq equivalenti di iodio-131) in un'area molto vasta con conseguenti effetti acuti sulla salute della popolazione esposta e conseguenze gravi sull'ambiente.!!"#$%&&"#'#

17 6O7<; Il disastro di Fukushima è una serie di quattro distinti incidenti occorsi presso la centrale nucleare a seguito del terremoto e maremoto del Sendai, che hanno portato alla fusione del nocciolo dei reattori 1, 2 e 3 e a danni minori ai reattori 4, 5 e 6. L'acqua dell'onda anomala ha messo fuori uso i sistemi elettrici che governano i sistemi di raffreddamento dei reattori della centrale innescando così la crisi e la successione di eventi occorsi. L'onda di tsunami che ha colpito l'impianto misurava almeno 14 metri di altezza, mentre l'impianto era stato progettato per far fronte al massimo ad onde di 6,5 metri di altezza. A causa dell'aumento di temperatura delle barre d'uranio rimaste scoperte d'acqua il rivestimento esterno in lega metallica "Zircaloy" reagisce con l'acqua a temperatura di circa 1200 C ossidandosi e liberando idrogeno. Questo a contatto con l'ossigeno atmosferico e in proporzioni opportune forma una miscela tonante (esplosiva) basta quindi un innesco per provocarne l'esplosione. Nell'edificio esterno dell'unità 1 l'esplosione è avvenuta in seguito al rilascio controllato del gas/vapore contenuto nel reattore in concomitanza con una forte scossa di assestamento. L incidente è stato inizialmente classificato Livello 4, poi 5 e infine Livello 7.!!"#$%&&"#'#