Il processo di fissione
(il processo di fissione e la descrizione del reattore sono tratti da “Il disastro di Chernobyl e le iniziative internazionali per la sicurezza nucleare” a cura di Alessandro Pascolini dell’ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, sezione di Padova)
Una centrale elettronucleare è un impianto che produce calore; il calore prodotto viene scambiato con acqua e genera vapore e pressione; il vapore e la pressione generata muovono delle turbine che, connesse ad alternatori, generano corrente elettrica che viene immessa in una rete di distribuzione.
Rispetto alle centrali geotermiche, alimentate a gas o ad olio combustibile, una centrale nucleare si basa su un processo di fissione nucleare. Tale processo consiste nella scissione di un nucleo di uranio attraverso l’ azione di un neutrone rilasciando una grande quantità di energia e alcuni neutroni che, inducendo nuove fissioni attraverso il meccanismo della moltiplicazione, generano una reazione a catena. In un reattore nucleare un grande numero di questi processi avviene contemporaneamente in una forma controllata producendo una grande quantità di energia.
In un reattore quindi troviamo:
- Un nocciolo, dove avviene e viene mantenuta con continuità la reazione a catena
- Una protezione, capace di schermare in modo adeguato le radiazioni generate nel processo di fissione
- Uno scambiatore di calore efficacissimo, in grado di garantire il raffreddamento del nocciolo
- Un sistema di regolazione capace di garantire e controllare la reazione a catena con strumenti in grado di regolare il processo
In realtà solamente l’uranio composto da 235 tra protoni e neutroni è soggetto a fissione, per cui, per sostenere la reazione a catena, è necessario un processo di arricchimento dell’uranio (uranio 235) oppure una frequenza molto alta di fissione nucleari, possibile poiché tale frequenza aumenta enormemente se l’ energia dei neutroni incidenti è la minima possibile.
E’ quindi necessaria la presenza di elementi in grado di moderare l’attività dei neutroni emessi nelle fissioni. Tali elementi, interposti tra gli elementi di uranio, in pratica sono idrogeno, deuterio, carbonio. In parole povere, acqua, acqua pesante, grafite.
La moderazione con utilizzo di grafite è sicuramente il processo maggiormente economico, sia perché è possibile produrre grafite a prezzi molto bassi, sia perché, poiché il carbonio non assorbe neutroni, è possibile utilizzare uranio naturale, o comunque scarsamente arricchito.
La moderazione con grafite peraltro comporta maggiori dimensioni del reattore perché per rallentare fino all’energia termica i neutroni devono compiere un numero di urti 6 volte maggiore di quelli moderati ad acqua.
L’85 % degli impianti nucleari commerciali usa idrogeno come moderatore, il 10 % usa deuterio, il 5 % usa grafite.
