L energia nucleare spiegata ai bambini

Perché il nucleare fa bene

Un reattore nucleare converte in elettricità il calore prodotto dalla fissione dei nuclei di uranio. La produzione di elettricità può essere regolata in base alla domanda. Durante il normale funzionamento, i reattori nucleari sono abbastanza rispettosi dell'ambiente, in particolare per quanto riguarda i gas a effetto serra. Dagli anni '50, i reattori si sono evoluti in "generazioni", imparando dai rari incidenti per migliorare la loro sicurezza e robustezza. I rifiuti radioattivi sono prodotti in volumi limitati, il che consente di contenerli a lungo termine, ma la loro gestione rimane controversa.

In questo articolo descriveremo la reazione di fissione che provoca l'energia utilizzata da circa 450 reattori nucleari in tutto il mondo per produrre l'11% dell'elettricità mondiale, il funzionamento di questo tipo di macchine e il loro impatto positivo e negativo sull'ambiente. Prima di discutere questo testo, è consigliabile leggere l'articolo "Radioattività e reazioni nucleari".

Questa energia si presenta principalmente sotto forma di energia cinetica dei frammenti che si separano ad alta velocità, ma quando questi scuotono gli atomi vicini, tutto si trasforma in calore (vedi "Energia"). Vedremo che i reattori nucleari, detti reattori di potenza, utilizzano questo calore per produrre elettricità. Una reazione chimica elementare rilascia in genere un'energia di pochi elettronvolt (eV). Una fissione rilascia 200 milioni di elettronvolt (200 MeV). La fissione di un grammo di uranio produce quindi più energia della combustione di una tonnellata di petrolio.

Centrale nucleare

Il termine famiglia nucleare si riferisce ai membri principali di una famiglia, di solito genitori e figli. Il termine nucleare ha avuto una lunga storia di uso figurato prima della sua principale associazione con "energia nucleare", in quanto nucleus ha un significato di "nocciolo" o più semplicemente "qualcosa di essenziale".

Ebbene, sì. Le famiglie nucleari - il termine si riferisce a un gruppo familiare composto solo da genitori e figli - sono nucleari, ma in un'accezione della parola che oggi è molto meno comune rispetto agli usi più comuni di nucleare.

All'epoca in cui la famiglia nucleare fu coniata, la parola nucleare abitava contesti diversi da quelli a noi più familiari. Il suo uso era ampio e legato, come lo è tuttora, agli usi della parola madre, nucleo, che faceva parte della lingua da 250 anni.

Seguendo lo sviluppo della parola nucleo nell'Oxford English Dictionary, vediamo che è stata applicata per la prima volta in inglese verso la metà della fine del XVII secolo alla massa di materia più luminosa nella testa di una cometa. L'origine è neolatina, dal latino nucleus, che significa "nocciolo". Seguirono altri significati astronomici, con la parola che si riferiva ad altre vedute celesti luminose e abbaglianti, come la porzione relativamente piccola, più luminosa e più densa di una galassia, o la calda e debole stella centrale di una nebulosa planetaria.

Come funziona un reattore nucleare

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L'energia nucleare ha diversi impatti ambientali, tra cui la costruzione e il funzionamento dell'impianto, il ciclo del combustibile nucleare e gli effetti degli incidenti nucleari. Le centrali nucleari non bruciano combustibili fossili e quindi non emettono direttamente anidride carbonica. L'anidride carbonica emessa durante l'estrazione, l'arricchimento, la fabbricazione e il trasporto del combustibile è piccola se paragonata all'anidride carbonica emessa dai combustibili fossili con un rendimento energetico simile; tuttavia, queste centrali producono altri rifiuti dannosi per l'ambiente.[1]

Esiste un potenziale "rischio catastrofico" in caso di cedimento del contenimento,[2] che nei reattori nucleari può essere causato dalla fusione dei combustibili surriscaldati e dal rilascio di grandi quantità di prodotti di fissione nell'ambiente. I rifiuti radioattivi più longevi, tra cui il combustibile nucleare esaurito, devono essere contenuti e isolati per un lungo periodo di tempo. Tuttavia, il combustibile nucleare esaurito può talvolta essere riutilizzato, riducendo la quantità di rifiuti. L'emissione di radioattività da parte di un impianto nucleare è controllata dalle normative. Un funzionamento anomalo può comportare il rilascio di materiale radioattivo su scale che vanno da lievi a gravi, anche se questi scenari sono molto rari.[3] Nel funzionamento normale, le centrali nucleari rilasciano meno materiale radioattivo rispetto alle centrali a carbone, le cui ceneri volanti contengono quantità significative di torio, uranio e dei loro nuclidi figli.[4]

Perché il nucleare è un male

Nella fissione nucleare, gli atomi si dividono per formare atomi più piccoli, liberando energia. La fissione avviene nel reattore di una centrale nucleare. Al centro del reattore si trova il nucleo, che contiene il combustibile di uranio.

Il combustibile di uranio viene trasformato in pellet di ceramica. Ogni pellet di ceramica produce circa la stessa quantità di energia di 150 galloni di petrolio. Questi pellet ricchi di energia sono impilati da un capo all'altro in barre di combustibile metallico di 12 piedi. Un fascio di barre di combustibile, alcune con centinaia di barre, è chiamato gruppo di combustibile. Il nocciolo di un reattore contiene molti gruppi di combustibile.

Il calore prodotto dalla fissione nucleare nel nocciolo del reattore viene utilizzato per far bollire l'acqua e trasformarla in vapore, che fa girare le pale di una turbina a vapore. Quando le pale della turbina girano, azionano i generatori che producono elettricità. Le centrali nucleari raffreddano il vapore in acqua in una struttura separata della centrale, chiamata torre di raffreddamento, oppure utilizzano l'acqua di stagni, fiumi o oceano. L'acqua raffreddata viene poi riutilizzata per produrre vapore.

I reattori nucleari negli Stati Uniti possono avere grandi cupole di cemento che coprono i reattori, necessarie per contenere le emissioni accidentali di radiazioni. Non tutte le centrali nucleari hanno torri di raffreddamento. Alcune centrali nucleari utilizzano l'acqua di laghi, fiumi o oceano per il raffreddamento.