Centrali nucleari: paura o conoscenza?

Centrali nucleari: il mondo si divide tra favorevoli e contrari. Ma quanti conoscono realmente il loro funzionamento?

Le centrali nucleari sono oggetto di forte dibattito internazionale. Pur in un contesto globale di forte innovazione green, loro utilità e pericolosità continua a dividere l’opinione pubblica tra favorevoli e contrari. L’obiettivo di questo articolo è fornire una spiegazione semplice sul funzionamento delle centrali termo-nucleari. Vuol essere un esercizio stilizzato, scevro da considerazioni, nella certezza che la conoscenza sia la genesi di una precisa opinione.

Cos’è il “nocciolo” delle centrali nucleari?

La centrale nucleare, più propriamente detta centrale termo-nucleare, è un complesso ingegneristico composto da diverse parti interconnesse, atto a produrre energia da immettere nel sistema di rete elettrica. Immaginate una gigantesca automobile dove ciascuna parte è deputata allo svolgimento di una determinata funzione.

I processi più importanti e più delicati legati alla produzione di energia avvengono nel “nocciolo“, ovvero il cuore di una centrale nucleare. In un’automobile il “nocciolo” corrisponderebbe al carburatore. Così come in esso avvengono processi che sprigionano energia per il movimento delle turbine che innescano il moto dell’automobile, analogamente il nocciolo produce energia che attiva le grandi turbine di una centrale nucleare. Come il carburante di un’auto è la benzina (o il diesel), il combustibile utilizzato da una centrale nucleare è l’uranio arricchito.

L’uranio arricchito

L’uranio è un elemento naturale presente sul nostro pianeta. Più precisamente è un metallo, riportato all’interno della tavola periodica degli elementi sotto il simbolo U. In natura è abbondante e generalmente viene estratto dal sottosuolo. L’uranio naturale è in realtà composto da una miscela di diversi isotopi, tra cui il più abbondante è ²³⁸U. L’uranio arricchito è invece una miscela in cui l’isotopo più abbondante è ²³⁵U, che solitamente rappresenta la frazione meno abbondante dell’uranio naturale.

Gli isotopi sono una particolare condizione naturale di un elemento rispetto al quale ciascun atomo contiene lo stesso numero di protoni ed elettroni ma un diverso numero di neutroni nel nucleo.  Piccole differenze in termini di caratteristiche, che però ne modificano profondamente alcune proprietà. L’isotopo ²³⁵U è naturalmente radioattivo: sprigiona grandissima energia attraverso un procedimento di separazione naturale del suo nucleo detto fissione. Tale procedimento accade spontaneamente nell’arco di un certo tempo ed è detto decadimento, rendendolo un isotopo instabile.

Agli inizi del ‘900, Enrico Fermi ed altri fisici, scoprirono la possibilità di accelerare il naturale decadimento dell’uranio. Come? Bombardandolo di neutroni. La scoperta fu sensazionale: un neutrone esterno attiva il processo di fissione nucleare dell’atomo di ²³⁵U, in pratica, senza attendere il suo naturale decadimento.

Il principio alla base delle centrali termo-nucleari e la “Massa Critica”

L’uranio arricchito, sotto forma di solide pasticche, viene stipato in contenitori cilindrici, stretti e lunghi, realizzati con uno specifico materiale contenitivo. Qui avviene il bombardamento di neutroni che attiva la fissione nucleare. Ogni processo di fissione genera una grande quantità di energia (e calore, controllato ed eventualmente ridotto da appositi sistemi moderatori), prelevata e utilizzata per gli scopi della centrale stessa. Affinché una reazione nucleare a catena possa sostenersi in maniera autonoma è necessaria una certa quantità dell’elemento stesso, definita come “massa critica“.

Quando la quantità di uranio arricchito è detta “critica”, le fissioni generate per mezzo di bombardamento di neutroni rilasciano altri neutroni che, staccatisi dal loro nucleo originario, fungono da nuovi inneschi separatori per successivi eventi di fissione. E cosi via senza fine apparente, generando un andamento lineare della catena di eventi. Quando la massa è detta supercritica, la quantità di materiale è tale per cui il processo a catena cresce in modo esponenziale, rilasciando una quantità enorme di energia. Tale principio di funzionamento è alla base degli ordigni atomici.

La catena degli eventi

Le centrali termo-nucleari controllano l’andamento della catena degli eventi di fissione per mezzo di barre di moderazione (di cadmio, argento o indio), atte monitorare la quantità di neutroni presenti nei cilindri in cui avviene il processo nucleare. L’attivazione di tali scudi, infatti, cattura una quantità di neutroni “impazziti” inibendo l’attivazione di altri processi di fissione. Viceversa, disattivando le barre di moderazione si libererebbero i neutroni aumentando di fatto i processi di fissione e, quindi, generando più energia.

La massa critica è dunque responsabile dell’andamento di un processo di fissione nella sua duplice conseguenza: nella giusta misura per fornire energia, eccessiva per costruire ordigni atomici. Ed è facile coglierne un po’ il senso. Il senso della misura che fa la differenza. Vieppiù, ci indica la necessità, per certi versi, di trovare le nostre “barre di moderazione”, per tenere a bada il livello di energia che la nostra mente o i nostri pensieri possano generare attraverso procedimenti a catena spesso incontrollabili.