ENERGIA NUCLEARE Giornata della Scienza – 22 maggio 2015 Cagnasso, Casasco, Curzola, Pettigiani, Russo

Cenni storici 1932 Walton e Cockcroft creano la prima fissione di un atomo di litio-7 1934 Fermi bombarda con un neutrone un atomo di uranio e dai risultati è convinto di aver creato nuovi elementi 1938 Otto Hann dimostra sperimentalmente la fissione del nucleo di uranio 1939 Progetto Manhattan

Progetto Manhattan Nasce nel 1939 come semplice progetto di ricerca, ma nel ‘42 i suoi obiettivi diventano bellici (costruzione della prima bomba atomica) Nel 1945 gli USA utilizzano due di questi ordigni su Hiroshima (Little Boy) e Nagasaki (Fat Man) La corsa al nucleare durò durante tutto il periodo della Guerra Fredda e dura ancora oggi

Fissione nucleare Un nucleo di uranio-235 o di plutonio-239 si scinde in due atomi di massa confrontabile Questa scissione può essere spontanea o stimolata bombardando il nucleo con neutroni I neutroni emessi dalla fissione del nucleo posso creare reazioni a catena con altri nuclei generando un’esplosione nucleare Per produrre energia, questa reazione va controllata diminuendo la velocità e il numero dei neutroni con l’uso di moderatori e barre di controllo (formate da acqua pesante o grafite)

Funzionamento reattore nucleare La sorgente di energia del reattore è il combustibile presente nel nocciolo o nucleo del reattore. Per rallentare i neutroni ed aumentare così la probabilità di fissionare il combustibile è necessario utilizzare un moderatore. Il reattore dispone anche delle cosiddette barre di controllo, cioè barre metalliche atte ad assorbire i neutroni in eccesso liberati dalla reazione. La fissione del nucleo del combustibile genera energia, principalmente sotto forma di energia cinetica dei frammenti della fissione e di raggi gamma. I frammenti di fissione generano calore che viene asportato da un fluido refrigerante termovettore (gassoso o liquido) che lo trasporta ad un utilizzatore, direttamente o indirettamente per mezzo di generatori di vapore, quasi sempre un gruppo turbo-alternatore per la produzione di energia elettrica nella parte termoelettrica della centrale nucleare.

PRO CONTRO Conseguenze disastrose in caso di incidente (26 aprile 1986 Chernobyl – 11 marzo 2011 Fukushima) Smaltimento scorie nucleari Localizzazione delle centrali e dei depositi delle scorie Terrorismo Trasporto del materiale radioattivo Una centrale a fissione non emette CO2 Vantaggi economici nei bilanci degli Stati che utilizzano il nucleare Maggiore stabilità politica

Fusione nucleare Avviene quando due nuclei leggeri si fondono Le temperature sulla Terra sono troppo basse per contrastare la forza di repulsione tra protoni La somma delle masse dei nuclei di partenza è maggiore della massa del nucleo fuso  l’energia prodotta è uguale a questa differenza di massa secondo la relazione E=mc^2 Avviene spontaneamente nelle stelle (teorizzato nel 1938 da Hans Bethe)

Con massa <1,5 masse solari Nelle stelle più grandi avviene il ciclo CNO, in cui un nucleo di H si fonde con uno di C e forma un N instabile, che decade in un isotopo di carbonio. Fusione nelle stelle Con massa <1,5 masse solari Due nuclei di idrogeno 1H si fondono a formare un nucleo di deuterio 2H liberando un neutrino e un positrone che, annichilendosi con un elettrone, genera enormi quantità di energia sotto forma di raggi γ Il deuterio appena formato si fonde con un atomo di idrogeno creando 3H, un isotopo leggero dell’elio liberando altri raggi γ Due nuclei di 3H si fondono a creare un nucleo normale di He emettendo due protoni che potranno essere riutilizzati per un secondo ciclo

CONTRO PRO Scorie radioattive per brevi periodi No incidenti (mancanza di materiali radioattivi) No dispersione nell’atmosfera di prodotti chimici derivanti dalla combustione Elevatissimi costi di produzione Eccessivo costo dell’estrazione di deuterio e trizio Breve vita degli impianti Impieghi bellici maggiori rispetto alla singola fissione (bomba ad idrogeno)

Sviluppi attuali e futuri In pochi sanno che... La ditta Lockheed Martin sta lavorando a un progetto di un reattore nucleare a fusione della dimensione di 2x3 metri della potenza di 100 MW producendo, a parità di consumo, 10 milioni di volte l'energia prodotta dai combustibili fossili. Il NIF è riuscito a creare una fusione nucleare con bilancio energetico positivo, ovvero con l'energia prodotta durante la fusione maggiore di quella necessaria per avviare la stessa Sviluppi attuali e futuri In pochi sanno che...

Progetto "ITER"

Fusione fredda 1989 Martin Fleischmann e Stanley Pons pubblicano un articolo in cui dichiarano di aver ottenuto una fusione «a freddo» dell’idrogeno mediante l’utilizzo di una cella elettrolitica in cui l’anodo era formato da platino e il catodo da palladio (elemento in grado di assorbire grandi quantità di idrogeno, proprietà scoperta da Graham alla fine del XIX secolo) L’esperimento venne successivamente riprodotto da numerosi scienziati in tutto il mondo senza i successi sperati Gli unici scienziati che dichiarano di avere ottenuto risultati soddisfacenti non hanno mai pubblicato articoli su riviste scientifiche oppure questi articoli erano inesatti  ciò fece nascere l’alone di mistero presente ancora oggi (E-Cat)

Sitografia http://it.wikipedia.org/wiki/Progetto_Manhattan http://it.wikipedia.org/wiki/Otto_Hahn http://it.wikipedia.org/wiki/Enrico_Fermi http://www-news.uchicago.edu/fermi/Group20/FermiSito/Manhattan.htm http://ebook.scuola.zanichelli.it/concettimodelli/parte-b/le-particelle-dell-atomo/fissione-e-fusione-nucleare# http://www.sapere.it/sapere/strumenti/studiafacile/fisica/La-fisica-moderna/Il-nucleo-e-le-particelle-elementari/La-fissione-e-la-fusione- nucleari.html http://www.treccani.it/enciclopedia/reazione-nucleare_(Enciclopedia_dei_ragazzi)/ http://it.wikipedia.org/wiki/Fissione_nucleare http://knightstrife.altervista.org/Pagine/Fusione_Nucleare.htm http://it.wikipedia.org/wiki/Fusione_nucleare#Cenni_storici http://it.wikipedia.org/wiki/Hans_Bethe http://it.wikipedia.org/wiki/Disastro_di_Fukushima_Dai-ichi http://it.wikipedia.org/wiki/Fusione_nucleare_fredda http://it.wikipedia.org/wiki/Thomas_Graham http://ecat.com/ http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_Catalyzer http://www.wired.it/scienza/energia/2014/03/21/fusione-fredda-fleischmann-pons-bufala/ http://www.disinformazione.it/fusionefredda.htm http://e-catalyzer.it/ http://www.nextme.it/scienza/energia/5735-fusione-fredda-e-cat-non-funziona-scienziati