Zibaldino

Nucleare? si grazie (parte 2°)

              Se nel post precedente ho dato, una più che sintetica ambientazione politica, in questo  e nei successivi, l’intenzione è di dare una visione complessiva e riepilogativa , sulla nascita, sullo sfruttamento dell’energia nucleare, su quali siano le strade presenti, le prospettive future  e se ci siano alternative a fissione e fusione.   

           Per comodità dell’eventuale lettore ricorderò, inizialmente, cosa sia la fissione ed in seguito cosa sia la fusione.

Fissione nucleare è una realtà da molti anni.

                 Roma 1934. Si era formato un gruppo di giovanissimi fisici,“ i ragazzi di via Panisperna”(nella via aveva la sede l’istituto di fisica della Università).

              Enrico Fermi (1901-1954, premio Nobel 1938) ed il suo gruppo, tra cui spiccano i nomi del futuro premio Nobel Emilio Segrè (1905-1989) e di Edoardo Amaldi(1908-1989)(per inciso sui testi di Amaldi, ho studiato anch’io negli anni 60),provocarono la prima fissione nucleare artificiale, anche se, sul momento, non si resero  conto di cosa fosse effettivamente accaduto.

             Nel 1938  Otto Hahn e il suo assistente Fritz Strasseman, in un esperimento, bombardarono con neutroni lenti  il nucleo degli  atomi  di Uranio 235; il nucleo,“colpito” da un neutrone, si scisse  in due o più parti, dando luogo, a quello che è stato chiamato processo di fissione.

              Durante questo processo  un nucleo di materiale fissile  assorbe un neutrone e si fissiona(scinde) producendo due o più nuclei, un numero variabile neutroni e liberando una notevole quantità di energia, infatti la somma delle masse dei frammenti è inferiore a quella del nucleo di partenza. La differenza rappresenta la quantità di materia che si è trasformata in energia secondo la ben nota formula di Einstein E=mc2 . I frammenti prodotti da tale reazione sono radioattivi, hanno un surplus di neutroni ed espellono elettroni, cioè  decadono beta in una successione di decadimenti radioattivi per giungere  ad un isotopo di configurazione stabile.

Per gli amanti delle formule:

 immagine14

                L’energia complessivamente liberata dalla fissione di un nucleo di Uranio 235 è di 211 MeV, che è una quantità notevole, confrontandola, con l’energia prodotta dall’ossidazione di un atomo di carbonio, che è di  circa 4 eV, si vede che è 52 milioni di volte superiore.

 

Ed è per questi risultati sperimentali che gli scienziati intravidero la possibilità, utilizzando questo processo, di costruire  “macchine”  per produrre energia.

 

                 La peculiarità della reazione è quella di emettere ulteriori neutroni che, scontrandosi con altri nuclei di uranio 235, producono reazioni simili e così via. Un tale evento si chiama reazione a catena. Le reazioni cesserebbero se venisse interrotto il bombardamento, esterno al sistema, di neutroni e non avremmo quindi energia utile da sfruttare.

                 Il passo successivo è stato quello di scoprire, un’altra caratteristica dell’uranio 235, mettendone  insieme una “certa quantità”  la reazione a catena procedeva in modo spontaneo, senza interventi esterni. Quando si genera questo fenomeno significa che abbiamo raggiunto e/o superato  la massa critica.

              Per  l’isotopo 235 dell’uranio la massa critica è di circa 16 Kg, la possiamo immaginare visivamente come una sfera di 12 cm. di diametro. Sarà opportuno rimanere ben lontani nel momento in cui si mettono insieme  16 Kg: non appena raggiunti la sfera si tramuta in una arma che si sta innescando per esplodere. In natura  il 235, costituisce solo l’ 0,7% del minerale d’uranio il resto è uranio 238.              Quest’ultimo inibisce la reazione a catena, pertanto si deve usare l’ uranio  arricchito, in varie percentuali, secondo l’uso a cui è destinato:circa 85% di uranio 235 per le bombe atomiche, corrispondente ad una massa critica di circa 50 kg.

                Si è raggiunta la massa critica quando la reazione a catena si mantiene stabile e il numero di neutroni presente nel sistema è costante. Variando la quantità di uranio arricchito ed indicando con K il rapporto tra il numero di neutroni presenti in una generazione col numero di quelli presenti nella generazione precedente, si hanno 3 possibilità:

per K < 1  la reazione si estingue.(quantità di uranio inferiore alla massa critica)

per K > 1  la reazione aumenta in modo esponenziale (quantità di uranio oltre la massa critica)

per K = 1  la reazione rimane stabile (massa critica)

Dalla pila atomica alla bomba atomica.

               Per le armi nucleari  K è  >  1 e può arrivare a 1,2  circa, più si avvicina a 1,2  più è potente l’arma, a parità di tipologia di uranio arricchito.

Per i reattori nucleari K deve essere compreso tra 1 e massimo 1,005.

            Costruire armi nucleari è abbastanza semplice, il problema è avere l’uranio arricchito, che, per ottenerlo, occorre una tecnologia molto avanzata, data la scarsa quantità dell’uranio 235  presente nell’uranio naturale.

           Più complesso è stato costruire reattori nucleari. Al problema dell’uranio arricchito si aggiungono  ulteriori difficoltà come il controllo della reazione a catena ed il raffreddamento del liquido con il relativo scambiatore di calore, nonché la protezione dalle radiazioni e la prevenzione in caso di incidente.

         Storicamente è stata costruita prima la “pila atomica”, così venne chiamata l’invenzione di Fermi.

         Chicago, 2 dicembre del 1942, Enrico Fermi  ottiene, per  la prima volta nella storia, una reazione di fissione autosostenuta ed è questa la data di nascita del nucleare, come lo intendiamo oggi.

        La parte fondamentale del processo era assicurata dal Core (nucleo del reattore) che è costituito da una struttura di blocchi di grafite, pressoché pura, e nei blocchi sono praticati dei fori in cui vengono inserite le barre di combustibile (uranio) e di regolazione (cadmio, che avendo una buona sezione d’urto cattura facilmente i neutroni). Rimuovendo le barre di regolazione si aumentava il flusso dei neutroni accelerando la reazione a catena, reinserendole si rallentava il flusso nei neutroni raffreddando la reazione fino a poter spengere il reattore. Si otteneva,così, una produzione controllata di energia.

      Il dott. Compton, riconoscendo il ruolo fondamentale di Fermi, comunicò il successo dell’esperimento al responsabile del governo con la celebre frase: “Il Navigatore Italiano è sbarcato nel Nuovo Mondo”.

          L’inizio della ricerca sul nucleare in Usa, fu dovuta essenzialmente ad  Einstein, che convinto da Leo Szilard, capì che la Germania stava studiando la realizzazione della bomba atomica e si rivolse ad Einstein e non fu facile convincerlo. Con il suo prestigio, Einstein, era uno dei pochi che potesse intervenire, con successo, con il presidente Roosvelt perché concedesse i finanziamenti necessari a questi esperimenti. Famosa la sua lettera del 2 agosto 1939, al presidente, il quale, tergiversò fino al 1941, quando notizie provenienti dall’intelligence lo convinsero dell’urgenza di dare il via alla sperimentazione nucleare. Nacque così il progetto Manhattan per la realizzazione dell’arma nucleare, i cui maggiori responsabili scientifici erano: Oppenheimer, Fermi, Compton e Lawrence.

Nella  Base Aerea di Alamogordo, il  16 luglio 1945 avvenne la prima esplosione di una bomba nucleare.

(continua)

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19/12/2008 - Posted by | Varie

6 commenti »

  1. Sarc.,
    non so cosa sia successo.
    Ho scritto ieri un lungo commento al quadro della Sacra Famiglia. Ora ho scritto il commento a questo, ma sono come svaniti, non pubblicati.
    In particolare, questo, dei Ragazzi di Via Panisperna con la rievocazione televisiva dell’esperimento di Fermi e i suoi “Ragazzi”, nel quale ti chiedevo parere, circa quel filmato, sulla validità scientica dello stesso…
    (prova…seguito)

    Commento di Marshall | 22/12/2008

  2. Marshall
    o controllato lo spam,ma non ho niente di bloccato,può essere che stessero facendo dei lavori sulla piattaforma,hanno modificato molte cose,ci sta che abbiano ancora qualcosa da mettere a punto.
    caso mai se li hai ancora mandameli per email.
    ciao
    sarc.

    Commento di sarcastycon | 22/12/2008

  3. Marshall
    io quando faccio comm. molto lunghi li faccio in word e poi li copio,perché anche a me è capitato la noia di dover riscrivere….
    e poi queste maledette finestrine impediscono una visione d’insieme dello scritto.
    ciao
    sarc.

    Commento di sarcastycon | 22/12/2008

  4. …ora funziona.
    Ti chiedevo: in quel filmato a puntate, mi era sembrato di vedere che quelle barre di Cadmio venivano smosse senza eccessive precauzioni. Poichè vi era presenza di radioattività, non era il caso di mostrare anche gli accorgimenti che venivano presi? Tutto questo perchè, nel tuo articolo, poni spesso il dito sulla pericolosità delle radiazioni. Pericolosità assai ben nota ormai a tutti.
    Nel commento andato perso, c’erano altre annotazioni che ti rifarò.
    Ciao.

    Commento di Marshall | 22/12/2008

  5. Sarc.,
    parto sempre con l’idea di fare commenti brevi, ma poi…strada facendo (esempio: vedi ieri di là!). E così capita che, ogni tanto, devo riscrivere basandomi sulla memoria di quanto avevo già scritto.
    Il commento al quadro della Sacra Famiglia, andato perso, era incentrato sulla figura di San Giuseppe, che, nel romanzo “Per Amore, solo per Amore” di Pasquale Festa Campanile, mi era sembrato il più aderente alla realtà. Seguivano poi i complimenti al bel quadretto, con il consiglio a farlo controllare da veri esperti. Non sia mai che…..?

    Ciao.

    Commento di Marshall | 22/12/2008

  6. Marshall
    io non ricordo il filmato,ma una cosa posso dirti,il cadmio
    è un assorbitore di neutroni e i suoi isotopi radioattivi sono artificiali e decadono beta ossia emettono elettroni, che possono essere schermati con pochi millimetri di alluminio,ma non maneggerei il cadmio a mano nuda e senza maschera,perchè è altamente tossico.
    ciao
    sarc.

    Commento di sarcastycon | 22/12/2008


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