Le centrali nucleari

In una centrale nucleare o reattore analogamente a quanto avviene in una centrale termica alimentata da combustibili tradizionali, l’energia termica viene trasformata in energia meccanica e quindi in energia elettrica. L’energia termica tuttavia, anziché provenire da olio combustibile o da carbone, è fornita dalla fissione dei nuclei di atomi di uranio che ha luogo nel reattore nucleare.
Il calore così generato serve a produrre vapor d’acqua ad alta pressione; questo espandendosi nella turbina fa ruotare un alternatore che a sua volta genera energia elettrica.
La fissione ha 3 effetti principali:

1. Il nucleo di uranio si spezza in più frammenti, detti "prodotti di fissione";
2. Si producono contemporaneamente in media altri 2,5 neutroni che permettono di mantenere la "reazione a catena"
3. Si genera una notevole quantità di calore.

Il calore prodotto negli elementi di combustibile che contengono l’uranio, viene asportato dall’acqua che si trasforma in vapore. Questo, dopo l’espansione nella turbina, passa in un condensatore raffreddato con acqua prelevata da un fiume e riconvertito in acqua, la quale viene nuovamente inviata nel reattore. Il circuito acqua-vapore risulta così un circuito chiuso, completamente indipendente dal circuito dell’acqua prelevata dal fiume.
Segue uno schema di 2 diversi reattori nucleari uno "ad acqua in pressione" (PWR, pressurized water reactor), l’altro "ad acqua bollente" (BWR, boiling water reactor).

	(a) Schema di un reattore nucleare ad acqua in pressione (PWR Pres- surized Water Reactor)		(b) Schema di un reattore nucleare ad acqua bollente (BWR, Boiling Water Reactor)
Un reattore nucleare, in ogni caso, utilizza l'energia liberata nelle reazioni di fissione per riscaldare l'acqua del reattore, trasformandola in vapore, capace di mettere in moto una turbina. Nel reattore (a), l'acqua del circuito primario (reattore + pressurizzatore + scambiatore di valore) serve non solo a vaporizzare l'acqua del circuito secondario, ma anche al raffreddamento del nocciolo. Nel reattore (b), la turbina è alimentata sia dal vapore che arriva direttamente al nocciolo, sia da quello dello scambiatore.

Nel nocciolo del reattore possono essere presenti sostanze fertili, cioè sostanze non fissili, ma che lo diventano per reazione con i neutroni. In alcuni reattori, anche se poco numerosi, non vengono introdotti moderatori e si utilizzano quindi neutroni veloci; tali reattori si dicono autofertilizzanti, in quanto impiegano nuclidi non fissili direttamente, ma che lo divengono in seguito a reazione con i neutroni veloci impiegati. A seconda del tipo di "combustibile", il reattore si definisce a uranio naturale, a uranio arricchito (viene aumentato il contenuto percentuale di ²³⁵U nel minerale), a plutonio, a uranio-233, ecc.
Quando nel reattore l’uranio-235 scende a valori molto bassi, variabili a seconda del tipo di impianto, l’uranio deve essere sostituito. Sorge quindi il problema delle scorie radioattive, che devono essere isolate dall’ambiente fino a quando non sia ultimato il decadimento degli isotopi instabili, e per alcuni di essi tale periodo può essere di migliaia di anni o anche più.
Una centrale da 1000 megawatt produce 3m³ di scorie l’anno. Purtroppo non si è ancora trovata una soluzione definitiva a questo spinoso problema. In Italia le scorie accumulate fino a oggi, circa 10.000 m³, in gran parte non hanno ancora una sistemazione stabile e si trovano in piscine di raffreddamento vicino alle centrali stesse o in depositi provvisori, racchiuse in fusti speciali.
Si sono studiate varie soluzioni: ricoprire le scorie con depositi di argilla di almeno 200 m o di granito di almeno 1000m ; se le formazioni sono sottomarine, pare siano sufficienti 40-50m di spessore.
Negli anni ’70, nelle acque dell’atlantico a ovest della Francia, sono state depositate circa 100.000 t di materiale radioattivo proveniente da Francia, Belgio, Italia, Gran Bretagna, Germania, Svezia, Olanda, Svizzera. Molte sono comunque le polemiche e le posizioni assunte su questo problema, così come sul problema della sicurezza delle centrali nucleari, che possono dare origine a inconvenienti e incidenti, dovuti a guasti negli impianti o a errori umani nelle attività legate al loro funzionamento. Uno dei casi più gravi è quello in cui si ha la fuoriuscita di materiale radioattivo nell’ambiente esterno.
I 2 incidenti più noti di questo tipo sono quello della centrale di Three Mile Island negli Stati Uniti (1979) e quello di Cernobil in URSS (1986).