Fukushima: come avviene la fissione nucleare

Tutto ciò che ci circonda, noi compresi, è formato da atomi, minuscole particelle di materia e energia costituite, a loro volta, da elettroni che ruotano attorno ad un nucleo.

Il nucleo è formato da protoni, con carica positiva, e neutroni che, come indica la parola stessa, hanno una carica neutra. Quando la carica positiva del nucleo è neutralizzata da un’uguale carica negativa data dagli elettroni, l’atomo è stabile.

I singoli elementi della natura (dall’idrogeno, all’ossigeno, dall’oro al ferro), differiscono tra loro esclusivamente in base al numero di elettroni e protoni che hanno i loro atomi (in termini scientifici questo numero si definisce Numero Atomico). Ad esempio, quando diciamo che l’oro ha un Numero Atomico di 79, significa che il suo atomo ha 79 protoni e 79 elettroni. Aggiungendo un protone ed un elettrone in più all’atomo dell’oro otterremmo un atomo di mercurio, che ha Numero Atomico 80; togliendo, invece, un protone ed un elettrone otterremmo un atomo di Platino (Numero Atomico 78).

Vi sono, però, elementi che mantenendo lo stesso Numero Atomico, hanno un numero di neutroni differente. In questo caso di parlerà di isotopi che si differenziano tra loro dal Numero di Massa, dalla somma cioè di protoni e neutroni.

L’Uranio ha nove tipi di isotopi; pur mantenendo fisso il suo Numero Atomico (92), i neutroni variano da un minimo di 140 ad un massimo di 148.

L’isotopo necessario per la fissione nucleare (la reazione che avviene nei reattori delle centrali nucleari) è l’Uranio 235 (in termini chimici viene scritto come ₉₂U²³⁵ dove 92 è il numero di protoni e 235 è la somma del numero di protoni e neutroni). In natura l’Uranio scavato nelle miniere è formato per il 99,3% dall’isotopo 238 e solo per lo 0,7% dall’isotopo 235. E’ per questo che, per poter utilizzarlo al massimo dell’efficienza, l’Uranio prima di entrare in un reattore nucleare deve essere trattato attraverso un procedimento che si chiama “arricchimento”. Il processo di arricchimento può portare la percentuale di Uranio 235 al 3-4% della miscela fino ad un massimo del 90%.

A questo punto l’Uranio arricchito (miscela U²³⁸+U²³⁵) può venire utilizzato per le reazioni di fissione.

Questa non è altro che un bombardamento di un atomo di U²³⁵ con un neutrone che forma un isotopo di Uranio 236 altamente instabile che si scinde immediatamente in due elementi più stabili (generalmente Krypton e Bario o Xeno e Stronzio) liberando tre neutroni che vanno a continuare la reazione colpendo altri atomi di U²³⁵. Ogni fissione produce alta quantità di energia.

Per controllare che la reazione a catena non divenga troppo dirompente, nel reattore si inseriscono delle barre assorbitrici, sostanze come Boro o Cadmio che assorbono parte dei neutroni causati dalla fissione impedendo loro di andare a colpire altri atomi di Uranio.

L’energia liberata dalla fissione nucleare è altissima: la scissione di un solo grammo di U²³⁵ puro (equivalente a 30-20 grammi di miscela di Uranio arricchito al 3-4%) equivale all’energia emessa da 2 tonnellate di petrolio o da 2,9 tonnellate di carbone

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