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Fissione. Reazione a catena La fissione produce due nuclei (radioattivi) e due/tre neutroni “veloci”, cioè molto energetici (oltre a raggi  e neutrini)

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Presentazione sul tema: "Fissione. Reazione a catena La fissione produce due nuclei (radioattivi) e due/tre neutroni “veloci”, cioè molto energetici (oltre a raggi  e neutrini)"— Transcript della presentazione:

1 Fissione

2 Reazione a catena

3 La fissione produce due nuclei (radioattivi) e due/tre neutroni “veloci”, cioè molto energetici (oltre a raggi  e neutrini) Questi, diffondendosi nella materia, possono urtare altri nuclei fissili e dare altre fissioni; aumentando enormemente il numero delle fissioni (reazione a catena). L’unico isotopo fissile utilizzato è l’ uranio 235 ( U) Se la reazione a catena si sviluppa senza controllo si ha la “bomba atomica ” I neutroni si possono perdere perché - vengono catturati da nuclei non fissili -escono dal volume contente il materiale fissile

4 Poiché i neutroni prodotti da una fissione si possono perdere, per sviluppare la reazione a catena è necessaria una “massa critica” di materiale fissile, ma ….. …..l’uranio è composto per il 99,28 % da U non fissile (solo una minima probabilità per neutroni veloci) per lo 0,71% da U fissile per lo 0,01% da U (che trascuriamo) Per raggiungere la massa critica in un reattore è necessario aumentare artificialmente, con un processo tecnologico complesso e costoso, di circa 4-5 volte la percentuale di uranio U. Otteniamo così l’ “uranio arricchito”. Il residuo con percentualmente meno uranio fissile è l’“uranio impoverito”, che ha diversi usi, compreso quello militare, per alcune sue eccezionali proprietà meccaniche.

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6 Ciclo dei neutroni in un reattore a regime Lll Llll Giriamo in senso orario, partendo dal vertice in basso a sinistra N0 : numero iniziale di neutroni veloci prodotti da fissione N 1 > N 0 : numero di neutroni veloci dopo la fissione (poco probabile) dell’uranio 238 N 2 < N 0 : numero di neutroni lenti, dopo le perdite per fuga o assorbimento d parte dell’uranio 238 N 3 < N 2

7 Il ciclo dell’uranio

8 Il materiale “esaurito” estratto dal reattore costituisce le cosiddette “scorie”, contenenti i prodotti della fissione, radioattivi. Le loro emissioni possono dare una radioattività nell’ambiente incomparabilmente maggiore rispetto al fondo naturale, con gravi rischi per la vita. I nuclei radioattivi possono esaurire la loro attività in tempi estremamente variabile, da frazioni di secondo a miliardi di anni. Ad esempio dimezzano la loro attività: Xenon 135 in 9,1 ore Iodio 131 in 8 giorni Cesio 137 in 30 anni Plutonio 239 in anni I fenomeni radioattivi sono indipendenti da qualsiasi trattamento meccanico e chimico: ciò significa che le scorie saranno inevitabilmente attive e pericolose per tempi “infiniti” rispetto alla storia umana. L’unica possibilità è stoccarle in luogo ritenuto sicuro. Ma sinora …..

9 Una bella idea (che non funziona) L’ U (che costituisce la gran parte dell’uranio) non è fissile; invece può catturare un neutrone, subire alcune trasformazioni e diventare un elemento artificiale più pesante dell’uranio: il plutonio Pu Il plutonio è fortemente radioattivo e per molto tempo (dimezza la sua attività in anni ); ma è anche fissile e può essere utilizzato in un reattore. Ecco la bella idea: facciamo un reattore “autofertilizzante” (breeder) nel quale si produce plutonio dall’ U, moltiplicando così di alcune decine di volte la quantità del materiale disponibile. Il difetto: l’unico reattore autofertilizzante, costruito in Francia (SuperPhoenix), dopo anni di cattivo funzionamento, ingenti capitali investiti e problemi tecnici irrisolti, è stato definitivamente chiuso nel 2003.

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14 Fonte IAEA

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