E=mc2. Cosa è ENERGIA NUCLEARE. Fu Albert Einstein a scoprire la legge che regola la quantità di energia prodotta attraverso le reazioni nucleari

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1 Cosa è L atomo è costituito da: protoni (carica positiva) neutroni (carica neutra); Attorno al nucleo ruotano gli elettroni (carica negativa) L energia nucleare è una forma di energia che deriva da profonde trasformazioni della materia Fu Albert Einstein a scoprire la legge che regola la quantità di energia prodotta attraverso le reazioni nucleari Egli trovò la relazione E=mc2 La quantità di energia prodotta (E) durante una reazione nucleare è uguale alla massa di materia trasformata (m) moltiplicata per una costante (c) che corrisponde alla velocità della luce ( m/s) al quadrato

2 Uranio L uranio si trova sotto forma di ossido o sale complesso. L uranio puro è formato per più del 99% dall isotropo 238U, per circa l 1% dall isotropo 235U, e da tracce di 234U L Uranio viene trasformato in combustibile nucleare, concentrando l isotropo fissile 235U L Uranio è un elemento radioattivo (che si disintegra emettendo radiazioni) È possibile ricavare energia dagli atomi attraverso due tipi di reazioni Fissione Rottura del nucleo di un atomo con formazione di elementi più semplici, la cui massa si riduce producendo energia Fusione Unione di nuclei atomici semplici a formare un atomo più pesante, con riduzione della massa e formazione di energia

3 Fissione Quando il nucleo dell atomo si rompe una piccola quantità di materia si trasforma in un enorme quantità di energia E = mc2 Nella Fissione Nucleare un neutrone veloce urta il nucleo di un atomo di Uranio 235 Al nucleo succedono alcune cose: 1) Si scinde in due atomi più piccoli 2) Una parte di massa si trasforma in energia 3) Libera altri neutroni veloci Dal nucleo infatti si liberano 2 o 3 neutroni veloci che colpendo altri nuclei di U235 generano una reazione a catena, producendo energia sotto forma di calore Anche se la quantità di materia che si disintegra durante la fissione nucleare è minima, il valore della costante c nella formula di Einstein ( m/s) moltiplicata al quadrato ( ) permette di ottenere enormi quantità di energia

4 Fusione Due atomi di idrogeno (H) ad elevate temperature si fondono in un unico atomo di elio (He) Anche durante la fusione di due nuclei atomici una piccola parte di materia si disperde e si trasforma in enorme quantità di energia I nuclei di idrogeno sono precisamente due isotropi dell idrogeno 2H deuterio 3H trizio Durante la reazione di fusione si libera un neutrone e un enorme quantità di energia Data l elevata temperatura necessaria ad innescare la reazione di fusione (milioni di gradi) è tuttora impossibile effettuare questo tipo di produzione energetica all interno del reattore nucleare. Non esistono infatti materiali capaci di resistere a tali temperature. La fusione nucleare avviene tuttavia nelle stelle e nel Sole. L energia prodotta da 1 kg di deuterio equivale a quella prodotta da kg di carbone

5 Bomba Atomica Per tale motivo l energia nucleare è stata ed è tuttora utilizzata per la realizzazione di ordigni nucleari Durante una reazione a catena la massa fissile che si disperde si trasforma istantaneamente in enorme quantità di energia con effetti devastanti La bomba lanciata su Hiroshima utilizzava la fissione di appena 1kg di uranio sprigionando la forza di tonnellate di dinamite Gli orgigni nucleari costruiti ai nostri giorni hanno un potenziale distruttivo anche di 3000 volte superiore a quello della bomba atomica lanciata il 6 agosto 1945

6 Centrale a fissione L energia nucleare a scopi pacifici viene prodotta e trasformata nelle centrali nucleari, dove il calore prodotto dalla fissione scalda il vapore che fa muovere le turbine. Se si controlla la reazione a catena dovuta alla fissione nucleare, si produce energia non concentrata in un unico istante e quindi facilmente utilizzabile Principio di funzionamento _Nel reattore o core, dove si trova il combustibile formato da pastiglie di uranio, avviene una fissione controllata; _Il calore prodotto genera vapore surriscaldato che attiva il movimento di una turbina; _ Alla turbina è collegato un alternatre Il controllo della reazione _Il controllo della reazione avviene attraverso apposite barre di controllo _ Per ridurre o fermare la reazione si regola l inserimento delle barre di controllo _Le barre assorbono i neutroni veloci in eccesso riducendo gli effetti della reazione a catena

7 Smaltimento delle scorie Gli elementi radioattivi subiscono una serie di trasformazioni che prendono il nome di decadimento radioattivo, che portano alla formazione di elementi stabili Durante le reazioni di fissione si formano elementi radioattivi, che rimangono attivi anche per tempi elevatissimi Il tempo necessario a trasformare metà della massa di un elemento instabile in elementi stabili si chiama tempo di dimezzamento. Tempo di dimezzamento Questo tempo è molto variabile da sostanza a sostanza. Può corrispondere a qualche secondo o a decine di migliaglia di anni. Ad esempio il plutonio, elemento che si produce generalmente nei reattori a fissione, il tempo di dimezzamento corrisponde a anni Le scorie radioattive vanno conservate per evitare che contaminino l ambiente, fino a che non perdono la loro pericolosità. Il problema è molto difficile per quelle a lunga vita, dato che bisogna trovare sistemi e depositi sicuri per tempi elevatissimi.