E-mail: calvaresi@enea.it Energia nucleare da fusione e fissione – Principi di funzionamento – aspetti positivi e negativi Ing. Camillo Calvaresi ENEA Firenze E-mail: calvaresi@enea.it Firenze 22 marzo 2011

Energia nucleare Fissione Fusione

LA FUSIONE NUCLEARE La fusione è il processo di reazione nucleare col quale i nuclei di due o più atomi vengono compressi tanto da far prevalere l‘ interazione forte sulla repulsione elettromagnetica, unendosi ed andando così a generare un nucleo di massa maggiore dei nuclei reagenti nonché, talvolta, uno o più neutroni liberi;

FUSIONE NUCLEARE reazioni nucleari di fusione 14 MeV 3,5 MeV Confinamento magnetico toroidale reazioni nucleari di fusione 5

LA FUSIONE NUCLEARE Nella fusione nucleare la massa e l'energia sono legate dalla teoria della relatività ristretta di Einstein: E = mc2 in cui: E è l'energia; m è la massa; c2 è la velocità della luce al quadrato.

ITER: the world's largest Tokamak LA FUSIONE NUCLEARE ITER: the world's largest Tokamak è un progetto internazionale che si propone di realizzare un reattore a fusione nucleare in grado di produrre più energia di quanta ne consumi per l'innesco e il sostentamento della reazione di fusione. Nello specifico, ITER è un reattore deuterio-trizio in cui il confinamento del plasma è ottenuto in un campo magnetico all'interno di una macchina denominata Tokamak.

CENTRALE NUCLEARE A FUSIONE 8

NUCLEARE DA FISSIONE La fissione nucleare è una reazione nucleare in cui il nucleo di un elemento pesante - ad esempio uranio-235 o plutonio 239 - decade in frammenti di minori dimensioni. La fissione può avvenire spontaneamente (fissione spontanea) oppure essere indotta tramite bombardamento di neutroni. È la reazione nucleare comunemente utilizzata nei reattori nucleari e nei tipi più semplici di bombe atomiche, quali le bombe all'uranio (come quella che colpì Hiroshima) od al plutonio (come quella che colpì Nagasaki).

Arricchimento dell’uranio L'uranio arricchito è una miscela di isotopi dell'uranio, che differisce dall'uranio naturale estratto dalle miniere per un maggior contenuto dell'isotopo 235U, ottenuto attraverso il processo di separazione isotopica. L'235U è infatti l'unico isotopo esistente in natura in quantità apprezzabili che possa essere sottoposto a fissione nucleare innescata da neutroni termici; nell'uranio naturale, invece, la percentuale di questo isotopo è, in peso, circa 0,711%, mentre la maggior parte del materiale è composta dall'isotopo 238U.[1] The Tricastin Nuclear Power Center

GLI ELEMENTI DI COMBUSTIBILE

LA CENTRALE NUCLEARE

LA CENTRALE NUCLEARE

Il ciclo del combustibile nucleare

ULTIMA GENERAZIONE REATTORE EPR III + Il reattore nucleare europeo ad acqua pressurizzata, meglio noto con la sigla EPR (European Pressurized Reactor o Evolutionary Power Reactor) è un reattore nucleare di generazione III+, a fissione, nel quale la refrigerazione del nocciolo e la moderazione dei neutroni vengono ottenuti grazie alla presenza nel nocciolo di acqua naturale (detta anche leggera per distinguerla dall'acqua pesante) in condizioni sottoraffreddate.

Un problema: LA GESTIONE DEI RIFIUTI RADIOATTIVI PRIMA SPECIE O A VITA BREVE Decadono in un arco di tempo dell’ordine della decina di anni SECONDA SPECIE O A VITA MEDIA Decadono in un arco di tempo dell’ordine delle decina di anni (due – trecento anni) TERZA SPECIE O A VITA LUNGA Decadono in un arco di tempo dell’ordine dell’ordine di un migliaio di ( 209Pu ) 17

a gennaio 2011 una potenza complessiva dei 442 reattori in esercizio pari a 374,914 GW[1]. Nel 2008 la produzione mondiale di elettricità da fonte nucleare era pari al 13,5% del totale[10] (il 21,1% nei trenta paesi dell'OCSE[11] e il 24,9% in Europa[12][13]). Nell'Unione europea l'energia nucleare si attesta stabilmente come la prima fonte nell'elettro-generazione, producendo nel 2008 il 27,8% dell'energia elettrica complessiva[14].

19

ENERGIA NUCLEARE 20

NUCLEARE DA FISSIONE Un eventuale rilancio del nucleare in Italia, per le caratteristiche della tecnologia, non potrebbe avere un impatto immediato e dunque non servirebbe a recuperare il tempo perduto verso il raggiungimento degli obiettivi di Kyoto e di quelli al 2020: esso è da considerare come un’opzione per il medio-lungo termine. In assenza di politiche che puntino all’innovazione e al risparmio energetico, il rischio per l’Italia non è solo quello di vedere importanti risorse finanziarie trasferite verso paesi in via di sviluppo per finanziare i Clean Development Mechanisms ma soprattutto quello di perdere cospicue opportunità di crescita industriale nel settore delle tecnologie energetiche ed ambientali, e probabilmente di assistere a breve a un ulteriore aggravamento delle bollette energetiche del paese.

E-mail: calvaresi@enea.it FINE GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE. Ing. Camillo Calvaresi ENEA Firenze E-mail: calvaresi@enea.it