Le mille facce del nucleare

Parte III

Dopo aver brevemente introdotto i vantaggi della fusione nucleare è conveniente analizzare l’attuale progresso in campo tecnologico, per questo riportiamo due tra gli ultimi risultati ottenuti tramite le ricerche dei vari enti.
Tra gli ultimi risultati c’è certamente quello del Massachusetts Institute of Technology (MIT), università che è riuscita a sviluppare un nuovo tipo di combustibile per la fusione nucleare che produce dieci volte la quantità di energia raggiunta finora. Gli esperimenti sono stati condotti nel tokamak di Alcator C-Mod del MIT, un reattore di contenimento magnetico del plasma che a ottobre scorso ha stabilito il record di pressione sul plasma in un esperimento di fusione nucleare. Più precisamente il team di ricercatori ha raccontato sulle pagine di Nature Physics che un unico tipo di combustibile nucleare aumenterebbe notevolmente le energie degli ioni all’interno del plasma. Secondo gli esperimenti di fusione condotti nel reattore di confinamento magnetico, la chiave per aumentare l’efficienza del combustibile nucleare è quella di aggiungere una quantità di elio-3 che ha solo un neutrone piuttosto che due. Finora il combustibile nucleare utilizzato nel Alcator C-Modconteneva è composto da due tipi di ioni: deuterio e idrogeno. Il primo, un isotopo stabile dell’idrogeno con un neutrone nel suo nucleo, rappresenta circa il 95% del combustibile. In altre parole, i ricercatori del MIT hanno utilizzato un processo chiamato riscaldamento a radiofrequenza per “accendere” il combustibile nucleare. Le antenne del tokamak utilizzano una frequenza specifica di onde radio per eccitare il carburante. Queste onde sono calibrate per bersagliare solo il materiale meno abbondante (ad ora l’idrogeno). Concentrandosi sul riscaldamento a radiofrequenza degli ioni dell’elio-3, i ricercatori sono riusciti a generare ioni che raggiungono energie estremamente elevate. I dati di Alcator C-Mod del MIT hanno così spinto i ricercatori del Joint European Torus (il più grande reattore a fusione nucleare finora costruito) a condurre esperimenti con lo stesso tipo di combustibile. Attualmente i ricercatori britannici hanno raggiunto gli stessi risultati, ma i due esperimenti di fusione sono stati in grado di misurare diverse proprietà delle reazioni incredibilmente complesse che si verificano nel plasma surriscaldato. I ricercatori precisano che i risultati di questi esperimenti potrebbero aiutare anche gli astronomi a comprendere meglio le esplosioni di elio-3 del Sole, un reattore a fusione nucleare perfettamente funzionante che da qualche miliardo di anni emette energia che tiene in vita il nostro pianeta.

Importanti e interessanti scoperte che aiuteranno anche gli ingegneri dell’ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor), il più grande progetto internazionale che si sta occupando della fusione nucleare e tramite “DEMO” della realizzazione di un prototipo di Centrale Nucleare.

Data: 01/04/2019;

Classe: 3F, Liceo Scientifico Galileo Galilei di Lanciano, indirizzo Scienze applicate;

Redattori:

Adeo Felice, Domenico Sireni, Francesco Cinalli, Angelucci Nicola, Simone Di Giuseppe;

Fonti ed approfondimenti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Rifiuto_radioattivo
https://www.who.int/water_sanitation_health/publications/uranium/en/
https://www.who.int/topics/radiation_ionizing/en/
https://www.who.int/topics/radiation_non_ionizing/en/
http://quotidianoentilocali.ilsole24ore.com/art/edilizia-e-appalti/2019-02-21/scorie-nucleari-deposito-rallenta-203110.php?uuid=ABsn5zWB&refresh_ce=1https://www.fsn-fusphy.enea.it/index.php/en/la-fusione-nucleare?jjj=1552216566160

Le mille facce del nucleare

Parte II, La fusione nucleare

Proprio al fronte di questi problemi e nel tentativo di migliorare un sistema che ha evidenti difetti, la comunità scientifica globale si sta impegnando per lo sviluppo e la realizzazione delle prime centrali a fusione nucleari. Sorge dunque spontaneo chiedersi: Quali vantaggi porta davvero la fusione nucleare?
Cerchiamo assieme di capirne di più per trovarci pronti quando la fusione sarà realtà senza scartala come ipotesi anche nel nostro paese solo perché contenente la parola “nucleare”, che a molti desta preoccupazioni.
Gli atomi interessati dal processo di fusione nucleare, in natura e in ingegneria, sono gli isotopi dell’atomo di idrogeno: caratterizzati da minimo numero atomico, a cui corrisponde la minima energia di innesco. All’interno delle stelle più grandi è possibile anche la fusione di elementi più pesanti.
La fusione nucleare controllata ambisce a risolvere molti problemi energetici, perché potrebbe produrre quantità pressoché illimitata di energia senza emissioni di gas nocivi e con limitate quantità di scorie radioattive di trizio, il cui tempo di decadimento è di soli 12 anni. Una piccola quantità di radioattività residua interesserebbe solo alcuni componenti del reattore a fusione sottoposti a bombardamento neutronico. Queste componenti sarebbero peraltro facilmente rimpiazzabili, i tempi di dimezzamento della radioattività residua sarebbero confrontabili con la vita media della centrale (diversi anni).
La fusione termonucleare controllata potrà fornire energia:
• Eco-compatibile: i prodotti della reazione di fusione più promettente (D-T, cioè deuterio-trizio) sono solo elio, neutroni ed il trizio che non ha reagito, quindi la radioattività residua è molto limitata.
• Intrinsecamente sicura: non sono possibili reazioni a catena in quanto è presente solo una quantità assai limitata di reagenti nella combustione. In caso di danni, incidenti o perdita di controllo la reazione di fusione con conseguente generazione di calore decadrà assai rapidamente spegnendosi automaticamente.
• Sostenibile: deuterio e litio (il trizio è prodotto nel reattore) sono largamente diffusi e facilmente reperibili in natura.
• Senza emissioni di gas serra: non si ha produzione di CO2 né di altri gas tossici.
Le centrali a fusione hanno un notevole costo di impianto (per ITER i costi previsti sono superiori a 10 miliardi di euro), ma il costo del combustibile è molto basso. Considerando che i costi di costruzione non dipendono fortemente dalla taglia, sarebbe opportuno scegliere una produzione di energia quanto più alta possibile. Tuttavia, sulla base di considerazioni di rischio, per limitare le perdite di potenza sulla rete elettrica nel caso di guasto ad una centrale la taglia considerata più adeguata alle esigenze degli utilizzatori è quella tra 1 000 e 10 000 MW di potenza elettrica, come una grande centrale a fissione nucleare.

Data: 01/04/2019;

Classe: 3F, Liceo Scientifico Galileo Galilei di Lanciano, indirizzo Scienze applicate;

Redattori:

Adeo Felice, Domenico Sireni, Francesco Cinalli, Angelucci Nicola, Simone Di Giuseppe;

Fonti ed approfondimenti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Rifiuto_radioattivo
https://www.who.int/water_sanitation_health/publications/uranium/en/
https://www.who.int/topics/radiation_ionizing/en/
https://www.who.int/topics/radiation_non_ionizing/en/
http://quotidianoentilocali.ilsole24ore.com/art/edilizia-e-appalti/2019-02-21/scorie-nucleari-deposito-rallenta-203110.php?uuid=ABsn5zWB&refresh_ce=1
https://www.fsn-fusphy.enea.it/index.php/en/la-fusione-nucleare?jjj=1552216566160


Le mille facce del nucleare

Parte I, L’energia Nucleare ed il nucleare in Italia

i pericoli, i vantaggi, la disinformazione… Siamo davvero pronti ad affrontare i nuovi standard sull’energia che inevitabilmente ci travolgeranno in breve periodo? Quali sono i futuri progressi in programma? Chi se ne sta occupando?

In un modo o nell’altro è evidente che siamo vicini ad un nuovo traguardo del nucleare, inutile posticipare, è meglio informarci!

Introduciamo quindi l’energia nucleare.

Con questo termine si intendono quei fenomeni che attraverso le trasformazioni dei nuclei atomici (parte centrale di un atomo) permettono la produzione di energia. Quella nucleare è una forma di energia primaria, di conseguenza non deriva dalla trasformazione di un’altra forma di energia. Il primo uomo ad intuire che fosse possibile ricavare energia dal nucleo di un atomo fu Albert Einstein nel 1905, attraverso la celebre formula E=mc2. Durante quasi tutto il XX secolo questo tipo di energia fu utilizzata solo ed esclusivamente per ragioni belliche, come lo sgancio delle bombe atomiche su Hiroshima e Nagasaki, ma dalla seconda metà del secolo si cominciò a pensare di utilizzare questo tipo di energia anche per fini civili, ovvero la produzione di energia elettrica.

Le reazioni che coinvolgono l’energia nucleare sono quelle di fissione nucleare e fusione nucleare.

La fissione nucleare consiste nel rompere il nucleo di un atomo per farne scaturire grandi quantità di energia, più specificamente quando un neutrone colpisce un nucleo questo si divide in due frammenti e lascia liberi altri neutroni. La somma delle masse dei nuovi frammenti sarà inferiore a quella del nucleo originario, e di conseguenza la massa mancante sarà trasformata in energia. La fissione nucleare è utilizzata principalmente per scindere nuclei di atomi di uranio e plutonio. Nel 2007 ben 439 reattori nucleari producono il 6% dell’energia primaria ed il 13-14% circa dell’energia elettrica mondiale.

La fusione nucleare è l’opposto della fissione, perché invece di rompere nuclei pesanti ne unisce leggeri per formarne pesanti. La massa di questi ultimi sarà minore della somma degli originari e la differenza viene emessa come energia sotto forma di raggi gamma.

È naturale a questo punto domandarsi il perché si sente spesso parlare del “problema” delle centrali nucleari ed il perché in molti stati (tra cui l’Italia) si è democraticamente deciso di abbandonare il nucleare nonostante le ricadute economiche dovute all’aumento della quantità di energia elettrica importata. I problemi della fissione sono molti, dalla necessità di costruire enormi impianti al bisogno di materia prima spesso costosa e difficile da reperire, aggiungendo i problemi di malfunzionamento (come ad esempio il caso di Černobyl’ o di Fukushima Dai-ichi) e le scorie radioattive, la miscela di problemi è perfetta per destare diffidenza e preoccupazione.

Il problema principale delle centrali a fissione è quello delle scorie radioattive, materiali derivanti dall’utilizzo civile dell’energia nucleare e contenente isotopi radioattivi di cui non è previsto il riutilizzo.

Sembrerà paradossale, ma dal 1946 fino agli anni ‘90 la Marina Statunitense sversava nell’oceano enormi quantità di rifiuti radioattivi (Robert Kunzig, “La frontiera profonda”, Longanesi, Milano, 2000, trad. Libero Sosio), prassi comune in molti altri stati finché il pericolo delle scorie radioattive divenne concreto e palese.

A partire dagli anni ‘90 gli studi sui rifiuti radioattivi portarono al miglioramento dell’efficienza delle centrali riducendo la quantità di massa esausta ed aumentando l’energia ricavata a partire dalla materia prima.

Purtroppo il problema persiste, e ci spiace constatare che è presente anche in Italia.

Per quanto riguarda l’Italia infatti il problema del nucleare è tutt’altro che risolto, nonostante siano passati più di trent’anni dal referendum che vide gli italiani votare contro il nucleare.

In realtà il referendum del 1987 non vietò la costruzione di nuovi centrali e non determinò neanche la chiusura di quelle già esistenti, ma determinò il taglio dei contributi alle centrali. Il nucleare in Italia venne abbandonato definitivamente fra il 1988 e il 1990 quando vennero chiuse le tre centrali che erano presenti sul suolo italiano. La produzione di energia elettrica da fonte nucleare in Italia rappresentava il 4% circa del totale, che venne sostituita dall’aumento del consumo di combustibili fossili e dall’incremento di importazione dall’estero di energia elettrica, che passò dai 23 TWh del 1987 a 31 TWh del 1988.

Complessa è la situazione riguardo allo smantellamento: in Italia sono stoccati complessivamente 28 194 m³ di rifiuti radioattivi in oltre 20 siti, con maggiore presenza nel Vercellese, nell’Alessandrino, a Milano e attorno Roma.

Le barre di combustibile sono state inviate in Inghilterra e in Francia per il processo di smantellamento ma l’Italia è tenuta a riportarle nei propri confini entro il 2025 o sarà costretta a pagare ingenti somme per il mantenimento all’estero. A mancare è un luogo adatto ad ospitarle che non è stato ancora scelto, anche se il SOGIN, la società dello stato che si occupa dello smantellamento delle centrali nucleari, ha già stilato una carta delle zone potenzialmente idonee. Possiamo facilmente notare dunque che anche il nostro paese è coinvolto nello smantellamento dei rifiuti radioattivi e dei conseguenti problemi risultanti.

Data: 01/04/2019; Revisore: Prof. Pappalardo

Classe: 3F, Liceo Scientifico Galileo Galilei di Lanciano, indirizzo Scienze applicate;

Redattori:

Adeo Felice, Domenico Sireni, Francesco Cinalli, Angelucci Nicola, Simone Di Giuseppe;

Fonti ed approfondimenti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Rifiuto_radioattivo
https://www.who.int/water_sanitation_health/publications/uranium/en/
https://www.who.int/topics/radiation_ionizing/en/
https://www.who.int/topics/radiation_non_ionizing/en/
http://quotidianoentilocali.ilsole24ore.com/art/edilizia-e-appalti/2019-02-21/scorie-nucleari-deposito-rallenta-203110.php?uuid=ABsn5zWB&refresh_ce=1
https://www.fsn-fusphy.enea.it/index.php/en/la-fusione-nucleare?jjj=1552216566160