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FOCUS FISSIONE NUCLEARE

L'energia da fissione

L’atomo è formato da un nucleo composto di protoni e di neutroni, e da elettroni, che ruotano attorno al nucleo. Gli elettroni sono particelle atomiche con carica elettrica negativa. i protoni hanno una carica elettrica positiva, i neutroni nessuna carica. Dal numero di protoni e neutroni presenti nel nucleo dipende il peso dell’atomo. Le particelle del nucleo sono tenute insieme da forze molto intense chiamate forze nucleari.

Il processo di fissione, che è alla base del funzionamento di un reattore nucleare, si fonda sulla proprietà dei nuclei di alcuni elementi pesanti, detti fissili: se un neutrone lento colpisce uno di questi nuclei, si rompe l’equilibrio che ne teneva saldate le particelle e il nucleo si spezza in due; è questa la fissione nucleare.
Il più noto dei nuclei fissili è quello dell’Uranio 235, un isotopo presente nell’uranio naturale in percentuale dello 0,7%.

Dalla fissione si libera una grande quantità di energia e tre neutroni, che facevano parte del nucleo e che vengono proiettati a grande velocità. Questi neutroni possono a loro volta provocare altre fissioni; in particolari condizioni (poiché la probabilità che i neutroni provochino fissione aumenta se la loro velocità viene moderata, a tale scopo viene utilizzato un liquido “moderatore” ricco di idrogeno, per esempio l’acqua) è possibile far avvenire e controllare (con opportuni dispositivi) una serie di reazioni di fissione a catena, accompagnata da produzione di calore.

Nelle centrali nucleari il calore sviluppato dalla fissione dei nuclei permette di scaldare l’’acqua fino a produrre vapore. Come in ogni centrale termoelettrica a combustibile fossile (olio combustibile, carbone o gas naturale), l’energia liberata sotto forma di calore viene trasformata prima in energia meccanica e successivamente in energia elettrica: il vapore prodotto aziona infatti una turbina che, a sua volta, mette in moto un alternatore.

Il neutrone è dunque lo strumento base dell’industria nucleare; la sua esistenza è stata scoperta dal fisico inglese Chadwick nel 1932. Pochi anni dopo, nel 1939, il fisico tedesco Otto Hann ha dimostrato che l’atomo di uranio si spezza in due quando viene colpito da un neutrone e tre anni dopo, il 12 dicembre 1942 Enrico Fermi è riuscito a far avvenire per la prima volta la reazione a catena in un reattore costruito a Chicago sotto la sua direzione.

Il reattore di ricerca TRIGA RC-1
(Centro Ricerche ENEA Casaccia)

È iniziata così una nuova era ed è stata messa a disposizione dell’umanità una nuova fonte di energia.

Oltre che per la produzione di energia, la fissione nucleare ha trovato innumerevoli applicazioni in ogni campo della ricerca scientifica e delle attività industriali.

Ne costituiscono esempi significativi i due reattori sperimentali TRIGA e TAPIRO in funzione presso il Centro Ricerche ENEA Casaccia.

TRIGA RC-1 (Training, Research, Isotopes, General Atomics - Reattore Casaccia 1) è un reattore termico a piscina del tipo Triga Mark II, acquisito nel 1960 dalla General Atomic nell’ambito dell’iniziativa USA Atoms for Peace. La potenza del reattore, originariamente pari a 100 kW, è stata portata nel 1963 a 1 MW su progetto CNEN. Il reattore, tuttora in funzione, trova applicazioni in tutti quei settori della ricerca applicata nei quali si renda necessario l’utilizzo di una sorgente intensa di neutroni. Può, in particolare, essere utilizzato per: radiografia e tomografia a neutroni per lo studio in vari settori dell’industria (aerospaziale, automobilistica, petrolifera ecc.) nel campo delle analisi non distruttive (corrosione, analisi strutturale ecc.); produzione di radioisotopi per la diagnostica industriale; produzione di radioisotopi per la diagnostica (Fluoro 18 per la PET) e la terapia medica con studi su radiofarmaci non commerciali e di nuova generazione e sviluppo di protocolli innovativi di cura (alcuni già brevettati e in uso); irraggiamento neutronico di materiali; indagini nel campo della conservazione del patrimonio artistico (indagini su dipinti e reperti archeologici, analisi strutturale di statue e manufatti ecc.); qualificazione di rivelatori di neutroni; supporto alla didattica nei corsi di Ingegneria Nucleare.

Il reattore di ricerca TAPIRO
(Centro Ricerche ENEA Casaccia)

Il reattore sperimentale TAPIRO (TAratura PIla Rapida a potenza zerO), realizzato dal CNEN in collaborazione con l’industria italiana, ha raggiunto la prima criticità nel 1971. È una sorgente di neutroni veloci in grado di fornire un flusso di intensità molto elevata.

È stato utilizzato per esperienze a supporto dello sviluppo di reattori nucleari veloci, ma anche per esperienze di irraggiamento con neutroni nel campo della biologia e della genetica vegetale.

Il reattore può fornire una vasta gamma di spettri neutronici e trova, attualmente, applicazioni in vari settori per: irraggiamento neutronico di materiali; qualificazione di rivelatori di neutroni; analisi per attivazione neutronica (NAA); validazione di codici di calcolo a supporto dei reattori IV generazione; addestramento e formazione del personale per conduzioni di impianti nucleari; supporto alla didattica dei corsi di Ingegneria Nucleare.

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