Cos'è la fissione nucleare

simulazione della fissione nucleare

Sicuramente sai che uno dei modi per produrre energia ed elettricità è fatto attraverso l'uso dell'energia nucleare. Ma potresti non sapere come funziona davvero. Esistono due processi di formazione dell'energia nucleare: fissione nucleare e fusione nucleare.

Vuoi sapere cos'è la fissione nucleare e tutto ciò che è correlato ad essa?

Fisione nucleare

fissione nucleare dell'uranio 235

La fissione nucleare è una reazione chimica in cui il nucleo più pesante viene bombardato da neutroni. Quando ciò accade, diventa un nucleo più instabile e si decompone in due nuclei, le cui dimensioni sono simili nello stesso ordine di grandezza. In questo processo viene rilasciata una grande quantità di energia e vengono emessi diversi neutroni.

Quando i neutroni vengono emessi dalla divisione del nucleo, sono in grado di provocare altre fissioni interagendo con altri nuclei vicini. Una volta che i neutroni causano altre fissioni, i neutroni che verranno rilasciati da loro genereranno ancora più fissioni. Così via come viene generata una grande quantità di energia. Questo processo si verifica in una piccola frazione di secondo ed è nota come reazione a catena. I nuclei che si sono fissiati rilasciano un milione di volte più energia di quella ottenuta bruciando un blocco di carbone o facendo esplodere un blocco di dinamite della stessa massa. Per questo motivo, l'energia nucleare è una fonte di energia molto potente e utilizzata per esigenze energetiche elevate.

Questo rilascio di energia avviene più velocemente che in una reazione chimica.

Quando si verificano fissioni di neutroni e viene rilasciato un solo neutrone causando la successiva fissione, il numero di fissioni che si verificano al secondo è costante e le reazioni possono essere ben controllate. Questo è il principio con cui funzionano reattori nucleari.

Differenza tra fusione e fissione

fusione nucleare

Entrambe sono reazioni nucleari che rilasciano l'energia contenuta nel nucleo di un atomo. Ma ci sono grandi differenze tra i due. La fissione nucleare, come è stato commentato, è la separazione del nucleo più pesante in nuclei più piccoli, attraverso la collisione con i neutroni. Nel caso della fusione nucleare, è l'opposto. È la combinazione di nucleo più leggero per crearne uno più grande e più pesante.

Ad esempio, nella fissione nucleare, uranio 235 (è l'unico isotopo che può subire la fissione nucleare e si trova in natura) si combina con un neutrone per formare un atomo più stabile che si divide rapidamente en bario 144 e krypton 89, più tre neutroni. Questa è una delle possibili reazioni che si verificano quando l'uranio si combina con il neutrone.

Con questa operazione agiscono i reattori nucleari che attualmente si trovano e che vengono utilizzati per la generazione di energia elettrica.

Affinché la fusione nucleare abbia luogo, è necessario che i due nuclei più leggeri si uniscano per formare uno più pesante. In questo processo viene rilasciata una grande quantità di energia. Ad esempio, nel Sole si verificano continuamente processi di fusione nucleare in cui atomi di massa inferiore si uniscono per formare quelli più pesanti. I due nuclei più leggeri devono essere caricati positivamente e avvicinarsi l'uno all'altro, superando le forze elettrostatiche di repulsione esistenti. Ciò richiede una grande quantità di temperatura e pressione. Sul nostro pianeta, poiché non esiste pressione nel Sole, l'energia necessaria è necessaria affinché i nuclei reagiscano e superino queste forze repulsive si ottengono per mezzo di un acceleratore di particelle.

Una delle reazioni di fusione nucleare più tipiche è quella che consiste nella combinazione di due isotopi di idrogeno, deuterio e trizio, per formare un atomo di elio più un neutrone. Quando ciò accade, nel Sole ci sono alte pressioni gravitazionali a cui sono soggetti gli atomi di idrogeno e hanno bisogno di temperature di 15 milioni di gradi Celsius per fondersi. Ogni secondo 600 milioni di tonnellate di idrogeno si fondono per formare l'elio.

Al giorno d'oggi non ci sono reattori che funzionano con la fusione nucleare, poiché è molto complesso ricreare queste condizioni. Il massimo che si sta vedendo è un reattore sperimentale a fusione nucleare chiamato ITER che è in costruzione in Francia e che cerca di determinare se questo processo di produzione di energia è fattibile sia tecnologicamente che economicamente, effettuando la fusione nucleare attraverso il confinamento magnetico.

Massa critica

schema di fusione nucleare

La massa critica è la minor quantità di materiale fissile ciò è necessario affinché una reazione nucleare a catena possa essere mantenuta e l'energia possa essere generata in modo costante.

Sebbene in ciascuna fissione nucleare vengano prodotti tra due e tre neutroni, non tutti i neutroni rilasciati sono in grado di continuare con un'altra reazione di fissione, ma alcuni di essi vengono persi. Se questi neutroni rilasciati da ciascuna reazione vengono persi a una velocità maggiore di quella sono in grado di essere formati dalla fissione, la reazione a catena non sarà sostenibile e si fermerà.

Pertanto, questa massa critica dipenderà da diversi fattori come le proprietà fisiche e nucleari, la geometria e la purezza di ciascun atomo.

Per avere un reattore in cui fuoriesca il minor numero di neutroni, è necessaria una geometria della sfera, poiché ha la minima superficie possibile in modo che la perdita di neutroni è ridotta. Se il materiale che utilizziamo per la fissione lo circondiamo con un riflettore di neutroni, molti più neutroni vengono persi e la massa critica necessaria viene ridotta. Ciò consente di risparmiare materie prime.

Fissione nucleare spontanea

Quando ciò accade, non è necessario che un neutrone debba essere assorbito dall'esterno, ma in alcuni isotopi di uranio e plutonio, aventi una struttura atomica più instabile, sono capaci di fissione spontanea.

Per questo motivo, in ogni reazione di fissione nucleare c'è la probabilità al secondo che un atomo sia capace di fissione spontaneamente, cioè senza che nessuno intervenga. Per esempio, il plutonio 239 ha maggiori probabilità di fissione spontanea rispetto all'uranio 235.

Con queste informazioni spero che tu sappia qualcosa di più su come viene creata l'energia nucleare per la generazione di elettricità nelle città.


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