Energia nucleare

Funzionamento di una centrale nucleare

Le centrali nucleari ultimamente fanno molto discutere, ma bisogna dire che riescono a produrre una grandissima quantità di energia elettrica. Tutto è nato con Enrico Fermi che nel 1934 in un esperimento fa avvenire la fissione nucleare con il suo team di lavoro, bombardando gli atomi di uranio con dei neutroni e quattro anni più tardi riceverà il premio Nobel per la fisica. Si iniziò però a comprendere che le reazioni nucleari permettevano di rilasciare ulteriori neutroni, creando così una reazione nucleare a catena, che poteva autoalimentarsi. E così diversi stati tra cui gli Stati Uniti, la Russia, la Francia, la Germania, il Regno Unito cominciarono ad investire nei loro migliori scienziati affinché scoprissero come poter meglio utilizzare l'energia sprigionata da queste reazioni. In realtà i primi usi dell'energia nucleare riguardano il settore militare e le armi e solo successivamente la produzione di energia elettrica. Infatti il primo reattore nucleare costruito da Fermi e da Leo Szilard entrò in funzione il 2 dicembre del 1942 a Chicago e faceva parte del progetto Manhattan, che aveva come scopo quello di produrre plutonio per la costruzione di armi nucleari. Si sa cosa successe qualche anno dopo. Invece l'elettricità venne prodotta per la prima volta con un reattore nucleare nel 1951 in una stazione sperimentale negli USA.
Il funzionamento di una centrale nucleare è abbastanza semplice: viene prodotto calore attraverso la fissione nucleare di atomi pesanti (uranio, plutonio), che fa vaporizzare dell'acqua, generando lavoro meccanico che poi viene trasformato in energia elettrica. Ovviamente la sicurezza deve essere massima in questi ambienti, trattandosi di materiali radioattivi e di reazioni altamente energetiche e di disastri se ne sono verificati nella storia ( vedi post Non c'è solo l'energia).

In questo grafico si può osservare l'andamento dell'energia nucleare nel corso della storia, ora invece inserisco il brevetto del primo reattore a fissione nucleare progettato appunto da Fermi e da Szilard:

Brevetto

Timeline e i protagonisti nella storia dell'energia

• Aristotele (384-322 a.C.): fu il primo ad utilizzare il termine energheia, cioè essere in azione.
• Giovanni Keplero (1571-1630): nel 1619 usò il termine energia nell'accezione moderna.
• Leibniz (1646-1716): credeva che nel moto dei corpi si dovesse conservare qualcosa, che lui chiamò vis viva e la pose uguale alla massa moltiplicata per il quadrato della velocità.
• Christiaan Huygens (1629-1695): a lui si deve la prima ipotesi sulla conservazione dell'energia, in particolare di quella che verrà poi chiamata energia cinetica.
• Thomas Young (1773-1829): in una lezione alla Royal Institution nel 1807 disse che "la parola energia può essere associata, con grande appropriatezza,  al  prodotto della massa o peso di un corpo per il quadrato del numero che esprime la sua velocità”. 
• Gustave-Gaspard Coriolis (1792-1843): nel 1829 descrive il concetto di energia cinetica come la conosciamo oggi.
• James Prescott Joule (1818-1889): inventa il mulinello di Joule nel 1850, un calorimetro che dimostra l'equivalenza tra calore ed energia. 
• James Clerk Maxwell (1831-1879): da ricordare le sue quattro equazioni sull'elettromagnetismo, in particolare quella della circuitazione del campo magnetico che sarà alla base del motore di Tesla.
• Nikola Tesla (1856-1943): realizzò il primo motore elettrico a induzione a corrente alternata, che contribuì ad un utilizzo dell'energia elettrica, come trazione, sempre più importante nell'industria.
• Albert Einstein (1879-1955): presenta la famosa formula che per prima associa alla materia un'energia: E = mc2.       
• Enrico Fermi (1901-1954): progettò e guidò la costruzione del primo reattore nucleare a fissione, questo aprirà poi la strada alle centrali nucleari.

Non c'è solo l'energia

Quando qualcuno pensa all'energia o in generale ad una parola, subito compaiono nella testa immagini correlate a ciò che stiamo pensando. Per esempio, nel mio caso, quando penso all'energia la collego al sole, all'elettricità, al vento, ai combustibili fossili ed all'energia nucleare.
Cerchiamo ora di chiarire brevemente questi ulteriori concetti:

Il sole è la stella madre del sistema solare e rappresenta ben il 99.8% della massa del sistema, pur essendo una stella di medio-piccole dimensioni.
Esso è fondamentale per la Terra: l'energia solare è la fonte primaria di energia sul nostro pianeta e ha permesso lo sviluppo della vita, rendendo possibile la presenza di acqua allo stato liquido e l'avvenire della fotosintesi che produce ossigeno.
Per poter usufruire della grande quantità di energia che il sole produce sono state sviluppate diverse tecnologie, tra cui le principali sono: il pannello fotovoltaico, il pannello solare termico e il pannello solare a concentrazione.
Riprenderò questo discorso più avanti nel mio blog.
Chi fosse interessato al sole: http://stec-174462.blogspot.com/

L'elettricità fa riferimento a tutti i fenomeni che interessano l'elettromagnetismo, che a livello microscopico è spiegato dall'interazione tra le particelle cariche.
Oggigiorno è il mezzo più diffuso per il trasporto dell'energia, oltre che essere diventato il simbolo della nostra società e del suo sviluppo: basti pensare a New York di notte per comprendere di cosa sto parlando.
http://stec-172167.blogspot.com/

Il vento è causato dai moti convettivi (verticali) ed advettivi (orizzontali) delle masse d'aria presenti nell'atmosfera, che si muovono da zone di alta pressione a zone di bassa pressione.
Come viene collegata l'energia al vento? Semplicemente l'energia cinetica delle masse d'aria viene sfruttata sotto forma di energia eolica proprio per produrre l'energia elettrica stessa. L'energia che si ottiene dal vento appartiene alle energie rinnovabili ed alternative, che in questi ultimi anni stanno diventando sempre più importanti.
http://stec-173891.blogspot.com/

I combustibili fossili derivano dalla trasformazione di sostanze organiche  rimaste sottoterra nel corso delle lunghe ere geologiche, in forme che, a livello molecolare, sono diventate sempre più compatte e ricche di carbonio. Tra di essi bisogna ricordare il petrolio, il carbone e i gas naturali.
Il loro primo utilizzo come risorsa di energia risale alla rivoluzione industriale ed oggi rappresentano l'85% del fabbisogno energetico mondiale.
I combustibili fossili

Con energia nucleare si intendono i fenomeni che portano alla produzione di energia a partire dai nuclei degli atomi. Anch'essa è una fonte di energia primaria e si ottiene principalmente con tre diverse reazioni: la fissione, il decadimento radioattivo e la fusione ( quest'ultima avviene, però, in natura solamente nelle stelle).
Bisogna dire che questo argomento presenta molti nemici anche per via della storia piuttosto negativa che lo accompagna: le bombe atomiche sganciate su Hiroshima e Nagasaki, l'incidente di Chernobyl, in Ucraina (il più grave in assoluto) e recentemente quello della centrale di Fukushima, in Giappone.
Per saperne di più: L'energia nucleare