Il
Funzionamento della centrale nucleare
Il
principio di funzionamento di una centrale è il seguente:
nel Reattore dove si trova il combustibile nucleare, formato
da pasticche di Uranio235, avviene una fissione controllata.
Il calore sprigionato dalla fissione serve a generare vapore
surriscaldato che mette in rotazione una Turbina a vapore, collegata
ad un generatore di corrente, l'alternatore: si ottiene così Energia elettrica. Il controllo della fissione nucleare avviene
mediante opportune barre di controllo: quando si vuole diminuire
la potenza della caldaia, o spegnerla addirittura, si inseriscono
di piu' o di meno le barre di contollo. In caso di guasto o
di situazione anormale vengono inserite automaticamente.
Particolari
descrittivi
Nutroni:
Sono piccolissime particelle per mezzo delle quali avverrà la fissione nucleare.
Uranio
235: E' il materiale fissile che, durante il processo,
viene "bombardato" dai neutroni che lo spezzao in
due nuclei piu' leggeri: Cripton e Bario.
Barre
di controllo: Hanno la funzione di controllare la reazione
a catena: di rallentarla o interromperla. Quando vengono inserite
impediscono ai neutroni di andare a bombardare altri nuclei
di Uranio 235; inserendone solo alcune, il processo viene rallentato,
mentre inserendole tutte, viene arrestato.
Energia
nucleare: E' l'energia sprigionata dalla fissione ed è radioattiva.
Cemento:
I 2 metri di cemento rendono impossibile la fuga delle radiazioni.
Acqua:
E' contenuta all'interno del recipiente di cemento ed è a contatto con il nocciolo
Vapore:
E' derivato dall'innalzamento della temperatura dell'acqua circostante
al nocciolo.
1°Tubo
(giallo): Per portare il vapore alla turbina.
Turbina:
Ha la funzione di convertire l'energia cinetica in energia meccanica.
E' costutuita da un'asse sul quale sono fissate delle pale che,
ricevendo la spinta del vapore, mettono in rotazione l'asse
stesso.
Condensatore:
Condensa, in acqua, il vapore surriscaldato gia sfruttato, e
lo rimanda al recipiente in cemento per poi ripetere l'operazione.
Asse
di rotazione: E' un organo che collega l'asse tella
turbina all' alternatore trasmettendogli il movimento rotatorio.
Alternatore:
E' una macchina rotante che ha la funzione di trasformare l'energia
meccanica della turbina in energia elettrica.
Rete
bassa tensione: Collega l'alternatore col trasformatore,
permettendo il passaggio dell'elettricità con un basso
voltaggio.
Trasformatore:
E' una macchina elettrica statica che ha lo scopo di trasformare
la bassa tensione in alta tensione.
Linea
alta tensione: Linea elettrica che serve a trasportare
l'energia a lunghe distanze: fino ad altri trasformatori (riduttori)
che riporteranno l'energia a bassa tensione che sarà quindi distribuita agli utenti .
Cosa
sono i Fotoni
Il
nome fotóne è dato al "quanto" associato
a un'onda elettromagnetica (in particolare luminosa) nel quadro
della meccanica quantistica: è una particella neutra
che si propaga nel vuoto, alla velocità di circa 300.000
km/s, con una energia che dipende dalla sua frequenza e con
massa a riposo nulla.
Nel
corso dei secoli, la curiosità dell'uomo circa l'effettiva
composizione della luce è sempre stata viva. Sulla sua
natura sono state fatte molteplici ipotesi: si sosteneva che
fosse un'onda, poi che fosse composta da piccolissimi corpuscoli,
e così via.
Oggi
si sa che le diverse forme di energie raggiante, tra cui appunto
la luce e per esempio le onde radio o le microonde, si trasmettono
appunto attraverso onde elettromagnetiche, che propagano un
campo elettrico e un campo magnetico perpendicolari tra loro
e alla direzione di propagazione; questi campi variano secondo
una legge sinusoidale, la cui frequenza è quella che
caratterizza l'energia raggiante considerata. Ma si è
trovato sperimentalmente che questa energia non è uniformemente
distribuita tra le diverse frequenze, anzi molti fenomeni stanno
a dimostrare il suo carattere discontinuo. Tuttavia, alcuni
dati sperimentali ottenuti verso la fine del 1800 non potevano
essere spiegati pensandola come onda.
Agli
inizi del 1900 il fisico Max Planck giunse alla conclusione
che per spiegare correttamente gli esiti degli esperimenti,
era necessario "quantizzare" gli effetti delle radiazioni.
Era cioè necessario trattare gli effetti della radiazione
elettromagnetica e quindi dello scambio di energia nelle particelle,
come se fossero portati da delle particelle.
Tra
gli esperimenti inspiegabili qualora si pensi alla luce come
ad un'onda luminosa, vi era l'effetto fotoelettrico.
Nel
1905 Albert Einstein riuscì a spiegarlo, supponendo che
la luce fosse composta di corpuscoli elementari, i "quanti
di energia" o fotoni e che questi, nei loro urti con gli
atomi, trasmettessero agli elettroni periferici un'energia tale
da provocarne l'emissione ed il conseguente effetto fotoelettrico.
"Albert
Einstein" un impiegato di tutto rispetto dell'ufficio brevetti
dell'epoca.
Fermi
e i ragazzi di via Panisperna
Enrico
Fermi nacque a Roma nel 1901; fin dai primi anni della giovinezza
fu attratto dallo studio della matematica e della fisica. Superato
brillantemente il liceo, fu ammesso alla Scuola Normale di Pisa
dove si laureò in fisica nel 1922. Tornato a Roma iniziò
un'intensa attività di ricerca presso l'Istituto di Fisica
dell'Università, allora diretta da O.M. Corbino, eminente
uomo politico e scienziato di chiara fama. Corbino si rese subito
conto delle eccezionali qualità di Fermi, e, nell'intento
di far rinascere gli studi di fisica in Italia, riuscì
a far istituire a Roma la prima cattedra di Fisica Teorica per
la quale chiamò, verso la fine del 1926, il non ancora
venticinquenne Fermi che aveva vinto il relativo concorso. Nonostante
la sua giovane età, Fermi era già conosciuto in
campo internazionale soprattutto per un lavoro sulla statistica
antisimmetrica, oggi conosciuta come statistica di Fermi-Dirac,
alla quale devono soddisfare tutte le particelle con spin semi-intero
(elettroni, protoni, neutroni e altre particelle subatomiche);
queste particelle, comunemente chiamate fermioni, sono quelle
condizionate dal principio di esclusione di Pauli. A tal proposito
ricordiamo che le particelle con spin intero sono invece inquadrate
in un'altra statistica quantica, detta di Bose-Einstein, e proprio
per questo sono chiamate bosoni. Con l'aiuto morale e materiale
di Corbino, Fermi riunì nell'Istituto di Fisica di via
Panisperna un gruppo di Giovani laureati: fra i teorici ricordiamo
B. Ferretti, e Majorana, G.C. Wick; fra gli sperimentali M.
Ageno, F. Rasetti, E. Amaldi, B. Pontecorvo, E. Segrè.
Guidati dalla straordinaria personalità scientifica di
Fermi, "i ragazzi di via Panisperna", come furono
chiamati i fisici che dal 1927 al 1938 lavorarono presso l'Istituto
romano, riuscirono in pochi anni a portare la scuola di fisica
italiana al livello dei più prestigiosi centri di ricerca
europei e americani. Fra i molti lavori teorici di Fermi, il
più celebre e forse anche il più originale è
quello riguardante la teoria matematica del decadimento ß.
Nel 1934, venuto a conoscenza della scoperta della radioattività
artificiale fatta dei coniugi Joliot-Curie, Fermi intuì
che il processo poteva essere vantaggiosamente provocato utilizzando
come proiettili un fascio di neutroni. Poiché in natura
non esistono sorgenti dirette di neutroni, in quanto essi stessi
sono il prodotto di un processo di disintegrazione nucleare,
Fermi si procurò i proiettili utilizzando la stessa reazione
con la quale Chadwick aveva scoperto il secondo componente fondamentale
del nucleo. Con la collaborazione di Amaldi, Rasetti, Segrè,
Pontecorvo e del chimico D'Agostino e con l'umana e illuminata
guida del direttore dell'istituto di via Panisperna, Fermi riuscì,
in circa un anno di intenso lavoro, a produrre e a identificare
una cinquantina di elementi radioattivi. Vediamo ora, attraverso
le stesse parole di Fermi (conferenza tenuta a Milano il 18
settembre 1949), come il gruppo di Roma arrivò ai cosiddetti
neutroni lenti, cioè ai proiettili che dovevano rappresentare
uno dei mezzi più efficaci per disintegrare i nuclei.
"In quel tempo c'era una certa confusione nel laboratorio;
si lavorava in condizioni non perfettamente riproducibili perchè
c'erano molti elementi da investigare e talvolta si dovevano
investigare gli uni e talvolta gli altri in modo non sempre
identico nell'uno o nell'altro caso. Ora, in questo modo un
po' irregolare di procedere, si cominciarono a notare delle
differenze che parevano inspiegabili e cioè talvolta
l'attività indotta in certe condizioni risultava piccola,
talvolta risultava più grande ... La chiave per risovere
il problema venne per caso quando accadde di interporre un piccolo
pezzetto di paraffina tra la sorgente e l'oggetto da bombardare:
questo pezzetto di paraffina fece crescere immediatamente l'intensità
..." questo fenomeno strano era quello che si sarebbe dovuto
probabilmente aspettare un fisico teorico; era cioè il
fenomeno del rallentamento dei neutroni. Esso avviene nella
paraffina, per il fatto che questa contiene una grande frazione
di idrogeno. Il fenomeno, che in modo del tutto simile è
prodotto anche dall'acqua, consiste in questo; la sorgente di
neutroni - come del resto quasi tutte le sorgenti di neutroni
- emette neutroni con energia pittosto grande, dell'ordine di
1 MeV. Ma se questi neutroni vengono emessi entro un blocco
di paraffina o entro una vasca d'acqua, essi urtano contro un
atomo di idrogeno, e siccome il neutrone e l'atomo di idrogeno
hanno, con grande approssimazione, la stessa massa, siamo all'incirca
nel caso di una palla da biliardo che ne urta un'altra: l'energia
cinetica della prima si suddivide in parti, in media, eguali
tra la palla urtante e la palla urtata, così che la palla
urtante va via con circa metà dell'energia in gioco;
se poi essa subisce un secondo urto e poi un terzo, e poi un
quarto, dimezzando la propria energia andrebbe addirittura a
zero se a un certo punto non intervenisse l'agitazione termica:
ossia gli atomi di idrogeno dell'acqua e della paraffina sono
in agitazione termica, cosicché il fenomeno del rallentamento
non va avanti illimitatamente.La proprietà di attivazione
è assai grande perchè in numerosissime reazioni
nucleari la sezione d'urto dei neutroni lenti è molto
maggiore di quella di quella dei neutroni veloci, vale a dire
i neutroni lenti hanno una probabilità molto maggiore
dei veloci di essere catturati. Proprio per le ricerche sui
neutroni nel 1938 Fermi ebbe il premio Nobel per la fisica.
Recatosi a Stoccolma per ricevere il premio, preferì
non rientrare in Italia, soprattutto per le leggi razziali,
essendo la moglie di origine ebraica. Da Stoccolma con tutta
la famiglia si trasferì in USA, prima come professore
presso la Columbia University e poi all'Insitute of Nuclear
Studies dell'Università di Chicago, che oggi porta il
suo nome. In America proseguì le ricerche con i neutroni
allo scopo di ottenere dalle reazioni nucleari sull'uranio (fissione)
uno sviluppo controllato di energia. Il risultato fu raggiunto
il 2 dicembre 1942 con l'attivazione del primo reattore nucleare.
La notizia del successo fu comunicata da A. Compton a Washington
con una storica telefonata: "Il navigatore italiano è
approdato nel Nuovo Mondo". Gli fu chiesto: "Come
si sono comportati gli indigeni?". La pronta risposta:
"Molto amichevolmente". Curiosità storica:
il primo navigatore italiano scoprì il Nuovo Mondo nel
1492, il secondo ne scoprì un altro nel 1942. Al pari
degli altri eminenti fisici che in quel tempo vivevano un USA,
prese parte agli studi che portarono alla realizzazione della
prima bomba atomica di Los Alamos, fatta poi esplodere ad Alamogordo
all'alba del 16 luglio 1945. Dopo la guerra si dedicò dapprima ad alcuni problemi riguardanti la cosiddeta ottica
dei neutroni e poi fino alla morte, avvenuta a Chicago nel 1954,
a numerose ricerche teoriche e sperimentali sulle particelle
elementari.
