Energia nucleare è qualle forma di energia molto intensa prodotta dal processo di fissione nucleare. Capiamo insieme come viene prodotta la energia nucleare, quali sono le applicazioni e i problemi che ne derivano.

Energia nucleare: che cos’è

L’energia nucleare è l’energia contenuta nella materia. Albert Einstein la racchiuse dentro la famosa formula E = mc2, dimostrando che l’energia è direttamente proporzionale alla massa. (E = energia; m = massa; c = costante che rappresenta la velocità della luce nel vuoto, pari a: 299.792,458 Km/s)
Più precisamente l’energia è chiamata nucleare, perché deriva da cambiamenti avvenuti nel nucleo della materia (neutroni e protoni).
I processi nucleari possono essere di due tipi:

• 1. Fissione nucleare;
• 2. Fusione nucleare.

Fissione nucleare

Avviene quando un nucleo di un elemento pesante (uranio, plutonio, ecc..), si divide in due o più nuclei (fissione). La reazione viene provocata “bombardando” il nucleo di un elemento con dei neutroni; dal nucleo partono nuovi neutroni che colpiscono nuovi nuclei di materiali fissile adiacente, innescando così una reazione a catena in grado di generare un’ enorme quantità di energia. Si pensi che l’ossidazione di un atomo di carbonio in una normale combustione, sprigiona un’ energia 50 milioni di volte più piccola di una reazione nucleare.

Fusione nucleare

E’ il processo opposto della fissione nucleare. L’energia viene sprigionata con la “fusione” di due atomi con basso numero atomico, in un atomo più grande che, ritrovandosi un nucleo con troppi neutroni, li espelle generando energia. E’ il processo di autocombustione che permette al sole e alle stelle di splendere.

Applicazioni della fissione nucleare

Il mondo è venuto a conoscenza di questa nuova forma di energia nel 1945, con le bombe atomiche di Hiroshima e Nagasaki. L’era atomica inizia nel 1936 grazie ai “ragazzi di via Panisperna” guidati da Enrico Fermi; e sempre Enrico Fermi, nel 1942 a Chicago, ottenne la prima reazione a catena controllata e autosostenuta (l’antenato dei moderni reattori nucleari). Oggi i reattori nucleari, rappresentano sistemi complessi in grado di controllare la reazione a catena della materia fissile, e sono alla base di funzionamento delle moderne centrali nucleari.

Applicazioni della fusione nucleare

La fusione nucleare viene utilizzata, nella sua forma incontrollata, per le bombe ad idrogeno; mentre la forma controllata della reazione, rappresenta l’ambizioso progetto internazionale dell’ITER, che punta alla realizzazione del primo reattore a fusione nucleare.
La fusione nucleare non produce scorie radioattive (ad eccezione dell’ isotropo trizio, che però possiede un tempo di dimezzamento di 12,3 anni), e nei reattori non può presentarsi il pericolo di una reazione a catena incontrollata (cosa che è avvenuta nei reattori a fissione); inoltre il rendimento degli impianti sarebbe eccezionale, in quanto, la fusione nucleare, produce più energia di quella che si utilizza per innescare la reazione.
Gli svantaggi sono puramente tecnologici. Infatti questo tipo di reazione genera temperature elevatissime, che non possono essere sopportate da nessun materiale esistente. Attualmente la ricerca punta nel confinare il plasma di reazione, mediante l’utilizzo di potenti onde elettromagnetiche ad elevata frequenza.
Un altro problema è rappresentato dal trizio, un elemento ala base della reazione di fusione, che non è presente in natura, avendo un bassissimo tempo di decadimento.

Le centrali elettronucleari

L’energia elettronucleare è il prodotto di tre trasformazioni energetiche. Con il processo di fissione nucleare si traforma la materia in energia termica; successivamente, l’energia termica, viene trasformata in energia meccanica dalle turbine a vapore, e infine, l’energia meccanica viene convertita in energia elettrca dagli alternatori.

La seconda e la terza fase sono le stesse che avvengono nelle centrali termoelettriche.
I problemi derivanti dalla prima fase (il processo di fissione nucleare), che sono poi sfociati inevitabilmente in ambito politico, sono di tre tipi:

1. 1. Problema della sicurezza: i reattori attualmente utilizzati, si basano su un principio di autosostentamento; cioè la reazione a catena, una volta avviata, procede in maniera autonoma (le centrali atomiche non si possono “spegnere”) senza ausili esterni. I reattori gestiscono la velocità della reazione, mantenendola costante. Il pericolo risiede nel fatto che processi di fissione possono sfuggire al controllo, aumentando la loro velocità di reazione, facendo salire la temperatura fino alla fusione del nocciolo. Nel disastro di Cernobyl si è verificato un incidente di questo tipo. La reazione nucleare è proseguita a cielo aperto, e la radioattività si è diffusa in atmosfera contaminando aria e suoli per milioni di chilometri quadrati. La ricerca punta a realizzare nuovi reattori in cui la reazione sia promossa da irraggiamento esterno. In questo modo, sospendendo l’irraggiamento sul materiale fissile, verrebbe ad interrompersi anche la reazione.
   2. Problema costituito dalle scorie radioattive: le scorie del combustibile atomico mantengono la loro radioattività anche per migliaia di anni. Vengono classificate proprio in base alla durata della loro attività: elementi di debole e media attività (emettitori di ragi beta e gamma, con un tempo di dimezzamento di oltre 30 anni); elementi a vita breve ma ad alta attività; elementi transuranici come gli isotropi del plonio, che rappresentano uina bassa percentuale delle scorie (circa un chilo per tonnellata), ma hanno un tempo di dimezzamento superiore a 100.000 anni.
   3. Smaltimento e vita delle centrali: i materiali che compongono la struttura della centrale, sono soggetti all’irraggiamento della reazione, e perciò diventano radioattivi e fragili; questo provoca sia i problemi di smaltimento evidenziati per le scorie, sia una vita utile dell’impianto di poco superiore ai trent’anni. In definitiva, quando si parla di investire su una centrale nucleare, il problema da considerare non è il rendimento energetico, in quanto il combustibile risulta poco costoso, ma i costi di ammortamento dell’impianto.

   Il premio Nobel italiano Carlo Rubbia, sfruttando la tecnica dell’irragiamentoo, è impegnato in un progetto che prevede il ritrattamento delle scorie, al fine di abbattere drasticamente il loro tempo di dimezzamento. Attualmente, però, la soluzione è lo stoccaggio del materiale radiattivo, in profondi pozzi scavati nella roccia basaltica. Questo metodo, essendo molto costoso, è un incentivo, per alcune organizzazioni, ad intrapendere operazioni clandestine con gravi conseguenze ambientali e sociali.
   Inoltre, in questi ultimi anni, a seguito di gravi incidenti verificatesi negli anni ottanta, sono state approvate normative di sicurezza più rigorose che hanno fatto lievitare anche i costi di realizzazione delle centrali, rendendole poco convenienti rispetto ad altri processi di trasformazione energetica.