Lo sviluppo tecnologico ha permesso negli anni di acquisire conoscenze su principi fisici straordinari, come la scoperta dei raggi X che hanno rivoluzionato la medicina, il lavoro di Newton ha permesso ad Einstein di lavorare sulla teoria della relatività , oppure come la scoperta dell’atomo ha portato alla fissione nucleare.
Tutti questi traguardi hanno sempre diviso il parere del mondo scientifico, ritenendo queste scoperte magnifiche ma tendenzialmente pericolose su certi aspetti .
La società del 21° secolo si interroga da molti anni proprio su di una scoperta che ha rivoluzionato il mondo: stiamo parlando dell’energia nucleare!
L’energia nucleare, o atomica, è l’energia ottenuta dalle reazioni nucleari e dal decadimento radioattivo sotto forma di energia cinetica e viene sfruttata da numerose tecnologie, come le centrali nucleari per ottenere energia elettrica. Nel 2020 l’energia nucleare costituisce solo il 10% della produzione di energia elettrica globale, anche se è una delle fonti di energia più sicure in termini di morti per unità di energia prodotta . Ma perché l’opinione pubblica ha riserbo nell’utilizzare questa tecnologia?
Scopriamo insieme come funziona una centrale nucleare e vediamo nel dettaglio ogni singolo passaggio.
Le centrali nucleari sono strutture imponenti e molto complesse, che vengono utilizzate come centrali elettriche, e producono energia grazie alla Fissione nucleare. La fissione nucleare è una reazione nella quale il nucleo di un elemento pesante decade emettendo una gran quantità di energia; la reazione avviene quando un nucleo di metallo pesante, come l’uranio-235, viene bombardato, cioè colpito, da un neutrone che spezza il nucleo liberando 3 nuovi neutroni e dell’energia. Uno di questi neutroni viene assorbito da un altro nucleo di uranio-238 ed è perso nel bilancio, un secondo neutrone può fuggire dal sistema, mentre il terzo neutrone colpisce un altro nucleo di uranio-235 che si spezza liberando altri neutroni, che a loro volta colpiranno altri nuclei di uranio-235 creando così una reazione a catena.
Questa reazione è la base del reattore nucleare, che gestisce in maniera controllata il decadimento del materiale pesante.
Ora vediamo come è composta e come funziona una centrale nucleare!
La struttura è divisa principalmente in due isole: la prima si chiama isola nucleare, l’edificio che contiene il reattore, mentre la seconda si chiama isola convenzionale, che gestisce l’energia nucleare ricavata per trasformarla in energia elettrica.
Tutti questi traguardi hanno sempre diviso il parere del mondo scientifico, ritenendo queste scoperte magnifiche ma tendenzialmente pericolose su certi aspetti .
La società del 21° secolo si interroga da molti anni proprio su di una scoperta che ha rivoluzionato il mondo: stiamo parlando dell’energia nucleare!
L’energia nucleare, o atomica, è l’energia ottenuta dalle reazioni nucleari e dal decadimento radioattivo sotto forma di energia cinetica e viene sfruttata da numerose tecnologie, come le centrali nucleari per ottenere energia elettrica. Nel 2020 l’energia nucleare costituisce solo il 10% della produzione di energia elettrica globale, anche se è una delle fonti di energia più sicure in termini di morti per unità di energia prodotta . Ma perché l’opinione pubblica ha riserbo nell’utilizzare questa tecnologia?
Scopriamo insieme come funziona una centrale nucleare e vediamo nel dettaglio ogni singolo passaggio.
Le centrali nucleari sono strutture imponenti e molto complesse, che vengono utilizzate come centrali elettriche, e producono energia grazie alla Fissione nucleare. La fissione nucleare è una reazione nella quale il nucleo di un elemento pesante decade emettendo una gran quantità di energia; la reazione avviene quando un nucleo di metallo pesante, come l’uranio-235, viene bombardato, cioè colpito, da un neutrone che spezza il nucleo liberando 3 nuovi neutroni e dell’energia. Uno di questi neutroni viene assorbito da un altro nucleo di uranio-238 ed è perso nel bilancio, un secondo neutrone può fuggire dal sistema, mentre il terzo neutrone colpisce un altro nucleo di uranio-235 che si spezza liberando altri neutroni, che a loro volta colpiranno altri nuclei di uranio-235 creando così una reazione a catena.
Questa reazione è la base del reattore nucleare, che gestisce in maniera controllata il decadimento del materiale pesante.
Ora vediamo come è composta e come funziona una centrale nucleare!
La struttura è divisa principalmente in due isole: la prima si chiama isola nucleare, l’edificio che contiene il reattore, mentre la seconda si chiama isola convenzionale, che gestisce l’energia nucleare ricavata per trasformarla in energia elettrica.
L’isola nucleare esternamente si presenta come un grande blocco di calcestruzzo, per isolare il reattore che si trova nel centro della struttura. Nel reattore troviamo il nocciolo o nucleo composto da materiale fissile, generalmente una miscela di uranio-238 e uranio-235. Per rallentare i neutroni generati viene utilizzato un moderatore, generalmente acqua pesante o grafite, in modo da aumentare la probabilità di fissione. Nel reattore sono presenti anche delle barre di controllo metalliche utilizzate per catturare i neutroni in eccesso, e vengono inserite nel nocciolo per moderare la potenza della reazione, ed eventualmente arrestare il processo in caso di criticità. Se la reazione dovesse raggiungere il livello critico, sprigionerebbe una quantità enorme di energia che causerebbe la fusione del nocciolo, distruggendo le pareti contenitive e disperdendo nell’ambiente del materiale radioattivo. I frammenti della reazione rallentando producono calore che viene catturato da un liquido termovettore che circonda il nucleo di uranio; per essere più semplice, il liquido termovettore agisce nello stesso modo dell’acqua calda all’interno di un impianto di riscaldamento con termosifoni, nel quale l’acqua porta il calore generato dalla caldaia nei vari punti dell’ambiente. Il liquido termovettore compresso che arriva al nocciolo ha una temperatura di 290 °C, e raggiunge i 320 °C con una pressione di 15 MPa in modo che non entri in ebollizione. Il liquido riscaldato passa attraverso un generatore di vapore, nel quale viene generato un vapore saturo umido, a questo punto passa attraverso un separatore di umidità che lo trasforma in vapore sature secco, e con un sistema di conduttore viene trasportato in una turbina a vapore situata nell’isola convenzionale ad una temperatura finale di 290 °C a una pressione di 5 MPa. Per mantenere stabile la pressione si utilizza un pressurizzatore. La turbina è una macchina motrice che sfrutta l’energia termica del vapore, convertendola in lavoro meccanico. La turbina a sua volta, con l’energia convertita, muove un alternatore utilizzato per produrre energia elettrica; stesso principio viene usato nelle più comuni centrali a combustibile, come anche nelle centrali idroelettriche o ancora negli impianti eolici.
Come abbiamo potuto osservare, tutto il processo genera grandi quantità di vapore, che vanno gestite una volta fuoriuscite dalla turbina; raffreddandolo il vapore torna allo stato liquido e può essere riutilizzato nuovamente nel processo. Per raffreddare il vapore viene posizionato un condensatore al di sotto della turbina, e grazie ad un liquido refrigerante viene trasformato in acqua. La massa d’acqua uscita dal condensatore ha una temperatura molto alta, e non può essere immessa nel bacino di provenienza, altrimenti danneggerebbe l’ecosistema; ecco perché si preferisce costruire le centrali nucleari nei pressi di un fiume, di un lago oppure sulle rive del mare, che grazie alle loro grandi masse d’acqua riescono ad abbassare la temperatura dell’acqua del condensatore in modo graduale senza creare danni. Per le centrali che sono costruite nell’entroterra c’è bisogno di un circolo di raffreddamento chiuso; il sistema più impiegato sono le torri di raffreddamento a circolazione naturale oppure forzata, con l’ausilio di enormi ventilatori.
Come abbiamo potuto osservare, tutto il processo genera grandi quantità di vapore, che vanno gestite una volta fuoriuscite dalla turbina; raffreddandolo il vapore torna allo stato liquido e può essere riutilizzato nuovamente nel processo. Per raffreddare il vapore viene posizionato un condensatore al di sotto della turbina, e grazie ad un liquido refrigerante viene trasformato in acqua. La massa d’acqua uscita dal condensatore ha una temperatura molto alta, e non può essere immessa nel bacino di provenienza, altrimenti danneggerebbe l’ecosistema; ecco perché si preferisce costruire le centrali nucleari nei pressi di un fiume, di un lago oppure sulle rive del mare, che grazie alle loro grandi masse d’acqua riescono ad abbassare la temperatura dell’acqua del condensatore in modo graduale senza creare danni. Per le centrali che sono costruite nell’entroterra c’è bisogno di un circolo di raffreddamento chiuso; il sistema più impiegato sono le torri di raffreddamento a circolazione naturale oppure forzata, con l’ausilio di enormi ventilatori.
