centrale nucleare

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Energia dal cuore dell'atomo

Le centrali nucleari producono energia elettrica sfruttando il calore generato da reazioni nucleari. Il processo si verifica nel nocciolo del reattore, dove gli atomi ‒ in genere uranio o plutonio ‒ urtati da un neutrone si dividono. L'energia rilasciata è usata poi per alimentare il generatore di corrente della centrale. I prodotti della reazione, le scorie, sono radioattivi e pericolosi per gli esseri viventi: non mancano quindi problemi di sicurezza per il funzionamento e la manutenzione di questi impianti

Generare energia senza esplosione

Una centrale nucleare è un impianto dove si produce energia elettrica usando come 'combustibili' non petrolio, carbone o gas naturale, ma i nuclei degli atomi.

Le centrali oggi in funzione sfruttano l'energia liberata dalle reazioni nucleari di fissione degli elementi più pesanti ‒ come uranio 235, torio, plutonio ‒ per alimentare un generatore di corrente elettrica. Nel mondo, attualmente, sono in funzione oltre 430 reattori a fissione che forniscono circa il 17% dell'energia utilizzata ogni anno.

Nel reattore avviene, per urto con un neutrone, la rottura di un nucleo atomico. Il processo è noto come fissione e comporta la divisione in due parti dell'atomo accompagnata dall'emissione di energia, raggi gamma e altri neutroni che, liberi di muoversi, possono innescare nuove reazioni. A differenza di quanto accade in una bomba atomica, dove questa catena diventa incontrollata fino all'esplosione distruttiva, in un reattore nucleare si adottano alcuni accorgimenti che regolano il processo garantendo un rilascio di energia costante nel tempo.

Come funziona una centrale nucleare

La parte centrale di un reattore è il cosiddetto nocciolo: qui avviene la fissione del combustibile nucleare sagomato in barre. Le barre sono immerse in una sostanza che agisce da moderatore e rallenta i neutroni responsabili della reazione: per quanto possa sembrare strano, infatti, i neutroni lenti sono molto più efficaci di quelli veloci nell'innescare la fissione. I moderatori di velocità più utilizzati sono la grafite e l'acqua, meglio se acqua pesante, cioè non formata da idrogeno e ossigeno ma da deuterio (isotopo dell'idrogeno con massa atomica doppia) e ossigeno.

Tutto intorno al nocciolo del reattore ci sono tubi dove scorre acqua. Il liquido, riscaldato dal calore prodotto durante la fissione, viene trasformato in vapore ad alta temperatura. Il vapore poi è adoperato per far ruotare le turbine del generatore di corrente della centrale. I generatori di vapore delle centrali nucleari sono dispositivi analoghi a quelli che si trovano nelle centrali elettriche alimentate da petrolio e carbone e sono collegati a un alternatore per produrre energia elettrica.

Neutroni, uranio, e prodotti di fissione sono radioattivi e quindi potenzialmente dannosi per gli esseri viventi. Il reattore, perciò, è racchiuso in contenitori di acciaio e piombo che servono per schermare le radiazioni e poi sistemato in robuste strutture di cemento armato.

Per evitare che la reazione divenga incontrollata e l'impianto si trasformi in una vera e propria bomba esistono sistemi di regolazione che tengono sotto controllo il numero di neutroni presenti, istante per istante, nel nocciolo. A questo scopo, in genere, si usano barre di cadmio che vengono opportunamente abbassate all'interno del nocciolo; queste barre servono per assorbire i neutroni e rallentare la reazione quando ve ne è bisogno. Oltre ai PWR (Pressurized water reactors), i "reattori ad acqua in pressione", che usano acqua per trasferire il calore generato dalla fissione, ci sono anche gli AGR (Advanced gas reactors), i "reattori avanzati raffreddati a gas", che sfruttano invece un gas, l'anidride carbonica, per scambiare calore.

Lo smaltimento delle scorie radioattive

Le scorie nucleari sono il prodotto di scarto della fissione e possono continuare a emettere radiazioni anche per migliaia di anni. Per limitare i pericoli di contaminazione le scorie vanno prima trattate ‒ 'vetrificate' o stipate in opportuni contenitori ‒ per impedire la fuoriuscita di radiazioni. Poi, soprattutto per i materiali che hanno bisogno di più tempo prima di diventare innocui, le scorie devono essere stoccate in speciali depositi. Tra le scorie della fissione dell'uranio c'è anche il plutonio, un materiale che si può utilizzare per costruire armi atomiche.

Le centrali nucleari non sono destinate a funzionare per sempre. Con il tempo, infatti, i materiali che rivestono il reattore diventano radioattivi e quindi la centrale va smantellata: una procedura che ha costi elevati.

Ulteriori problemi di sicurezza delle centrali nucleari

Oltre alla contaminazione radioattiva, un altro aspetto importante è la sicurezza intrinseca dei reattori. Le barre di cadmio che servono per assorbire neutroni hanno bisogno di energia per entrare in funzione ‒ sono cioè un sistema di sicurezza attivo ‒ e quindi potrebbero essere inefficaci in caso di guasti. Per ridurre i rischi, i moderni reattori sono progettati in modo che, accanto a questi sistemi di sicurezza attivi. ci siano anche sistemi di sicurezza passivi, basati cioè sui meccanismi intrinseci di funzionamento del reattore. I sistemi passivi non hanno bisogno di energia o di supervisione esterna per entrare in azione e quindi permettono un intervento tempestivo in ogni circostanza. Un esempio sono le barre di controllo che si sganciano automaticamente, per dilatazione termica, e interrompono la reazione a catena quando il refrigerante del reattore si surriscalda.

I problemi collegati alla produzione di energia nucleare scomparirebbero se esistessero reattori funzionanti non a fissione, ma a fusione nucleare, il processo che si verifica quando due atomi leggeri si uniscono per formarne uno più pesante. È il meccanismo che permette alle stelle, come il nostro Sole, di splendere e non ha controindicazioni perché non genera scorie. Tuttavia, per ora, gli scienziati non sono stati ancora in grado di utilizzarlo per produrre energia su larga scala perché non si è ancora scoperto come abbassare l'elevatissima temperatura di innesco del processo di fusione.

Tabella

L'incidente nucleare di Černobyl'

A Černobyl', in Ucraina, il 26 aprile 1986 un incidente ha provocato l'esplosione e l'incendio del reattore numero 4 della centrale nucleare. Pesanti ripercussioni hanno interessato una vasta zona attorno all'impianto: grandi quantità di materiale radioattivo sono state liberate nell'area circostante e si è formata una nube tossica che nei giorni seguenti ha raggiunto buona parte d'Europa. Per confinare gli isotopi radioattivi il reattore è stato ricoperto da un 'sarcofago' di calcestruzzo e acciaio, alto come un edificio di dieci piani e con pareti spesse sei metri. Dopo l'incidente 116.000 persone che vivevano in un raggio di 30 km attorno alla centrale sono state evacuate, e, ancora oggi, flora e fauna nelle aree attorno alla centrale presentano elevati livelli di contaminazione radioattiva. In Italia, dopo il disastro di Černobyl', è cambiata la politica energetica e si è scelto di chiudere tutti gli impianti nucleari in funzione (Latina, Trino Vercellese, Garigliano e Caorso) e la centrale di Montalto di Castro, allora in fase di costruzione, è stata riconvertita.