La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Lenergia nucleare: Cosè, da cosa deriva, come funziona, quali problemi crea e quali vantaggi offre? Un confronto con le altre tecnologie R.Lanza.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Lenergia nucleare: Cosè, da cosa deriva, come funziona, quali problemi crea e quali vantaggi offre? Un confronto con le altre tecnologie R.Lanza."— Transcript della presentazione:

1 Lenergia nucleare: Cosè, da cosa deriva, come funziona, quali problemi crea e quali vantaggi offre? Un confronto con le altre tecnologie R.Lanza

2 La materia Ogni cosa (vivente o non vivente) è composta da un numero elevatissimo (moltissimi miliardi!) di particelle piccolissime che sono gli atomi. (un atomo non si vede ad occhio nudo!)

3 Gli elementi chimici Gli atomi si possono presentare sia in forma singola (elementi chimici), sia aggregati tra loro (Molecole), sia ancora aggregati tra loro ma con atomi diversi (ad esempio la molecola dellacqua H 2 O è linsieme di 2 atomi di idrogeno ed uno di ossigeno!) H2OH2O

4 Gli elementi chimici Elementi chimici Tutto il nostro mondo (e tutto luniverso!) è composto da atomi che appartengono ai diversi Elementi chimici. Sono un numero finito di elementi che caratterizzano la materia e il suo comportamento, oltre che lappartenenza alle diverse famiglie

5 Ad esempio: Gli elementi che appartengono ai metalli hanno tutti una buona conducibilità elettrica… Ferro, rame, oro, sodio, boro, argento, ecc. … anche se hanno diverso peso atomico e diversi comportamenti fisici (punto di fusione ecc.)

6 Diverso peso atomico …??!! Ogni elemento chimico è caratterizzato da 2 numeri: il numero atomico e il peso atomico. Numero atomico: indica il valore della carica elettrica dellelemento e ne individua le caratteristiche chimiche Peso atomico: indica il peso specifico dellelemento

7 Ad esempio: Latomo di ossigeno si rappresenta in questo modo: 8 O 16 Numero atomico Peso atomico

8 La tavola periodica degli elementi

9 Curiosiamo nellatomo …. + Elettroni (-) Protoni (+) Neutroni O 16 Nucleo

10 I legami Legame chimico Legame chimico (riguarda le molecole) si scioglie con il calore, con la combustione, ecc. (è sufficiente lapporto di poca energia) Legame atomico Legame atomico (riguarda il nucleo) si scioglie SOLO con enorme quantità di energia

11 Le energie in gioco 1 milione o più In generale, le energie associate con i processi nucleari sono approssimativamente 1 milione o più volte maggiori delle energie proprie dei fenomeni chimici!

12 La reazione nucleare Lequazione di Einstein: E=mc 2 ci dice che …. lenergia che un corpo può emettere è pari alla sua massa moltiplicata per la velocità della luce ( km/s) al quadrato [ ] … in pratica anche da particelle di massa insignificante posso ottenere moltissima energia!

13 La reazione nucleare - Fissione Se un neutrone con energia sufficientemente elevata colpisce un nucleo ad elevato numero atomico U Xe Sr 90 Isotopi radioattivi URANIO neutrone

14 Facciamo due conti …. 1 neutrone e 1 protone hanno entrambi massa 1 (o quasi..!) dunque … = 236, e … = 236 … ma in realtà i neutroni emessi non sono proprio 3, bensì 2 o al massimo 2,5, per cui =235 che è minore di 236 !!!

15 Allora i conti non tornano !!??!! Dovè sparita 1 unità di massa? Mi hanno sempre insegnato che viviamo in un sistema dove cè ununica certezza: la massa, lenergia e la quantità di moto si conservano sempre!! la massa, lenergia e la quantità di moto si conservano sempre!! ….. ma stavolta i conti non tornano (236>235)!!

16 Ci viene in aiuto lequazione di Einstein!! E=mc 2 nel nostro caso abbiamo che dopo la fissione la somma totale delle masse è 235 e quindi manca ununità di massa, per cui possiamo dire che: trasformata E=1 x ovvero la massa mancante si è trasformata in energia (moltissima energia!!)

17 reazione a catena Una volta innescata la fissione si mantiene da sola con una reazione a catena Cioè ogni nuovo neutrone può causare la fissione di un nucleo di uranio che a sua volta produrrà 2 o più nuovi neutroni ……

18 Adesso mi devo preoccupare solo (!!!) di controllare la reazione a catena! barre di controllo assorbono Userò le barre di controllo ed altri sistemi di iniezione rapida di sostanze che assorbono neutroni, perchè la reazione a catena deve mantenersi sempre costante, altrimenti … …. sarebbero guai seri, perché rischierei di produrre quella che tecnicamente è chiamata rampa di potenza positiva ovvero unesplosione nucleare!! Bum!!

19 .. ma niente paura: ci sono sofisticatissimi sistemi automatici di regolazione, controllo, sicurezza Se si gestisce limpianto con la dovuta attenzione i pericoli sono praticamente nulli!

20 E adesso, tornando al nostro neutrone …. Ha moltissima energia: cosa deve farne? ….

21 Ora ci basta trasformare quella energia in calore (energia termica) Il calore farà bollire lacqua e con il vapore potrò produrre energia elettrica! Fissione >> energia cinetica (neutroni velocissimi) >> urtano molte volte contro molecole dacqua (H 2 O) che hanno massa atomica =18 cedendo loro energia (fanno vibrare le molecole dacqua che così si riscaldano fino ad evaporare) >> >>>

22 È quasi come giocare a biliardo! neutrone Molecole dacqua E >>>>>> Temperatura dellacqua

23 A questo punto abbiamo vapore proprio come in una centrale termoelettrica! Già ma … come funziona tutto il meccanismo, come si trasforma il vapore in energia elettrica?

24 Ciclo termodinamico del vapore Qui si produce vapore riscaldando lacqua e facendola bollire, un po come con la pentola della pastasciutta …!! Nella turbina il vapore si espande facendola ruotare Lalternatore ruota insieme alla turbina e genera energia elettrica Nel condensatore il vapore ritorna acqua, pronta per riprendere il ciclo

25 Quali sono le differenze tra termico e nucleare ? isotopi radioattivi …. dalla fissione di ogni nucleo di uranio otteniamo isotopi radioattivi. Cosa vuol dire isotopo?? Iso >> uguale Topo >> (dal greco topos > luogo) Si riferisce alla posizione nella Tavola Periodica degli elementi chimici ovvero: Stesso numero atomico, ma diverso peso atomico

26 Perché gli isotopi sono radioattivi e cosè la radioattività? Abbiamo visto che ogni elemento chimico è caratterizzato da 2 numeri: 1. numero atomico 2. peso atomico pesanti Uno stesso elemento chimico può avere più isotopi, ovvero per ogni elemento chimico esiste una famiglia con tanti fratelli più o meno pesanti

27 Cerchiamo di chiarirci con latomo di ossigeno! Abbiamo detto che lossigeno ha di solito questi 2 numeri: 8 O 16.. ma nella sua famiglia ci sono anche i suoi fratelli 8 O 17 8 O 18 8 O 19 che sono sicuramente più pesanti di lui !! Mi dice di che sostanza si tratta (numero di protoni) Mi dice quanto pesa, ovvero sottraendo il numero atomico (numero di protoni) vedo quanti neutroni contiene

28 Gli isotopi dellossigeno decadimento radioattivo In particolare il fratello (isotopo) 8 O 19 tenderà a calare di peso facendo una dieta molto particolare: il decadimento radioattivo ovvero rilasciando energia per ridurre la massa (peso atomico) 8 O 19 8 O 18 + β Si tratta di un elettrone

29 Quanti sono i tipi di decadimento? Esistono tre tipi di decadimento: α alfa (emette particelle) γ gamma (radiazione pura) β beta (emette elettroni) Si usano tre lettere dellalfabeto greco per caratterizzarli Energia crescente

30 Ogni isotopo è radioattivo In pratica ciascun isotopo rilascia energia e/o massa per tornare al livello energetico più basso e lo fa secondo tempi specifici per ogni sostanza! TEMPO DI DECADIMENTO: … da pochi secondi a decine di migliaia di anni

31 … e questo è il problema delle scorie nucleari! Hanno tempi di decadimento anche molto lunghi, per cui devo custodirle in luoghi sicuri, in modo che non creino danno agli esseri viventi anche delle generazioni future.

32 Ho sentito parlare della fusione nucleare che non inquina, è vero e … cosè?? unire È sorella della fissione, solo che in questo caso si ottiene energia facendo unire tra loro i nuclei di due elementi a basso numero atomico (sostanzialmente isotopi didrogeno). Si tratta di riprodurre, in scala molto ridotta, quello che avviene nelle stelle (sole compreso!)

33 Un esempio di fusione nucleare

34 È come realizzare un piccolo Sole o meglio una piccola Stella

35 Alcune piccole controindicazioni milioni di gradi centigradi Per accendere la fusione sono necessarie temperature di alcuni milioni di gradi centigradi nella miscela, con enormi problemi per il suo confinamento … altrimenti rischio di fondere ogni cosa, visto che non esistono materiali capaci di resistere a tali temperature !! Inoltre ad oggi non siamo ancora riusciti a mantenere le condizioni di innesco per tempi sufficientemente lunghi (frazioni di secondo!)

36 Qualche altro problemino … Il trizio, usato nelle reazioni di fusione nucleare è altamente pericoloso per luomo, per cui richiede notevole grado di attenzione nella gestione e manipolazione. Inoltre la reazione di fusione rilascia enormi quantità di energia tanto elevate da non essere, ad oggi facilmente sfruttabili.

37 Le 2 tecnologie a confronto

38 E la combustione che problemi crea? Intanto cerchiamo di capire cosè! reazione chimica idrocarburi Si tratta di una reazione chimica (quindi a bassa produzione energetica) con cui atomi di carbonio (C) e/o di idrogeno (H), presenti negli idrocarburi, si legano in molecole con lossigeno creando ossidi e sviluppando calore: C + 2 O = CO 2 oppure 2 H + O = H 2 O Anidride carbonica Vapore acqueo

39 Il calore fa bollire lacqua e produce vapore che ….. … ma gli ossidi prodotti, in particolare lanidride carbonica sono responsabili effetto serra delleffetto serra ovvero del rischio di progressivo innalzamento delle temperature medie del nostro pianeta. E poi tra i prodotti della combustione non ci sono solo anidride carbonica e vapore acqueo, ma anche polveri e particolati, nocivi per il nostro apparato respiratorio

40 .. e non è tutto!! Il petrolio comporta rischi per lambiente davvero gravi e pesanti (basti pensare allultimo incidente del Golfo del Messico!) e comunque, ci piaccia o no, le riserve mondiali sono già in fase calante, il che significa avere davanti a noi altri 20 anni o poco più di era petrolifera dopo di che ….?!!?!

41 Scusa, ma … il fotovoltaico..?!? il sole OK è vero abbiamo trascurato unaltra fonte da cui possiamo attingere energia da convertire in energia elettrica e … tra laltro si tratta di una fonte che non costa nulla è totalmente gratuita: il sole !

42 Vediamo come funziona: fotoni Il sole irradia la terra con radiazioni UV (ultraviolette) IR (infrarosse) e nel campo della luce visibile. La luce si trasmette attraverso particolari particelle denominate fotoni: hanno un duplice comportamento di onde e di particelle dotate però di massa nulla. La potenza di tale irraggiamento è pari a 1000 W/m 2

43 Fotovoltaico: ovvero elettricità dalla radiazione luminosa Esistono dei materiali particolari che quando vengono colpiti dalla luce emettono elettricità (materiali fotoelettrici)

44 Il silicio il silicio.. il più famoso di questi è il silicio che peraltro viene impiegato in maniera massiccia anche dallindustria elettronica per la produzione dei microchip (PC, telefonini, apparecchi digitali, ecc.). Il silicio da impiegare per gli impianti fotovoltaici deve avere un grado di purezza solo di poco inferiore ad 1 e ciò comporta costi di produzione assai elevati! In attesa di nuovi materiali fotovoltaici che siano effettivamente competitivi con il silicio … dobbiamo accontentarci di quello che cè!!

45 Ma allora … è tutto gratis? SI e NO! Certo il sole non ci chiede di pagare alcunché per lenergia che ci trasmette tutti i giorni dellanno, ma i sistemi e le tecnologie per poterla sfruttare costano, e ad oggi hanno rendimenti molto bassi e quindi ……

46 Il fotovoltaico domestico

47 Lindipendenza energetica Unabitazione monofamiliare, un condominio, unazienda, un centro commerciale, possono investire in un impianto fotovoltaico soprattutto sfruttando gli incentivi e i finanziamenti che lo Stato mette a disposizione, puntando alla propria indipendenza energetica elettrica. Certo con il fotovoltaico non si può pensare di risolvere i problemi energetici dellItalia!

48 Facciamo un confronto … Petrolio PROCONTRO È una tecnologia matura e quindi disponibile su ampia scala Le riserve mondiali sono ormai in via di esaurimento Si trasporta facilmente anche su grandi distanze (oleodotti) Lestrazione comporta ormai rischi ambientali sempre più gravi In caso di guasto in centrale basta spegnere la caldaia per fermarla Contribuisce in maniera determinante alleffetto serra È la causa principale dellinquinamento atmosferico La sua disponibilità è nelle mani di pochi paesi (costo elevato)

49 … continuiamo il confronto … Nucleare PROCONTRO È una tecnologia che non produce alcun inquinamento diretto Produce scorie molto pericolose che vanno gestite con cautela Luranio si trasporta facilmente e si possono fare scorte importanti Il tempo di decadimento di alcune scorie dura oltre anni Si può concentrare molta potenza in pochi impianti In caso dincidente non basta spegnere limpianto 1 carico di combustibile alimenta la centrale per quasi 2 anni È una tecnologia da gestire con la massima efficienza La sua disponibilità è nelle mani di molti paesi (minor costo) In casi estremi (Chernobyl) può causare unesplosione nucleare

50 .. concludiamo il confronto ! Fotovoltaico PROCONTRO La fonte energetica di alimentazione (sole) è gratuita È una tecnologia non ancora matura con costi molto elevati È unenergia disponibile per tutti anche per i paesi poveri È una tecnologia con bassa efficienza complessiva Garantisce energia elettrica anche in abitazioni isolate o isole In caso di cielo nuvoloso non produce nulla Presenta bassi costi dinstallazione e semplicità duso Richiede continua manutenzione per non ridurre il rendimento Si adatta perfettamente allautoproduzione domestica Non si presta alla realizzazione di grandi impianti

51 Meglio il nucleare o il petrolio o ancora il fotovoltaico? Ognuno dia a tale domanda la risposta che sente più giusta ricordandosi che: Il progresso ha permesso alluomo di migliorare la qualità della propria vita, in tutti i settori, ma al tempo stesso gli richiede ogni giorno di immolare al suo altare parti importanti di quella stessa vita. È meglio vivere con laria pulita e la casa fredda o…

52 Grazie per la vostra attenzione!


Scaricare ppt "Lenergia nucleare: Cosè, da cosa deriva, come funziona, quali problemi crea e quali vantaggi offre? Un confronto con le altre tecnologie R.Lanza."

Presentazioni simili


Annunci Google