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Come funziona l’energia nucleare?

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L’energia nucleare e in particolare la questione nucleare è uno dei temi su cui le persone più si confrontano per cercare di capire quali sono i pro e i contro, in fatto di ambiente e sicurezza, e quali siano i possibili utilizzi. I vantaggi che possono derivare dallo sfruttamento dell’energia nucleare sono diversi:

  • la quantità di energia che si può ricavare da un nucleo atomico è di gran lunga maggiore rispetto a quella che si ottiene da qualsiasi altra reazione chimica
  • la produzione di energia nucleare non causa l’emissione di gas nocivi, come l’anidride carbonica
  • il combustibile nucleare ha un alto rendimento che determina un vantaggioso risparmio di spazio
  • il costo per la produzione dell’energia nucleare è di gran lunga più basso delle altre fondi di energia.

Allo stesso tempo, però il nucleare presenta anche degli svantaggi, come:

  • un elevato livello di radioattività in tutte le fasi del processo produttivo
  • nonostante i sistemi di sicurezza e di controllo siano sempre più affidabile, non si può escludere del tutto il rischio di gravi incidenti, come quello avvenuto a Chernobyl
  • il problema dell’immagazzinamento a lungo termine delle scorie che si generano durante il processo produttivo: questi materiali rimangono radioattivi per milioni di anni e quindi devono essere stipati in siti che siano geologicamente stabili e protetti da strutture in grado di schermare le radiazioni.

Come si genera l’energia nucleare

Con il termine “energia nucleare” si indicano quei fenomeni nei quali si ha una produzione di energia in seguito a delle trasformazioni di nuclei atomici. Per ricavare energia dal nucleo di un atomo esistono due procedimenti opposti, ossia la fissione e la fusione.

Con la fissione, il nucleo di un atomo con un alto numero atomico si scinde, creando nuclei con un numero atomico inferiore e sviluppando in questo modo grandi quantità di energia.

Nella fusione, invece, atomi con basso numero atomico si fondono, creando nuclei più pesanti e rilasciando una notevole quantità di energia.

Come funzionano le centrali nucleari

Le centrali nucleari bruciano Uranio e producono energia elettrica. La differenza con una centrale termoelettrica, che brucia carbone, petrolio o gas, è che produrre energia non sfruttano reazioni chimiche, ma reazioni di fissioni, che sono circa un milioni di volte più energetiche a parità di combustibile.

Se una centrale termoelettrica produce mediamente tra i 50 e i 100 Mw bruciando migliaia di tonnellate di combustibile, una centrale nucleare produce mediamente circa 1000 Mw bruciando poche tonnellate di uranio. Inoltre i combustibili fossili non sono fonti di energia illimitate, mentre l’uranio, a che se le miniere si esauriranno, potrà essere estratto quasi all’infinito dall’acqua di mare e da altri materiali comuni.

Inoltre, in condizioni di funzionamento normale, l’energia nucleare ha un impatto ambientale di molto inferiore rispetto a quello delle centrali a carbone o a metano e non produce anidride carbonica né ceneri.

Centrali nucleari a fissione

Questa tipologia di centrale nucleare utilizza uno o più reattori nucleari a fissione e sono le uniche in cui è possibile controllare l’energia che si sviluppa all’interno di ogni singolo reattore.

I vantaggi delle centrali nucleari a fissione sono:

  • quantità di energia prodotta molto elevata
  • possono raggiungere potenze pari a quelle delle grandi centrali termoelettriche
  • nonostante i costi di costruzione siano maggiori rispetto a quelli di una centrale tradizionale per via delle misure di sicurezza da implementare, una volta costruita i costi di produzione dell’energia sono competitivi
  • non provocano l’emissione di fumi perché non sfruttano la combustione e non provocano inquinamento atmosferico, se non il vapore acqueo che proviene dalle torri di raffreddamento dell’acqua di condensazione.

Tuttavia sono presenti anche degli svantaggi, come:

  • la produzione di combustibile nucleare residuo, ossia le famose scorie radioattive; è quindi necessario prevedere sia aree di stoccaggio in cui gli isotopi radioattivi abbiano il tempo di decadere, sia sia siti in cui immagazzinare definitivamente il restante materiale radioattivo a lunga vita
  • la necessità di elevate quantità d’acqua per il raffreddamento, che dopo il processo viene rilasciata a temperature più elevate di quelle dell’ambiente, creando uno sbilanciamento termico, con importanti impatti ambientali specie sulla flora e la fauna dei fiumi.

Centrali nucleari a fusione

energia nucleareLe centrali nucleari a fusione si basano sl principio della fusione di due atomi leggeri, solitamente trizio e deuterio, che produce enormi quantità di energia. Questa tipologia di centrale però non ha dato ancora risultati apprezzabile ed è tuttora oggetto di studio da parte degli scienziati e gli esperti in gestione di energia, perché pur essendo riusciti ad avviare una reazione di fusione, non siamo ancora in grado di mantenerla stabile per un tempo significativo.

Attualmente le stime prevedono che non riusciremo ad utilizzare effettivamente energia prodotta da fusione nucleare prima del 2050. I vantaggi delle centrali a fusione nucleare sono:

  • il tipo di scoria prodotto, l’elio 4, che è un gas inerte e non radioattivo
  • non utilizzano sistemi a combustione, perciò non inquinerebbero l’atmosfera
  • dovrebbero riuscire ad ottenere quantità di energia superiore rispetto alle attuali centrali a fusione.

Tuttavia, la fusione richiede temperature di lavoro così elevate da non poter essere contenuta in nessun materiale esistente.

Le centrali nucleari sono sicure?

Questa è senza dubbio la domanda più ricorrente quando si affronta il tema dell’energia nucleare e uno dei più studiati da chi decide di iscriversi ad un master in energia per studiare questa materia ancora parzialmente inesplorata.

Ad oggi le tecniche di progettazione di costruzione delle centrali prevedono una riduzione a valori minimi degli scarichi radioattivi e dell’assorbimento delle radiazioni all’interno della centrali stessa, grazie ad appositi impianti per il trattamento degli scarichi e a schermi realizzati in cemento armato, acqua e acciaio, che limitano l’intensità delle radiazioni.

Inoltre, vengono adottati degli accorgimenti per la manipolazione del combustibile irradiato e per gli interventi su parti dell’impianto che contengono prodotti attivi: l’ambiente di lavoro e le aree circostanti sono costantemente monitorati con misuratori di radioattività, mentre il problema degli scarichi è totalmente sotto controllo e non genera preoccupazioni per la popolazione.

È stato poi istituito un organismo scientifico internazionale, la Commissione Internazionale per la Protezione Radiologica, che stabilisce i limiti per l’utilizzo dell’energia nucleare per tutelare la popolazione esposta.

Nonostante tutti gli accorgimenti, però, non si possono escludere al 100% rischi di incidenti: se infatti i principi fisici che regolano l’energia nucleare sono ormai chiari, non si può dire lo stesso dei meccanismi con i quali la radioattività agisce sulla materia vivente, limitando notevolmente le possibilità di curare un soggetto contaminato. Cioè che è certo, è che in caso di contaminazione di esseri viventi, l’effetto è sempre e solo negativo.

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