Capire come funziona una centrale nucleare

Se segui le notizie o i media, spesso si sentono pareri su molte cose, tra cui l’energia nucleare. Cosa sai veramente sugli impianti nucleari?

La mancanza di abilità di pensiero critico può ostacolare la capacità di valutare in modo critico le informazioni e distinguere tra risposte accurate e inesatte. La diffusione di informazioni errate e campagne di disinformazione può rendere difficile distinguere la verità dalla falsità.

Non preoccuparti, siamo qui per spiegare, non giudicare.

Un reattore nucleare, noto anche come centrale nucleare, è composto da un insieme di macchine progettate per sfruttare la fissione nucleare per generare elettricità. Questi reattori utilizzano piccole pastiglie fatte di uranio come combustibile. All’interno del reattore, gli atomi di uranio vengono manipolati per dividere, e questo processo di divisione rilascia piccole particelle chiamate prodotti di fissione. Questi prodotti di fissione, a loro volta, innescano ulteriori divisioni di atomi di uranio, avviando una reazione a catena. Questa reazione a catena genera calore.

Il calore prodotto dalla fissione nucleare viene utilizzato per riscaldare una sostanza refrigerante all’interno del reattore. Di solito, si utilizza l’acqua come sostanza refrigerante, ma alcuni reattori impiegano metalli liquidi o sale fuso. Man mano che la sostanza refrigerante assorbe il calore dalla fissione nucleare, si trasforma in vapore. Questo vapore viene quindi utilizzato per far girare delle turbine, che sono essenzialmente delle ruote mosse dal flusso di vapore. Queste turbine, a loro volta, azionano dei generatori, che sono macchine che producono elettricità.

Per controllare la quantità di elettricità generata, ci sono delle aste speciali fatte di un materiale noto come veleno nucleare. I veleni nucleari, come un certo tipo dell’elemento xeno, assorbono alcuni dei prodotti di fissione prodotti durante la fissione nucleare. Quando vengono inserite più aste di veleno nucleare nel reattore durante la reazione a catena, essa si rallenta diventando più controllata. Al contrario, togliendo queste aste si permette una reazione a catena più intensa, portando alla generazione di più elettricità.

L’uranio è la fonte di combustibile predominante per i reattori nucleari principalmente a causa delle sue particolari proprietà nucleari che lo rendono adatto a sostenere una reazione nucleare controllata. Queste sono alcune delle principali ragioni alla base dell’uso dell’uranio come principale fonte di combustibile per i reattori nucleari:

Proprietà Fissili: L’uranio-235 (U-235), un isotopo dell’uranio, mostra proprietà fissili, il che significa che può subire una fissione nucleare sotto bombardamento di neutroni. In questo processo, il nucleo di un atomo di U-235 si frammenta in due nuclei più piccoli, liberando una quantità considerevole di energia insieme a neutroni aggiuntivi.
Questi neutroni liberati possono successivamente indurre la fissione in nuclei di U-235 adiacenti, avviando una reazione a catena autoperpetuantesi.
Abbondanza Naturale: Nonostante l’uranio sia relativamente abbondante nell’ambiente naturale, l’U-235 costituisce solo una frazione, costituendo circa lo 0,7% dell’uranio naturale. In particolare, l’isotopo di uranio più diffuso, l’uranio-238 (U-238), pur non essendo inherentemente fissile, ha la capacità di catturare neutroni e trasformarsi in plutonio-239 (Pu-239), un altro materiale fissile.
Questa caratteristica consente l’utilizzo di uranio naturale o leggermente arricchito in configurazioni specifiche dei reattori.
Densità di Energia: La fissione nucleare offre un rendimento energetico straordinario rispetto alle fonti di energia alternative. Anche piccole quantità di uranio possono essere sfruttate per generare notevoli quantità di energia, conferendo all’uranio un’eccezionale efficienza del combustibile.
Reazione Controllata: I reattori nucleari sono accuratamente progettati per controllare il ritmo della reazione a catena nucleare. Utilizzando le barre di controllo e i sistemi di raffreddamento, i reattori orchestrano la modulazione precisa della reazione, consentendo una scarica misurata e calibrata di energia.
Basse Emissioni di Gas Serra: I reattori nucleari dimostrano un notevole vantaggio nella produzione di elettricità con emissioni minime di gas serra rispetto ai combustibili fossili. Questa caratteristica posiziona l’energia nucleare come un ricorso allettante per mitigare i cambiamenti climatici e ridurre le emissioni di carbonio. Affidabilità: I reattori nucleari vantano periodi operativi prolungati privi di frequenti esigenze di rifornimento, una caratteristica che garantisce un’offerta di elettricità affidabile e costante. Energia di Base: L’energia nucleare mostra una notevole idoneità per fornire elettricità di base, caratterizzata dalla capacità di fornire una produzione continua e uniforme di energia. Questo distingue l’energia nucleare da alcune fonti rinnovabili intermittenti come l’energia eolica e solare.

In sintesi, le caratteristiche nucleari distintive e gli attributi operativi favorevoli dell’uranio sottendono collettivamente il suo status venerato come principale combustibile per i reattori nucleari, contribuendo così al mantenimento di un paesaggio energetico affidabile e a basse emissioni di gas serra. Si noti che altri elementi e materiali, come il torio e il plutonio, possono anche fungere da combustibili nucleari in progetti di reattori specializzati. La ricerca e lo sviluppo continuano a esplorare combustibili e tecnologie di reattori alternativi per migliorare l’efficienza, la sicurezza e la sostenibilità nella generazione di energia nucleare.

L’utilizzo di combustibile nucleare, come l’uranio o il plutonio, comporta significative implicazioni geopolitiche, dovute al suo potenziale duplice per promuovere sia reattori nucleari che armi nucleari. Di conseguenza, la comunità internazionale ha istituito meccanismi per regolare il trasferimento di tali materiali, principalmente in base all’aderenza di una nazione al Trattato di non proliferazione nucleare (TNP).

Il Trattato di non proliferazione nucleare (TNP) funge da accordo internazionale fondamentale, che delinea i parametri entro cui le nazioni possono impegnarsi nell’importazione e nell’utilizzo di combustibili nucleari. Alla base del TNP c’è un duplice obiettivo: in primo luogo, favorire l’applicazione pacifica e civile del combustibile nucleare per scopi come la generazione di elettricità tramite reattori nucleari; in secondo luogo, limitare la proliferazione di armi nucleari.

Nel contesto dei rifiuti radioattivi, ci troviamo di fronte a due categorie distinte:

Rifiuti Radioattivi a Vita Breve: Questa categoria comprende 1,8 chilogrammi di rifiuti su 2 chilogrammi di rifiuti, caratterizzati da un livello di radioattività che diminuisce della metà in meno di 30 anni. A differenza delle sostanze chimiche, la cui tossicità rimane costante nel tempo, la radioattività di questi rifiuti diminuisce naturalmente. Notevolmente, dopo un periodo di 300 anni, la radioattività di questi rifiuti “a vita breve” raggiungerà un livello paragonabile a quello della radioattività naturale.
Rifiuti Radioattivi a Vita Lunga: Costituenti 200 grammi su 2 chilogrammi di rifiuti, questa categoria è caratterizzata dalla sua radioattività, che si riduce della metà in più di 30 anni. Questi materiali possono conservare le loro proprietà radioattive per un periodo prolungato, che si estende per diverse decine di migliaia di anni. L’origine di questi rifiuti può essere fatta risalire al combustibile nucleare esausto, un sottoprodotto derivante dall’utilizzo delle centrali nucleari. Per mitigarne l’impatto ambientale, questi rifiuti sono sottoposti a un processo completo di trattamento e riciclaggio mirato a ridurne sia il volume che la tossicità. I piani di soluzione sono ancora in fase di ricerca.
Queste categorie mettono in evidenza i diversi gradi di radioattività e longevità associati a diversi tipi di rifiuti radioattivi, sottolineando l’importanza della gestione e della manipolazione attenta di tali materiali per garantire la sicurezza e la protezione delle generazioni presenti e future.

Prima di trarre conclusioni su ciò che è meglio o peggio rispetto a un parco di pannelli solari, elenchiamo alcuni vantaggi e aspetti critici confrontati con le energie rinnovabili.

1. Fonte di Energia:

Energia Nucleare: Derivata dalla fissione (divisione) degli atomi di uranio o plutonio nei reattori nucleari. Energia Rinnovabile: Generata da fonti naturali e rinnovabili come la luce solare (solare), il vento, l’acqua (idroelettrica) e il calore geotermico. Dipende direttamente da tali fonti.

2. Emissioni di Gas Serra:

Energia Nucleare: Basse emissioni di gas serra dirette durante la generazione di elettricità.
Energia Rinnovabile: Virtuale assenza di emissioni dirette di gas serra durante l’operazione.

3. Densità Energetica:

Energia Nucleare: Alta densità energetica, producendo una grande quantità di elettricità da una piccola quantità di combustibile.
Energia Rinnovabile: Densità energetica variabile a seconda della fonte. Ancora bassa efficienza (30%).

4. Disponibilità del Combustibile:

Energia Nucleare: La disponibilità dipende dalle risorse di uranio e plutonio, con alcune limitazioni sull’approvvigionamento a lungo termine.
Energia Rinnovabile: Dipendente da risorse naturali, generalmente sostenibili nel lungo termine.

5. Sicurezza Energetica:

Energia Nucleare: Aumenta la sicurezza energetica riducendo la dipendenza dalle importazioni di combustibili fossili.
Energia Rinnovabile: Può ridurre la dipendenza dai combustibili fossili, ma potrebbe richiedere soluzioni di stoccaggio dell’energia per garantire un’offerta costante.

6. Affidabilità:

Energia Nucleare: Fornisce una potenza costante a carico base, non influenzata dalle condizioni meteorologiche o dall’ora del giorno. Basso rischio di incidenti.
Energia Rinnovabile: Produzione variabile a causa delle condizioni meteorologiche e della disponibilità della luce solare (solare e vento). Molto basso rischio di incidenti.

7. Impatto Ambientale:

Energia Nucleare: Preoccupazioni riguardo allo smaltimento dei rifiuti radioattivi, al potenziale per incidenti (ad esempio, Chernobyl, Fukushima) e alla perturbazione dell’habitat durante l’estrazione dell’uranio.
Energia Rinnovabile: Generalmente considerate ecologiche, con impatto ambientale diretto minimo, ma alcune componenti (ad esempio, pannelli solari e pale eoliche) sollevano preoccupazioni riguardo al al materiale per la produzione, al riciclo e allo smaltimento.

8. Utilizzo del Territorio:

Energia Nucleare: Richiede un’area relativamente piccola per le centrali elettriche.
Energia Rinnovabile: I parchi eolici e solari possono richiedere aree più ampie.

9. Costo:

Energia Nucleare: Elevati costi iniziali di costruzione e dismissione, con lunghi tempi di progetto.
Energia Rinnovabile: I costi stanno diminuendo rapidamente, con l’energia solare e eolica che diventano più competitive.

10. Gestione dei Rifiuti:

Energia Nucleare: Comporta sfide nella gestione e nello stoccaggio dei rifiuti radioattivi per migliaia di anni.
Energia Rinnovabile: Non produce rifiuti radioattivi, ma alcune componenti (ad esempio, pannelli solari e pale eoliche) sollevano preoccupazioni riguardo al riciclo e allo smaltimento.

11. Rischi di Proliferazione:

Energia Nucleare: Potenziale per la deviazione di materiali nucleari a scopi bellici.
Energia Rinnovabile: Nessun rischio di proliferazione associato alla generazione di energia.

In sintesi, sia l’energia nucleare che le fonti di energia rinnovabile hanno vantaggi e svantaggi. La scelta tra loro dipende spesso da fattori come la sicurezza energetica, le preoccupazioni ambientali, la disponibilità delle risorse e le considerazioni economiche. Molte regioni stanno ora esplorando una combinazione di entrambe per creare un portafoglio energetico diversificato e sostenibile perché, l’altro aspetto da non sottovalutare per eliminare l’uso dei combustibili fossili é l’urgenza.