Energia nucleare: che succede nel nocciolo del reattore

Energia nucleare: che succede nel nocciolo del reattore
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«The Italian navigator has just landed in the new world».

Con queste parole, che alludono ad Enrico Fermi, il 2 dicembre 1942 il fisico Arthur Compton annunciava al presidente del National Defense Research Committee il funzionamento della Chicago Pile 1, il primo reattore nucleare mai costruito dall’uomo. Quasi tre anni dopo, le due bombe atomiche vennero utilizzate per mettere fine al secondo conflitto mondiale. Sia per il modo poco cortese con cui il nucleare si è presentato al mondo intero, sia per gli incidenti di Černobyl’ e Fukushima, l’idea dell’energia atomica non piace a tutti. Capire a fondo la natura di questi processi richiede delle discrete conoscenze di fisica e va ben oltre lo scopo di questo articolo, che si limiterà ad illustrare in modo straight to the point il principio di funzionamento di un reattore nucleare.

No, non è questo ciò che succede in una centrale nucleare.

Occorre intanto sapere che la materia che ci circonda è fatta di atomi, i quali sono composti da elettroni e da un nucleo di protoni e neutroni. Elementi chimici diversi hanno nuclei atomici diversi, i quali restano invariati nel tempo, o quasi. Sta proprio in quel “quasi” il funzionamento della fissione nucleare, il tipo di processo che alimenta tutti i reattori utilizzati per produrre energia elettrica. Alcuni nuclei atomici, come quelli dell’Uranio 235, sono instabili a tal punto che se vengono colpiti da un neutrone libero si rompono in due pezzi, ovvero due elementi più leggeri. In questo processo vengono liberati neutroni e una piccola quantità di energia, la quale riscalderà il materiale circostante e permetterà la produzione di energia elettrica.

I neutroni prodotti dalla reazione possono colpire un nucleo vicino e innescare un processo del tutto identico a quello precedente. Non serve molta immaginazione per rendersi conto che – se ad un certo istante il numero di neutroni prodotti è n, mentre all’istante successivo ne vengono prodotti n+1 – il numero di atomi coinvolti nella reazione aumenterà di volta in volta. Questa condizione è determinata dalla quantità di materiale fissile a disposizione: al di sopra di una certa massa critica la reazione a catena è in grado di autosostenersi. A questo punto, introducendo un altro materiale in grado di assorbire neutroni senza particolari conseguenze, è possibile rallentare la reazione fino ad arrestarla del tutto.

L’articolo completo è disponibile sul nostro magazine alle pagine 21-22.

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Pubblicato da Iacopo Longarini

Sono nato a Roma nel 1994 e da allora vivo a Cerveteri, una piccola città di provincia. Sono cresciuto a pane e Super Quark e all'età di 18 anni ho deciso di fare della fisica il mio mestiere. Mi sono laureato nel 2016 e ora sono iscritto alla Laurea magistrale in fisica delle particelle, presso l’università di Roma “La Sapienza”.