Fissione

Reazione a catena

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 (23592 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

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 23892 U non fissile (solo una minima probabilità per neutroni veloci) per lo 0,71% da 23592 U fissile per lo 0,01% da 23492 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 23592 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.

Ciclo dei neutroni in un reattore a regime Giriamo in senso orario, partendo dal vertice in basso a sinistra N0 : numero iniziale di neutroni veloci prodotti da fissione N1 > N0 : numero di neutroni veloci dopo la fissione (poco probabile) dell’uranio 238 N2 < N0 : numero di neutroni lenti, dopo le perdite per fuga o assorbimento d parte dell’uranio 238 N3 < N2 <N0 : numero di neutroni che danno fissione sull’uranio 235, dopo le perdite per fuga e assorbimento da parte del moderatore e delle barre di regolazione. N4 = 2,6 * N3 = N0 (a regime) : numero di neutroni veloci ottenuti dalle N3 fissioni Ciclo dei neutroni in un reattore a regime Lll Llll

Il ciclo dell’uranio

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 24.000 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 …..

Una bella idea (che non funziona) L’ 23892 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 23994Pu Il plutonio è fortemente radioattivo e per molto tempo (dimezza la sua attività in 24.000 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’ 23892U, 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.

Fonte IAEA - 2008