L’ENERGIA NUCLEARE TRA PASSATO E FUTURO

di  Rosario  Ligori

 

Tutto ebbe inizio quindici miliardi di anni fa, quando la nostra Galassia fu “mossa” da un’esplosione senza precedenti, in cui masse ed energia si affacciavano all’orizzonte dell’Universo (non ancora definito) come materia e luce: da qui nasce la teoria del “Big Bang”. Secondo la bibbia, al momento della creazione erano presenti sulla scena universale masse e luci non visibili.

 Secondo Dante, quando parla della creazione, un abisso pressorio di masse e luce è confinato in una zona chiamata buco nero, in cui elevatissime attrazioni gravitazionali impediscono ai corpi situati all’interno di disperdersi nello spazio. Tutto ciò continua, fino a che la massa presente nel buco nero porta all’equilibrio le forze di azione e reazione. Con l’esplosione di questo sistema si ha la distribuzione di corpi e frammenti in tutte le direzioni della Galassia: questo è il Big Bang, che ha una durata di circa 10^-44 secondi.

È strabiliante osservare le analogie tra il Big Bang e il racconto della creazione biblica in Genesi I,I: entrambi alludono alla presenza di un buco nero, diversamente definito “tenebre che coprono l’abisso” nella Bibbia ed entrambi pongono come principio di tutto la formazione della materia e della luce. Dal Big Bang gli studiosi trovarono spunti per intraprendere la strada verso la scoperta delle particelle elementari, distribuite all’interno dell’atomo secondo leggi complesse.

L’atomo, componente fondamentale della materia, ospita un elevatissimo numero di particelle, tra cui neutroni e protoni nel nucleo ed elettroni in orbite ellittiche intorno al nucleo. Comprendere tutto ciò che è racchiuso in questi elementi fisici, vuol dire scendere a livello subatomico e porre le basi per lo studio del nucleare.

Correva l’anno 1932, quando il britannico Chadwick scoprì l’esistenza del neutrone nel nucleo atomico. Subito dopo l’italiano Enrico Fermi descrisse la formazione di isotopi (atomi con ugual numero di protoni e di elettroni, e un eventuale numero di neutroni) attraverso il bombardamento dell’atomo di uranio con neutroni veloci (prima fissione). Nel 1938 i tedeschi Hahn e Strassmann produssero in laboratorio il fenomeno conosciuto come fissione nucleare. Da qui il fisico ebreo ungherese Szilárd comprese come la possibile applicazione degli studi intrapresi sulla fissione nucleare potesse rappresentare una vera e propria minaccia per l’umanità, temendo che la Germania Nazista potesse sfruttare queste strabilianti scoperte per costruire un nuovo super-ordigno bellico.

Pertanto dalle Potenze Alleate furono reclutati i migliori scienziati del mondo, con l’intento di realizzare un ordigno bellico. Il punto finale del gruppo fu proprio la realizzazione della bomba atomica. Menti eccellenti, da Einstein ad Enrico Fermi, consci di aver realizzato qualcosa che poteva essere mostruoso negli effetti, cominciarono a regredire dall’iniziale impegno totale. Naturalmente gli italiani presenti nel gruppo, erano guidati da Enrico Fermi, che portava a conoscenza di tutti i risultati strabilianti realizzati dal famoso “Gruppo di via Panisperna”. Grazie a queste conoscenze si riuscì a costruire il primo reattore nucleare nei sotterranei dello Stadio di Alamogordo, realizzando il primo reattore a gas-grafite. Ciò che seguì a quel primo esperimento fu la vergogna di Hiroshima e Nagasaki.

 Successivamente, dopo la fine della seconda guerra Mondiale, i due blocchi politici di Stati facenti capo agli USA e all’URSS svilupparono quel programma sempre sulla linea bellica, molto meno su quella di interesse sociale. Tale programma fu chiuso con l’esplosione del più potente ordigno mondiale mai realizzato: nelle miniere della Siberia venne fatto esplodere un ordigno della potenza di 100 Mton = 100 milioni di tonnellate di Tritolo.

Con l’accordo Salt II (1979), fu unanimemente accettata la moratoria degli esperimenti esplosivi nucleari, lasciando giacere negli arsenali dei singoli stati un certo numero di bombe atomiche “irrinunciabili” per gli stati possessori. Quello che si sta narrando è solo la parte visibile del problema nucleare, che ha sede negli ordigni e nelle centrali di produzione dell’energia elettrica che l’uomo ha imparato a costruire.

Tutto nasce dall’uranio, 92esimo elemento della tavola periodica di Mendeleev, che ha numero atomico 92, cioè Z+N=A. L’uranio si trova in natura con due differenti configurazioni, Uranio 235 e Uranio 238. U235 è fissile, U238 no. U235 è impiegabile per bombe atomiche e centrali nucleari, mentre U238 no. Fissile vuol dire che l’elemento può subire una reazione chimica di scissione del nucleo in due parti, liberando in media 3 neutroni, di cui uno detto neutrone veloce. Quest’ultimo è il responsabile della reazione a catena che si innesca attraverso gli atomi di U235.

Un altro tipo di reazione nucleare è la fusione, che può essere realizzata solo con atomi leggeri e di piccola grandezza. In questo tipo di reazione gli atomi coinvolti vengono fusi, dando alla fine un solo atomo diverso dai reagenti. La fusione di idrogeno e trizio forma un atomo di elio, e assorbe una grande quantità di energia. Dal punto di vista delle applicazioni pratiche, sappiamo solo utilizzare il fenomeno della fissione in varie maniere.

Mentre la fusione è ancora un tabù. Sarebbe convenientissima al posto della fissione, ma la grossa difficoltà, ancora non del tutto superata, è la costruzione di un contenitore per i reagenti durante lo sviluppo della reazione. Infatti le temperature da raggiungere per avere la fusione nucleare sono dell’ordine del milione dei gradi Kelvin. Sulla Terra non esiste crogiuolo in grado di resistere a questa temperatura. Molti altri studi sono stati iniziati per superare questo elevato ostacolo, ma non si è ancora al traguardo finale.

Il tentativo più serio è ritenuto quello a confinamento inerziale, che non si serve di nessun contenitore, ma confina le masse da fondere in uno spazio privo di superfici esterne. Raggiunta la configurazione opportuna, una serie di laser, puntati sulla zona, scaricano tutta la loro potenza termica, provocando la fusione nucleare e raggiungendo la temperatura di oltre 1000°K. Da questo tipo di reattori sono attesi per il futuro i migliori risultati del settore.

L’uomo ha creato diversi tipi di centrali nucleari, che possono essere classificate in base al fluido refrigerante utilizzato e al moderatore. Ecco un elenco dei principali tipi di centrali nucleari:

1. Reattori ad acqua leggera (LWR): Utilizzano acqua normale come refrigerante e moderatore.
2. Reattori ad acqua pesante (HWR): Utilizzano acqua pesante come refrigerante e moderatore, come il D2O.
3. Reattori ad acqua pressurizzata (PWR): Utilizzano acqua pressurizzata come refrigerante e moderatore.
4. Reattori ad acqua bollente (BWR).
5. Reattori ad acqua pesante pressurizzata (PHWR).
6. Reattori ad gas (GCR).
7. Reattori a grafite (GCR).
8. Reattori ad uranio-235 (PWR).
9. Reattori ad uranio-239 (BWR).
10. Reattori ad uranio-238 (PHWR).

Il combustibile fornisce tutto il calore necessario al funzionamento del sistema, mentre il liquido refrigerante viene utilizzato per il raffreddamento delle strutture (tubazioni, recipienti, pompe, ecc.), in modo da portare ad un abbassamento delle temperature all’interno del sistema. Il moderatore è costituito da pasticche di biossido di Uranio, e serve a provocare gli urti necessari ad attenuare la velocità dei neutroni veloci, in modo da poterli indirizzare verso gli atomi bersaglio U-235 e fissionarli.

                                                                                                                                                             (continua)