fissione e fusione nucleari

Se la reazione di fissione che utilizza U(235) molto arricchito o Pu(239) viene realizzata in modo non controllato,si possono verificare una serie di reazioni a catena molto numerose concentrate nello spazio e tempo che danno origine a una esplosione con liberazione di una grande quantità di energia e radiazioni varie esplosione della bonba atomica Occorre una massa di materiale fissile che superi un valore (massa critica) al disotto del quale la reazione a catena non si mantiene e al disopra del quale invece può diventare incontrollata,esplosiva

Se i neutroni liberati nella fissione sfuggono dalla massa fissionabile in misura eccessiva, la reazione a catena non può sostenersi se invece si opera in modo che il numero di neutroni che rimane nella massa fissionabile superi un determinato valore limite la reazione si sostiene e diventa esplosiva Massa subcritica:troppi neutroni abbandonano la massa fissile Massa oltre la critica:molti neutroni rimangono entro la massa fissile

Massa subcritica cubica neutroni sfuggono da ogni faccia reazione non avviene Due masse subcritiche avvicinate rapidamente superano la massa critica e la superficie di fuga per i neutroni diminuisce: la reazione si autosostiene e diventa esplosiva

La potenza in kilotoni della bomba a fissione risulta limitata perché il massimo potere può essere raggiunto aggregando masse subcritiche di valore fissato da limiti:ma tali masse devono essere portate ad una unica massa in modo molto rapido per impedire che avvenga una repulsione reciproca innescata dall’inizio della reazione

Esempio:se la massa subcritica è 1 Kg si potranno avere bombe unendo due masse da 1 Kg oppure(più difficilmente per motivi tecnici di avvicinamento) 3- 4 masse da 1 Kg ciascuna: comunque potenza massima limitata dalla massa critica

Detonatore convenzionale Masse subcritiche separate Esplosione del detonatore Unione delle masse subcritiche con immediata esplosione Bomba a fissione

fusione nucleare La fusione nucleare (ottenuta dalla tecnologia umana) utilizza come elementi atomi molto leggeri (idrogeno,deuterio) mentre la fissione utilizza elementi molto pesanti (uranio,plutonio) La energia liberata si calcola sempre con la formula DE = Dm * c^2

Le reazioni più comuni per ottenere la fusione utilizzano isotopi dell’idrogeno,ionizzati protio H(1,1)…deuterio H(2,1)….trizio H(3,1) Essendo molto elevata la repulsione tra gli elementi da portare a fusione,servono ingenti quantità di energia per ottenere la reazione di fusione e quindi elevate temperatura proporzionali alla energia necessaria E = KT Cfr.esempi di reazioni di fusione possibili

Protoni,neutroni:protio,deuterio,trizio,elio H(2,1)+H(2,1) ----> H(3,1)+H(1,1) H(1,1)+H(2,1) ----> He(3,2) H(3,1)+H(3,1) ----> He(4,2)+ 2n(1,0)

Deuterio + trizio ----> elio +neutrone H(2,1)+H(3,1) ----> He(4,2)+n(1,0) Deuterio ricavabile dall’acqua pesante D2O presente in miscela con acqua normale H2O :praticamente inesauribile Trizio prodotto mediante reazioni o estratto da giacimenti di Litio dal quale può derivare spontaneamente

Masse subcritiche di U235 e detonatore convenzionale Deuteruro di litio:H(2,1)-Li Uranio U238 fissionabile La esplosione per fissione di U235 porta la temperatura a milioni di gC e libera molti neutroni che reagendo con il deuteruro di litio che circonda il nucleo della bomba libera il deuterio H(2,1) e genera il trizio H(3,1) mediante la reazione Li(6,3) + n(1,0) --> He(4,2)+H(3,1) segue la fusione deuterio+trizio H(2,1) + H(3,1) ---> He(4,2)+ n(1,0) i neutroni generati inducono la fissione nell’uranio U230 che si trova attorno

Alcune caratteristiche della fusione rispetto alla fissione: possibile attualmente solo l’uso incontrollato,esplosivo materiale necessario(deuterio e trizio) praticamente inesauribile(mentre invece l’uranio è disponibile ma non rinnovabile..) Non esiste una massa critica per la bomba a idrogeno: può quindi presentare potenze molte elevate in funzione della massa di elementi disponibili per la fusione

La fusione nucleare libera molta più energia,a parità di massa,di quella liberata nella fissione,perché la variazione di massa che interessa la reazione di fusione è molto più elevata % di quella che interessa la reazione di fissione dalla formula Variazione energia = variazione massa * velocità.luce^2 DE = Dm*c^2 energia:fissione in kilotoni….fusione in megatoni La fusione nucleare esige energie molto elevate a disposizione per vincere le elevate repulsioni elettrostatiche che si esercitano tra gli elementi che partecipano alla reazione (milioni di gradi centigradi di temperatura)

Come conseguenza immediata risulta molto problematico realizzare una reazione di fusione controllata in modo che si sostenga nel tempo e in uno spazio assegnato a causa delle elevate temperature necessarie: è realizzabile come reazione esplosiva nella bomba a idrogeno,termonucleare Le reazioni di fusione sono fondamentali nella produzione della energia internamente alle stesse e nella produzione degli elementi chimici a partire dall’idrogeno

fine presentazione arrivederci