LE FONTI DI ENERGIA

a cura di Giovanni Tavelli

IL PUNTO DI PARTENZA - LE BASI

Cos’è e come funziona?

Quando si accenna ad energia nucleare, si fa riferimento all’energia che viene rilasciata durante una reazione nucleare esoenergetica. A differenza delle reazioni chimiche, questo tipo di reazioni nucleari sono caratterizzate da uno scambio di energia che misura alcuni milioni di elettronvolt, in considerazione del fatto che i legami sono dovuti alle forze nucleari nei pressi del nucleo, che sono molto più intense di quelle elettriche. Facendo riferimento al principio di conservazione di massa-energia, teorizzato da Albert Einstein nel 1905, risulta chiaro che, nel momento in cui si registra una liberazione di energia durante il processo di una reazione nucleare, verrà registrata una diminuzione della massa dei nuclei stessi; questo significa che la massa totale dei nuclei dei prodotti sarà minore della massa totale dei nuclei dei reagenti. 

Le reazioni nucleari esoenergetiche che sono sottoposte a maggior studi sono di due tipologie: reazioni di fusione e di fissione

La fissione nucleare fu scoperta a seguito degli studi compiuti nel 1939 dai chimici Hahn e Strassmann, i quali si accorsero che un nucleo di uranio è in grado di catturare un neutrone e spezzarsi in due nuclei più piccoli. Questo tipo di reazione, quando innescata volontariamente dall’uomo per l’impiego nelle centrali o nelle armi, parte da uno specifico isotopo dell’uranio, l’uranio-235. Questo perché si tratta di un nucleo fissile, che si scinde, cioè, ogni volta catturi un neutrone. Durante la fissione di questo particolare isotopo, oltre alla divisione del nucleo, vengono emessi due o tre neutroni, che, scontrandosi con un altro nucleo di uranio-235, mettono in moto una reazione a catena, che comporta una grande produzione di energia

La fusione nucleare, invece, è quel processo che genera energia all’interno del Sole, per cui a partire dall’idrogeno si ottiene l’elio. Affinché avvenga una reazione di fusione, i nuclei devono scontrarsi a velocità molto elevate, per poter superare la repulsione coulombiana: le velocità che entrano in gioco sono quelle che in media possiedono le particelle nel plasma, un gas complessivamente elettricamente neutro in cui le cariche di segno opposto, gli ioni atomici e gli elettroni sono separati tra di loro, ad altissima temperatura che costituisce la parte interna delle stelle. Facendo riferimento al processo di fusione che avviene all’interno del nucleo del Sole, è necessario distinguere tre fasi separate: inizialmente avviene l’urto tra due protoni, di cui uno, nel contempo, diviene un neutrone per decadimento beta inverso, portando alla creazione di un nucleo di deuterio e all’emissione di due particelle leggere (positrone e neutrino-elettrone); dopodichè questo nucleo di deuterio si fonde con un protone, formando il nucleo di elio-3; infine, questo nucleo si fonde con un suo simile per dare origine ad un nucleo di elio-4 e a due protoni. Dal punto di vista di produzione energetica mediante il processo di fusione nucleare, tuttavia, vi sono diverse problematiche pratiche che fanno si che questa tecnica sia ancora, almeno in parte, in via di sviluppo. Prima di tutto, come accennavamo prima, è necessario che il gas venga riscaldato ad una temperatura altissima, dell’ordine dei milioni di gradi, per creare un plasma simile a quello che si ha nella zona centrale del Sole. In secondo luogo, è necessario confinare il plasma affinché esso non venga in contatto con le pareti o con altre parti solide del contenitore. Queste problematiche, unite alle ingenti spese che sono necessarie per la produzione, sono i principali motivi per cui le centrali a fusione nucleare non sono ancora largamente  utilizzate.

Per quanto riguarda le centrali a fissione nucleare, esse producono circa l’11% dell’energia elettrica mondiale. Un reattore a fissione nucleare è un impianto assai complesso, ma che si basa su un funzionamento relativamente semplice: l’energia ottenuta dalla fissione controllata dell’uranio -235 viene utilizzata per riscaldare, come una caldaia, una certa quantità di acqua e produrre vapore che fa girare delle turbine, il cui movimento produce energia elettrica. Il principio fondamentale di produzione energetica all’interno delle centrali nucleari, pertanto, è simile a quello delle centrali termoelettriche; la differenza sostanziale sta, tuttavia, nella modalità di produzione di tale vapore. 

LA DIFFUSIONE DEL NUCLEARE

Dopo aver introdotto l’energia nucleare e il suo utilizzo all’interno delle centrali, vediamo di approfondire quali sono i maggiori paesi che la utilizzano.

Nel mondo sono attualmente esistenti 449 reattori nucleari funzionanti, la maggior parte dei quali si trovano in suolo statunitense, francese e giapponese. A questi vanno aggiunti il gran numero di reattori spenti, in costruzione e pianificati, per raggiungere una stima totale complessiva che si aggira attorno alle 700 unità.

Le centrali atomiche europee, in particolare, producono complessivamente 119 miliardi di Watt nucleari, ma oltre la metà di questi derivano dalle 58 centrali francesi. Parigi, ricordiamo, produce oltre tre quarti della propria energia elettrica con la fissione dell’atomo. Non possiamo trascurare che altre 56 centrali atomiche operative in Stati extraeuropei (Russia, Ucraina e Svizzera) portano all’interno dell’Unione ben il 17% del nostro fabbisogno elettrico. A seguito della Brexit, la Gran Bretagna è uscita dall’Unione, portando con se le proprie 15 centrali atomiche e il 7% dell’energia nucleare prodotta.

 

Durante la scorsa campagna presidenziale, Emmanuel Macron ha confermato l’impegno per diminuire la dipendenza francese dall’energia nucleare. L’obiettivo di ridurre dal 75% al 50% la percentuale di energia elettrica prodotta dal nucleare verrebbe mantenuto, ma il nuovo presidente non ha confermato che questo obiettivo sarà raggiunto già nel 2025 come previsto dal precedente esecutivo.

Per quanto riguarda, invece, il nostro paese, è necessario fare presente che l’Italia attualmente importa il 15% dell’energia elettrica utilizzata. Di questa percentuale, la maggior parte proviene proprio dal nucleare francese. Inoltre, l’Italia risulta essere l’unica nazione appartenente al G8 che non possiede centrali nucleari e non sembra che la scelta cambierà nei prossimi anni.

 

Nell’improbabile caso in cui vengano rimesse in discussione le scelte politiche alla base dello stop al nucleare tricolore, infatti, sarà ben difficile tornare sui nostri passi. Prima di tutto, non possediamo alcuna infrastruttura facilmente riutilizzabile, ma soprattutto, dopo la fuga del Paese dal nucleare, si è verificata una parallela diaspora dei tecnici, degli ingegneri e dei fisici che lavoravano o si stavano specializzando nel campo del nucleare. Se oggi volessimo tornare al nucleare, pertanto, dovremmo comprare dall’estero non solo le centrali ma anche i tecnici.

PRO E CONTRO

DELL'ENERGIA NUCLEARE

In considerazione di tutto quello che abbiamo appena visto, la domanda che sorge spontanea è la seguente: dovremmo incentivare l’utilizzo del nucleare o, al contrario, terminare definitivamente la sua evoluzione?

                ATTIVITA':   Dibattito

La classe si divide in squadre da 3-4 persone

Il docente svolgerà la funzione di giuria.

Una squadra sarà pro ed una contro e dovranno difendere la loro tesi contro quella dell'altra squadra.

Proposition: L'energia nucleare è il futuro dello sviluppo economico mondiale e non vi si può rinunciare.

L'attività è divisa in 3 fasi: preparazione, dibattito, verdetto.

Preparazione

Ogni squadra (pro e contro la proposition) avrà [num] minuti per organizzare le idee e sviluppare delle tesi a supporto della loro posizione. Dovranno inoltre pensare a come sminuire le possibili tesi dell'altra squadra e come difendersi dagli attacchi dell'opposizione. Come ultima cosa dovranno scegliere gli speaker e dividersi i punti da trattare.

Dibattito

TEAM PRO

Speaker 1: Presenta la posizione della sua squadra ed espone uno o più punti a favore della tesi.

2'/3' ca.

Speaker 2: Cerca di confutare i punti della squadra contro difendendosi anche dagli attacchi dello speaker 1 "contro" ed espone uno o più punti a favore della tesi "pro".

3' ca.

Speaker 3: Cerca di confutare i punti della squadra contro difendendosi anche dagli attacchi dello speaker 2 "contro" ed espone uno o più punti a favore della tesi "pro".

3' ca.

TEAM OPP

Speaker 1: Presenta la posizione della sua squadra, cerca di confutare i punti della squadra pro ed espone uno o più punti a favore della tesi "contro".

2'/3' ca.

Speaker 2: Cerca di confutare i punti della squadra pro difendendosi anche dagli attacchi dello speaker 2 "pro" ed espone uno o più punti a favore della tesi "contro".

3' ca.

Speaker 3: Cerca di confutare i punti della squadra pro difendendosi anche dagli attacchi dello speaker 3 "pro" ed espone uno o più punti a favore della tesi "contro".

3' ca.

Last speaker: Fa un breve recap dei punti a favore della sua tesi e cerca di convincere la giuria  che i punti della tesi opposta non sono validi. Non può aggiungere punti a favore della sua tesi e non può confutare punti della tesi avversaria che non siano già stati confutati da altri speaker della sua squadra.

2' ca.

Last speaker: Fa un breve recap dei punti a favore della sua tesi e cerca di convincere la giuria  che i punti della tesi opposta non sono validi. Non può aggiungere punti a favore della sua tesi e non può confutare punti della tesi avversaria che non siano già stati confutati da altri speaker della sua squadra.

2' ca.

Verdetto

La giuria decreterà la squadra vincitrice del dibattito, fornendo anche una breve spiegazione su quali fattori hanno influito nella scelta.

NOTE

Nel caso di squadre da 3 persone, lo speaker 1 farà anche il last speaker.

Preparare una scaletta di argomenti per il discorso aiuta a mantenere un filo logico e migliora l'esposizione, fattori importanti in un dibattito.

E' consigliabile avere un foglio e una biro per prendere appunti durante i discorsi della squadra avversaria per riuscire a contrattaccare efficacemente.

PRESENTAZIONE DATI

I DISASTRI DEL NUCLEARE

POSSIBILI SVILUPPI FUTURI

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Con questo D4Schools abbiamo cercato di farvi scoprire alcuni aspetti dell'energia nucleare attraverso giochi, quiz e attività interattive. Per approfondire ulteriormente l'argomento e avere una traccia di ciò che hai imparato, scarica il documento qui sotto, troverai tutte le informazioni che hai incontrato nel corso del modulo. 

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