Energia Nucleare: Principi, Reattori e Centrali

L'utilizzo per fini pratici dell'energia rilasciata nelle reazioni di fissione nucleare si basa su diversi fatti degni di nota:

• Queste reazioni hanno la possibilità di innescare una reazione a catena.
• I neutroni rilasciati hanno un'energia non adatta a produrre una reazione di fissione. È necessario rallentarli, diminuendo la loro energia a circa 0.02eV. Questo si realizza facendo collidere ripetutamente gli atomi contro sostanze leggere, che sono chiamate moderatori.
• I neutroni prodotti:
  • Possono sfuggire dal materiale fissile senza produrre alcuna reazione.
  • Possono essere assorbiti dalle impurità.
  • Possono essere assorbiti dai nuclei senza provocare la fissione.

Caratteristiche di un reattore nucleare

La parte centrale del reattore, chiamata nucleo, contiene il materiale combustibile e gli elementi necessari per produrre e controllare la reazione di fissione. Questi sono il moderatore e le barre di controllo.

Il combustibile, di varie dimensioni e forme, è di solito ricoperto da uno strato protettivo, chiamato baccello o guaina, solitamente metallica, che lo isola per evitare reazioni chimiche e la produzione di prodotti di fissione altamente reattivi.

Per iniziare la reazione, è necessaria una sorgente di neutroni, di solito circondata da un moderatore.

Intorno al nucleo, per impedire la fuga di neutroni, c'è di solito un riflettore costituito da materiale simile a quello del moderatore. Per proteggere l'ambiente dalle radiazioni di neutroni prodotte durante la fissione e successivamente, il reattore è circondato da una schermatura (blidaje) di diversi metri di cemento di spessore, che trattiene le radiazioni.

Tipi di reattori nucleari

Esistono diversi tipi di reattori nucleari:

• Reattori di produzione di energia: sono quelli che si trovano nelle centrali nucleari, in cui l'energia termica viene convertita in energia elettrica attraverso una turbina, con un processo simile a quello delle centrali termoelettriche convenzionali.
• Reattori di ricerca: sono utilizzati come sorgente ad alta intensità di neutroni e per produrre radioisotopi.
• Reattori autofertilizzanti: convertono materiale fertile in materiale fissile.

Le centrali nucleari sono impianti che convertono l'energia di fissione nucleare in energia elettrica.

• All'interno del reattore nucleare, l'energia nucleare viene convertita in energia termica.
• Nella turbina, l'energia termica estratta dal refrigerante del reattore viene trasformata in energia meccanica.
• Il generatore converte l'energia meccanica in energia elettrica.

Il calore prodotto nel reattore, a seguito delle reazioni di fissione, riscalda il liquido refrigerante che circola ad alta pressione attraverso tubi che formano il circuito di raffreddamento primario. Raggiungendo i generatori di vapore, ritorna al reattore grazie alla spinta della pompa.

Nei generatori di vapore, il calore trasforma l'acqua in vapore nel circuito secondario, che viene diretto verso la turbina. Il vapore muove le pale delle turbine di alta e bassa pressione, per poi essere inviato al condensatore, dove si liquefa grazie all'azione di un sistema di raffreddamento che preleva acqua da un fiume o dal mare, per poi restituirla al luogo di origine.

La condensa del vapore viene ricondotta al generatore di vapore tramite pompe, ripetendo il ciclo.