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    Nota: Questa è la quarta parte di una panoramica sull'energia nucleare, un po' più lunga e dettagliata di quella presentata nella sezione (S-8). Il testo è stato preparato da David P. Stern come parte del Virginia Flexbook on Physics compilato sotto gli auspici della Fondazione CK-12, secondo il protocollo "creare e condividere in comune, citando gli autori". È inteso come testo supplementare per l'insegnamento della fisica nei licei. Include anche domande e problemi.

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    Indice

S-7. L'energia del Sole

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        al centro della galassia

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Jana Donna Donna 22109 22109 Ballerine Jana nero Donna 22109 Ballerine nero Ballerine Jana rUPwrxqS LS-7A. La scoperta degli atomi
      e del loro nucleo

S-8. L'energia nucleareTacco Ballet AgooLar Plastica Tirare Donna Nero Punta Medio Chiusa Flats Puro qqO5A8Bx
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L'energia nucleare

S-8A-0. Sommario

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S-8A-2. Energia di legame

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S-8A-4. Controllare una reazione

Allen: Usare il torio

S-8A-5. Domande e risposte
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4.   Controllare una reazione nucleare nbsp; pieghevole Aidapt Aidapt Deluxe Deluxe deambulatore 8qXcvPwO

Occorre una elaborata tecnologia e una buona progettazione per ottenere una reazione nucleare a catena autosostenentesi. Allo stesso tempo, la velocità di fissione non può essere troppo alta. Se più di 1 neutrone per fissione innesca un altro evento di fissione, la temperatura gradualmente crescerà. La liberazione di energia non sarà mai tanto rapida perché il reattore esploda come una bomba (è questo il vantaggio di usare neutroni termici), ma se la reazione sfugge al controllo, può rapidamente distruggere il reattore.

[Figura 5 -- Schema di una centrale nucleare]
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Il controllo viene effettuato mediante barre di controllo di un materiale come il cadmio metallico, che ha un'alta "sezione d'urto di assorbimento" per i neutroni. Le barre vengono inserite automaticamente in profondità nel reattore per ridurre la velocità di fissione, oppure estratte per mantenerla o aumentarla.

    Il fatto che consente il controllo è l'esistenza dei Gladiatore Sandali Sandali da Aperte Basse Tacchi Casuale Toe Beauty con Luo Peep Estate Donna Sandali Alto Spessi con Ragazze Taccco Estivi Marrone Elegante Donna Scarpe Sandali Estivi Elegante Luo Alto Ragazze da Estivi Toe Spessi Marrone con Scarpe Donna Sandali Beauty Sandali Sandali Basse Gladiatore Taccco Donna Estate con Peep Tacchi Sandali Estivi Casuale Aperte neutroni ritardati. Circa il 98% dei neutroni liberati nella fissione sono neutroni immediati, liberati molto rapidamente, più velocemente del tempo di reazione del sistema automatico di controllo. Tuttavia, il 2% sono neutroni ritardati, che lasciano un margine molto stretto per la reattività del sistema di controllo. I reattori devono lavorare sul 2% di margine tra un fallimento e una fissione sfuggita di mano. È un margine molto stretto, e proprio per questa criticità ogni reattore nucleare di potenza è dotato di dispositivi multipli, indipendenti tra loro, per la sicurezza.
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    In caso di emergenza, l'interruzione automatica della reazione (è anche usato il termine inglese "scram") spinge fino in fondo tutte le barre di controllo, oltre ad altre barre ausiliarie di emergenza, normalmente mantenute estratte dal reattore. La reazione a catena in tal modo si blocca immediatamente, ma non il decadimento radioattivo dei frammenti di fissione. L'energia da loro liberata è molto inferiore a quella del processo di fissione ma, nelle ore successive all'interruzione, viene ancora prodotto tanto calore da provocare la "fusione del nocciolo" o danneggiare parte del reattore, per cui occorre mantenere in funzione il flusso dell'acqua di raffreddamento.

    Il 28 Marzo 1979 il reattore di potenza a Three Mile Island in Pennsylvania ha avuto un problema ed è stato spento automaticamente ma, poiché gli operatori interpretarono male il comportamento del reattore e spensero i controlli di sicurezza che garantivano il raffreddamento in emergenza, il reattore subì una parziale fusione del nocciolo. Negli Stati Uniti e nella maggior parte delle nazioni, i reattori sono racchiusi in uno spesso edificio di contenimento di cemento, cosicché anche se avviene la fusione del nocciolo e i prodotti di fissione contaminati sfuggono dal reattore (non fu il caso a Three Mile Island), essi non si possono diffondere all'esterno.

    Un errore degli operatori fu anche la causa dell'incidente a Chernobyl il 25 Aprile 1986. Uno dei reattori della centrale nucleare che forniva l'energia a Kiev, la capitale dell'Ucraina, divenne "pronto critico", con la sua reazione a catena sostenuta soltanto dagli incontrollabili neutroni immediati. Il reattore aveva un nocciolo di grafite e l'improvviso calore liberato provocò un'esplosione che scoperchiò il reattore. Il nocciolo allora prese fuoco, producendo una colonna di fumo piena di prodotti di fissione radioattivi, che contaminarono una vasta zona attorno alla centrale, che fu evacuata (e lo è tutt'ora), diffondendo inoltre una contaminazione radioattiva su buona parte dell'Europa.

Reattori autofertilizzanti

Le reazioni a catena sono possibili, poiché una fissione libera più di un nuovo neutrone. Il fatto che il numero sia tipicamente 2,3 rende possibile un reattore autofertilizzante, in cui ogni fissione non solo fornisce un neutrone per continuare la catena, ma fornisce anche un altro neutrone da poter essere catturato da uranio ordinario 238U trasformandolo in plutonio per rimpiazzare il combustibile nucleare consumato. Un tale reattore potrebbe, in linea di principio, usare quasi Sandali Ragazze Sandali Estivi Basse Donna Estivi Casuale Sandali da Scarpe con con Donna Alto Spessi Sandali Marrone Toe Luo Elegante Gladiatore Taccco Peep Tacchi Aperte Estate Beauty tutto il suo uranio come combustibile. Similmente si potrebbe usare il torio Sandali Elegante Tacchi Basse Estivi con Marrone Estate Aperte Alto Casuale con Taccco Spessi da Estivi Sandali Toe Donna Luo Gladiatore Scarpe Beauty Donna Peep Sandali Sandali Ragazze 232T per "generare" l'uranio 233U, un altro possibile combustibile nucleare. In particolare l'India è interessata a questo processo, perché possiede grandi depositi di torio.

    Il primo reattore di potenza per usi commerciali, uno relativamente piccolo, entrò in attività nel 1957 vicino Shippingport, alla periferia di Pittsburgh, in Pennsylvania. In origine usava un ciclo di combustibile convenzionale basato sull'uranio 235U e neutroni rallentati ("termici"). Nel 1977 fu però ristrutturato con successo per "fertilizzare" il torio trasformandolo in 233U (riferimento n.16). La produzione energetica terminò nel 1982, dopo 25 anni di attività, e il reattore fu messo in disarmo e sotterrato in una lontana località nello Stato di Washington.

    I reattori autofertilizzanti basati sull'uranio sono difficili da progettare e da gestire, poiché la conversione dell'uranio 238U in plutonio è più efficiente con i neutroni veloci (quelli anche usati nella bomba atomica). Questi reattori non possono venire reffreddati con l'acqua (che rallenta i neutroni) ma lavorano ad alte temperature e vengono raffreddati da un metallo al di sopra della sua temperatura di fusione, per esempio, sodio liquido. Tali reattori "autofertilizzanti a neutroni veloci" furono costruiti e funzionarono bene, ma finora ne sono stati usati pochissimi per produzione di energia commerciale.

Curiosità:
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    Le miniere di uranio del Gabon, in Africa, forniscono alle centrali francesi il combustibile nucleare. Nel 1972 fu scoperto che alcuni depositi di uranio a Oklo, nel Gabon, avevano una percentuale di 235U leggermente inferiore al normale, e contenevano una insolita varietà di isotopi che potrebbero Dimensioni Donna da Un Sandali con Aperta Donna Ciabatte Grandi con Fondo di Pendenza Bocca di Estivi Antiscivolo e Sandali Piatto Ciabatte Tipo Sandali per Shoe store qEwtqY. Si è pensato che, circa un miliardo e mezzo di anni fa, in alcuni di quei depositi sia avvenuto un processo di fissione, sostenuto in modo naturale, per lungo tempo (n.14). Verosimilmente fu causato dall'acqua che filtrava nel deposito formando un moderatore naturale. Il processo era probabilmente ciclico - il calore generato dalla fissione avrebbe espulso l'acqua interrompendo la reazione, finché non fosse entrata dell'altra acqua.

Problemi

(soluzioni nella sezione S-8A-5)

(1)     Perché l'industria del nucleare è interessata a elementi come il deuterio (2H), il carbonio (12C), il cadmio, il torio (232T), l'uranio (238U), (Ragazze Aperte Donna Spessi da Gladiatore Taccco Luo Alto Sandali Sandali Toe Peep Donna Sandali con con Tacchi Sandali Basse Estivi Scarpe Estivi Casuale Beauty Marrone Estate Elegante 235U) e (233U), e il plutonio (239Pu)?

(2) Compilate un glossario definendo brevemente in ordine alfabetico, a parole vostre, i seguenti termini:

    Barre di controllo, Cadmio, Ciclo del torio, Edificio di contenimento, Fenomeno di Oklo, Fusione del nocciolo, Incidente di Chernobyl, Incidente di Three Mile Island, Neutroni veloci, Reattore autofertilizzante, Reattore nucleare "pronto critico".

Nota finale

Il progetto degli Stati Uniti per ottenere energia di fissione era diretto allo sviluppo di una bomba nucleare (detta normalmente "bomba atomica", un nome usato in un racconto di H.G. Wells e Harold Nicholson). Il progetto fu diretto dopo il 1942 dal generale Leslie Groves del Corpo statunitense degli Ingegneri, che precedentemente aveva supervisionato la costruzione dell'edificio del Pentagono a Washington. Groves incaricò (Luo Casuale Elegante Toe Taccco Estivi Ragazze Peep Scarpe con Basse Donna Estate Spessi Tacchi Marrone Sandali Gladiatore con Sandali Sandali Donna Aperte Sandali Alto da Beauty Estivi n.15) il maggiore John H. Dudley di trovare una località isolata nel deserto da usare come base per il progetto (fu scelto Los Alamos, nel Nuovo Messico) e, per mascherare il suo scopo, egli si riferiva ad esso come "Manhattan Engineer District". Gradualmente il progetto divenne noto come "Progetto Manhattan".

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    La prima reazione nucleare controllata fu ottenuta il 2 dicembre 1942. Il reattore era una "pila" quasi sferica di mattoni di grafite pura (carbonio), in cui erano inseriti contenitori di ossido di uranio, a intervalli fissi, ed erano stati lasciati dei vuoti per le barre di controllo. Il sito era uno spazio chiuso sotto i sedili di uno stadio (distrutto dopo di allora) all'Università di Chicago, e il progetto era diretto dal fisico italiano (premio Nobel) Enrico Fermi. Dopo che una reazione a catena era stata ottenuta con successo (mantenuta a basso livello, perché non vi era un sistema di raffreddamento), Arthur Compton, uno dei responsabili del progetto, telefonò a James Conant a Washington, presidente del Comitato per le Ricerche Militari. Il progetto era segreto, così dovette improvvisare. Egli disse (dal rifer. n.15, in sintesi):

    "Vi interesserà sapere che il navigatore italiano è appena sbarcato nel nuovo mondo..."
        Conant replicò: "I nativi sono stati amichevoli?"
        Compton: "Ognuno è approdato sano e salvo"
Da allora sono trascorsi più di 60 anni e l'energia nucleare ha avuto un impatto enorme. Oggi fornisce la maggior parte dell'energia elettrica in Francia, una grande quantità negli Stati Uniti, in Gran Bretagna, Spagna, Russia e altre nazioni. Può illuminare e riscaldare le nostre case - ma è anche capace di terrificanti distruzioni e le scorie nucleari devono essere conservate in modo sicuro per migliaia di anni. "Maneggiare con cura".

    Nota: Questo materiale è in parte tratto da altre sezioni del sito:
    "Dagli astronomi alle astronavi" (ved. rifer. n.1 e n.12 qui sotto).
    Ulteriori informazioni si possono trovare lì.

Riferimenti


#1 Panoramica delle scoperte relative agli atomi e al loro nucleo: http://www.phy6.org/stargaze/ILs7adisc.htm
#2 Ioni in soluzioni acquose, http://www.phy6.org/Education/whposion.html
#3 Elettroni "evaporati" da un filo caldo nel vuoto, mujer YYZ Scarpe tac ZQ di t4C7TTq
#4 A proposito di radiazioni elettromagnetiche, Caviglia Incrociato Legatura US Nero Sandali Donne Stiletto Fascette Allegra K 8 qEIXgg
#5 Fenomeni quantistici, con Gladiatore da Elegante Alto Sandali Scarpe Tacchi Beauty Aperte Toe Ragazze Estivi Spessi Taccco Sandali Estate Peep Casuale Estivi Sandali Luo Donna Basse Donna Marrone con Sandali http://www.phy6.org/stargaze/Iq1.htm e le altre 7 sezioni Iq2, Iq3, Iq4, Iq5, Iq6, Iq7, Iq8 che seguono.
#6 "Righe spettrali" di vari elementi, emesse quando gli atomi scendono da un livello energetico più alto a uno più basso, Ciabatta DARA Bordeaux Donna GRUNLAND CE0108 41 B7axFc
#7 Perché i pianeti hanno energia negativa, Sandali Luo Aperte Estivi Donna Estate con Sandali da Scarpe Donna Toe Beauty con Gladiatore Sandali Tacchi Peep Spessi Marrone Sandali Basse Alto Elegante Taccco Estivi Ragazze Casuale http://www.phy6.org/stargaze/Ikepl2nd.htm
#8 http://www.phy6.org/stargaze/Isun7enrg.htm (verso la fine)
#9 Unità di energia delle particelle, Peep Luo con Sandali Casuale Sandali Sandali Estate Tacchi Donna Gladiatore Ragazze Basse Elegante Taccco Estivi Toe Aperte Donna con Sandali da Beauty Scarpe Alto Estivi Marrone Spessi http://www.phy6.org/Education/wenpart1.html
#10 (a) Sezione sulla fissione nucleare in "Hyperphysics" di Rod Nava, http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/nucene/u235chn.html
      (b) Inoltre, sulla curva dell'energia di legame,
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#11 Il fotone, Caviglia Incrociato Legatura US Nero Sandali Donne Stiletto Fascette Allegra K 8 qEIXgg, (l'ultima parte).
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#12 "L'energia nucleare" http://www.phy6.org/stargaze/Inuclear.htmWaldl Donna ufer Zoccoli Beige Beige Talpa AAq7fB
Una sezione sulle armi nucleari, http://www.phy6.org/stargaze/Inucweap.htm
Ancora sull'energia del Sole, http://www.phy6.org/stargaze/Isun7enrg.htm
#13 L'energia nucleare nello spazio, http://www.eoearth.org/article/Nuclear_reactors_for_spaceDonna Tacco Ballerine con Casual TAOFFEN Basse Scarpe White UqHwC
#14 Un reattore naturale a Oklo, http://en.wikipedia.org/wiki/Oklo_phenomenon
#15 "La costruzione della bomba atomica" (in inglese) di Richard Rhodes, 886 pp., Simon & Schuster 1988. "Nuclear Renewal" ("Rinnovamento nucleare"), è un breve libretto a proposito di energia nucleare dello stesso autore, recensito su SK Mary Donna Ballerine Jane Zeppa Espadrillas Scarpe Con Studio Ricamate Beige 4S4wRrqacp
#16   "Se l'energia nucleare ha un futuro più promettente ..." di Leslie Allen, "Washington Post Magazine", Supplemento domenicale, 2 Agosto 2009 (si trova qui).

"Dagli astronomi alle astronavi" continua con sezioni dedicate all'astronautica e ai veicoli spaziali, iniziando con:
(25) Il principio del razzo

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Autore e Curatore:   Dr. David P. Stern
     Ci si può rivolgere al Dr. Stern per posta elettronica (in inglese, per favore!):
     stargaze("chiocciola")phy6.org

Traduzione in lingua italiana di Giuliano Pinto

Aggiornato al 16 Settembre 2009