APPUNTI DI TECNOLOGIA

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1 APPUNTI DI TECNOLOGIA ENERGIA NUCLEARE Fissione nucleare Fusione nucleare Centrali nucleari Vantaggi - Svantaggi Produzione DOWNLOAD MAPPA CONCETTUALE NOTA dell autore Prof. Danilo Eandi, docente di Tecnologia presso la scuola Secondaria di Primo Grado Sacco-Boetto-Paglieri di Fossano (CN): Gli "Appunti di tecnologia" sono un supporto di lavoro per i miei alunni e per i ragazzi e gli insegnanti che ne vorranno usufruire. Le presentazioni non sono in commercio e possono essere scaricate liberamente dal sito Contatti: da80ea@gmail.com ULTIMO AGGIORNAMENTO: 14/03/

2 EN. NUCLEARE: FISSIONE NUCLEARE La fissione o scissione nucleare consiste nella divisione di un atomo pesante in atomi più leggeri. Nello specifico un atomo di Uranio (U 235 )* viene bombardato da un neutrone dividendosi in due atomi leggeri, bario (Ba 137 ) e cripto (Kr 84 ) come scorie radioattive, rilasciando due o tre neutroni (che innescheranno la reazione a catena) e generando energia nucleare sotto forma di calore, secondo la formula di Albert Einstein E = mc 2 dove E: energia nucleare prodotta dalla fissione nucleare (calore); m: differenza di massa tra U 235 e la somma di Ba 137 e Kr 84 e n.2 neutroni; (137+84) = 14 (differenza di massa); c 2 : velocità della luce al quadrato, Km/sec (costante). Un grammo di U 235 sprigiona un'energia equivalente a quella che si ottiene bruciando 20 quintali di petrolio! 02

3 EN. NUCLEARE: FUSIONE NUCLEARE La fusione nucleare consiste nell'unione di due atomi leggeri (isotopi* dell'idrogeno H) per formare un atomo pesante. Nello specifico gli atomi di deuterio (D o H 2 ) e trizio (T o H 3 ) si uniscono grazie a temperature elevate (come nel sole, milioni di gradi) formando un atomo pesante l'elio (He 4 ), un neutrone ed energia nucleare L' H è l'elemento più diffuso in natura sotto forma di calore, secondo la formula di Albert Einstein E = mc 2 dove E: energia nucleare prodotta dalla fusione nucleare (calore); m: differenza di massa tra la somma del Deuterio e Trizio e la somma dell'elio e n.1 neutroni; c 2 : velocità della luce al quadrato, Km/sec. (costante) L'energia prodotta dalla fusione nucleare è 10 volte superiore a quella prodotta dalla fissione nucleare! 03

4 EN. NUCLEARE: CENTRALI NUCLEARI A FUSIONE La difficoltà nel generare energia nucleare dalla fusione nucleare deriva dal fatto che per far avvenire la fusione tra il Deuterio ed il Trizio sono necessarie temperature elevate come sul sole (milioni di gradi). In via sperimentale è stato realizzato un reattore, il Tokamak, nel quale avviene la fusione nucleare. Le alte temperature generate ed in parte utili per proseguire la fusione vengono confinate in un campo magnetico.parte del calore prodotto dalla reazione, viene invece ceduto a uno scambiatore (come avviene nelle centrali nucleari convenzionali) dove si produce il vapore che viene inviato, attraverso delle condotte, alle turbine e successivamente al condensatore; l'alternatore poi produce l'energia elettrica che viene immessa in rete. 04

5 EN. NUCLEARE: CENTRALI A FISSIONE Una centrale nucleare tradizionale funziona con il processo di fissione nucleare. Il suo funzionamento può essere schematizzato nel seguente modo. 05

6 EN. NUCLEARE: CENTRALI A FISSIONE Nelle centrali nucleari il combustibile impiegato è l'u 235 che si presenta come delle piccole pastiglie tipo pellets. Viene definito per convenzione "combustibile" per l'alto calore che si genera dalla fissione nucleare, ma non avviene nessuna combustione. Nel nocciolo, riempito di acqua, vengono inserite le pastiglie di uranio e qui avviene la fissione nucleare (reazione a catena). Per controllare la reazione di fissione (evitare la produzione di temperature troppo elevate che potrebbero far esplodere la centrale o fondere il nocciolo) vengono usate delle barre di controllo in cadmio che catturano i neutroni sprigionati dalla reazione. Il calore prodotto riscalda l'acqua del nocciolo generando vapore che viene inviato, attraverso delle condotte, alle turbine e successivamente al condensatore; l'alternatore poi produce l'energia elettrica. 06

7 EN. NUCLEARE: CENTRALI A FISSIONE Dalla fissione nucleare si generano delle scorie radioattive che rimangono pericolose per l'uomo per circa anni, il Cripto (gassoso) ed il Bario (solido). Particolare attenzione viene quindi riposta nel loro stoccaggio e smaltimento. I siti più idonei sarebbero delle cavità nel sottosuolo in zone geologicamente stabili. La tecnologia attualmente a disposizione ne permette l'isolamento in appositi contenitori sigillati e chiusi in camere di contenimento, realizzate principalmente in cemento, a m di profondità. I principali centri di stoccaggio europei sono: Le Hague (Francia) Sellafield (Gran Bretagna) Oskarshamn (Svezia) Olkiluoto (Finlandia) In tutto il mondo è stato però identificato soltanto un sito "sicuro" per ospitare in profondità le scorie (deposito geologico) per migliaia di anni. Si trova in una zona desertica nel New Mexico (Usa), 07

8 EN. NUCLEARE: VANTAGGI - SVANTAGGI VANTAGGI Riduzione costo energia elettrica Non inquina (no emissioni CO2) Ottima produzione di energia elettrica SVANTAGGI Fonte esauribile (uranio) Produzione e smaltimento di scorie radioattive Costi realizzazione centrali elevati e tempi molto lunghi (20 anni) Le trasformazioni energetiche che si verificano in una centrale nucleare a fissione possono essere così sintetizzate: EN. NUCLEARE (uranio) EN. TERMICA (calore) EN. CINETICA (vapore) EN. ELETTRICA (alternatore) EN. MECCANICA (turbina a vapore) 08

9 EN. NUCLEARE: PRODUZIONE Secondo i dati del 2008 le centrali nucleari hanno fornito circa il 13% dell'energia elettrica mondiale (25% in Europa). Nel mondo sono attive 439 centrali nucleari e lo stato con la maggior produzione di energia elettrica con il nucleare è la Francia con il 75%. 09