ENERGIA NUCLEARE. Prof. Matteo Cecchini

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1 Prof. Matteo Cecchini

2 CENTRALI ELETTRONUCLEARI nel mondo n. 442 centrali attive e 66 in costruzione (dati marzo 2016)

3 CENTRALI ELETTRONUCLEARI in Europa n. 134 centrali attive e 6 in costruzione solo nell Unione Europea (dati dicembre 2011)

4 CENTRALI ELETTRONUCLEARI in Italia nessuna centrale attiva Località Potenza (MW) Inizio costruzione Inizio produzione commerciale Dismissione Borgo Sabotino (LT) Sessa Aurunca (CE) Trino (VC) Caorso (PC) Montaldo di Castro (VT) costruzione interrotta nel 1988

5 Cronologia Enrico Fermi innesca la prima reazione nucleare a catena controllata della storia dando l'avvio all'era atomica. Due bombe atomiche distruggono le città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki, segnando la fine della Seconda Guerra Mondiale. Si tratta della prima utilizzazione pratica della fissione nucleare In Unione Sovietica, entra in funzione la prima centrale elettronucleare Entrano in funzione i primi impianti in Italia basati sulle più innovative tecnologie dell'epoca a Latina, Sessa Aurunca e Trino. L'Italia raggiunge una produzione di energia di origine nucleare pari a 3,9 miliardi di kwh, divenendone il terzo produttore al mondo. Esplode uno dei reattori della centrale nucleare di Chernobyl (attuale Bielorussia, allora Unione Sovietica). Questo immane disastro segna l'inizio di un atteggiamento critico verso i rischi del nucleare. In Italia si svolgono tre referendum sul nucleare. La maggioranza degli italiani recatisi alle urne vota per il "Sì", segnando di fatto l'abbandono da parte dell'italia del ricorso al nucleare come forma di approvvigionamento energetico. Dopo poco tempo le quattro centrali nucleari in Italia vengono chiuse Incidente nella centrale di Fukushima in Giappone conseguente a terremoto e tzunami Nuovo referendum sul nucleare in Italia con conseguente abrogazione delle nuove norme che consentono la produzione nel territorio nazionale di energia elettrica nucleare. Per approfondire:

6 COS E L energia nucleare è una forma di energia che deriva da profonde modificazioni della struttura stessa della materia. La materia può trasformarsi in energia secondo la legge fisica scoperta dallo scienziato Albert Einstein nel 1905 che viene espressa nella formula: E = m x C 2 Da essa si ricava che la quantità di energia prodotta (E) è uguale alla massa di materia trasformata (m) moltiplicata per una costante (C) che corrisponde alla velocità della luce ( Km/s) elevata al quadrato. Con un calcolo puramente aritmetico si può constatare come, anche con un valore di massa molto piccolo, moltiplicato però per un numero molto grande (C 2 ) si può ricavare una quantità di energia elevatissima. Le scoperte della scienza e le applicazioni della tecnica hanno finora permesso di sfruttare questo principio in forma molto limitata: nei processi nucleari attualmente conosciuti, solo una piccolissima parte di materia si trasforma in energia.

7 COS E Per ricavare energia dal nucleo dell atomo esistono due procedimenti, uno opposto all altro: FISSIONE (rottura) di un nucleo pesante come quello dell uranio. FUSIONE (unione) dei nuclei leggeri come quelli di idrogeno.

8 bisogna prima ricordare come è fatto un atomo GUARDA IL VIDEO: ISOTOPO: Atomo di uno stesso elemento chimico con lo stesso numero di protoni ma un diverso numero di neutroni. URANIO protoni 146 neutroni Esempio di un atomo URANIO protoni 143 neutroni

9 FISSIONE NUCLEARE e reazione a catena Quasi tutti gli elementi esistenti in natura hanno un nucleo molto stabile, che non può essere rotto, come nel caso del ferro, dell alluminio, dell ossigeno, del cloro, ecc. L Uranio 235 costituisce un eccezione: è un elemento fissile. L uranio 235 è presente in natura solo in un piccola percentuale, il 7 nell uranio 238. Quest ultimo quindi deve essere arricchito per aumentare la quantità di uranio 235, che costituisce il combustibile delle centrali elettronucleari. La fissione (o scissione) nucleare avviene in questo modo: - Un neutrone viene sparato contro il nucleo di uranio 235, che si divide in due frammenti (cripton e bario) e libera un neutrone; - Rimangono quindi i due nuclei risultanti e il neutrone liberato, ma la somma di queste masse è inferiore a quella dell atomo originario di uranio 235. Quindi, a seguito della rottura del nucleo, una piccola quantità di massa si è trasformata in energia sotto forma di calore. Quando gli atomi sono molti, si ha una reazione a catena, che nelle centrali elettronucleari viene tenuta sotto controllo.

10 CENTRALI NUCLEARI Come possiamo sfruttare l energia nucleare prodotta per fissione? BOMBA ATOMICA La prima bomba atomica ("Little Boy") fu sganciata sul centro della città di Hiroshima il 6 agosto La seconda bomba ("Fat Man ) fu sganciata invece su Nagasaki il 9 agosto Il loro utilizzo segnarono la fine della Seconda guerra mondiale. Questi sono stati gli unici casi d'impiego bellico di armi nucleari. CENTRALE NUCLEARE Permettono la produzione di energia elettrica. GUARDA I VIDEO: watch?v=yvbr-tj47xs watch?v=ba9r1uwwqlu

11 La fusione nucleare consiste nell unione di nuclei di atomi leggeri per formare nuclei più pesanti: si può dire che sia il processo inverso rispetto alla fissione. ENERGIA NUCLEARE FUSIONE NUCLEARE Questa reazione avviene naturalmente e in continuazione nel Sole e nelle altre stelle, a una temperatura di alcuni milioni di gradi. Il Sole emette grandi quantità di energia trasformando una parte della sua materia e diventando, perciò, sempre più leggero in un processo che dura da milioni di anni. Quando due nuclei leggeri (deuterio e trizio, isotopi dell idrogeno) sono spinti con forza l uno contro l altro, possono saldarsi, fondersi insieme e formare un solo nucleo di elio, il quale però risulta un po meno pesante della somma degli altri due. La quantità mancante si è trasformata in energia. Gli scienziati sono riusciti a realizzare la fusione nucleare soltanto in forma non controllata in ordigni micidiali: la bomba a idrogeno. Non sono ancora riusciti a far sprigionare questa enorme energia in maniera lenta e controllata a causa delle altissime temperature occorrenti alla reazione: molti milioni di gradi. Non esiste al mondo alcun materiale solido capace di resistere a tali temperature. Ad ogni modo la reazione non produce scorie radioattive.