Cos'è l'energia nucleare e come funziona

In Luce e gas
Cos'è l'energia nucleare

Cercheremo qui di spiegare cos’è l’energia nucleare anche per capire bene quali sono i timori che ancora oggi si hanno circa questa tipologia di energia. Attualmente il nucleare copre circa l’11% della richiesta mondiale di elettricità, circa il 27% in Europa, ma ci sono dei paesi che utilizzano largamente l’energia nucleare, si pensi ad esempio la Francia dove l’energia nucleare copre per il 72% il fabbisogno e viene prodotta dalle centrali a fissione. Secondo i dati diffusi dall’International Energy Agency (IEA) attualmente per il nucleare a fissione ci sono circa 400 GW di potenza installata.

Cercheremo ora di spiegare a cosa serve l’energia nucleare e ci soffermeremo anche su dubbi e perplessità circa gli standard di sicurezza e i rischi. Inutile dire che ogni volta che si parla di energia nucleare la mente va inevitabilmente a Chernobyl o a Fukushima, oggi però è possibile godere di alcune importanti rassicurazioni in questo senso.

Energia nucleare definizione

Ma quindi esattamente cos’è l’energia nucleare? Si tratta dell’energia liberata da un atomo nelle reazioni nucleari o per decadimento radioattivo, ovvero l’energia liberata nella fissione o fusione nucleare. Siamo circondati da atomi e la maggior parte della massa degli atomi è concentrata nel centro, il nucleo, mentre il resto consiste in elettroni che circondano il nucleo, composto da particelle subatomiche: protoni e neutroni. In alcune specifiche situazioni il nucleo dell’atomo molto grande si divide in due e, in questo processo, parti della massa dell’atomo grande si converte in energia pura.

Una volta spiegato cos’è l’energia nucleare a grandi linee dobbiamo anche introdurre il concetto di radioattività. Il nucleo atomico infatti è formato da neutroni e protoni laddove i primi hanno una carica neutra e i secondi una carica positiva. Gli elettroni, lo ricordiamo ancora una volta, girano intorno al nucleo e sono portatori di carica negativa garantendo così la stabilità dell’elemento. Quando si va a intervenire sulla materia esiste la possibilità di rompere tale equilibrio.

Come funziona energia nucleare

Nelle centrali a fissione nucleare si utilizza l’uranio come materia prima. In sostanza i nuclei degli atomi di uranio vengono bombardati da un fascio di neutroni ad alta energia. Se un neutrone impatta sul nucleo dell’atomo di uranio lo divide in due nuclei più piccoli. Da questa divisione si producono energia e altri neutroni che, a loro volta, potranno dividere anche altri atomi. Tale processo viene anche conosciuto come reazione a catena nucleare e avviene all’interno del reattore della centrale. Il calore che si produce dalla fissione può essere utilizzato per generare elettricità.

Se vogliamo capire cos’è l’energia nucleare dobbiamo capire che basta una minima quantità di uranio per produrre una enorme quantità di energia. La fissione nucleare è un processo utilizzato ormai da decenni e che è molto vantaggioso rispetto ai combustibili fossili per la produzione di energia elettrica. Per comprendere cos’è l’energia nucleare si pensi al fatto che con un chilogrammo di carbone si producono tra le 5000 e le 7000 chilocalorie mentre con un chilogrammo di uranio si possono produrre anche 100 milioni di chilocalorie.

Diverse tipologie di centrali nucleari

Attualmente la tipologia di centrale nucleare più utilizzata è quella dei PWR (Pressurized Water Reactor). Nel reattore le barre di combustibile sono soggette alla reazione a catena nucleare e producono calore scaldando l’acqua che circola subito fuori dal nucleo del reattore. Tale acqua verrà pressurizzata e subito inviata a uno scambiatore di calore dove viene generato del vapore. Tale vapore entra in turbina e produce elettricità. Sarà possibile controllare la reazione utilizzando delle barre di controllo che sono composte da un elemento chiamato “moderatore” che servirà a rallentare il fenomeno a catena regolando l’intensità della produzione del calore.

Per capire che cos’è l’energia nucleare dobbiamo anche ricordare che tutto il sistema è circondato da pompe che regolano la circolazione dei fluidi termodinamici interessati e da sistemi di sicurezza che servono a tener separata l’acqua che entra a contatto con il calore radioattivo. Si consideri anche che non tutto l’uranio nelle barre di combustibile subisce il processo di fissione.

Cos’è l’energia nucleare: il ruolo dell’uranio

L’uranio è sicuramente il principale combustibile che viene utilizzato nei reattori a fissione. L’estrazione di uranio avviene in miniera e il materiale viene poi purificato con l’aggiunta di biossido di uranio. Si procede poi a rendere il combustibile più reattivo applicando un arricchimento che aggiunge componenti di Uranio 235 all’Uranio 238. Infine il combustibile andrà inserito in vere e proprie barre che compongono il nucleo del reattore e che serviranno a produrre l’energia. Nel comprendere cos’è l’energia nucleare ci si deve soffermare soprattutto sul ciclo di vita dell’uranio e sulla messa in sicurezza delle scorie.

Dopo l’utilizzo, le barre dovranno essere stoccate in una piscina piena d’acqua all’interno del complesso del reattore. Inoltre il combustibile esausto dovrà essere poi riprocessato così da utilizzare tutto il materiale fissile. Le scorie di combustibile esausto vengono poi stoccate in veri e propri bunker per centinaia di anni, fin tanto che il materiale non avrà completato il ciclo di decadimento.

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