PRESENTAZIONE

Nel capitolo sulla radioattività abbiamo illustrato due importantissime reazioni atomiche, la fissione e la fusione nucleare, durante le quali si libera un'enorme quantità di energia. L'uomo ha imparato a sfruttare l'energia proveniente dal processo di fissione del nucleo e non ci vorranno molti anni prima che riesca a riprodurre in piccola scala la reazione di fusione, che è la stessa che avviene nel sole. Ricordiamo brevemente che cosa è la fissione. Un neutrone, cioè una particella sub-atomica presente nel nucleo degli atomi, che viaggia libero a una velocità non elevata, se urta il nucleo dell'Uranio 235 o del Plutonio ne provoca la rottura con conseguente formazione di due nuclei più leggeri, l'emissione di raggi gamma, 2-3 neutroni liberi e moltissima energia sotto forma di calore. I neutroni emessi da una prima fissione colpiranno altri nuclei di Uranio 235 o Plutonio rompendoli, e così via. Dei prodotti della fissione, l'uomo sfrutta il calore prodotto con cui riscalda dell'acqua per ottenere vapore ad alta pressione che permette di muovere delle turbine a cui sono collegati i generatori di energia elettrica. Quindi, una centrale nucleare non è altro che una centrale di tipo termico a turbina.

Un altri importante concetto da assimilare è quello della critica della reazione. In poche parole, un neutrone lento proveniente dalla fissione può provocare un'altra fissione solo se incontra un atomo di Uranio 235 o Plutonio, altrimenti si disperde: la percentuale di neutroni "utili" a provocare una nuova fissione dipende dalla massa del combustibile atomico. Esiste un particolare valore per la massa critica, sopra il quale la reazione atomica diventa incontrollabile e dà origine ad una vera esplosione nucleare. In realtà il valore della massa critica varia a seconda della forma del combustibile e in base ad altri fattori: per esempio, una sfera di uranio di un certo peso è critica, ma la stessa quantità di uranio foggiata a cubo non è critica: per esserlo dovrebbe pesare di più.

Questo dipende dal rapporto superficie/volume, minimo nella sfera e maggiore per tutti gli altri solidi. Un artificio per abbassare il valore della massa critica consiste nell'incamiciare il combustibile con un materiale capace di riflettere i neutroni che viaggiano verso l'esterno.

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LA PILA ATOMICA

Per motivi pratici il combustibile nucleare è foggiato a barra cilindrica. Le barre di combustibile vengono infilate in una camera apposita, detta fornace, e tra di esse è interposto il moderatore, una sostanza che serve a rallentare i neutroni veloci: l'acqua. L'acqua pesante e la grafite sono i moderatori usati con maggiore frequenza. La fissione è controllata infilando tra i cilindri di combustibile le sbarre di controllo mobili, costruite solitamente di acciaio al cadmio. L'insieme della fornace con il moderatore, il combustibile e le sbarre di controllo è chiamato pila atomica o nocciolo della centrale.

Un reattore è critico quando il numero di fissioni nell'unità di tempo è costante; è sub-critico quando il numero di neutroni efficaci è troppo basso e in questo caso il reattore andrà lentamente spegnendosi. Se le fissioni aumentano progressivamente, allora il reattore è sopracritico ed esiste la possibilità che la fissione proceda in maniera incontrollata con il rischio di un'esplosione o che il nocciolo fonda e la radioattività si disperda in grandi quantità (fenomeno accaduto in occasione del disastroso incidente nucleare nella centrale di Chernobyl in Unione Sovietica nel 1986).

Non sempre il combustibile nucleare è solido: sali di uranio 235, torio o plutonio possono essere disciolti nell'acqua, che fa da moderatore, e reagire. I reattori a combustibile solido sono classificati come reattori eterogenei, quelli in fase liquida come reattori omogenei.

Il reattore è in contatto con un liquido refrigerante che assorbe l'enorme quantità di calore prodotta dalla fissione. Il refrigerante raggiunge temperature di parecchie centinaia di gradi e, spinto da una pompa, circola in un sistema di tubature che collegano il reattore ad uno scambiatore di calore; in esso il refrigerante cede il calore ad acqua che bolle e produce il vapore necessario a muovere la turbina. Il refrigerante assorbe sempre una certa quantità di radiazioni e, per questo motivo, il circuito nel quale circola è sigillato e continuamente sorvegliato; una perdita comprometterebbe la salute, se non la vita, di chi lavora nella centrale e inquinerebbe, con gravi conseguenze, l'ambiente. Come refrigerante viene preferito il Sodio perché trattiene solo per poco tempo la radioattività residua: il Sodio è un metallo alcalino-terroso che a temperatura ambiente si trova allo stato solido, ma che il calore di fissione riesce a mantenere liquido. Alcuni reattori utilizzavano l'acqua come refrigerante e il vapore prodotto veniva direttamente utilizzato: sebbene più semplici e più efficienti, questi reattori presentavano l'inconveniente di produrre acqua radioattiva. Anche l'anidride carbonica è stata utilizzata come refrigerante.

In apparenza è facile ottenere energia dall'atomo, ma i problemi tecnici che si sono dovuti risolvere sono stati enormi. Per prima cosa, condurre con sicurezza una reazione di fissione atomica è cosa delicatissima: basta un errore insignificante perché si produca in pochi istanti un incidente di incredibili proporzioni tecnologiche. I materiali devono essere più che collaudati per le altissime temperature in gioco; per esempio, il sodio usato come refrigerante alla temperatura di esercizio della pila è estremamente reattivo, quindi pompe e condotte devono essere fabbricate con sostanze speciali in grado di sopportare la corrosione. Complessi strumenti di misura sono impiegati per verificare continuamente le condizioni di ogni singola parte, mentre rigide procedure operative e di controllo governano la vita degli addetti alla centrale.

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NUCLEARE: SÌ O NO?

Malgrado i controlli e le apparecchiature sofisticatissime, in una centrale termonucleare accadono più o meno frequentemente piccoli inconvenienti che causano anche fughe di radioattività di trascurabile rilevanza. Tuttavia, la possibilità dell'incidente grave è sempre in agguato e fatti recenti lo dimostrano. La gente comune ha cominciato a chiedersi se ricavare energia dall'atomo sia così sicuro come gli scienziati (non tutti!) hanno sempre sostenuto: quanto è accaduto a Three Mile Island e a Chernobyl nel 1986 è stato attribuito alla negligenza del personale addetto ai controlli e alla manutenzione, ma le dichiarazioni delle autorità non sono servite a tranquillizzare l'opinione pubblica.

A fianco di chi sostiene che l'energia nucleare non sia ancora "sicura" come dovrebbe, troviamo molti ambientalisti che sono contrari alle centrali nucleari per il degrado che la stessa costruzione ed esercizio della centrale comportano: infatti, una centrale deve essere costruita in luoghi dove sia disponibile una grande quantità di acqua la quale, dopo essere stata utilizzata per il ciclo tecnologico, viene scaricata a temperature superiori a quelle normali provocando danni all'ecosistema locale. Non parliamo dei danni permanenti che potrebbero provocare una grossa perdita di acqua radioattiva. Un altro argomento che gli ambientalisti portano a confronto delle loro tesi anti-nucleariste riguarda il problema delle scorie radioattive: il combustibile esaurito è ancora fortemente radioattivo ma non utilizzabile. Poiché non è stato ancora trovato un modo per riutilizzare le scorie o per neutralizzare la loro radioattività, non resta altro che immagazzinarle. Ogni nazione ha così approntato luoghi appositi per accoglierle: i più sicuri sono costituiti da gallerie sotterranee, dove la roccia è in grado di assorbire tutte le mortali radiazioni. Tuttavia, non passerà molto tempo prima che queste discariche nucleari siano colme: qualcuno ha proposto di scaricare i bidoni nelle più profonde acque degli oceani, ma il rischio di inquinamento è troppo elevato.

Esiste un tipo di reattore nucleare, detto autofertilizzante, che rigenera in parte il combustibile utilizzato trasformandolo in plutonio, elemento artificiale fissile; tuttavia le centrali con reattori autofertilizzanti sono ancora in fase sperimentale. Ne esiste una in Francia la Super Phoenix, progettata e costruita con la collaborazione di tutti i paesi della Comunità Europea. Anche la Super Phoenix però non si è dimostrata esente da guasti. Il più grave è occorso nell'aprile 1987: per una perdita dall'impianto primario di raffreddamento sono sfuggite venti tonnellate di sodio liquido radioattivo, trattenute nelle camere di contenimento.

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Dalla parte dell'atomo sono schierati altrettanti uomini illustri e competenti che sostengono l'affidabilità delle centrali e spiegano che solo la scelta nucleare può garantire ad una nazione industrializzata tutta l'energia di cui abbisogna senza ricorrere al petrolio, garantendo inoltre l'affrancamento da una sudditanza forzata ai paesi produttori di oro nero.

Un chilogrammo di combustibile nucleare produce circa 20.000.000 di volte più energia di una pari quantità di combustibile convenzionale: questo significa che un kg di Uranio 235 equivale a 20.000 tonnellate di carbone. In effetti, una centrale nucleare può produrre una quantità enorme di energia, superiore a quella mediamente ottenibile da centrali termiche e idroelettriche: essa è progettata solitamente per una potenza di circa 1000 Megawatt! Quindi, l'uranio o il plutonio risultano combustibili molto convenienti rispetto al petrolio e al carbone, sostanza quest'ultima costosa da bruciare in maniera pulita. D'altra parte, i tempi di costruzione di una centrale (dai 5 ai 10 anni perché diventi operativa), le necessità geografiche, la vita breve (una ventina di anni circa) e gli alti costi di esercizio fanno si che il costo dell'energia derivante dal combustibile nucleare a prezzo conveniente sia inferiore ma vicino a quello dell'energia derivante da combustibili convenzionali.

Per questi motivi negli Stati Uniti, Paese dove il nucleare è nato e dove ha conosciuto un successo e una diffusione senza pari, di centrali atomiche non ne vengono, per ora, più costruite. Va rilevato inoltre che l'impiego dell'energia atomica non risolve il problema della dipendenza dai Paesi produttori di fonti energetiche, giacché l'uranio è una risorsa piuttosto difficile da reperire.

Una centrale nucleare costruita secondo vecchi criteri non è quindi affatto concorrenziale. Occorrono centrali nucleari più sicure, più veloci da costruire, meno costose da gestire; queste centrali, dette della seconda generazione, sono già state progettate. Rispetto alle prime, possono produrre quantità di energia minore ma a costo contenuto e concorrenziale per la maggiore semplicità delle strutture, progettate in maniera modulare.

Comunque, come abbiamo già visto nel capitolo "L'energia nucleare", la soluzione più auspicabile è che gli scienziati riescano presto a progettare, e rendere operativa, una centrale a fusione che, come accennato in precedenza, pur sviluppando una grande energia non comporti i rischi e i pericoli delle attuali centrali nucleari a fissione.

Conseguenze di un incidente nucleare

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