La Fisica Quotidiana: “Energia Elettrica da Fissione Nucleare”

La fissione nucleare è un particolare processo di disintegrazione durante il quale nuclei pesanti, come quelli dell’uranio, se opportunamente bombardati con neutroni si dividono in due grossi frammenti, entrambe di carica positiva, che si respingono con violenza allontanandosi con elevata energia cinetica (Fig.1).

Con la fissione si liberano anche almeno due neutroni. Questi neutroni possono a loro volta provocare altre fissioni innescando una reazione a catena.

In una centrale elettronucleare, l’energia cinetica dei frammenti di fissione si trasforma in calore, cioè energia termica, utile per produrre vapore con cui alimentare una turbina e ricavare energia elettrica.

La fissione di 1 grammo di uranio produce un quantitativo di energia pari a quella ottenibile dalla combustione di circa 2800 kg di carbone.

La prima centrale elettronucleare fu inaugurata il 17 Ottobre 1956 a Calder Hall, sulla costa nord-occidentale dell’Inghilterra (Fig. 2).

Figura 2

La prima centrale italiana fu costruita in tempi record a Latina (Borgo Sabotino) e inaugurata il 1 giugno 1963. L’impianto, con i suoi 200 MegaWatt (Mw) di potenza si poneva ai vertici europei del settore. Durante la sua vita operativa, fino alla chiusura avvenuta nel 1987, la centrale fu sottoposta a numerosi e costosi interventi di manutenzione e non mancarono incidenti.
Nel 1970 il primo (rivelato dopo la chiusura) quando un improvviso surriscaldamento del reattore nucleare provocò la parziale fusione del nocciolo (come nel recente caso di Fukushima) e soltanto per l’intervento dei tecnici si evitò il peggio. Tre di questi sarebbero poi morti in seguito alle radiazioni assorbite.

Nel 1985 ci fu una fuga di gas tossico con 46 addetti ricoverati per una grave intossicazione.
Due anni più tardi, il referendum votato in Italia a seguito del grave incidente di Chernobyl, decretò la definitiva chiusura di questa centrale e delle altre due esistenti (Garigliano e Trino Vercellese) e il blocco e riconversione di quella in costruzione a Montalto di Castro.

Centrale nucleare di Chernobyl dopo l’esplosione del reattore 4 nel 1986

La costruzione di reattori nucleari accelerò alla fine degli anni ’60. Nel 1977 negli Stati Uniti il 10% dell’energia elettrica proveniva dal nucleare mentre nel 1990 si arrivò al 20%.

Alla fine del 2019 i reattori funzionanti nel mondo erano 450 con altri 53 in costruzione. Oggi il 72% dell’energia elettrica prodotta in Francia viene dal nucleare, il 50% in Ungheria, il 38% in Svizzera, il 24% nella Corea del Sud, mentre negli Stati Uniti sono fermi al 20%. Insomma guardando retrospettivamente possiamo constatare che la penetrazione del mercato da parte delle centrali nucleari è stata molto veloce.

Un successo? O come taluni dicono, un “fallimento di grande successo”.

Il problema è che molte aspettative sono state deluse. Negli anni ’50, “autorevoli esperti” affermavano che l’energia nucleare sarebbe stata talmente poco costosa da non potersi misurare con i contatori!

Nel 1970 il premio Nobel Glenn Seaborg predisse che entro il 2000 la quasi totalità del fabbisogno mondiale di energia elettrica sarebbe stato coperto dal nucleare!

Non è andata cosi.

Anzi, negli anni ’80 la produzione di energia elettrica nucleare subì una battuta d’arresto sia per un calo di domanda ma soprattutto per il moltiplicarsi di incidenti. Ricordiamo quello di Three Mile Island in America nel 1979, quello di Chernobyl nel 1986 in Ucraina e quello di Fukushima nel 2011 in Giappone.

Esplosioni nella centrale di Fukushima

Contemporaneamente ci si è trovati a fare i conti con i costi crescenti di costruzione delle centrali e, soprattutto, con l’incapacità di trovare soluzioni sicure e definitive nello stoccaggio di crescenti quantità di scorie radioattive (che rimangono tali per centinaia di anni).
C’è inoltre da dire che sebbene ci sia stato un avanzamento tecnologico verso reattori più sicuri e puliti, non si può dire che i reattori di nuova generazione si discostino in modo significativo dai vecchi modelli, ancora dominanti.

Di conseguenza, molti paesi (Germania, Svezia e anche la Francia) hanno da tempo avviato percorsi di riduzione della produzione di energia dal nucleare. Asia, Cina e India, al contrario, pensano di espandere il settore ma, nel lungo termine, la quota di nucleare nel totale di energia prodotta tende a diminuire.

Ci sono molte cose che si potrebbero fare (per esempio usare modelli di reattori di qualità e sicurezza superiori e affrontare con risolutezza lo smaltimento di scorie radioattive) per produrre energia elettrica dalla fissione nucleare, limitando così le emissioni di CO2, ma questo richiederebbe politiche energetiche globali lungimiranti, che al momento non si intravvedono.


Bibliografia:

  • Vaclav Smil – I numeri non mentono – Einaudi)

Luigi Catalani nasce a Norma (LT) nel 1946. Si laurea in Ingegneria Elettronica con indirizzo Calcolatori e Controlli Automatici nel 1975. E’ assunto da una società romana leader nel settore della Meccanottica di precisione occupandosi di progettazione elettronica e software di sistemi di Aereofotogrammetria per applicazioni cartografiche civili e militari. Nel 1980 è assunto da una primaria azienda Aerospaziale italiana come dirigente del reparto progettazione e sviluppo di apparati avionici di bordo per aerei ed elicotteri militari e civili. Nel 1988 passa alle dipendenze di una società romana leader nel settore dei sistemi di difesa avionica con l’incarico di Project Manager per diversi contratti internazionali per lo sviluppo e produzione di apparati destinati alle aeronautiche di Italia, Germania, UK e Spagna. Nel 2007,nella stessa società, conclude la sua carriera in qualità di Responsabile Commerciale degli stessi contratti.

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