ENERGIA DALL’ATOMO

Classe V A L.S.T.

Anno scolastico 2004/2005

INTRODUZIONE

La versatilità degli usi del nucleare rende problematico capire fino a che punto sia legittimo sfruttare questa fonte di energia: è questo il motivo che ci ha spinti nell’analisi approfondita del tema, poiché è necessario conoscere prima di giudicare.

Con il proposito di chiarire ogni aspetto dell’argomento, ci siamo mossi in questa ricerca, toccando tutti gli aspetti possibili, dalla fisica alla letteratura, in un percorso interdisciplinare, risultato proficuo per la formazione di una personale opinione.

INDICE

§ STORIA DELL’ENERGIA NUCLEARE

Ø Dalle origini al progetto Manhattan

Ø La guerra fredda

Ø La crisi dei missili di Cuba

Ø Gli incidenti nucleari

L’ENERGIA DALLE REAZIONI NUCLEARI

Ø L’atomo

Ø Fissione

Ø Fusione

Ø Stabilità nucleare

Ø Fenomeno della radioattività

Ø Isotopi radioattivi presenti in natura

Ø Radioattività artificiale

Ø Velocità del decadimento radioattivo

LA CENTRALE NUCLEARE

Ø La materia prima

Ø Informazioni generali

Ø Reattori moderati a grafite

Ø Reattori veloci

Ø Reattori moderati ad acqua

Ø Centrale nucleare PWR

Ø Centrale nucleare BWR

Ø Caratteristiche tecniche

Ø La reazione

Ø La moderazione dei neutroni

Ø Il contenitore

Ø Il controllo del reattore

Ø La produzione di energia

Ø Pro e contro delle tecnologie nucleari

§ CERN

§ LA BOMBA ATOMICA

Ø Cenni storici sulla bomba atomica

Ø La bomba nucleare

Ø Le diverse tipologie di armamenti

Ø Il rischio atomico

§ L’UOMO E IL NUCLEARE

Ø Un po’ di storia…

Ø Veniamo ad oggi

Ø Le radiazioni ionizzanti

Ø Il cancro

Ø Le mutazioni

Ø La radioterapia

§ INQUINAMENTO E SCORIE NUCLEARI

Ø Inquinamento nucleare

Ø Inquinamento da sostanze radioattive

Ø Pericoli radiologici

Ø L’inverno nucleare

Ø La probabilità di incidenti

Ø La prima descrizione dell’incidente di Chernobyl

Ø L’altra faccia del nucleare: le scorie

Ø Il trasporto delle scorie

Ø Scorie di terza categoria

Ø I depositi geologici e la posizione dell’Unione Europea

§ CIO’ CHE DISTRUGGE LA BOMBA ATOMICA

Ø Bomb

Ø Esistenza ed esistenze

Ø Il rapporto scienza ed etica

Ø Radici dell’esistenzialismo

STORIA DELL’ENERGIA NUCLEARE

Componenti del gruppo

Fabrizio Soggetto Mattia Corbetta

DALLE ORIGINI AL PROGETTO MANHATTAN

La storia dell’energia nucleare coincide, praticamente, con quella del Novecento. L’evoluzione di questa scienza, partita da semplice tesi fino ad arrivare ad ambito oggetto di conquista, è stata strabiliante. Tutto iniziò nell’ormai lontano 1896, con la scoperta della radioattività ad opera di uno scienziato francese di nome Henri Becquerel.

Una sera del 1896, Henri Becquerel, figlio e nipote di scienziati, lasciò alcune lastre fotografiche in fondo a un cassetto: questa dimenticanza segnò la nascita dell'era atomica. Nonostante l'oscurità e il foglio metallico che le ricopriva, le lastre si annerirono; chiunque le avrebbe buttate via ma Becquerel, meravigliato dallo strano fenomeno, cercò di trovarne le cause e finì per scoprire nel cassetto la presenza di sali di uranio che lui stesso vi aveva riposto alcuni giorni prima. Becquerel riuscì a risolvere il problema supponendo che dall'uranio dovevano essersi sprigionati raggi molto penetranti che erano riusciti a impressionare le lastre fotografiche dopo aver attraversato il foglio metallico di protezione.

Dopo questa interessante scoperta, molti ricercatori si dedicarono allo studio di questi raggi penetranti per cercare di scoprirne la natura e l'origine. Nel 1899 Giesel e Meyer riuscirono a dimostrare che tra questi raggi alcuni erano elettricamente carichi, ma è una polacca trapiantata in Francia, Marie Curie, a scoprire qualcosa di molto importante: la radioattività era un fenomeno che avveniva all’interno del nucleo, demolendo l’opinione comune che vedeva l’atomo come più piccola carica elettrica.

Marie Curie

Assieme al marito Pierre analizza sistematicamente il comportamento dell'uranio in diversi composti e in diverse condizioni, scoprendo cosi che la radiazione è una caratteristica propria dell’uranio. Immediatamente dopo, compie una ricerca su moltissime altre sostanze per accertare se esistano altri elementi chimici che, oltre all'uranio, mostrino quello strano comportamento. Decide di dare un nome a questo fenomeno, e lo chiama “radioattività”. Successivamente i due scoprono altri due elementi ancora più radioattivi dell’uranio, cioè il radio e il polonio, cosa che varrà a Marie il premio Nobel per la fisica, assieme a Becquerel. Queste furono soltanto alcune delle numerose e disinteressate azioni della Curie.

Una terza radiazione di tipo corpuscolare e con carica doppia di quella dei raggi di Giesel e Meyer fu messa in evidenza da Rutherford; successivamente, nel 1903 arrivò alla conclusione che la radioattività è il segno della disintegrazione del nucleo. Nel 1911 propose perciò un modello atomico in cui Z elettroni ruotano attorno a un nucleo che deve possedere una carica elettrica Ze affinché l'insieme sia elettricamente neutro.

Successivamente fu Albert Einstein, a dare importantissimi contributi alla ricerca sul fenomeno appena scoperto. Nel 1905, nel suo secondo studio scientifico, teorizzò che l’energia di una particella costituente un raggio luminoso, fosse proporzionale alla frequenza della radiazione, secondo la formula:

E = h*v

dove E rappresenta l’energia della particella, h la frequenza della radioattività e v una costante definita da Max Planck.

Sempre nel 1905 dà alle stampe il suo terzo e più importante studio, dal titolo Elettrodinamica dei corpi in movimento, conteneva la prima esposizione completa della teoria della relatività ristretta, frutto di un lungo e attento studio della meccanica classica di Isaac Newton, delle modalità dell'interazione fra radiazione e materia, e delle caratteristiche dei fenomeni fisici osservati in sistemi in moto relativo l'uno rispetto all'altro.

La base della teoria della relatività ristretta, che comporta la crisi del concetto di contemporaneità, risiede su due postulati fondamentali: il principio della relatività, che afferma che le leggi fisiche hanno la stessa forma in tutti i sistemi di riferimento inerziale, ossia in moto rettilineo uniforme l'uno rispetto all'altro, estendendo il precedente principio di relatività galileiano, e il principio di invarianza della velocità della luce, secondo cui la velocità di propagazione della radiazione elettromagnetica nel vuoto è una costante universale, che sostituisce il concetto newtoniano di tempo assoluto.

Albert Einstein

A partire dal 1907, anno in cui fu pubblicata la memoria contenente la celebre equazione che afferma l'equivalenza fra massa ed energia, Einstein iniziò a lavorare a una teoria più generale, che potesse essere estesa ai sistemi non inerziali, cioè in moto accelerato l'uno rispetto all'altro. Il primo passo fu l'enunciazione del principio di equivalenza, in base al quale il campo gravitazionale è equivalente a una accelerazione costante che si manifesti nel sistema di coordinate, e pertanto indistinguibile da essa, anche sul piano teorico. In altre parole, un gruppo di persone che si trovino su un ascensore in moto accelerato verso l'alto non possono, per principio, distinguere se la forza che avvertono è dovuta alla gravitazione o all'accelerazione costante dell'ascensore. La teoria della relatività generale venne pubblicata nel 1916, nell'opera intitolata I fondamenti della relatività generale. In essa le interazioni dei corpi, che prima di allora erano state descritte in termini di forze gravitazionali, vengono spiegate come l'azione e la perturbazione esercitata dai corpi sulla geometria dello spazio-tempo, uno spazio quadridimensionale che oltre alle tre dimensioni dello spazio euclideo prevede una coordinata temporale.

Per il resto della sua vita Einstein si dedicò alla ricerca di un'ulteriore generalizzazione della teoria in una teoria dei campi che fornisse una descrizione unitaria per i diversi tipi di interazioni che governano i fenomeni fisici, incluse le interazioni elettromagnetiche, e le interazioni nucleari.

Dopo queste importantissime teorie, la comunità scientifica internazionale iniziò a interrogarsi su come utilizzare questa enorme potenza nascosta nell’atomo per produrre energia. Ne è un esempio il gruppo dei “ragazzi di Corbino” , capitanato da Enrico Fermi, il quale formulò la “teoria del decadimento beta”, secondo la quale, durante il decadimento di un nucleo, assieme all’elettrone venisse emessa anche un’altra particella, il neutrino. Il gruppo scoprì il metodo dell’irraggiamento, che consisteva nel bombardare di neutroni un particolare materiale per aumentarne le capacità radioattive, ottenendo risultati lusinghieri con l’idrogeno.

Enrico Fermi

Nel 1938, a seguito delle leggi razziali, Fermi si recò negli USA (sua moglie era ebrea), dove continuò il suo lavoro. Appena arrivato, Otto Hahn annunciò la scoperta della fissione dell’uranio. Immediatamente Fermi iniziò a studiare questo fenomeno, concentrandosi sui neutroni emessi durante quel processo. Non gli ci volle molto a capire le potenzialità di questa reazione, che poteva produrre energia su scala macroscopica.

La realizzazione di un dispositivo nel quale produrre in modo controllato la reazione a catena divenne lo scopo centrale delle ricerche di Fermi, che si conclusero il 2 dicembre 1942, con l'entrata in funzione a Chicago del primo reattore nucleare a fissione. Poco prima Fermi aveva dato la sua adesione al progetto Manhattan, per l'utilizzazione bellica dell'energia nucleare.

Infatti il precipitare della situazione internazionale aveva focalizzato l’attenzione dei ricercatori di entrambe le parti sulle potenzialità belliche dell’energia contenuta nei nuclei. Si era capito che un ordigno nucleare avrebbe provocato, detonando, una quantità di energia tale da distruggere qualsiasi cosa in un’area molto ampia. Partì quindi una disperata corsa alla bomba, che vide gli americani vincere, complice alcune missioni segrete che avevano privato i tedeschi di importanti infrastrutture situate in Norvegia, nonché la maggior capacità industriale americane, e il fatto di poter lavorare senza dover subire bombardamenti a tappeto ogni notte.

LA GUERRA FREDDA

Dopo la fine della Seconda Guerra Mondiale era forte la speranza, provata da un mondo stremato da sei anni di massacri, di una pace duratura. Era opinione comune che la nuova arma, la bomba atomica, sarebbe diventata soltanto un ricordo grazie a un possibile accordo tra USA, URSS e Gran Bretagna sul disarmo nucleare.

Tutto questo, però non si realizzò. Da una parte gli USA erano ben decisi a mantenere il loro monopolio, e si opponevano fermamente alla distruzione del loro già consistente arsenale nucleare, dall’altra l’URSS non voleva sottoporre i propri programmi di ricerca all’esame della comunità internazionale. Già nel 1946 venne attivato il primo reattore sperimentale sovietico, e il passo successivo sarebbe stata la produzione di armi nucleari. Nemmeno tre anni dopo, nel 1949, la prima bomba atomica sovietica detonò nel deserto, ponendo fine al monopolio nucleare americano.

La fine del monopolio USA impressionò notevolmente l’Occidente: infatti si pensò che il conflitto – ideologico – che ci contrapponeva con l’Oriente si sarebbe evoluto in un conflitto armato, potenzialmente disastroso.

In quegli anni, famosi per le sperimentazioni nell’atollo di Bikini, la tecnologia nucleare fece passi da gigante: nel 1952 gli americani sperimentarono la prima bomba H, che raggiungeva potenze mille volte maggiori di quelle che Hiroshima e Nagasaki avevano conosciuto. Nel giro di una decina di anni sarebbero apparsi i missili balistici, i sommergibili a propulsione nucleare e il “club atomico” avrebbe accolta altri due membri: la Francia di de Gaulle e la Cina di Mao.

Gli anni a cavallo tra il 1951 e il 1963 videro la corsa all’atomica trasformarsi da una ricerca scientifica a una vera e propria ossessione. Gli USA, abbandonato l’atollo di Bikini, iniziarono le loro ricerche in Nevada, a pochi chilometri dalla città di Las Vegas, facendo detonare qualcosa come 126 ordigni nucleari nell’atmosfera, di cui ben 98 nel solo anno 1962. Successivamente, una volta proibiti i test nell’aria, nell’acqua e nello spazio iniziò l’epoca delle esplosioni sotterranee, conclusasi nel 1992 con 886 esplosioni, e un numero incalcolabile di malattie derivate dal “fallout” nucleare.

Sul mondo intero calò l’angoscia per una possibile guerra nucleare, acuita dalla consapevolezza che il conflitto sarebbe stato incredibilmente disastroso, per via della potenza delle nuove armi. Paradossalmente, era la stessa enormità del potenziale distruttivo degli arsenali accumulati da USA e URSS a renderne impossibile l’utilizzo.

L’equilibrio tra i due blocchi si fondava infatti sulla deterrenza, cioè sulla consapevolezza del fatto che ognuna delle due parti sarebbe stata in grado di scatenare una rappresaglia distruttiva, tale da dissuadere l’altra dal tentare l’attacco. I livelli di prontezza erano impressionanti: una parte delle forze armate di ciascun contendente era sempre in allerta, e c’erano bombardieri sempre in cielo, pronti ad attaccare i possibili nemici.

Inoltre, consci del fatto che una possibile guerra si sarebbe svolta in Europa, gli USA affermarono, durante la presidenza Eisenhower (1952 – 1960), che qualsiasi tipo di attacco sovietico contro un qualunque stato NATO avrebbe comportato l’attacco nucleare americano. Questa strategia, definita “rappresaglia massiccia”, forniva ai paesi europei la sicurezza di un immediato aiuto americano in caso di necessità.

Le forze in campo americane e sovietiche

A partire dalla seconda metà degli anni ’50, la sfida tra i due blocchi si spostò anche nello spazio: nel 1957 i russi lanciarono il primo satellite, lo Sputnik; fu la prima volta in cui il predominio americano fu messo in discussione. Nel 1961 fu la volta di Yuri Gagarin, il primo uomo nello spazio. Questi significativi successi avevano anche una valenza militare, oltre che una scientifica: il fatto di essere riusciti a portare nello spazio oggetti pesanti come una capsula con un uomo all’interno voleva dire che i russi disponevano delle conoscenze necessarie a costruire missili con testate nucleari.

La reazione americana non si fece attendere, e comportò due mosse: primo, l’installazione di missili in Europa; secondo, l’inizio di un programma spaziale volto a portare l’uomo sulla Luna. La messa in servizio dei sottomarini lanciamissili, infine, riportò gli USA nuovamente in vantaggio.

La reciproca distruzione dei due contendenti, in caso di guerra, non era l’unica novità della guerra fredda. Infatti la nuova guerra nucleare non aveva bisogno di grandi eserciti per essere combattuta, scatenarla poteva essere frutto della decisione di un piccolo numero di persone. Per la prima volta nella storia, il “fronte interno”, ossia l’opinione pubblica, diventava un argomento di secondaria importanza, dato che l’ipotetica guerra non sarebbe durata più di un giorno, eliminando così qualsiasi intoppo diplomatico.

La guerra atomica avrebbe comportato attacchi indiscriminati alle popolazioni civili dei contendenti, dato che l’obiettivo era la distruzione del nemico. Si riteneva che, in caso di attacchi, le vittime sarebbero state di poco inferiori al miliardo, e ciò finiva per rendere impossibile l’utilizzazione degli ordigni atomici.

LA CRISI DEI MISSILI DI CUBA

Nell’ottobre del 1962 il mondo fu, per la prima e l’ultima volta, sull’orlo di una guerra nucleare. Il 14 ottobre 1962, un aereo americano U-2 da ricognizione scattò numerose fotografie di alcune isole dell’arcipelago cubano: queste immagini ritraevano, in modo inequivocabile, installazioni che ospitavano 32 missili russi con testata nucleare. Ciò significava che ben ottanta milioni di americani potevano essere uccisi in meno di dieci minuti.

Ciò che il presidente Kennedy si trovò ad affrontare fu un’operazione, nome in codice Anadyr, che era la risposta di Nikita Krushev, primo ministro sovietico, all’installazione di missili americani in Italia e Turchia. Ben 42000 soldati sovietici raggiunsero Cuba, e in gran segreto approntarono 40 missili balistici a medio raggio SS-4, assieme a quaranta testate da un megaton, che però non furono mai montate. E non si fermarono qui: in breve tempo, elevarono le capacità di difesa antiaerea cubana da un livello minimo a standard impressionanti per l’epoca. Poco dopo costituirono anche una piccola aeronautica dotata, tra l’altro, di caccia e bombardieri nucleari.

Kennedy, dopo una riunione avvenuta il giorno 16, decise che bisognava eliminare ad ogni costo quei missili. Per farlo, si poteva organizzare un attacco aereo, oppure procedere a un’invasione via mare. Scartata la seconda ipotesi, il presidente ordinò che si stendesse un piano per un’eventuale azione aerea, pur sapendo che avrebbe potuto portare a una guerra atomica.

Per gestire meglio la crisi, il presidente creò un Comitato Esecutivo, composto dai suoi più stretti consiglieri, che iniziò subito a lavorare. Al suo interno si delinearono subito due partiti: i “falchi”, ossia i fautori della linea dura, e le “colombe”, favorevoli al dialogo.

Fu durante una di queste riunioni che si decise per il famoso “blocco navale”, attivato per evitare di peggiorare ancora una situazione già instabile. Si decise anche di continuare le missioni di ricognizione, per controllare l’andamento dei lavori svolti dai sovietici.

Alcuni incontri di alto livello tra i diplomatici delle due superpotenze fecero credere a Kennedy che i lavori in corso sull’isola caraibica fossero soltanto di natura difensiva, ma questa convinzione sparì subito quando arrivarono le nuove foto dai ricognitori: non solo gli SS-4 erano lì, chiari esempi di armi offensive, ma i lavori avevano addirittura subito una radicale accelerazione. Inoltre si scoprirono silos – vuoti – per missili SS-5, con portata maggiore. Nonostante ciò, i sovietici continuarono a fornire la loro versione dei fatti.

Nel frattempo, Kennedy venne messo sotto pressione dai militari, che premevano per ottenere l’autorizzazione a un massiccio attacco aereo. Il presidente non cedette, anzi proseguì con l’idea del blocco navale “per tutti i sistemi d’arma offensivi”, operativo dal 24 ottobre.

Dopo alcune consultazioni con il presidente francese De Gaulle e il premier britannico McMillan,

Un missile balistico SS5

Kennedy pronunciò un severo discorso alla nazione, in cui affermò che il lancio di un missile dal territorio cubano contro un qualsiasi stato occidentale avrebbe comportato una rappresaglia americana nei confronti della stessa Unione Sovietica. Il resto del discorso non fu meno duro, e costituì un vero e proprio monito nei confronti dell’URSS.

A partire dal discorso, l’aeronautica americana passò il livello di allerta da DEFCON 5, condizione normale in tempo di pace, a DEFCON 3, che prevedeva un in incremento della prontezza delle forze superiore rispetto al normale. Un ottavo dei bombardieri doveva essere sempre in volo, armati; altri aerei vennero dispersi in molti aeroporti civili americani, le ronde dei caccia vennero incrementate. Tutti avevano a bordo ordigni nucleari.

I sovietici, dal canto loro, risposero che non avrebbero mai accettato ispezioni alle loro navi, e che avrebbero forzato il blocco. C’erano diciannove navi sovietiche in rotta per Cuba. Sedici si fermarono o deviarono dalla loro rotta, mentre le altre tre, tra cui una petroliera, continuarono. Quando i cacciatorpediniere intercettarono navi, appurarono che la petroliera era innocua e la lasciarono continuare, mentre rilevarono la presenza di un sottomarino di scorta al piccolo convoglio russo. Dopo attimi di tensione, le due navi si fermarono.

Quando il presidente seppe dell’accaduto alzò il livello di attenzione al livello DEFCON 2, il penultimo della scala. La guerra sembrava ormai vicinissima.

Il presidente si oppose fermamente, per il momento, a un’invasione dell’isola per alcuni, ragionevoli, motivi. Primo, non si sapeva come avrebbero reagito gli alleati europei; secondo, le ripercussioni su Berlino, divisa in settori d’influenza, sarebbero state disastrose; terzo, i sovietici avrebbero potuto disporre di razzi nucleari per rallentare l’invasione. Piuttosto, sembrò orientarsi verso uno scambio tra i missili SS-4 a Cuba e quelli americani in Turchia, dato che sembrava aprirsi una trattativa in tal senso.

Una foto di un sito missilistico a Cuba

Eppure, mentre sembrava aprirsi uno spiraglio, il 27 ottobre la CIA comunicò che i siti missilistici erano operativi, e pronti a colpire. Kennedy ordinò di aumentare le missioni ricognitive, non sapendo che Castro, rimasto all’oscuro delle trattative in corso, aveva dato ordine di sparare a tutti gli aerei americani che violavano lo spazio aereo cubano, cosa che accadde qualche giorno dopo, quando un aereo spia U2 venne abbattuto, e il pilota ucciso. Kennedy non reagì, per timore di causare un’escalation della crisi, preferendo credere alla versione sovietica che dipingeva l’avvenuto come un tragico errore. Il “tragico errore” si ripeté poi più tardi, quando i Cubani fecero oggetto di tiri di armi antiaeree quattro ricognitori, danneggiandoli.

Mentre l’ipotesi dello scambio sollevava sia consensi che polemiche all’interno del Comitato Esecutivo, Kennedy fu quasi sul punto di cedere e ordinare un attacco aereo contro per lunedì 29, ma desistette, quando finalmente il Comitato si trovò d’accordo sulla lettera da mandare a Krushev, in cui si chiedeva il ritiro dei missili in cambio della fine della quarantena. Conscio del fatto che una simile proposta non avrebbe messo d’accordo nessuno, Kennedy incaricò il suo consigliere più fidato, suo fratello Bob, di recare un messaggio all’ambasciatore sovietico, una proposta che non sarebbe mai stata formalizzata né scritta da qualcuno.

In pratica gli Stati Uniti, a fronte del totale ritiro delle installazioni sovietiche a Cuba, avrebbero ritirato entro sei mesi i missili americani in Italia e Turchia, un’intesa che sarebbe rimasta segreta per non preoccupare nessun alleato NATO e per non far perdere la faccia a nessuno dei due contendenti. Nel caso che qualsiasi allusione all’accordo proposto fosse arrivata alla stampa, gli USA avrebbero negato tutto e i missili sarebbero rimasti a minacciare l’URSS.

La proposta fu davvero l’ultima spiaggia per evitare una guerra che i due contendenti erano pronti a fare: infatti, chi si fosse trovato a passare davanti all’ambasciata russa il 27 ottobre del 1962 avrebbe visto una strana e robusta nuvola di fumo uscire da un comignolo che non era mai stato usato in nessun inverno: si trattava di una canna fumaria “riservata”, che i diplomatici russi avrebbero usato per incenerire i propri documenti segreti, per evitare che cadessero in mano di qualcuno in caso di guerra. Il fatto che la stessero usando rivelava l’estrema gravità della situazione.

I russi, a Mosca, furono entusiasti di quell’accordo, che li permetteva di uscire da una situazione di stallo in cui si erano andati a cacciare, riportando per di più in buon successo contro gli Stati Uniti. Domenica 28 Krushev apparve alla radio annunciando di accettare l lettera americana del 27, ritirando i missili da Cuba, ma criticò duramente gli americani per i loro voli di ricognizione su Cuba, invitandoli a terminare tali attività. Poche ore dopo, i malcapitati soldati russi a Cuba, i quali avevano appena finito di costruire nuovissime basi in pochissimo tempo, si videro costretti a smantellarle in tempi ancora più rapidi.

In conclusione, la prima grande sfida tra le due superpotenze si concluse con un pareggio, seppur per poco tempo: infatti, i dirigenti del PCUS non avevano ancora finito di cantare vittoria che un allarmato rapporto del KGB li informò che il primo sottomarino armato con missili balistici era entrato nel Mediterraneo, sostituendo efficacemente i missili balistici basati a terra. Fu solo in quel momento che capirono che Kennedy non aveva affatto giocato a carte scoperte, e che la vittoria finale era spettata a lui.

Gli americani, a Washington come in tutto il Paese, tirarono un sospiro di sollievo nel sapere che l’incubo era finito; questo episodio, assieme allo “smarrimento” di una bomba all’idrogeno avvenuto in Portogallo qualche anno dopo, convinse le autorità della necessità di limitare i propri arsenali nucleari.

I grandi sconfitti furono senza dubbio i cubani: una volta smantellati i missili, i soldati russi riportarono a casa gran parte dei caccia, delle batterie antiaeree e anche i bombardieri, lasciandosi dietro un Castro infuriato, e non a torto. Aveva infatti scoperto che, se i russi erano ben disposti a mettere in pericolo il suo popolo, erano altrettanto restii a rischiare la propria sicurezza per una lontana isola del mar dei Caraibi.

In un modo o nell’altro, il mese di ottobre del ’62 sarebbe comunque passato alla storia: infatti per quella data Kennedy aveva autorizzato l’operazione Mongoose, volta a fare quello che lo sbarco nella Baia dei Porci non era riuscito a fare: rovesciare il regime castrista. Kennedy continuò a posporre l’operazione, fino a quando un cecchino non lo uccise a Dallas, un anno dopo.

GLI INCIDENTI NUCLEARI

La scala INES

Gli incidenti che hanno a che fare con le tecnologie sono diventati così frequenti da meritare una scala, universalmente adottata, che determina la loro gravità. Si tratta della scala INES (International Nuclear Event Scale), Scala Internazionale degli Eventi Nucleari. Si riferisce soprattutto a eventi che possono accadere in centrali nucleari, ed è composta da sette gradi, che vanno dal grado 0, che definisce un semplice guasto, al settimo, incidente molto grave.

Chernobyl (Scala INES 7)

Chernobyl era una centrale nucleare che generava 4000Mw elettrici, potenza di poco inferiore a quella che viene assorbita dalla Lombardia. La costruzione era iniziata nell'83, ed era del tipo RBMK, ossia dotato di un nocciolo costituito da barre di uranio infilate in tubi in cui scorre acqua di raffreddamento. I tubi scorrono in mezzo a mattonelle di grafite, il che costituisce un grosso pericolo: : se la temperatura sale in modo incontrollato, e la grafite viene esposta all'aria, questa inizia a bruciare ad altissima temperatura, con ovvi pericoli.
Quel giorno si stava facendo una prova tecnica, per vedere il comportamento di un sistema di sicurezza in condizioni critiche. Si erano quindi esclusi per vari motivi i sistemi sia di spegnimento automatico che di raffreddamento di emergenza del nocciolo, e si era portato il reattore a funzionare a una potenza molto inferiore a quella di targa, condizione in cui quel nocciolo diventava instabile. Nel caso specifico, instabile vuol dire che, in caso di una fluttuazione di potenza, la reazione a catena tende a salire in modo incontrollabile.

All’1 e 23 del 26 aprile 1986 il reattore è arrivato, nel giro di 20 secondi, a 100 volte la sua potenza nominale, causando quindi un aumento di temperatura, alzando notevolmente l’acqua di raffreddamento la quale, bollendo, ha alzato la pressione del sistema e ha iniziato una pericolosissima reazione chimica con la grafite.

L’esplosione che ne derivò distrusse il nocciolo, l'edificio di contenimento e la sala turbine, buttando pezzi di macchinari e infrastrutture tutto intorno. Successivamente la grafite ha preso fuoco, alzando una colonna di fumo contente tonnellate di materiale radioattivi, tra cui i prodotti di fissione, il peggio che potesse accadere.

L’effetto dell’esplosione avvenuta il 26 aprile 1986

Nel giro di pochi giorni, vennero evacuate 135000 persone che risiedevano nella zona vennero evacuate in gran segreto dai reparti NBC dell’Armata Rossa, cercando di mantenere il silenzio quanto più possibile, ma il disastro varcò i confini della Cortina di Ferro, depositando i suoi “prodotti” su tutta l’Europa. i casi più gravi avvennero in Ucraina e Bielorussia, dove il grano prodotto in quell’anno era talmente radioattivo che i normali contatori non disponevano di una scala di valori abbastanza elevata per misurarla. Ad ogni modo, dopo qualche anno la situazione è migliorata, e l’unico problema ancora aperto è legato al confino dei resti di nocciolo della centrale. Il sarcofago costruito appoggia su pareti che non hanno la consistenza strutturale per reggerne il peso, e presenta alcune fessurazioni che non presentano tuttavia un pericolo per il pubblico o per gli operatori. C'è però il rischio di collasso del sarcofago, che andrà presto o ricostruito o ricoperto con un secondo sarcofago.

Nonostante il regime dittatoriale, la protesta infiammò l’U.R.S.S.: scienziati e intellettuali sovietici si scagliarono contro il governo, accusandolo di colpevole negligenza, incuria e irresponsabilità nella sua politica nucleare. Parallelamente, partirono team di ricerca che perlustrarono in lungo e in largo il paese, cercando depositi di scorie radioattive illegali, testimonianze di decenni di incuria.

Nel 1991 la centrale di Chernobyl tornò alla ribalta della cronaca per un nuovo incidente, occorso al reattore numero 2: un’esplosione, anche se di lieve entità, causò nuovo allarme e costrinse l’allora presidente ucraino, Leonild Kravchuk, a compiere una decisione che si sarebbe dovuta prendere molto tempo prima: chiudere la centrale.

L’esempio di Chernobyl è emblematico: a poca distanza dai nostri confini esistono decine e decine di centrali nucleari costruite secondo criteri di sicurezza non più al passo coi tempi, con materiali scadenti e manovrate da personale poco addestrato. Nell’ex unione sovietica esistono 29 centrali nucleari sul modello di quella di Chernobyl, mentre altre si trovano negli altri paesi dell’orbita sovietica.

Inoltre, negli ultimi tempi, si sta assistendo alla proliferazione delle tecnologie nucleari in Paesi in via di sviluppo, o quantomeno non caratterizzati dalla professionalità che contraddistingue l’Occidente. Precursore fu l’Iraq negli anni Ottanta (tentativo non coronato da successo), a cui sono seguiti Iran, Cina, India, Pakistan e Corea del Nord. Posto che le loro realizzazioni si basano su progetti sovietici, e quindi poco affidabili, quali potranno essere gli standard di sicurezza per tali installazioni? Com’è possibile che un paese come la Corea del Nord, nel quale non si riesce a soddisfare la richiesta di cibo, si costruiscano impianti complessi come quelli nucleari?

Gli incidenti militari

Durante la Guerra Fredda si riscontrò un utilizzo sfrenato della tecnologia nucleare, che venne impiegata quasi ovunque. Negli arsenali dei due contendenti non si trovavano soltanto enormi missili o bombe con testate atomiche, ma persino missili aria – aria, destinati a essere imbarcati sugli aerei, proietti d’artiglieria, razzi anticarro, e via dicendo. Il fatto che un così grande numero di armamenti nucleari fosse stivano negli aerei favorì il verificarsi di incidenti nucleari, anche di dimensioni enormi (basti pensare cosa sarebbe potuto succedere se un caccia armato con alcuni razzi atomici fosse caduto su una delle grandi città americane).Fortunatamente, gli armamenti convenzionali dotati di testate nucleari vennero fortunatamente rimpiazzati durante la guerra del Vietnam da meno pericolose armi convenzionali.

Il 17 gennaio 1966, a Palomares, in Spagna, avvenne il più famoso incidente di questo tipo. Un bombardiere B-52 che trasportava quattro bombe nucleari, stava svolgendo una consueta attività di pattugliamento ai margini della Cortina di Ferro. Il B-52, appartenente al 68° squadrone di bombardamento, si stava apprestando a tornare alla base quando collise contro l’aerocisterna KC-135 che doveva rifornirlo. Nell’impatto perse la vita tutto l’equipaggio dell’aerocisterna, letteralmente disintegratasi in volo, mentre soltanto un pilota del B-52 perì.

I rottami si sparsero per circa 38 chilometri quadrati, e ciò sembrò giustificare l’impressionante spiegamento di forze americane e spagnole accorse immediatamente. Ma l’apparizione di uomini in tenute stagne, oltre che di un folto gruppo di navi USA impiegate nella ricerca di qualcosa fece crescere l’allarme tra la popolazione. Le iniziali spiegazioni spagnole e americane non convinsero l’opinione pubblica, e alla fine, il governo ammise che il bombardiere americano caduto stava trasportando ben quattro bombe nucleari. Inoltre fonti americane ammisero che c’era stata una fuoriuscita di materiale fissile, e che la situazione era sotto controllo. Nessuno però fece cenno al fatto che, delle quattro bombe sganciate dall’aereo secondo una procedura standard, ne mancava una, probabilmente caduta in mare. Ciò si seppe soltanto in seguito.

Dov’era finita la quarta bomba? Di certo si sapeva soltanto che era stata l’unica ad aver avuto il tempo di aprire il paracadute, percorrendo una distanza più lunga (le altre tre non lo avevano fatto, causando delle piccole esplosioni alle quali non erano seguite quelle nucleari in quanto le armi erano disinnescate). Subito le ricerche si orientarono verso il mare: alcuni pescatori avevano visto un “aviatore di alta statura” (le bombe erano alte oltre tre metri) infilarsi in mare appeso a un paracadute.

Le ricerche iniziarono subito, e furono condotte da una flotta di 33 navi, e oltre 3000 marinai americani, che setacciarono il mare per otto giorni prima di trovare la bomba, nome in codice “Robert”. Questa si trovava su un fondale fangoso a circa 800 metri di profondità, in una posizione alquanto scomoda. I sommergibili pilotati dalle navi rischiarono di impigliarsi nel paracadute. Alla fine gli operatori scartarono le ultrasofisticate pinze dei minisommergibili, ma agganciarono la bomba con un semplice rampino, portandola in superficie. Nessun abitante fu contaminato, ma vennero asportate 1600 tonnellate di terreno contaminato da radiazioni, per poi essere portate in barili metallici in America. Questo incidente levò pesanti interrogativi sulle sicurezza di una flotta di bombardieri sempre in volo con armamenti atomici.

Il 21 gennaio 1968 avvenne l’incidente che segnò la fine del pattugliamento armato USA, costringendo l’Aeronautica Americana a limitarsi a bombardieri carichi di bombe in attesa sulle piste. Un B-52G cadde sul ghiaccio della North Star Bay a una dozzina di chilometri a sud – ovest della base americana di Thule, in Groenlandia. Solo un membro dell’equipaggio perse la vita, ma quattro bombe nucleari Mk 28 vennero distrutte dall’incendio che ne seguì. Il ghiaccio si sciolse per il calore del fuoco, per poi riformarsi inglobando una grande quantità di materiale radioattivo. Partì subito una missione americana, il “Project Crested Ice” il quale comportò un’opera di bonifica fatta da 3000 uomini americani e danesi (la Groenlandia è un possedimento della Corona Danese), che lavorarono per quattro mesi, prelevando 10000 tonnellate di materiali radioattivi, inviati in America chiusi nei soliti barili metallici. La missione, costata 9,4 milioni di dollari di allora, fu un successo, secondo le fonti governative, ma la realtà fu ben diversa. Una delle bombe superò lo strato di ghiaccio e finì sul fondale marino sottostante, venendo recuperata solo nel 1979, mentre si sta trascinando ancora oggi l’azione legale di coloro – americani, danesi e inuit – che parteciparono ai lavori di sgombero senza protezioni dalle radiazioni, che erano molto elevate.

Tra il 1956 e il 1968 avvennero, nei soli Stati Uniti, ben sei incidenti che interessarono armi nucleari, escludendo i due già presentati. Successivamente, la messa al bando dei pattugliamenti nucleari ridusse drasticamente il numero degli incidenti, che però accadono ancora oggi (l’anno scorso un silo contente un missile balistico prese fuoco). Il primo incidente avvenne il 10 marzo 1956 sopra il Mediterraneo, quando un bombardiere B-47 che trasportava due bombe nucleari scomparve dagli schermi radar. L’aereo, che si trovava in missione segreta, sparì nel nulla poco prima di effettuare il secondo rifornimento in volo. Si contemplarono diversi scenari, compresa la diserzione (cosa abbastanza improbabile, perché l’aereo era quasi senza carburante e l’URSS era parecchio lontana). Le ricerche non portarono a nulla, e non si sa tuttora dove sia finito l’aereo e il suo carico. Il 28 luglio 1957 avvenne un altro incidente, allorquando un cargo C-124 in volo sull’Oceano Atlantico, trasportante due ordigni nucleari disarmati, entrò in avaria. Ritenendo il peso eccessivo, l’equipaggio si accinse a scaricare fuoribordo il carico, lanciando pertanto le due armi in mare aperto. Nessuna delle due bombe detonò, ma si danneggiarono al contatto con l’acqua e affondarono in un tratto molto profondo. Le due armi non furono mai trovate, nonostante accurate ricerche.

Il 5 febbraio 1958 avvenne una collisione tra un B-47 armato con una testata nucleare disarmata e un caccia F-86. Il primo stava decollando dalla base, il secondo era in fase di rientro. Dopo alcuni tentativi, la bomba venne sganciata nel fiume Savannah, in Georgia, per scongiurare una potenziale esplosione alla base. La bomba cadde presso la foce del fiume, e non fu mai ritrovata, nonostante la zona fosse caratterizzata da un fondale abbastanza basso. a distanza di quasi cinquant’anni la bomba è ancora lì.

Il 25 settembre 1959, al largo di Whidbey Island, nell’occidentale stato di Washington, un aereo P-5M della Marina americana, armato con una bomba di profondità nucleare si schiantò a Puget Sound, nei pressi dell’isola di cui sopra. Nonostante le accurate ricerche, la bomba non fu mai ritrovata. L’incidente più grave dopo quello di Palomares è accaduto il 5 dicembre 1965 a bordo della portaerei Ticonderoga (CVA–14) nell’Oceano Pacifico: un aereo d’attacco A-4E Skyhawk rotolò giù dal montacarichi che lo stava portando dal ponte di volo all’hangar situato al di sotto. L’aereo affondò con una tale rapidità da impedire qualsiasi tentativo di salvataggio per il malcapitato pilota. Il carico bellico dell’aereo era costituito da un’unica bomba tipo B-43 all’idrogeno, che affondò insieme all’aereo. Dato che la profondità di quel tratto di mare è di 4400 metri, i funzionari del Pentagono ritennero che l’enorme pressione possa aver causato la detonazione dell’arma, ma non si hanno conferme.

L’ultimo incidente nucleare conosciuto avvenne nella primavera del 1968, allorquando il sottomarino d’attacco Scorpion (SSN-589) affondò nell’Oceano Atlantico. Sebbene il Pentagono non abbia mai commentato, sembra che il sottomarino portasse un numero ignoto di ordigni nucleari, probabilmente siluri e mine navali. Il sommergibile affondò per cause sconosciute 4 – 500 miglia al largo delle Azzorre.

Per quanto riguarda l’ex Unione Sovietica, il numero degli incidenti simili a quelli riportati qui sopra è complessivamente ignoto, si sa solo che cinquant’anni di sfrenate ricerche nucleari da parte degli scienziati sovietici hanno prodotto enormi danni all’ambiente e la morte di ignari cittadini. La zona più interessata è quella di Mayak, negli Urali del sud. È una zona ricca di acque, dato che esiste un comprensorio di laghi, e anche un fiume, il Techa. A partire dal 1945, qui furono costruite tre “città segrete”, ossia fortezze non segnalate sulle carte, indicate dal nome della provincia in cui sono situate e da un numero che indica l’indirizzo di un ufficio postale. Le tre città chiuse si chiamavano Chelyabinsk – 40, – 65 e –70. La principale, Chelyabinsk – 40, è altresì nota come Mayak.

La città produsse plutonio già dal 1948: la prima bomba A sovietica, fatta detonare il giorno del compleanno di Stalin, era stata prodotta a Mayak. Fino al 1951 le scorie nucleari liquide vennero scaricate direttamente nel fiume Techa, l’unica risorsa idrica per i 24 villaggi circostanti, contaminando più di centomila persone; successivamente, quando le radiazioni giunsero fino all’Artico, le autorità decisero di cambiare politica: per prima cosa impedirono alla popolazione di utilizzare l’acqua del fiume. Contemporaneamente le scorie non vennero più scaricate nel fiume, bensì nel vicino lago Karachai, privo di sbocchi al mare.

Nel 1957 avvenne l’incidente più grave di questa serie, quando un serbatoio carico di sedimenti radioattivi esplose, irradiando una zona estesa come la Toscana. Secondo soltanto a Chernobyl, questo incidente è stato uno dei più gravi della storia, ma le autorità non fecero mai trapelare nulla.

Mappa delle città segrete russe; vicino a Chelyabinsk – 65 si trova Mayak

Durante l’estate del 1967, durante un periodo di secca, le inquinatissime acque del lago Karachai, privo di immissari quanto di sbocchi, evaporarono quasi totalmente, e la polvere risultante ricoprì un’area grande quanto metà della Valle d’Aosta.

L’unità di misura delle emissioni radioattive è il TeraBecquerel, e i numeri dei disastri che hanno riguardato l’area di Mayak sono impressionanti: si parla di qualcosa come 20840000 TBq rilasciati dal ’48 agli anni ’90 in un’area di circa 90 km, cifre che fanno apparire quasi ridicole le emissioni riscontrate a Hiroshima (5 milioni di TBq) o di Chernobyl (1,8 milioni di TBq).

Al giorno d’oggi il lago Karachai rilascia radioattività per una totale di 4 milioni di TBq, e basta un’ora passata sulle sue sponde per ricevere una dose letale di radiazioni. Al momento si sta cercando di posare dei blocchi di cemento per evitare una ripetizione dei fatti del ’67. Tutti questi anni di lavoro hanno dato alla zona attorno a Mayak il poco invidiabile primato di luogo più inquinato del pianeta.

Sellafield (Scala INES 5)

La centrale inglese di Sellafield, situata nel West Cumbria, è nota per essere il luogo in cui i rifiuti radioattivi italiani vengono trattati, dopo aver affrontato un lungo viaggio su rotaia. Nel Regno Unito, invece, questa centrale è tristemente nota per un incidente abbastanza grave da meritare il quinto grado della scala INES, avvenuto nel 1957. Nel reattore, utilizzato per la produzione di plutonio a scopi nucleari, si verifica un incendio che causa una fuga di piccole particelle radioattive.

Nel giro di qualche giorno una grossa nube radioattiva si espande su tutto il territorio inglese e non solo, al punto di interessare tutto il Vecchio Continente. Il disastro ha causato almeno 300 morti, deceduti per gli effetti delle radiazioni, e ha inquinato un ampio tratto del Mare d’Irlanda.

Three Mile Island (Scala INES 5)

L’incidente avvenuto nel 1969 alla centrale di Three Mile Island presso la città di Harrisburgh, in Pennsylvania, è forse il più noto tra quelli capitati in Occidente.

La centrale era dotata di reattori di tipo PWR, che venivano raffreddati da acqua convogliata ad alta pressione; i condotti in cui veniva introdotta l’acqua dovevano essere sempre posti sotto controllo, per evitare un innalzamento della temperatura del nocciolo.

Il 27 marzo 1979 una valvola del circuito primario di raffreddamento, il sistema di controllo della temperatura, si ruppe: di conseguenza l’acqua cominciò a fuoriuscire dalle tubature sotto forma di vapore, il quale cominciò a saturare l’edificio di contenimento, la massiccia struttura dove era alloggiato uno dei due reattori.

La centrale di Three Miles Island, Pennsylvania

La reazione dei sistemi di sicurezza fu tempestiva: il reattore fu spento, e l’intero sistema fu messo in sicurezza. Ciononostante, un piccolo difetto del meccanismo che doveva abbassare la pressione del vapore nell’edificio di contenimento, unito alle evidenti difficoltà incontrate dagli addetti nella gestione della crisi, peggiorarono la situazione. Infatti il liquido, una volta diminuita la sua pressione, iniziò a bollire rischiando di rompere la pompa responsabile del funzionamento del circuito di raffreddamento, esponendo così il nocciolo radioattivo del reattore.

Il liquido, a pressione ormai bassa, non fu più in grado di raffreddare il reattore, che sparse per l’edificio di contenimento i suoi prodotti di fissione, altamente radioattivi. Si temette per una bolla di idrogeno che minacciava di esplodere, danneggiando così l’edificio e provocando una fuoriuscita di materiale, ma ciò non avvenne. In effetti l’edificio di contenimento svolse un buon lavoro, evitando la dispersione dei nocivi gas radioattivi nell’atmosfera, ma si procedette comunque all’evacuazione della zona circostante la centrale.

L’emergenza fu gestita bene, al contrario del rapporto con i mass media; abituati alla politica del “no comment”, i funzionari americani diedero delle notizie contraddittorie e inconcludenti, che fecero nascere nel popolo americano sentimenti di sfiducia: si credeva, infatti, che le autorità fossero impreparate e cercassero di coprire un problema ben più grave.

Furono evacuate 140000 persone, ma nessuna fu esposta a radiazioni letali. Successivamente, negli anni a venire, vennero rilasciati con attenzione quantitativi di gas radioattivi dall’edificio di contenimento, allo scopo di evitare una fuga in massa del materiale, che poteva avere gravi effetti.

Attualmente, il reattore incidentato è ancora in funzione, e sarà disattivato solo a breve, mentre l’altro continua a funzionare senza intoppi. Ad ogni modo, l’incidente ebbe una grande eco in ambito nazionale, specialmente per la magra figura rimediata nella gestione mediatica, e ha portato molti cittadini a vedere con favore una fine della politica nucleare americana.

Tokaimura (Scala INES 4)

L’impianto di Tokaimura, a 120 km a nord di Tokyo, è un’installazione sperimentale costruita dal governo giapponese per produrre plutonio arricchito, necessario per la produzione di energia nucleare. Si tratta di una struttura sulla quale il Giappone conta molto, dato che, con essa, si potrà fare a meno di importare materiale fissile da Francia o Inghilterra, con costi e rischi molto elevati.

La centrale è stata già teatro di un incidente, nel 1997: un incendio in un magazzino di scorie nucleari che provocò l’esposizione di 37 operai. La conseguente indagine ministeriale riportò un atteggiamento pressappochista quantomeno suicida, e un tentativo di “insabbiamento” da parte dei responsabili dell’ispezione interna, i quali avevano cercato di distruggere alcune fotografie. Che, casualmente, mostravano il tentativo del personale di far passare sotto silenzio l’accaduto. Questo scandalo fu però ignorato dalle autorità nipponiche, per non mettere in crisi un progetto così importante.

L’incidente più grave, tale da meritarsi il 4° grado della scala INES, è avvenuto il 30 settembre 1999 quando gli addetti, nel corso di un’operazione definita “di routine”, avevano versato 16 kg di uranio, invece che i regolamentari 3, in una vasca per la purificazione, contenente acido nitrico.

La zona in cui si trova la centrale di Tokaimura

Il risultato è stata una reazione a catena simile a quella di un reattore, ma non altrettanto controllabile. Per la fortuna dei civili residenti nella zona non si è trattato di una reazione esplosiva, ma di un’emissione di radiazioni, neutroni e prodotti di fissione, accompagnati da un lampo di luce blu.

Colti di sorpresa, gli operatori agirono in modo molto poco professionale, dandosi alla fuga, e lasciando la reazione proseguire indisturbata fino al giorno dopo quando, grazie al coraggio e all’abnegazione di tre altri operai, l’emissione è stata spenta. Purtroppo i tre ricevettero tali dosi di radiazioni da costringerli ad una lunga degenza in ospedale, che per due di loro si è conclusa tragicamente, con la morte.

Il problema fu anche la mancanza di un piano di emergenza che affrontasse bene la realtà, visto che le autorità competenti avevano approvato una strategia lacunosa. Vennero evacuate ben 300000 persone, e si temette per una concentrazione eccessiva dello iodio radioattivo, che si genera in questi casi come prodotto di fissione. Inutile dire che, in questo caso, i più esposti sarebbero stati i bambini.

Fortunatamente, un simile disastro non si è verificato, in quanto la reazione è stata fermata dopo “sole” 18 ore, anche se a grave prezzo. La causa dell’incidente è stata individuata, oltre che nell’elevato dosaggio di uranio, anche dall’ignoranza del personale, e dal già citato menefreghismo che portava alla sistematica violazione delle leggi di sicurezza. Non solo; pare circolasse, tra gli addetti ai lavori, un manuale che forniva le istruzioni per aggirare i sistemi automatici di sicurezza ma, evidentemente, questo è stato fatto sparire.

ENERGIA DELLE REAZIONI NUCLEARI

Parte curata da:

Bonazza Matteo

Chiappo Alberto

Dalla Fontana Giulia

Tregnago Giulia

L’ATOMO

Se osserviamo l’aspetto di un atomo il nucleo è caratterizzato da un numero atomico e da un numero di massa. Il numero atomico è indicato dalla lettera Z, che determina le proprietà chimiche dell’atomo, poiché ne specifica il numero di protoni. Il numero di massa (A) definisce le proprietà nucleari di un atomo indicando il numero totale di nucleoni, ovvero neutroni e protoni (A=N+Z). Un nucleo atomico è specificato con la notazione:

^AK

Nel nucleo protoni e neutroni sono soggetti alla forza nucleare che li tiene legati fortemente insieme. Se gli A nucleoni che costituiscono il nucleo interagissero tra loro solamente tramite la forza elettromagnetica, il nucleo si disintegrerebbe, dato che la forza agente sarebbe quella repulsiva tra i protoni (che hanno la stessa carica elettrica). Ciò significa che, almeno a distanze inferiori a 3·10^{-15 m}, le forze nucleari sono molto più intense della forza di Coulomb (vedi figura 1).

Da ciò si deduce che la forza nucleare è una forza conservativa, è nulla per distanze superiori a 3,0 ·10^{-15 m}, mentre diventa fortemente attrattiva per distanze inferiori ed è fortemente repulsiva a distanze molto piccole (inferiori a 0,5·10^{-15 m}).

Misurando la massa di un nucleo e confrontandola con la somma delle masse dei nucleoni che lo costituiscono, si nota che quando protoni e neutroni sono legati in un nucleo, hanno una massa minore rispetto a quando sono separati. Consideriamo, per esempio, il nucleo del deuterio, un isotopo pesante dell’idrogeno, costituito da un protone e da un neutrone. Esso ha massa:

m_d= 3,3434 ·10^{-27 Kg}

mentre la somma delle masse di un protone e di un neutrone è uguale a:

m_p + m_n = ( 1,6725·10^-27 + 1,6748·10^-27) Kg = 3,3473 ·10^{-27 Kg}

Calcolando la differenza dei due risultati otteniamo 0,0039 ·10^{-27 Kg. C}ioè 0,0039 ·10^{-27 Kg}di massa sono scomparsi (difetto di massa). Poiché sappiamo che massa ed energia sono equivalenti si può pensare che la massa mancante si sia trasformata in energia secondo la relazione ricavata da Albert Einstein:

E = mc²

Il termine m è la variazione netta di massa, in Kg, c è la velocità della luce (pari a 3,0·10⁸) e viene espressa in m/s. L’energia risultante è in Joule. Un’altra unità comunemente usata per esprimere l’energia nucleare è il MeV (milione di elettronvolt).

1 MeV = 1,602 x 10^-13 J

Immaginiamo di costituire il deuterio avvicinando un protone ed un neutrone. Quando, a distanze molto piccole, entrano in gioco le forze attrattive nucleari, dobbiamo mantenere la posizione delle due particelle compiendo un lavoro negativo. In altri termini la formazione del deuterio riversa energia nell’ambiente circostante. In particolare, ogni volta che si forma il deuterio, sono liberati fotoni gamma di energia pari a 2,22 MeV. Dalla relazione prima indicata ricavando la massa si ha:

energia che è uguale alla massa scomparsa. Il difetto di massa di un nucleo corrisponde, pertanto, all’energia liberata durante la sua formazione. Il prodotto del difetto di massa per il quadrato della velocità c della luce nel vuoto è, quindi, uguale all’energia di legame del nucleo, cioè all’energia che occorre fornire al nucleo per separare i nucleoni e portarli a una distanza tale che non interagiscano.

Gli atomi si mantengono inalterati durante tutte le reazioni e trasformazioni chimiche, ma possono subire delle trasmutazioni per effetto di particolari azioni fisiche. Infatti, quando gli atomi vengono sottoposti all’azione (bombardamento) di particelle elementari possono manifestarsi degli eventi che recano in definitiva ad una trasformazione di un nuclide in un nuclide diverso: reazioni di questo tipo interessano la fisica e si chiamano REAZIONI NUCLEARI.

Nelle reazioni chimiche le variazioni di energia sono così piccole che le variazioni di massa equivalenti non sono rilevabili (nonostante ci siano). In effetti, noi basiamo il bilancio delle equazioni e dei calcoli stechiometrici sul principio che la massa si conservi (invariata) in una reazione chimica. Nelle reazioni nucleari le energie sono di ordini di grandezza maggiori che nelle reazioni chimiche e si hanno variazioni di massa rilevabili.

Se conosciamo le masse esatte degli atomi, possiamo calcolare l’energia di una reazione nucleare mediante l’equazione E=mc².

L’energia in MeV associata al decadimento di un singolo nucleo di ²³⁸U è pari a 4,2 MeV.

Infatti :

²³⁸U à ²³⁴Th + ⁴He

Le masse in unità atomiche (u) sono

²³⁸U = 238,0508 u ²³⁴Th = 234,0437 u ⁴He = 4,0026 u

e la variazione netta di massa è pari a 0,0045 u: ( 234,0437 + 4,0026 – 238,0508 = -0,0045 u)

Questa perdita di massa appare come energia cinetica portata via dalla particella a; e poiché

1 u = 1,661x10^{-24 g
sarà :}

E = 0,0045 u x 1,66x10^-24g/u x 1kg/1000g x (3,00x10⁸)² m²/s² = 6,7x10^-13J e

E = 6,7x10^-13J x 1 MeV/1,602x10^-13J = 4,2 MeV.

Se avessimo avuto a che fare con una differenza di massa di esattamente 1,000 u, l’energia sarebbe

stata di 931,5 MeV. 1 u = 1,661x10^-24g = 1,49x10^-10 J = 931 MeV

Dalla figura (2) possiamo notare che nella formazione del nucleo di un atomo di ⁴He a partire da due protoni e due neutroni vi è un difetto di massa di 0,0305u. Cioè, la massa determinata sperimentalmente di un nucleo di ⁴He è di 0,0305 u minore rispetto alla massa data come somma di due protoni e due neutroni. Questa massa “perduta” viene liberata come energia. Mediante l’espressione 1u = 931 MeV possiamo vedere che 0,0305 u di massa equivalgono ad un’energia di 28,4 MeV. Poiché questa è l’energia rilasciata nella formazione di un nucleo di ⁴He, possiamo chiamarla “ENERGIA DI LEGAME NUCLEARE”. Vista in un altro modo, un nucleo di ⁴He dovrebbe assorbire 28,4 MeV per far separare i suoi protoni e neutroni. Se consideriamo che l’energia di legame sia distribuita in modo equo tra i due protoni e i due neutroni in ⁴He, otteniamo una energia di legame per nucleone (particella nucleare) pari a 7,10 MeV. Calcoli analoghi per gli altri nuclei danno luogo al grafico mostrato in figura.

La figura (3) indica che la massima energia di legame per nucleone si trova in un nucleo con un numero di massa atomica approssimativo di 60.

Ciò porta a due interessanti conclusioni :

1) se i nuclei piccoli vengono combinati per formarne uno più pesante (fino a circa A=60), l’energia di legame per nucleone aumenta e una certa quantità di massa deve essere convertita in energia. La reazione nucleare è altamente esotermica. Questo processo di fusione è alla base della bomba ad idrogeno.

2) per nuclei aventi pesi atomici superiori a 60, l’aggiunta di altri nucleoni al nucleo richiederebbe un dispendio di energia (in quanto l’energia di legame per nucleone diminuisce). D’altra parte, la disintegrazione dei nuclei più pesanti in quelli più leggeri è accompagnata da rilascio di energia.

Questa fissione nucleare è alla base della bomba atomica (in particolare quella all’uranio e quella al plutonio) e dei reattori nucleari di potenza convenzionali. Quanto sopra esposto evidenzia pertanto le due strade percorribili per ottenere energia dal nucleo: fissione e fusione.

La fissione si basa sull’uranio, che introduciamo brevemente prima di affrontare questa tecnica.

L’uranio

L’Uranio è un elemento metallico radioattivo, di simbolo U è composto da 92 protoni ed un numero variabile di neutroni. Usato come combustibile nei reattori nucleari. L'uranio appartiene alla serie degli attinidi della tavola periodica. E’ il più pesante degli elementi chimici naturali. Fu scoperto nel 1789 dal chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth, in un campione di pechblenda, e prese nome dal pianeta Urano.

Proprietà

L'uranio fonde a circa 1132 °C, bolle a 3818 °C, ha densità relativa 19,05 alla temperatura di 25 °C, e peso atomico 238,029. Esiste in tre diverse forme cristalline: in una forma stabile a temperatura ambiente; alla temperatura di 668 °C, in una forma modificata, caratterizzata da densità leggermente minore e da cristalli tetragonali, duri e fragili. A 774 °C raggiunge la forma cubica a corpo centrato, facilmente lavorabile e plastica, resa stabile mediante l'aggiunta di piccole quantità di molibdeno.

Diffusione

In natura l'uranio non si trova allo stato libero, ma solo sotto forma di ossido o sale complesso, in minerali come la pechblenda e la carnotite. La maggior parte dell'uranio naturale è costituita dall'isotopo ²³⁸U, cioè con 238 - 92 = 146 neutroni. Ma, mescolato ad esso nella percentuale dello 0,7% si trova anche l' ²³⁵U, con 143 neutroni. L'²³⁵U è debolmente radioattivo: su 100 nuclei di ²³⁵U se ne spezzano 50 in media in un tempo di 4,5 miliardi di anni.

Estrazione

Il metodo classico di estrazione dell'uranio prevede che la pechblenda venga triturata e mescolata con acido solforico e nitrico. L'uranio si scioglie e forma il solfato di uranile (UO₂SO₄), mentre il radio e gli altri metalli del minerale vengono precipitati come solfati. Aggiungendo idrossido di sodio, si precipita il diuranato di sodio (Na₂U₂O₇ · 6H₂O), noto anche come ossido giallo di uranio (yellow cake). Per ottenere l'uranio dalla carnotite, il minerale viene finemente polverizzato e mescolato con soda e potassa calde, che sciolgono l'uranio, il radio e il vanadio. Dopo aver eliminato le sabbie inutili, il composto viene trattato con acido solforico e cloruro di bario. Una soluzione caustica e alcalina aggiunta al liquido precipita l'uranio e il radio in forma concentrata.

I minerali di uranio sono presenti in tutto il mondo; in particolare, depositi di pechblenda, il minerale più ricco di uranio, si trovano principalmente in Canada, Repubblica democratica del Congo e Stati Uniti. La maggior parte dell'uranio degli Stati Uniti deriva dalla carnotite presente in Colorado, Utah, New Mexico, Arizona e Wyoming. Un minerale detto coffinite, scoperto nel 1955 in Colorado, contiene fino al 61% di uranio. Depositi di coffinite si trovano in Wyoming e Arizona.

Usi

Dopo la scoperta della fissione nucleare, l'uranio divenne un metallo di importanza strategica, utilizzato principalmente per la produzione di energia nei reattori nucleari e nelle armi nucleari.

LA FISSIONE

Per stimolare i nuclei debolmente radioattivi bisogna urtarli. Se vengono urtati da un neutrone, ad esempio, essi tendono a decadere, cioè a rompersi, immediatamente. Quindi, concentrando in un piccolo volume notevoli quantità di un materiale debolmente radioattivo è possibile che alcuni dei neutroni prodotti nelle rare fissioni naturali che avvengono vadano a colpire altri nuclei, rendendoli instabili, provocando altre fissioni in un processo a cascata. Se riusciamo a far autoalimentare questo processo a catena, otterremo rapidamente una grande quantità di energia.

Grafico dei nuclei Figura 4

Grafico dei nuclei. Ciascun puntino rappresenta un nucleo, avente Z protoni e A – Z neutroni. Per piccoli valori di Z, i nuclei si trovano all’incirca sulla bisettrice degli assi (quindi è, all’incirca, A = 2Z). Per grandi valori di Z, i nuclei hanno chiaramente un eccesso di neutroni rispetto ai protoni. I puntini neri si riferiscono agli isotopi più stabili.

La scoperta della fissione nucleare è dovuta in larga parte agli esperimenti di Fermi, il quale per primo bombardò con neutroni l'uranio naturale, durante gli anni '30. Un processo di fissione naturale estremamente lento. L'²³⁶U è invece un nucleo instabile e non esiste in natura. Se bombardiamo con neutroni dell'uranio naturale, la maggior parte di essi andranno contro i nuclei di ²³⁵U, formando il nucleo instabile ²³⁶U il quale immediatamente si scinde. Si osserva quindi in questo esperimento un aumento della radioattività naturale: i nuclei di ²³⁵U si scindono ad un ritmo accelerato rispetto a quello naturale a causa del bombardamento di neutroni.

La radioattività naturale crescerà progressivamente, man mano che si aggiunge altra materia. Per ogni particella fissile, cioè in grado di subire una fissione nucleare, esiste una quantità minima di sostanza che bisogna concentrare per provocare un'esplosione nucleare. Questa quantità viene detta massa critica. Le bombe al plutonio funzionano allo stesso modo di quelle all’uranio: solo il combustibile nucleare è diverso trattandosi dell'isotopo ²³⁹Pu del plutonio. Il plutonio è un elemento artificiale, cioè non esiste in natura. Perciò tutti i suoi isotopi sono fissili. Due sono le principali controindicazioni della fissione, che indussero a cercare di costruire bombe nucleari a fusione. La prima è connessa alla scarsità di uranio e di altri materiali fissili in natura: questo rende estremamente costosa la ricerca e la preparazione del materiale. Per aumentare la potenza esplosiva dobbiamo comunque aumentare la quantità di combustibile nucleare utilizzata. La seconda ragione è connessa all'aumento di radioattività: il materiale fissile, anche se non ha raggiunto la massa critica, è comunque abbastanza concentrato all'interno di una bomba; il numero di fissioni che avvengono aumenta, rispetto ai livelli naturali. Dopo qualche anno il combustibile nucleare, originariamente puro, è così contaminato da non essere più in grado di esplodere.

Figura 5

Dalla fissione del nucleo ²³⁵U, indotta dall'assorbimento di un neutrone:

¹n + ²³⁵U à ¹⁴⁰Cs + ⁹³Rb + 3 ¹n + 200 MeV

si ottiene cesio 140, rubidio 93, tre neutroni e un'energia nucleare di 200 MeV, cioè 3,2 × 10^-11J. La reazione dell'uranio consente di sottolineare due caratteristiche di tutti i processi di fissione nucleare. In primo luogo la quantità di energia prodotta da ogni singola fissione è molto grande; in termini pratici, la reazione di 1 kg di uranio 235 sviluppa 18,7 milioni di chilowattora, sotto forma di calore. Inoltre, il processo di fissione innescato dall'assorbimento di un neutrone dal primo nucleo di uranio 235 continua in modo autonomo: i neutroni emessi in ogni fissione possono indurre la fissione in quasi altrettanti nuclei di uranio 235, ciascuno dei quali si spezza in due frammenti, con produzione di neutroni e sviluppo di energia; così ha luogo un processo a catena che si autoalimenta, garantendo una produzione continua di energia nucleare. Dell'uranio presente in natura, solo lo 0,7% è uranio 235; il resto è costituito dall'isotopo non fissile uranio 238 e da quantità minime di uranio 234. Poiché la percentuale di materia fissile è molto bassa, una massa di uranio naturale non è in grado di sostenere una reazione a catena. Per aumentare la probabilità che un neutrone emesso in una reazione di fissione induca lo stesso processo in altri nuclei, esso viene rallentato mediante una serie di collisioni elastiche con nuclei leggeri, di idrogeno, deuterio o carbonio.

LA FUSIONE

Un altro metodo, più frequente in natura, per liberare energia nucleare è la fusione di nuclei leggeri, come l'idrogeno, in nuclei più pesanti. Tutte le stelle sono composte in larghissima percentuale di idrogeno ed elio. La materia stellare si trova in condizioni con valori elevatissimi di pressione e temperatura che sono in grado di comprimere i nuclei l'uno così vicino all'altro, lavorando contro le forze di repulsione elettrica, tanto da permetterne la fusione. Quando cerchiamo di avvicinare due nuclei per fonderli, essi tendono a respingersi. Come si è già detto, la massima distanza alla quale le forze nucleari sono attive corrisponde all'incirca alle dimensioni stesse del nucleo. Pertanto fino a quando i due nuclei sono separati essi sono soggetti alla sola forza elettrica repulsiva. Solo quando riusciremo a portarli così vicini da "toccarsi" allora le forze nucleari potranno entrare in gioco permettendone la fusione. Fino a quando i due nuclei sono separati, per avvicinarli dobbiamo compiere un lavoro contro le forze elettriche repulsive. Quando i due nuclei arrivano a contatto, allora le forze nucleari possono liberare una grande quantità di energia. Il grande lavoro svolto contro le forze elettriche per avvicinare i due nuclei fino a toccarsi, viene molto più che ripagato dall'energia nucleare liberata dalla fusione.

Qual è la catena di reazioni nucleari che permette alla stella Sole di funzionare? Il nucleo più semplice che si possa immaginare è quello costituito da un solo protone. Esso corrisponde all'atomo di idrogeno, e viene indicato con il simbolo ¹H. Il numero dei neutroni è zero (1 - 1 = 0). La fusione di due nuclei di idrogeno, cioè di due protoni, non genera un nucleo stabile. Infatti perfino le intensissime forze nucleari non sono in grado di tenere insieme due protoni, per via della enorme forza repulsiva tra di essi. Ma esiste una seconda forza nucleare, meno intensa e perciò viene chiamata forza nucleare debole. La prima indicazione circa l'esistenza di una seconda forza nucleare venne dall'osservazione che un neutrone isolato non è stabile. Dopo circa 15 minuti esso spontaneamente si trasforma in un protone più un elettrone, più un antineutrino elettronico. La carica iniziale del neutrone era zero e come prodotti sono stati ottenuti un protone ed un elettrone, di cariche eguali ed opposte, così che la loro somma sia zero. Da ciò deriva che la carica elettrica di un antineutrino elettronico è nulla. All'inizio il neutrone era fermo. Alla fine abbiamo un protone, un elettrone ed un antineutrino che si allontanano velocemente dalla zona di reazione.

Approssimativamente il protone ed il neutrone hanno lo stesso peso, o massa, in realtà il peso di un neutrone è superiore a quello di un protone di qualche millesimo. I prodotti della reazione hanno massa inferiore a quella del neutrone: l'antineutrino ha massa nulla e la somma della massa dell’elettrone con quella del protone non la compensa completamente.Ciò si spiega grazie alla teoria della relatività e la formula E =mc² secondo cui una certa quantità di energia può essere convertita in una massa, o viceversa, in opportune condizioni. Cioè, se abbiamo a disposizione, come in questo caso, una certa massa in eccesso, possiamo trasformare questa massa in energia. Questa energia è quella che permetterà al protone, all'elettrone ed all'antineutrino di allontanarsi velocemente. Il processo di decadimento di un neutrone non può essere dovuto alla stessa forza nucleare che tiene assieme i nuclei, o che permette la fissione di quelli più pesanti e la fusione di quelli più leggeri. Infatti il tempo di decadimento del neutrone è, come abbiamo detto di circa 15 minuti, un tempo più lungo confronto a quelli per le reazioni nucleari trattate in precedenza. Sarà quindi una forza di tipo nucleare a indurlo, ma meno intensa, per cui prende il nome di forza debole. Abbiamo quindi due forze nucleari, quella forte responsabile dell'esistenza dei nuclei, della fissione e della fusione, e quella debole responsabile del decadimento del neutrone e di altri fenomeni.

Ritorniamo al funzionamento di una stella. La fusione di due nuclei di idrogeno risulta impossibile a causa delle forze repulsive elettriche. Con l'aiuto delle forze nucleari deboli, uno dei protoni può però trasformarsi in un neutrone emettendo anche, un antielettrone ed un neutrino elettronico, l'opposto che nel decadimento di un neutrone. L'antielettrone, o positrone, è identico ad un elettrone, ma con carica positiva. Si forma così un nucleo composto da 1 protone ed 1 neutrone, l'isotopo ²H dell'idrogeno, chiamato anche deuterio.

Le reazioni che avvengono sono:

p + p ® p + n + e⁺ + v_e

p + n ® ²H

dove con e^- ed e⁺si è indicato l'elettrone e l'antielettrone(o positrone), mentre con v_esi è indicato il neutrino. Nelle stelle si forma quindi deuterio. Già a questo stadio una parte di energia viene liberata, e portata via sotto forma di calore, di positroni e di neutrini. Un nucleo di deuterio può a sua volta fondersi con uno dei protoni rimasti isolati, formando il nucleo ³He (elio 3) composto da 2 protoni ed un neutrone, liberando così ancora energia sotto forma di onde elettromagnetiche e di calore. A loro volta due nuclei di ³He possono fondersi in un nucleo di ⁴He (2 protoni + 2 neutroni), lasciando liberi i restanti 2 protoni, che possono ricominciare il ciclo. Ogni volta che il ciclo viene compiuto, 4 protoni vengono convertiti nel nucleo di elio, attraverso la catena descritta, ed una grande quantità di energia viene liberata.

Una stella produce energia trasformando idrogeno in elio. Una bomba a fusione si basa sugli stessi principi. Il problema è quello di riuscire a portare l'idrogeno a temperature e pressioni elevatissime, simili a quelle all'interno di una stella. Il vantaggio è enorme: l'idrogeno è facilmente reperibile e la quantità di energia liberata in questo tipo di processi è maggiore di quella liberata per fissione. A parità di peso, una bomba a fusione è enormemente più potente e meno costosa. Per raggiungere temperatura e pressione mettiamo una bomba a fissione attorno ad idrogeno molto condensato; questa, esplodendo, provoca le temperature e le pressioni necessarie. Una bomba a fissione può essere quindi l'innesco adatto ad una a fusione, così come una bomba normale (a innesco chimico) era l'innesco di una bomba a fissione. Quindi usando sempre la stessa quantità di ²³⁵U o di plutonio, la minima necessaria per innescare la fissione, possiamo aumentare la potenza aggiungendo idrogeno. Queste bombe vengono chiamate "bombe H" (H sta per idrogeno) o "bombe termonucleari", sottolineando che esse necessitano di una grande quantità di calore per iniziare l'esplosione. Le bombe a fissione venivano talvolta indicate come "bombe A"(dove A sta per atomiche). Attualmente gli arsenali militari di tutte le potenze nucleari sono forniti solo di bombe termonucleari.

Dalla reazione di fusione di due nuclei di deuterio:

²H + ²H à ³H + ¹n + 3,2 MeV

si ottiene un nucleo di elio 3, un neutrone libero, e una quantità di energia nucleare pari a 3,2 MeV (Mega-elettronvolt), cioè 5,1 × 10^-13J.

Figura 6

La prima fusione nucleare artificiale fu realizzata all'inizio degli anni Trenta, mediante il bombardamento di un bersaglio di deuterio, con nuclei di deuterio ad alta energia accelerati da un ciclotrone; ma, poiché era richiesta molta energia per accelerare i nuclei, l’energia prodotta fu molto meno di quella consumata. Un rilascio di energia positivo fu ottenuto per la prima volta negli anni Cinquanta, con le sperimentazioni sulle armi nucleari da parte di Stati Uniti, Gran Bretagna, Unione Sovietica e Francia. In questo caso il bilancio energetico fu positivo, ma il rilascio di energia fu breve e incontrollato, e non fu quindi utilizzabile per la produzione di elettricità.

I due maggiori problemi tecnici della realizzazione della fusione nucleare su larga scala sono il riscaldamento del gas ad altissima temperatura, e il confinamento dei nuclei reagenti.

Un problema complesso è anche quello della cattura dell'energia sprigionata e della sua conversione in elettricità. Per temperature superiori ai 100.000 °C, gli atomi di idrogeno sono completamente ionizzati. Il gas reagente si trova cioè nello stato della materia detto plasma, che consiste in una miscela di cariche libere positive e negative, complessivamente neutra. Perché il processo sia efficiente è necessario confinare il plasma entro uno spazio ridotto, così da aumentare il più possibile il numero degli eventi di fusione. Per confinare il plasma si possono usare due tecniche.

Il confinamento magnetico si basa sulla reazione deuterio-trizio; il plasma è racchiuso in un reattore a forma di ciambella e isolato da un fortissimo campo magnetico. Anche se non vengono prodotte scorie radioattive, nel reattore c’è radioattività, per l’emissione di neutroni.

Il confinamento inerziale si basa sulla reazione deuterio-deuterio. Si ottiene colpendo delle piccole masse di deuterio con dei raggi laser, che produrrebbero delle piccole esplosioni di fusione.

In seguito ai successi degli esperimenti condotti in diversi laboratori con piccoli tokamak, all'inizio degli anni Ottanta ne vennero costruiti due di grandi dimensioni, di cui uno all'università di Princeton, negli Stati Uniti, e l'altro nell'ex Unione Sovietica.

Le ricerche nel campo della fusione fanno progressi, ma la prospettiva di un utilizzo pratico di questa fonte di energia pare ancora lontana.

LA FUSIONE

Un altro metodo, più frequente in natura, per liberare energia nucleare è la fusione nucleare di nuclei leggeri, come l'idrogeno, in nuclei più pesanti. Tutte le stelle sono composte in larghissima percentuale di idrogeno ed elio. La materia stellare si trova in condizioni con valori elevatissimi di pressione e temperatura che sono in grado di comprimere i nuclei l'uno così vicino all'altro, lavorando contro le forze di repulsione elettrica, tanto da permetterne la fusione. Quando cerchiamo di avvicinare due nuclei per fonderli, essi tendono a respingersi. Come si è già detto, la massima distanza alla quale le forze nucleari sono attive corrisponde all'incirca alle dimensioni stesse del nucleo. Pertanto fino a quando i due nuclei sono separati essi sono soggetti alla sola forza elettrica repulsiva. Solo quando riusciremo a portarli così vicini da "toccarsi" allora le forze nucleari potranno entrare in gioco permettendone la fusione. Fino a quando i due nuclei sono separati, per avvicinarli dobbiamo compiere un lavoro contro le forze elettriche repulsive. Quando i due nuclei arrivano a contatto, allora le forze nucleari possono liberare una grande quantità di energia. Il grande lavoro svolto contro le forze elettriche per avvicinare i due nuclei fino a toccarsi, viene molto più che ripagato dall'energia nucleare liberata dalla fusione.

Qual è la catena di reazioni nucleari che permette alla stella Sole di funzionare? Il nucleo più semplice che si possa immaginare è quello costituito da un solo protone. Esso corrisponde all'atomo di idrogeno, e viene indicato con il simbolo ¹H. Il numero dei neutroni è zero (1 - 1 = 0). La fusione di due nuclei di idrogeno, cioè di due protoni, non genera un nucleo stabile. Infatti perfino le intensissime forze nucleari non sono in grado di tenere insieme due protoni, per via della enorme forza repulsiva tra di essi. Ma esiste una seconda forza nucleare, meno intensa e perciò viene chiamata forza nucleare debole. La prima indicazione circa l'esistenza di una seconda forza nucleare venne dall'osservazione che un neutrone isolato non è stabile. Dopo circa 15 minuti esso spontaneamente si trasforma in un protone più un elettrone, più un antineutrino elettronico. La carica iniziale del neutrone era zero e come prodotti sono stati ottenuti un protone ed un elettrone, di cariche eguali ed opposte, così che la loro somma sia zero. Da ciò ne deriva che la carica elettrica di un antineutrino elettronico è nulla. All'inizio il neutrone era fermo. Alla fine abbiamo un protone, un elettrone ed un antineutrino che si allontanano velocemente dalla zona di reazione.

Le reazioni che avvengono sono:

p + p ® p + n + e⁺ + v_e

p + n ® ²H

Dalla reazione di fusione di due nuclei di deuterio:

²H + ²H à ³H + ¹n + 3,2 MeV

si ottiene un nucleo di elio 3, un neutrone libero, e una quantità di energia nucleare pari a 3,2 MeV (Mega-elettronvolt), cioè 5,1 × 10^-13J.

Figura 6

STABILITA’ NUCLEARE

(Riferimento al grafico rappresentato nella figura 3)

Nuclei che hanno lo stesso valore di Z ma diversi valori di A si chiamano isotopi. In altre parole gli isotopi sono nuclei che hanno lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni.

Sulla figura (3) sono segnati alcuni nuclidi caratteristici ( nuclide è il termine generale per un atomo di un dato numero atomico e peso atomico) che possiedono energie di legame per nucleone più alte di quelle dei loro vicini. Questi nuclei sono particolarmente stabili. Questa osservazione è in accordo con una teoria della struttura nucleare nota come teoria dei gusci. Durante la formazione di un nucleo, si ritiene che i protoni e i neutroni occupino una serie di livelli nucleari. Questo processo è analogo alla costruzione della struttura elettronica di un atomo per successive aggiunte di elettroni ai gusci elettronici. Proprio come il processo di Aufbau, che periodicamente dà luogo a configurazioni elettroniche di eccezionale stabilità, così alcuni nuclei acquistano una particolare stabilità quando vengono riempiti i livelli nucleari.Questa condizione di particolare stabilità di un nucleo atomico viene raggiunta con certi valori di protoni e neutroni noti come numeri magici.

Nella tabella (1) si può osservare che tra i nuclei più stabili la situazione più comune si ha per un numero pari di protoni e di neutroni. Ci sono pochi nuclei stabili con un numero dispari di nucleoni (protoni o neutroni). In tabella (2) è riassunta la relazione tra il numero dei protoni (Z),il numero dei neutroni (N),e la stabilità degli isotopi. Si noti in particolare che gli atomi stabili con la combinazione Z dispari-N dispari sono molto rari. Questa combinazione si trova solo nei nuclidi ²H, ⁶ Li , ¹⁰ B e ¹⁴ N. Un’ulteriore osservazione è che gli elementi a numero atomico dispari hanno generalmente solo uno o due isotopi stabili,mentre quelli a numero atomico pari ne hanno parecchi.

Così, F(Z=9) e I (Z=53) hanno ognuno un solo nuclide stabile e Cl (Z=17) e Cu (Z=29) ne hanno due. D’altra parte, O (Z=8) ne ha tre, Ca (Z=20) sei e Sn (Z=50) dieci. Si pensa che i neutroni forniscano una forza nucleare per legare i protoni e i neutroni tra loro in unità stabili. Senza i neutroni le forze elettrostatiche di repulsione tra i protoni,carichi positivamente, provocherebbero la disgregazione del nucleo . Per gli elementi a numero atomico inferiore (fino a circa Z=20), il numero di neutroni necessario ad un nucleo stabile è pari circa al numero dei protoni,per esempio in ⁴He, ¹²C, ¹⁶°, ²⁸Si e ⁴⁰Ca. Per numeri atomici superiori,a causa delle forze repulsive più intense tra i protoni,è necessario un maggior numero di neutroni, e il rapporto neutroni/protoni (n/p) aumenta.

Nel bismuto il rapporto è di circa 1.5: 1. Oltre il numero atomico 83,il nucleo diventa instabile,non importa quanti neutroni vi siano. Così,tutti gli isotopi degli elementi noti a Z > 83 sono radioattivi. La figura (7) indica la gamma dei rapporti n/p in funzione del numero atomico per gli atomi stabili.

Utilizzando i concetti espressi finora,gli scienziati nucleari hanno previsto la possibile esistenza di atomi ad alto numero atomico che dovrebbero avere semivite molto lunghe.

Attualmente è in corso una ricerca per scoprire tali atomi, sia in natura che creandoli in acceleratori di particelle. La figura (7) suggerisce il campo dei numeri di protoni e neutroni di questi atomi.

IL FENOMENO DELLA RADIOATTIVITA’

Come abbiamo visto precedentemente, gli isotopi degli elementi noti a Z>83 sono instabili, cioè radioattivi.

Il termine radioattività fu proposto da Marie Curie per descrivere l’emissione di radiazioni ionizzanti da parte di alcuni elementi pesanti. Le radiazioni ionizzanti, come dice il nome stesso, interagiscono con la materia producendo ioni. Ciò significa che le radiazioni possiedono un’energia sufficiente a rompere i legami chimici. Alcune radiazioni ionizzanti sono particellari (formate da particelle) mentre altre no .

Particelle Alfa

“L’atomo è costituito da una zona centrale detta nucleo, contenente protoni e neutroni, attorno al quale ruotano, a varie distanze, su diverse orbite circolari, gli elettroni in numero uguale ai protoni presenti nel nucleo”. Rutherford propose nel 1911 un modello atomico alla luce di un suo importante esperimento: egli inviò su una sottile lamina d’oro un fascio di particelle α (nuclei di elio). La maggior parte delle particelle α attraversò la lamina senza subire variazioni nelle traiettorie dimostrando così l’esistenza di grandi spazi vuoti tra nucleo e nucleo. Alcune vennero deviate fortemente a causa dell’incontro con i nuclei carichi positivamente e di massa molto grande rispetto alla massa delle particelle α. Gli elettroni non ostacolarono il passaggio delle particelle α perché di massa troppo piccola.

Le particelle alfa ( α ) sono identiche ai nuclei degli atomi di elio-4: ⁴He²⁺. Si può pensare ad una emissione di particelle α come ad un processo in cui da un nucleo radioattivo viene emesso un fascio di due protoni e due neutroni, dando luogo ad un nuovo nucleo che risulta energeticamente più stabile. Le particelle alfa danno luogo ad un gran numero di ioni quando attraversano la materia, ma il loro potere penetrante è basso (possono essere fermate da un foglio di carta). A causa della loro carica positiva, le particelle α sono deviate da campi magnetici ed elettrici.

Possiamo descrivere la formazione di particelle α mediante un’equazione nucleare che viene scritta seguendo due regole:

-la somma delle masse atomiche deve essere la stessa da entrambi i lati

-la somma dei numeri atomici deve essere la stessa da entrambi i lati. (Legge di conservazione della carica)

La perdita di una particella alfa provoca una diminuzione di due unità nel numero atomico del nucleo e di quattro nel numero di massa.

²³⁸U à ²³⁴Th + ⁴He

Particelle Beta

Le particelle β^- sono cariche negativamente ed hanno le stesse proprietà degli elettroni. Le particelle Beta (β^-) hanno un potere ionizzante minore ma un maggior potere di penetrazione rispetto alle particelle α (le particelle beta riescono ad attraversare un foglio di alluminio spesso 2-3 mm). Vengono deflesse da campi elettrici e magnetici in direzione opposta rispetto alle particelle α e, a causa della loro massa inferiore, vengono deflesse molto più delle particelle α .

Il più semplice processo di decadimento che porta alla formazione di una particella β^- è il decadimento di un neutrone libero, il quale è instabile al di fuori di un nucleo atomico.

¹n à ¹p + ⁰ β^- + υ

Una particella β^- non possiede numero atomico, ma la sua carica –1 è equivalente ad un numero atomico –1. Inoltre, la massa della particella β^- è abbastanza piccola da poter essere considerata essenzialmente nulla. Nelle equazioni nucleari la particella β^- viene rappresentata come ⁰ β.

Il simbolo υ rappresenta una specie detta (anti)neutrino. Questa particella fu ipotizzata la prima volta negli anni ’30 come una necessità per la conservazione di alcune proprietà del processo di decadimento beta. Poiché essi interagiscono molto debolmente con la materia, i neutrini non furono identificati fino agli anni ’50, e ancor oggi si sa poco delle loro proprietà, incluso persino se abbiano o meno una massa a riposo. Per un tipico processo di decadimento β^-,si può pensare che un neutrone posto dentro il nucleo di un atomo si trasformi spontaneamente in un protone, il quale resta nel nucleo, ed in una particella β^- che viene emessa. Il numero atomico aumenta di una unità e il numero di massa rimane invariato.

²³⁴Th à ²³⁴Pa + ⁰ β + υ

Positroni

In modo analogo, in alcuni processi di decadimento un protone contenuto all’interno di un nucleo si trasforma in un neutrone, e vengono emesse una particella β⁺ e un neutrino.

¹p à ¹n + ⁰ β + υ

La particella β ⁺, detta anche positrone, possiede proprietà simili alla β^- tranne per il fatto che porta una carica positiva. Questa particella è nota anche come elettrone positivo e viene indicata ⁰β nelle equazioni nucleari. L’emissione di positroni si incontra comunemente nei nuclei radioattivi artificiali degli elementi più leggeri, per esempio:

³⁰P à ³⁰Si + ⁰ β + υ

Cattura Elettronica

Un altro processo che provoca lo stesso effetto dell’emissione di positroni è la cattura elettronica (E.C.). In questo caso, viene catturato dal nucleo un elettrone proveniente da un guscio elettronico (di solito il primo o il secondo). All’interno del nucleo l’elettrone viene utilizzato per trasformare un protone in un neutrone. Quando un elettrone di un livello quantico superiore scende nel livello lasciato libero dall’elettrone catturato, viene emessa radiazione X.

²⁰²Tl + ⁰e à ²⁰²Hg (seguita da radiazione X)

Raggi Gamma

Alcuni processi di decadimento radioattivo che danno luogo all’emissione di particelle α o β lasciano il nucleo in uno stato eccitato. Il nucleo perde quindi energia sotto forma di radiazione elettromagnetica: un raggio gamma (γ). I raggi gamma sono una forma altamente penetrante di radiazione. Non vengono deflessi da campi elettrici e magnetici. Nel decadimento radioattivo di ²³⁴U, 77% dei nuclei emette particelle aventi una energia di 4.18 MeV. Il rimanente 23% dei nuclei ²³⁴U dà luogo a particelle α con energie di 4.13 MeV. Nell’ultimo caso ai nuclei di ²³⁰Th rimane un eccesso di energia pari a 0.5 MeV. Tale energia viene rilasciata come raggi γ . Se indichiamo il nucleo eccitato, instabile di Th con (²³⁰Th^*), possiamo scrivere:

²³⁴U à ²³⁰Th* + ⁴He

²³⁰Th* à ²³⁰Th + γ

Questo processo di emissione è raffigurato nel diagramma sottostante.

ISOTOPI RADIOATTIVI PRESENTI IN NATURA

²⁰⁹Bi è il nuclide a più alto numero e massa atomica stabile. Tutti i nuclidi noti oltre questi valori di massa e numero atomico sono radioattivi. L’ ²³⁸U presente in natura è radioattivo e decade con emissione di particelle α : ²³⁸U à ²³⁴Th + ⁴He .

Anche il ²³⁴Th è radioattivo; esso decade per emissione β^- : ²³⁴Th à ²³⁴Pa + ⁰ β^-

Anche il ²³⁴Pa decade per emissione β^-: ²³⁴Pa à ²³⁴U + ⁰ β^-

Anche l’²³⁴U è radioattivo…………

(Generalmente viene usato il termine figlio per descrivere il nuovo nuclide ottenuto in un processo di decadimento radioattivo. Così ²³⁴Th è un figlio di ²³⁸U e ²³⁴Pa è un figlio del ²³⁴Th).

La catena del decadimento radioattivo che inizia con ²³⁸U continua attraverso un certo numero di stadi di emissioni α e β^- finché non termina con un isotopo stabile di piombo: ²⁰⁶Pb . L’intero schema è illustrato sopra. Tutti i nuclidi radioattivi di alto numero atomico presenti in natura appartengono ad una delle tre serie di decadimento radioattivo: la serie dell’uranio appena descritta, la serie del torio o la serie dell’attinio. Questi schemi di decadimento radioattivo possono essere usati per determinare l’età delle rocce e quindi l’età della Terra. Anche la presenza di alcune sostanze radioattive nell’ambiente può essere spiegata mediante le serie di decadimento radioattivo.

I pericoli ambientali del ²²²Rn, gas prodotto per emissione di particelle da parte del ²²⁶Ra ,che a sua volta si ottiene dal decadimento radioattivo, in diversi stadi, dall’²³⁸U , sono noti da anni e sembrano essere una delle cause del cancro polmonare.

Il ²¹⁰Po e il ²¹⁰Pb sono stati determinati nel fumo di sigaretta. Anche questi isotopi radioattivi derivano dall’²³⁸U, che si trova in tracce nei fertilizzanti fosfatici utilizzati nelle piantagioni di tabacco. Questi isotopi α-emettitori sono stati implicati nella connessione tra il fumo di sigaretta e il cancro e le malattie cardiache. La radioattività, che è così comune tra gli isotopi ad alto numero atomico, è un fenomeno relativamente raro tra gli isotopi più leggeri naturali. Il ⁴⁰K è un isotopo radioattivo, come anche ⁵⁰V e ¹³⁸La . Il ⁴⁰K decade per emissione β^- e per cattura elettronica.

⁴⁰K à ⁴⁰Ca + + ⁰ β^- e ⁴⁰K + ⁰e à ⁴⁰Ar

All’epoca in cui si formò la Terra il ⁴⁰K era molto più abbondante di quanto non lo sia ora. Si crede che l’alto contenuto di argon dell’atmosfera (0.934 %,in volume,di cui quasi tutto è ⁴⁰Ar) sia derivato dal decadimento radioattivo del ⁴⁰K.

RADIOATTIVITA’ ARTIFICIALE:

Rutherford scoprì che gli atomi di un elemento potevano essere trasformati in atomi di un altro elemento . Egli fece ciò bombardando i nuclei di ¹⁴N + ⁴He à ¹⁷ O + ¹H

Nella reazione sopraindicata, invece di un nucleo che decade spontaneamente, esso deve venir colpito da un’altra piccola particella per indurre una reazione nucleare. Nella rappresentazione più condensata data dalla reazione, i nuclei bersaglio e prodotto sono rappresentati a sinistra e a destra di una espressione posta tra parentesi. Tra parentesi si scrive per prima la particella bombardante, seguita dalla particella emessa:

¹⁴ N + (α, p)¹⁷ O

L’¹⁷O è un nuclide non radioattivo dell’ossigeno presente in natura (0,037 % di abbondanza naturale). La situazione con ³⁰P, che può anch’esso essere prodotto attraverso una reazione nucleare, è per alcuni aspetti differente. Nel 1934, bombardando l’ alluminio con particelle α, Irène Curie e suo marito Frédéric Joliot osservarono che quando si interrompeva il bombardamento con particelle α, anche l’emissione di neutroni cessava; tuttavia l’emissione di positroni continuava. La loro conclusione fu che il bombardamento nucleare produce ³⁰P, il quale subisce decadimento radioattivo con emissione di positroni:

²⁷Al + ⁴He à ³⁰P + ¹n o ²⁷Al(α,n)³⁰P

³⁰P à ³⁰Si + ⁰β

³⁰P fu il primo nuclide radioattivo ottenuto per via artificiale. Oggigiorno, sono stati prodotti più di altri mille nuclidi radioattivi, e il numero dei nuclidi radioattivi noti sopravanza di molto il numero di quelli non radioattivi (circa 280).

VELOCITA’ DEL DECADIMENTO RADIOATTIVO

Ci si può aspettare che, nel tempo, ogni nucleo atomico di un nuclide radioattivo si disintegri, ma è impossibile prevedere quando ogni singolo nucleo lo farà. La radioattività è un processo casuale.

Nonostante ciò, possiamo fare un’osservazione fondamentale, detta legge del decadimento radioattivo.

La velocità di disintegrazione di un materiale radioattivo – detta attività, A, o velocità di decadimento – è direttamente proporzionale al numero di atomi presenti.

L’attività è espressa in atomi per unità di tempo, come atomi per secondo. In termini matematici: velocità di decadimento = A = dN/dt = λN . N è il numero di atomi del campione in esame. La dimensione della costante di decadimento è tempo^-1.

Prendiamo in esame il caso di un campione di 1000000 di atomi che decade alla velocità di 100 atomi al secondo; N = 1.0 x 10⁶ e

λ = A/N = (100 atomi/s) / (1.0 x 10⁶ atomi) = 1.0 x 10^-4 s^-1

Per determinare l’attività di un nuclide radioattivo si risolve l’equazione differenziale con il calcolo integrale e si perviene alla formula finale :

ln (Nt/No) = - λ t ; t ½ = 0,693/ λ

In queste equazioni, N₀rappresenta il numero di atomi ad un certo tempo iniziale (t=0) ed N_t il numero di atomi ad un certo istante successivo t; λ è la costante di decadimento; t_1/2 è la semi-vita. Si ricordi che la semi-vita di un processo è la quantità di tempo necessaria affinché sparisca metà di una data sostanza, e che la semi-vita di un processo del primo ordine è una costante. Così, se metà degli atomi di un campione radioattivo si disintegrano in 2.5 minuti, il numero degli atomi rimanenti verrà ridotto ad 1/4 del numero originale in 5.0 minuti, ad 1/8 in 7.5 minuti e così via.

Più corta è la semi-vita ,maggiore è il valore di λ e più veloce è il processo di decadimento. Le semi-vite dei nuclidi radioattivi variano da periodi di tempo estremamente brevi ad estremamente lunghi, come si può vedere da dati della tabella sottostante.

Esempio di applicazione della legge integrale del decadimento radioattivo .

Un oggetto di legno trovato in un tumulo sacrale indiano viene sottoposto alla datazione al radiocarbonio. L’ attività associata al suo contenuto in ¹⁴C è pari a 10 dis min^-1 per g di C. Qual è l’età dell’oggetto (ossia ,il tempo trascorso da quando è stato tagliato il legno)?

(Si tenga presente che ¹⁴C è radioattivo ed ha una semi-vita di 5730 a. L’attività associata al ¹⁴C in equilibrio con il suo ambiente è di circa 15 disintegrazioni al minuto per grammo di carbonio).

Si determina la costante di decadimento utilizzando l’equazione λ = 0.693/(5730 a) =1.21x10^-4a

Utilizziamo l’equazione A = λ N per rappresentare il numero effettivo di atomi : N₀ a t=0 (il momento in cui fu distrutto l’equilibrio del ¹⁴C ) ed N_t al tempo t (il tempo attuale). L’attività subito prima che venisse distrutto l’equilibrio del ¹⁴C era di 15 dis min^-1 per g di C, e al tempo della misurazione è di 10 dis min^-1 per g di C. I corrispondenti numeri di atomi sono uguali alle attività divise per λ .

N₀ = A ₀ / λ = 15 / λ e N_t = A_t / λ = 10/ λ

Alla fine sostituendo nell’equazione ln N_t/N₀ = - λ t abbiamo :

ln (10/ λ )/ (15/ λ ) = - (1.21x10^-4 a^-1) t ; -0.41 = -(1,21 x 10^-4 a^-1) t

t= 0.41/ (1.21x10^-4 a-1) = 3.4x10³ a.

INQUINAMENTO E SCORIE NUCLEARI

Francesco Pramaggiore

INQUINAMENTO NUCLEARE

Nel valutare il grado d’inquinamento e la sua pericolosità bisogna distinguere fra sostanze ad alta tossicità acuta, ma che si degradano rapidamente, e sostanze a tossicità acuta piuttosto bassa, ma che sono resistenti alla degradazione, per cui si accumulano nell’ambiente e nei tessuti vegetali o animali: ogni successiva esposizione a uno di questi inquinanti può avere effetto addizionale e la somma di tali effetti ha di norma conseguenze molto gravi, spesso irrimediabili. Questa distinzione è fondamentale per il controllo dell’inquinamento: gli inquinanti sono per la maggior parte non persistenti e per evitare ogni pericolo è di norma sufficiente immetterli nell’ambiente dopo averli diluiti tanto da renderli innocui, come si fa per l’anidride solforosa. Gli inquinanti persistenti o “non biodegradabili”, rimanendo invece inalterati nell’ambiente, si diffondono e possono essere riconcentrati a opera di organismi viventi fino a raggiungere livelli pericolosi.

INQUINAMENTO DA SOSTANZE RADIOATTIVE

Per contaminazione radioattiva si intende l’inquinamento dell’ambiente e delle sue componenti causato dalla presenza di sostanze che emettono radiazioni ionizzanti. Il rischio di contaminazione esiste in tutti i luoghi in cui si possono trovare isotopi radioattivi sotto forma non sigillata allo stato di polvere, liquidi o gas.

L’inquinamento da sostanze radioattive è dovuto alle esplosioni atomiche, agli scarichi ed alle perdite delle centrali nucleari, ai rifiuti e alle scorie degli impianti di utilizzazione e di ritrattamento dei materiali radioattivi, ai sommergibili e alle navi a propulsione nucleare e alle altre applicazioni pacifiche dei radioisotopi.

La ricaduta radioattiva è genericamente indicata con il termine di fall-out e si registra su tutta la superficie della Terra con intensità maggiore o minore a seconda della distanza dal luogo dove si è verificato il rilascio, e del tempo trascorso. La ricaduta radioattiva è dovuta all’attrazione gravitazionale esercitata sulle particelle e risulta più intensa, quindi più facilmente misurabile durante le precipitazioni atmosferiche. Pertanto dopo ogni incidente nucleare si raccolgono acqua piovana, neve e pulviscolo atmosferico per procedere alle misure. Per le loro particolari caratteristiche le sostanze radioattive sono fra gli inquinanti più pericolosi, inoltre, alcuni elementi come il plutonio ed i suoi composti sono anche molto tossici. Le scorie radioattive più pericolose sono: stronzio 90, cesio 137, iodio 131, cripto 85, plutonio 238, ecc. Alcuni elementi hanno una certa tendenza a trasferirsi nelle acque superficiali,molto probabilmente perché aderiscono a particelle, sia di natura organica che inorganica. Il plutonio, ad esempio, viene rapidamente adsorbito dalle pareti delle alghe. Quando le alghe vengono ingerite i radionuclidi, passano nello zooplancton, e successivamente negli altri anelli delle catene alimentari.

Il passaggio dal suolo alle altre matrici ambientali con l’assorbimento attraverso le radici dei vegetali è un processo lento che dipende anche dal tipo di radionuclide considerato.

Le quantità di radionuclidi a vita breve, quale lo Iodio¹³¹ depositato al suolo, decadono rapidamente e non hanno la possibilità di essere trasferiti in modo significativo all’uomo attraverso al catena suolo-radici-pianta-animale.

Il fenomeno del trasferimento della contaminazione radioattiva può invece assumere una certa importanza per i radionuclidi a vita lunga, cioè aventi un tempo di dimezzamento con valore elevato, dell’ordine di alcuni anni.

Secondo gli scienziati, l'inquinamento da sostanze radioattive può durare, nei casi più gravi, anche ventimila anni, rendendo inabitabili territori e città che ne vengono colpiti.

L’effetto sulla flora e sulla fauna si protrae nel tempo, anche quando la radioattività ambientale è tornata a valori normali: esse infatti provocano perdita della capacità riproduttiva, e inducono mutazioni stabili con insorgenza di caratteri nuovi, spesso negativi, per cui l’equilibrio all’interno di un singolo ecosistema e fra ecosistemi diversi ne viene sconvolto. Ad esempio il cesio 137, prodotto di fissione nucleare con vita media di 30 anni, emette dei raggi gamma, si comporta chimicamente come il potassio, che è un componente essenziale di tutte le cellule, per cui l’isotopo, una volta penetrato in un organismo, si diffonde in tutti i tessuti.

Radioisotopi del manganese, ferro, cobalto e zinco contribuiscono per il 62% circa alla radioattività totale del plancton e quasi per il 100% alla radioattività dei pesci onnivori e carnivori

PERICOLI RADIOLOGICI

I pericoli della radioattività derivano dal fatto che le cosiddette sostanze radioattive emettono radiazioni ionizzanti molto penetranti che possono danneggiare i tessuti biologici, in particolare quelli in rapido sviluppo. L’unità di misura per la dose di radiazione assorbita dal corpo è di millisievert (1 SV = 100 rem); essa viene corretta e adattata al grado di dannosità dei diversi tipi di radiazione. I rischi radiologici possono insorgere a diversi stadi del ciclo del combustibile nucleare. Il gas radon è un comune inquinante delle miniere di uranio sotterranee. Le operazioni di estrazione e di macinazione lasciano nel suolo una gran quantità di scorie, contenenti piccole concentrazioni di uranio, che vanno tenute in bacini impermeabili e coperte da uno spesso strato di terra per evitare che rilascino radioattività nella biosfera. Gli impianti di arricchimento dell’uranio e di fabbricazione degli elementi combustibili contengono grandi quantità del gas corrosivo UF6. Il rischio radiologico però è basso: le normali misure adottate nell’ambito di rischi di natura chimica sono infatti sufficienti a garantire la sicurezza.

L’INVERNO NUCLEARE

Quest’effetto è una delle possibili conseguenze di più esplosioni nucleari. Ognuna di queste solleverà gran quantità di polveri che per mesi rimarranno sospese nell’atmosfera. E’ stato ipotizzato che la quantità di tali polveri sia sufficiente per schermare i raggi del sole e provocare, quindi, un abbassamento della temperatura media del pianeta di qualche grado. Ciò sarebbe sufficiente a provocare la scomparsa di molte specie animali e vegetali. Quest’effetto non è stato in verità scoperto ma solo previsto sulla base di calcoli, la cui validità deve ancora essere provata. C’è chi pensa ad esempio, che la minor quantità di calore arrivata sulla terra sarebbe compensata da una sorta di effetto serra, provocato dalle polveri stesse. Non è quindi chiaro se la temperatura diminuirebbe, resterebbe invariata o , addirittura, aumenterebbe.

LA PROBABILITA’ D’INCIDENTI

In un impianto nucleare un rilascio indesiderato di radioattività può avvenire in seguito a malfunzionamenti, anche se gli impianti sono dotati di sistemi atti a impedire qualunque rilascio. L’evento più grave per le possibili conseguenze all’esterno dell’impianto è rappresentato dalla fusione del combustibile nel reattore (fusione del nocciolo) per difetto di raffreddamento. Nel 1975 l’autorità di controllo statunitense (NCR) pubblicò il Reactor Safety Study (WASH 1400) più noto come “Rapporto Rasmussen”, un’analisi dettagliata delle possibilità di incidente e delle conseguenze nei reattori della filiera LWR. Le conclusioni dello studio stabiliscono che le probabilità che si verifichi un incidente di fusione del nocciolo è di 1/20.000 per reattore e per anno. Lo studio conclude inoltre che in meno dell’1% dei casi di fusione del nocciolo si avrebbero rilasci radioattivi significativi all’esterno dell’impianto. In tal modo la probabilità che avvenga una fusione del nocciolo con conseguenze gravi all’esterno dell’impianto è di 1/1.000.000 per reattore e per anno.

LA PRIMA DESCRIZIONE DELL’INCIDENTE DI CHERNOBYL

Alle ore 1,23 del 26 Aprile si sono verificate delle esplosioni nell’unità numero 4 della centrale nucleare di Chernobyl. In quel momento il reattore, avviato allo spegnimento per manutenzione programmata, funzionava al 7% della potenza nominale. Come risultato delle esplosioni due persone hanno perso la vita: una per le ustioni da vapore ad alta temperatura, l’altra per ferite prodotte dalla caduta di oggetti. Si possono formulare fino ad oggi soltanto ipotesi riguardo alle ragioni specifiche dell’incidente. Ricerche ed analisi dettagliate sono in corso.

Le registrazioni di dati della sala controllo sono state recuperate dopo l’incidente e sono attualmente oggetto di studio. Le esplosioni hanno prodotto un incendio. L’edificio reattore, i macchinari in esso installati, il reattore stesso ed il nocciolo sono stati danneggiati estesamente, col risultato di rilasci radioattivi oltre l’area della centrale nucleare. La reazione a catena si è arrestata automaticamente al momento dell’incidente. Ciò è confermato dal fatto che l’esame medico delle persone colpite ha evidenziato segni di esposizione ad elevato flusso neutronico. La maggior parte dei rilasci radioattivi è consistita nell’emissione di radionuclidi a vita breve. Le misurazioni indicano che circa il 50% dell’emissioni sono state sottoforma di Iodio 131.

Squadre di Vigili del Fuoco sono prontamente giunte sul luogo. Il lavoro è stato complicato dal fatto che non si potevano adoperare né acqua né prodotti chimici. Vigili del Fuoco ed operatori della centrale sono stati esposti alle radiazioni. La maggior parte degli abitanti dei dintorni erano in casa all’ora dell’incidente e ciò ha ridotto la loro esposizione. Nelle prime ore del mattino del 26 Aprile le apparecchiature di monitoraggio hanno registrato e segnalato un aumento di radioattività. L’evacuazione è iniziata il 27 Aprile, cominciando da donne e bambini. Sono state evacuate circa 48.000 persone da Chernobyl ed altre località entro un raggio di 30 Km.. Tavolette contenente iodio sono state distribuite all’interno ed all’esterno della zona di raggio 30 Km a scopo di prevenire la metabolizzazione di iodio radioattivo.

A causa dell’incidente, 204 persone tra personale di centrale e vigili del fuoco sono state colpite intensamente da radiazioni. Tutti i 204 colpiti sono stati ricoverati a Mosca e sottoposti a cure mediche. In alcuni casi sono stati eseguiti trapianti di midollo osseo.

I rilasci radioattivi dall’unità danneggiata sono stati ridotti in maniera significativa mediante materiali schermanti ed assorbitori di neutroni (sabbia, boro, argilla, dolomite, piombo) lanciati da elicotteri in volo sopra i reattori provocando un calo di livelli di radioattività nel raggio di 30 Km. Il personale di turno ha continuato a lavorare nella centrale per mantenere i reattori non danneggiati in condizioni di spegnimento sicuro.

Il reattore numero 3, adiacente al numero 4, non è stato danneggiato nel corso dell’incidente ed i suoi sistemi di raffreddamento di sicurezza hanno funzionato. Il reattore danneggiato ha subito un incendio parziale della grafite che lo circonda per schermare le radiazioni di neutroni. Il fuoco è stato spento ma la temperatura è rimasta elevata. L’obiettivo è quello di rinchiudere nel cemento l’intero reattore numero 4 ed è cominciato il lavoro per collocare una fondazione di calcestruzzo sotto il reattore. Sebbene non siano stati resi disponibili dati sistematici sui livelli di radiazione, sono stati forniti alcuni valori. Il massimo livello di radiazione all’interno della zona di 30 Km è stato di 10-15 millirem/ora. Entro il 5 Maggio è sceso a 2-3 millirem/ora. Il giorno 8 Maggio è diminuito ad un massimo di 0,15 millirem/ora lungo il perimetro della zona di 30 Km. Il livello di radioattività nella riserva di acqua di Kiev è stato sempre entro i limiti normali.

L'ALTRA FACCIA DEL NUCLEARE: LE SCORIE

Qualsiasi centrale nucleare produce "scorie radioattive". Una parte di questa è normalmente dispersa nell'ambiente. Ad esempio i reflui del raffreddamento sono scaricati direttamente nelle acque dei fiumi (da cui viene prelevata anche l'acqua) poichè considerati non pericolosi.

Diversamente avviene per tutti i materiali che, trovandosi nel reattore o nei pressi, sono soggetti ad una continua emissione di radiazioni: dal semplice bullone alla componenti metalliche più grandi (pareti, contenitori ecc.).Al termine del ciclo produttivo della centrale nucleare, questi oggetti diventano rifiuti "speciali" da trattare con molta attenzione in quanto radioattivi e quindi pericolosi. Sono definiti per semplicità "scorie nucleari". Le scorie nucleari si distinguono in base al grado di radioattività ,ovvero alla loro pericolosità:

· Bassa attività (scorie di 1° grado) poco radioattive, rappresentano la più grande quantità di rifiuti radioattivi. Esempio di rifiuti a basso livello sono costituiti dagli indumenti usa e getta usati nelle centrali nucleari; il 90% dei rifiuti radioattivi prodotti appartengono a questa categoria, ma contengono solo il 1% della radioattività di provenienza antropogenica

· Media attività (scorie di 2° grado) di radioattività intermedia, non generano calore e sono prodotte nei reattori decommissionati e dai laboratori di ricerca. Rifiuti a livello intermedio sono costituiti ad esempio dall’incamiciatura del combustibile, richiedono schermatura, e costituiscono il 7% del volume dei rifiuti radioattivi prodotti nel mondo (ma contengono solo il 4% della radioattività). Di solito vengono trasformate in composti solidi o liquidi per uno stoccaggio sicuro a lungo termine fino alla disponibilità di una struttura adeguata.

· Alta attività (scorie di 3° grado): le scorie ad alto livello costituiscono solo il 3% del volume prodotto nelle attività umane, ma contengono il 95% della radioattività.Tipico esempio è costituito dal combustibile esausto delle centrali nucleari. I 436 reattori nucleari presenti in 31 nazioni infatti producono annualmente migliaia di tonnellate di scorie

Un reattore del tipo PWR scarica annualmente da 40 a 70 elementi di combustibile, un BWR da 120 a 200 (rispettivamente 461.4 e 183.3 Kg di uranio per assembly). Infatti dopo 3 anni di permanenza all’interno del reattore il combustibile passa alle piscine di raffreddamento; si sono formati in totale circa 350 nuclidi differenti, 200 dei quali radioattivi.
Si ha, in media, la seguente composizione:

- 94 uranio 238
- 1% uranio 235
- 1% plutonio
- 0.1% attinidi minori (Np, Am, Cm)
- 3÷4% prodotti di fissione

Si osservi che:

- la radiotossicità del combustibile esausto decresce nel tempo e pareggia quella dell’uranio inizialmente caricato nel reattore solo dopo 250.000 anni;
- il contributo maggiore alla pericolosità delle scorie è dato dal plutonio: l’80% dopo 300 anni, il 90 % dopo 500 anni;
- dopo il plutonio i maggiori contributori sono gli attinidi minori (nettunio, americio e curio), che contribuiscono per un ordine di grandezza meno del plutonio ma circa mille volte più dei prodotti di fissione;
- gli attinidi rappresentano dunque il maggiore pericolo potenziale delle scorie nucleari; tuttavia bisogna tener conto anche di alcuni prodotti di fissione quali alcuni isotopi dello iodio, del tecnezio e del cesio, data la loro maggiore mobilità nella biosfera e la loro maggiore affinità biologica.Dato che le scorie radioattive, al contrario dei rifiuti convenzionali, decadono nel tempo, si osserva che i prodotti di fissione sono pericolosi per circa 300 anni, gli attinidi minori per circa 10.000, il plutonio per circa 250.000.
Il combustibile nucleare esaurito presenta un alto livello di radioattività ed una attività di lungo periodo. Per questioni di sicurezza, le scorie ad alto contenuto radioattivo, prima di venire immagazzinate, richiedono un processo di raffreddamento per un certo periodo di tempo.
Dopo trent'anni di deposito, il tasso di radioattività diminuisce del 30% e, dopo 100 anni esso scende al 10% dello stato originale, diventando innocuo soltanto dopo una centinaia di anni. Le scorie sono totalmente inattivate soltanto dopo migliaia di anni, ma livelli di radioattività eccedenti persistono nelle scorie del combustibile esaurito per circa centomila anni, per cui l'isolamento di queste deve essere progettato per tempi lunghissimi.
Le scorie di funzionamento, per esempio di parti di ricambio dei reattori, hanno un livello di radioattività basso ed intermedio e sono attive per un breve periodo: il loro grado era attività è minore all'1% di quello del combustibile esaurito, trattandosi di tracce lasciate dal materiale radioattivo di lungo periodo. Le scorie derivanti dallo smantellamento degli impianti presentano anch'esse un livello di radioattività basso ed intermedio ed una attività di breve periodo. Esse, dopo un trattamento relativamente semplice presso l'impianto di provenienza, vengono compattate e trasportate nel deposito definitivo. Il trattamento delle scorie di livello intermedio presso l'impianto di produzione richiede una maggiore protezione dalle radiazioni degli operatori e delle attrezzature usate.
In tutto il mondo, per il momento, è stato identificato solo un sito "sicuro" per ospitare in profondità le scorie (deposito geologico) per migliaia di anni. Si trova nel New Mexico (Usa). Gli Usa hanno investito oltre 2,2 miliardi di dollari nello studio della sicurezza dei depositi geologico, ma nonostante questo ancora nulla può essere affermato con certezza. Il solo deposito nel New Mexico si trova in una zona desertica ed ha richiesto 25 anni di studio.

IL TRASPORTO DELLE SCORIE

Il trasporto si effettua in diversi tipi di contenitori, secondo le diverse caratteristiche delle scorie stesse. Il trasporto di scorie di livello intermedio avviene per mezzo di vari tipi di speciali containers, in grado di assicurare la protezione dalle radiazioni; le scorie con basso livello di attività vengono trasportate in normali containers. La sicurezza è assicurata dai container, dalle caratteristiche dei mezzi di trasporto e dal fatto che le scorie vengono trasportate in forma solida.
La scelta del sito avviene anche e innanzitutto sulla base di valutazioni tipo geologico. Sia le caratteristiche del basamento che quelle della falde acquifere sono di grande importanza per la costruzione e la conservazione del deposito di scorie nucleari. Esse possono determinare tra l'altro l'arresto o il contenimento di una eventuale perdita relativa. Certi minerali, infatti, hanno la capacità di frenare o assorbire gli elementi radioattivi non trattenuti dalle precedenti barriere. Vi è un consenso internazionale sul fatto che un deposito sul nel profondo di un basamento stabile sia la sola alternativa praticabile. Di solito si preferisce un basamento particolarmente stabile dal punto di vista geologico risalente a circa 1.500 - 2.000 milioni di anni fa.
Lo stesso basamento, se sottoposto a diversi tipi di influenze, comprese le glaciazioni, subisce delle fratture nella roccia: queste ultime sono determinanti per frenare o arrestare un'eventuale fuoriuscita radioattiva. Nella discussione sulla sicurezza del deposito definitivo si prendono in considerazione anche le questione riguardanti ere glaciali prossime o le possibilità di un terremoto. Anche per tali questioni, le caratteristiche del basamento sono di importanza decisiva.

Le dispersioni nell'ambiente sono tuttavia quasi impossibili. Vi sono infatti più fasce di protezione ossia cinque barriere di tipo naturale e tecnico. Quelle di tipo tecnico sono progettate per durare per un periodo di tempo molto più lungo di quello necessario a prevenire fughe di inattività: un contenitore di acciaio interno protegge dalla pressione meccanica; le capsule anticorrosione di rame isolano il combustibile dalle falde acquifere; uno strato di bentonite con altissimo grado di compattezza che avvolge le capsule impedisce sia le emissioni di quantità nocive sostanze radioattive nella biosfera sia il contatto con le falde in esso protegge inoltre dai movimenti del basamento e funge da filtro per le falde. Una questione importante è quella della recuperabilità delle scorie nucleari custodite nel deposito definitivo: l'accresciuto interesse a livello internazionale non deriva tanto da parte della comunità scientifica quanto dalla ritrosia dell'opinione pubblica ad accettare l'idea di un deposito di lungo termine, privo di ogni tipo di custodia. Molti pensano ad un controllo prolungato del deposito nonché alle possibilità, offerte alle generazioni future dalla scienza e dalla tecnica, di riutilizzare il materiale depositato. Il tipo di deposito definitivo previsto, tuttavia, non rappresenta un impedimento insormontabile a tali future possibilità tecniche e volontà politiche.
Purtroppo la riprocessazione delle scorie nucleari ha anche degli altissimi costi umani: causa cancro, incrementa i rischi proliferativi ma è anche responsabile di una grande quantità di rifiuti, per la precisione moltiplica il volume delle scorie almeno di 160 volte.

SCORIE DI TERZA CATEGORIA

In Europa le scorie sono generalmente depositate nei pressi delle quattro centrali nucleari o in centri di stoccaggio di superficie (ovvero non di profondità come quelli geologici costruiti centinaia di metri sotto terra).

I principali centri di stoccaggio europei (tutti non geologici) sono:

· Le Hague (Francia)

· Sellafield (Gran Bretagna)

· Oskarshamn (Svezia)

· Olkiluoto (Finlandia)

Tutti i centri di stoccaggio europei hanno natura "temporanea" per rispondere al criterio di reversibilità. Non conoscendo con precisione le conseguenze dello stoccaggio di scorie radioattive nel tempo, si rende possibile un loro trasferimento in altri luoghi. Nel caso dei siti geologici questo non sarebbe più possibile, i materiali ospitati sottoterra dovranno restarci definitivamente.

In alcuni casi, ad esempio in Francia, le scorie nucleari sono ritrattate all'interno delle centrali nucleari per produrre nuovo combustibile rigenerato (cd Mox) da riutilizzare nel reattore.

I DEPOSITI GEOLOGICI E LA POSIZIONE DELL’UNIONE EUROPEA

Per il futuro la UE auspica la costruzione e lo studio di depositi geologici comunitari per trovare una soluzione definitiva alle scorie europee. La UE, dopo i fatti di Scanzano Jonico, sottolinea anche che tale esigenza non si estende ai paesi privi di piano energetico nucleare (come l'Italia), i quali non hanno l'obbligo di costruire un deposito geologico e possono attendere "soluzioni europee".

La UE auspica quindi la costruzione dei depositi geologici nei paesi dove siano presenti ed attive molte centrali nucleari. Ad esempio in Francia (dove il 76% dell'energia elettrica è di origine nucleare).
In Italia

L'Italia non conta grandi quantità di scorie nucleari. Il referendum del 1987 ha definitivamente bloccato la produzione di energia dal nucleare nel nostro paese. Oggi quindi, le scorie ad alta pericolosità italiane sono circa 8.000 mq. Una minima quantità che lascia aperta la porta alla soluzione europea (come propone la stessa UE).

LA CENTRALE NUCLEARE

Enrico DeFilippi, Fabrizio Tarello, Joy Evelyn Terry

Come tutti sanno una centrale nucleare brucia Uranio e produce energia elettrica, ma a differenza di una normale centrale termoelettrica, che brucia carbone, petrolio o gas, non sfrutta reazioni chimiche, ma reazioni di fissione, circa un milione di volte più energetiche a parità di massa di combustibile.
Il risultato è che, mentre una centrale termica media produce 50-100 Mw bruciando migliaia di tonnellate di combustibile, una centrale nucleare media produce circa 1000 Mw bruciando poche tonnellate di uranio, con un impatto ambientale molto minore delle centrali a carbone o a metano, dal momento che non produce né anidride carbonica né ceneri.

Al momento sono attive circa 440 centrali, che contribuiscono al fabbisogno energetico mondiale per il 7 % sul totale e per il 17% sul fabbisogno elettrico.

Paesi come la Francia hanno quasi l'80% dell'energia elettrica nucleare. Moltissimi paesi occidentali si aggirano sul 18-20%.

LA MATERIA PRIMA

Il combustibile fondamentale per sfruttare l’energia di fissione nucleare è l’uranio. L'uranio che si trova in natura è composto per il 99,3% di Uranio 238, e per lo 0,7% da Uranio 235.

L’Uranio 235 è il materiale fissile per eccellenza: se urtato da una particella si rompe in due nuclei più piccoli, a loro volta radioattivi, ed energia.

Alcuni esempi dei prodotti di fissione dell’Uranio 235 sono nuclei di bario e cripto, cesio e rubidio, bromo e lantanio, stronzio e xeno:

92 U235 + 0 n1 à 56 Ba144 + 36 Kr89 + 3 n1+ energia

L’Uranio 235 non è il solo “combustibile” usato per le reazioni di fissione nucleare: esistono più elementi che possono essere usati direttamente o trasformati per questo scopo.
I due isotopi U238 e Th232 che si trovano in natura si dicono fertili perché da essi , mediante cattura di un neutrone si ricavano nuclei artificiali, fissionabili. Tale processo di trasmutazione dei nuclei è detto conversione.

La più importante è la conversione dell'Uranio238 in Plutonio239 secondo la seguente reazione nucleare:

92 U238 + 0 n1 à 92 U239 + energia

b b

92 U239 à 93 Np239 à 94 Pu239

23m 2,3 g

La seconda equazione indica che l'U239 decade radioattivamente, emettendo raggi b con un tempo di dimezzamento di 23 minuti, in Nettunio239 il quale a sua volta decade emettendo ancora raggi b con un tempo di dimezzamento pari a 2,3 giorni, in Plutonio239 (che può essere scisso da neutroni veloci).

Il Pu239, a sua volta, oltre che fissionarsi, può, per assorbimento di un neutrone, trasformarsi in Pu240, che è un nucleo fertile. Il Pu240 si converte in Pu242.

Il Torio232 si converte in Uranio233 nel modo seguente:

90 Th232 + 0 n1 à 90 Th233 + energia

b b

90 Th233 à 91 Pa233 à 92 U233

23m 27,4 g

In natura l’uranio è contenuto nelle rocce, combinato con altri elementi chimici. Il principale minerale di uranio è la pechblenda U3O8. Si utilizzano anche minerali molto poveri che vengono concentrati prima del vero e proprio processo di estrazione.

Il primo passo del processo di estrazione è la frantumazione delle rocce. Successivamente si procede all’estrazione del minerale per via chimica, mediante l’utilizzo di un acido o di una base, ottenendo una polvere gialla chiamata “Yellow Cake”.

L’Uranio è convertito in tetrafluoruro di uranio (UF4) e poi in esafluoruro di uranio gassoso (UF6) e arricchito per aumentare la percentuale di Uranio235 fino al 3-5% attraverso il filtraggio ad alta velocità o l’ultracentrifugazione. Il fluoruro è convertito infine in polvere di ossido d’uranio e compresso ad alta temperatura per ottenere le cosiddette pastiglie. Nel trattamento della pechblenda, relativamente complesso, l'uranio viene trasformato in uranato di sodio, e successivamente in uranato di ammonio. Questo viene purificato con un procedimento di estrazione con solventi selettivi o con passaggio su resine scambiatrici di ioni e poi trasformato nell'ossido UO2. Le pastiglie vengono poi assemblate per costituire le barrette di combustibile, le quali, a loro volta, vengono riunite in fasci di forma quadrata o circolare.

INFORMAZIONI GENERALI

Il cuore della centrale nucleare è il reattore. Il reattore nucleare è un dispositivo in cui le reazioni di fissione nucleare sono utilizzate per generare energia o per produrre materiali radioattivi. Nelle stazioni nucleari, l'energia nucleare è rilasciata sottoforma di calore che viene utilizzato nella produzione di energia elettrica.

I suoi componenti fondamentali del reattore sono:

· Combustibile: composto, quasi sempre allo stato solido che contiene i materiali fissili e fertili oltre agli elementi che sono ad essi legati chimicamente o che hanno funzioni strutturali. Nel combustibile avviene il processo di fissione e la maggior parte della trasformazione dell'energia fissile in calore. Il combustibile è protetto da un rivestimento detto guaina che ha la funzione specifica di impedire il rilascio dei prodotti di fissione all'esterno; generalmente la guaina funge anche da organo strutturale di sostegno. La vita del combustibile è assai breve, per questo deve essere periodicamente sostituito con elementi "freschi".

· Moderatore: sostanza che ha la funzione di rallentare i neutroni dalle energie di fissione a quelle termiche. Il moderatore manca nei reattori veloci. Le sostanze che vengono comunemente adottate come moderatore sono: l'acqua naturale, l'acqua pesante, la grafite.

· Riflettore: sostanza che circonda la zona dove avviene la reazione a catena (nocciolo), con il compito di riflettere all'interno una parte dei neutroni che lo attraversano, diretti verso l'esterno. Il riflettore deve possedere le proprietà di: avere un'elevata probabilità di collisione e un'ottima capacità di rallentamento. Per i reattori termici il riflettore coincide quasi sempre con il moderatore.

· Fluido termovettore: liquido o gas che ha la funzione di trasportare all'esterno il calore nucleare in modo che possa essere utilizzato. Sostanze impiegate come fluido termovettore sono: l'acqua leggera, l'acqua pesante, il sodio, l'anidride carbonica, l'elio.

· Fluido motore: sostanza a cui il fluido termovettore cede la propria energia termica e che, o evolve in una turbina per generare potenza meccanica, o fornisce direttamente calore per processi industriali. E’ il vapore acqueo.

· Organi di controllo: apparecchiature che inseriscono o estraggono dal nocciolo veleni nucleari (barre di controllo), in modo da far variare il grado di moltiplicazione dei neutroni nel nocciolo stesso. Gli organi di controllo sono costituiti ad canali metallici di varia sezione entro cui viene inserita la sostanza che funge da veleno. Le barre di controllo sono mosse da un meccanismo che le fa muovere dentro e fuori dal nocciolo; in altri casi le barre sono fisse e si fa variare la densità dei veleni in esse contenuti. Per il controllo a lungo termine vengono anche impiegati sistemi che iniettano ed estraggono (per purificazione) nel o dal moderatore un veleno solubile (acido borico in acqua).

· Organi strutturali:organi meccanici di vario tipo che svolgono funzioni di sostegno e di contenimento. (piastra su cui poggia il nocciolo e il recipiente a pressione che contiene il fluido termovettore).

· Schermo: massiccia struttura di protezione del nocciolo che ha lo scopo di ridurre le radiazioni emergenti (g e neutroniche) a livelli accettabili dall'uomo. Generalmente per gli schermi vengono impiegati l'acciaio e il calcestruzzo, il primo nella zona di contatto con il nocciolo, il secondo nella zona più esterna.

Il trasferimento del calore all’esterno del nocciolo e la sua trasformazione in energia elettrica avviene secondo due possibili modalità. Nel primo caso (“ciclo indiretto”) il fluido termovettore cede il calore asportato nel reattore al fluido motore che, a sua volta, evolve in una turbina collegata al generatore elettrico. Poiché il fluido motore è il vapore acqueo lo scambiatore di calore fra i due circuiti funge da generatore di vapore.

Nel secondo caso (“ciclo diretto”) il fluido termovettore, costituito da acqua evaporante, funge anche da fluido motore, evolvendo direttamente in turbina.

Esiste una gran varietà di reattori per la produzione di energia nucleare, che differiscono l’uno dall’altro per il tipo di combustibile e di moderatore.

Le proprietà di combustibile e moderatore non possono essere valutate in senso assoluto, ma solo in rapporto alle modalità con cui vengono utilizzate. Per esempio il deuterio (acqua pesante) e il carbonio (grafite) hanno inferiori proprietà di rallentamento rispetto all'idrogeno che ha massa minore,ma risultano migliori dell'acqua naturale in quanto assorbono meno i neutroni.

L'acqua pesante, ottenuta sostituendo all'idrogeno il suo isotipo deuterio, che ha una massa doppia, si trova nell'acqua naturale in percentuali piccolissime (150 ppm). Essa può venire concentrata con processi di elettrolisi, distillazione, scambio chimico, ecc.. che risultano però molto costosi.

Il binomio uranio naturale-grafite è stato largamente impiegato in passato, ma per le applicazioni civili questo tipo di reattore si è rivelato non conveniente sotto il profilo economico.

Tra gli impianti industriali oggi la configurazione più usata è uranio arricchito al 3% (quello che resta, Uranio 238, è detto Uranio impoverito) con acqua naturale come moderatore.

La costruzione di un reattore richiede necessariamente un processo di arricchimento: del combustibile se si realizzano reattori moderati ad acqua leggera o a grafite; del moderatore se si realizzano reattori moderati ad acqua pesante.

Le principali filiere in cui si possono raggruppare i diversi tipi di reattori sono: reattori moderati ad acqua pesante, reattori moderati a grafite, reattori veloci (non usano moderatore), reattori moderati ad acqua (sono i più diffusi).

I reattori moderati ad acqua pesante, del tipo Candu, erano particolarmente diffusi in passato in quei Paesi che non disponevano di abbondanti giacimenti di Uranio235. Questo tipo di reattori infatti usa come combustibile l’Uranio naturale (non arricchito) e si trova soprattutto in Canada, Gran Bretagna e Francia.

REATTORI MODERATI A GRAFITE

Di questa famiglia fanno parte:

· I reattori ad uranio naturale refrigerati a CO2, del tipo MAGNOX

· I reattori ad uranio arricchito refrigerati a CO2, del tipo AGR (Advanced Gas-cooled Reactor)

· I reattori ad uranio arricchito refrigerati ad elio, del tipo HTGR (High Temperature Gas-cooled Reactor)

I reattori magnox presentano il vantaggio di utilizzare materiali poco costosi, sia per il fatto che sono alimentati da combustibile non arricchito, sia perché il fluido termovettore è economico ed abbondante. L’impiego dell’uranio naturale e della grafite impone, per il rispetto del bilancio neutronico, la scelta di un materiale a basso assorbimento come il magnesio. Quest’ultimo limita le prestazioni dell’impianto, infatti in lega, non può sopportare temperature superiori ai 400°C. Questo tipo di impianto ha un rendimento relativamente basso (33%) e dopo anni di funzionamento presenta problemi di corrosione degli acciai ad opera dell’anidride carbonica.

Questi problemi vengono parzialmente risolti nel reattore AGR che conserva la grafite come moderatore e la CO2 come fluido termovettore, ma sostituisce all’uranio naturale quello arricchito, quindi ossido di uranio, racchiuso in guaine di acciaio inossidabile. Ciò consente di operare ad una temperatura più elevata, ottenendo un rendimento superiore (>40%).

I reattori HTGR costituiscono un sostanziale passo in avanti rispetto ai precedenti: l’elio prende il posto della CO2 come termovettore e il combustibile è rivestito di grafite, con il risultato di poter aumentare ulteriormente la temperatura di esercizio.

REATTORI VELOCI

Nei reattori veloci non viene deliberatamente introdotta nessuna sostanza moderante che riduca l’energia dei neutroni emessi dalla fissione: il materiale fissile viene perciò bombardato con neutroni veloci. La finalità è quella di produrre, per trasformazione dei nuclei fertili, più fissile di quanto ne venga bruciato. Per questo questi reattori sono detti “autofertilizzanti”. Di conseguenza i materiali del nocciolo devono avere un basso potere moderante, quindi un alto numero di massa o una bassa densità. La scelta del fluido termovettore è limitata ai gas e ai metalli liquidi: i secondi sono preferibili ai primi in virtù delle elevate temperature di ebollizione e dell’ottima conducibilità termica. Nei reattori destinati a scopi civili si usa di solito il sodio.

Il combustibile di un reattore veloce è caratterizzato da potenze specifiche molto elevate ed anche il nocciolo, molto compatto,è capace di garantire densità di potenza di un ordine di grandezza superiori a quelle dei reattori più diffusi (ad acqua leggera). Il sistema di auto fertilizzazione più diffuso al mondo impiega Uranio 238 come materiale fertile dal quale si ottiene Plutonio 239. La successiva fissione di un nucleo di Plutonio239, innescata da un neutrone veloce, avviene con emissione di una media di 2,8 neutroni, uno dei quali è necessario per indurre la fissione nello stadio successivo della reazione a catena.

Il reattore che sfrutta il sistema autofertilizzante più avanzato è l’LMFBR (Liquid Metal Fast Breeder Reactor). Il più importante reattore di questo tipo è il Super Phénix, entrato in funzione in Francia nel 1984.

Se da un lato i reattori auto fertilizzanti presentano maggiori criticità rispetto a quelli termici (con moderatore), dall’altro sono capaci di generare vapore di qualità superiore, con caratteristiche di pressione e temperatura che poco si discostano da quelle del vapore prodotto in centrali termoelettriche convenzionali.

Occorre precisare che per i reattori veloci le previsioni che indicano le riserve di uranio come destinate ad esaurirsi nel giro di 70/75 anni non sono valide. Per i reattori autofertilizzanti non esiste alcuna limitazione relativa alla disponibilità di combustibile in natura: alimentati da nuclei fissili artificiali, rappresentano la possibilità concreta di produrre energia elettrica da fonte inesauribile.

REATTORI MODERATI AD ACQUA

Di questa famiglia fanno parte:

· I reattori ad acqua pressurizzata, PWR (Pressurized Water Reactor)

· I reattori ad acqua bollente, BWR (Boiling Water Reactor)

CENTRALE NUCLEARE PWR

La grande maggioranza delle centrali nucleari è del tipo PWR. Questo tipo è il più diffuso perché è quello tecnologicamente più semplice, non pone particolari problemi di reperibilità né dei materiali né del combustibile, ed offre ottime garanzie di sicurezza.

Nel nocciolo avvengono le reazioni nucleari, che riscaldano a temperature anche notevoli gli elementi di combustibile (l'uranio che è impilato in cilindri molto lunghi e stretti).
Questi sono lambiti dall'acqua di raffreddamento del circuito primario, che raffreddandoli asporta il calore e si riscalda. L'acqua si trova a circa 300-330°, ma non evapora, perché viene tenuta a una pressione di circa 155 bar (155 volte la pressione atmosferica).
Proseguendo nel suo cammino l'acqua scambia calore con altra acqua in un secondo circuito, a una pressione inferiore.
Questa evapora, e il vapore arriva, ad una pressione di circa 55 bar e ad una temperatura di circa 280°, e investe una turbina, collegata a un alternatore che dà energia alla rete elettrica.
Il vapore a bassa pressione in uscita dalla turbina viene raffreddato da acqua che scorre in un terzo circuito che viene poi alla fine raffreddato ad aria in torri di raffreddamento.
Se la centrale si trova nelle vicinanze di un fiume l'acqua del circuito di condensazione (il terzo), che non ha avuto il minimo contatto con zone contaminate viene presa e scaricata dal fiume, ovviamente con portate e temperature tali da non influire sull'ecosistema.

CENTRALE NUCLEARE BWR

Un reattore BWR e' un reattore PWR senza il generatore di vapore. L'acqua, con la doppia funzione di moderatore e di fluido refrigerante, alla pressione inferiore rispetto ai PWR (circa 70 bar) e' pompata all'interno del nocciolo dove viene portata ad ebollizione. Una parte dell'acqua e' trasformata in vapore che viene mandato direttamente nel generatore a turbina, condensato, e quindi ripompato nel reattore.
I reattori BWR presentano lo svantaggio di avere un singolo circuito di raffreddamento per cui il vapore che arriva alle turbine passa anche nel nocciolo, diventando radioattivo. Nonostante ciò, non c'è bisogno di alcuno scambiatore di calore intermedio tra reattore e turbina, con il conseguente guadagno in efficienza. Come nel PWR, l'acqua di raffreddamento del condensatore proviene da un'altra fonte, come un fiume o un lago.

CARATTERISTICHE TECNICHE

Il nocciolo è composto da tre elementi fondamentali: il combustibile, il moderatore e le barre di controllo.

Il nocciolo di un PWR viene assemblato con elementi come questi.
In ognuno si trovano dei gruppi di 17 X 17 barre, in ognuna delle quali vengono infilate delle pastiglie di Uranio arricchito al 3% preparate in forma di cilindro retto (o quasi), con altezze e diametri di circa 1-1,5 cm. Queste vengono impilate in guaine rigide fatte di una lega di zirconio, lunghe circa 3 metri e mezzo e montate lasciando qualche spazio vuoto per le barre di controllo. Per fare un nocciolo completo servono circa 150 di questi elementi.

LA REAZIONE

L'Uranio 235 è fissile, cioè, se viene colpito da un neutrone lento (termico) si spezza in due frammenti, producendo circa 200 Megaelettronvolt (100 milioni di volte l'energia di una reazione chimica), e mediamente due neutroni veloci, che vanno a colpire altri nuclei.
Per produrre energia con continuità mediante il processo di fissione, è necessario che questa possa sostenersi autonomamente in modo controllabile dall'esterno. Per questo occorre che si abbia un effetto di moltiplicazione a cascata per ogni singola fissione, sulla cui intensità si possa intervenire con mezzi pratici.

Questo processo di moltiplicazione detto reazione a catena, che avviene nel nocciolo o struttura moltiplicante, è possibile grazie all'emissione durante la fissione di un numero di neutroni maggiore di quello che l'ha provocata. Tale condizione è necessaria poiché non tutti i neutroni emessi possono essere utilizzati per altre fissioni, ma una parte sfuggono al sistema e vengono assorbiti dai nuclei presenti in processi non di fissione.

Si ha quindi che il bilancio dei neutroni è esprimibile nel modo seguente:

P = Af + Ac + L

Dove:

P= neutroni prodotti in media in ogni fissione

Af= neutroni assorbiti da nuclei fissili

Ac= neutroni assorbiti senza produrre fissione ( neutroni di cattura )

L= neutroni che sfuggono al sistema ( neutroni di fuga )

I neutroni non reagiscono soltanto con i materiali fissili e fertili, ma anche con i nuclei della maggior parte degli elementi; pertanto una grande causa di assorbimento di neutroni è dovuta alla cattura da parte dei materiali che oltre all'uranio, al plutonio, ecc… sono necessariamente presenti in un reattore nucleare. Si dovrà quindi limitare la scelta delle sostanze estranee a quelle costituite d elementi che abbiano un basso potere di cattura per i neutroni. Tale condizione pone vincoli assai severi nella progettazione dei reattori.

La produzione di neutroni dipende dal volume del sistema di assemblamento dell’uranio, mentre la probabilità di fuga dei neutroni è proporzionale alla sua superficie.

Il numero di neutroni che sfuggono al sistema entro cui avviene la reazione a catena è percentualmente meno importante quanto più aumentano le dimensioni del sistema stesso, pertanto per ogni composizione di materiale, fissile incluso, con la quale si voglia realizzare una struttura moltiplicante, esiste un valore minimo per le sue dimensioni, al di sotto delle quali la reazione a catena non può autosostenersi: queste dimensioni e la masse in esse contenuta sono dette critiche.

In conclusione se

· Af < condizioni critiche: la reazione si spegne ( reattore sottocritico)

· Af > condizioni critiche: la reazione cresce progressivamente

· Af = condizioni critiche: la reazione a catena è stazionaria

Per questo Af è detto reattività della struttura moltiplicante ed è universalmente indicato con k.

Bisogna tener conto che essa cambia durante il funzionamento del reattore per effetto di tre fattori contrastanti:

1-Accumulo dei prodotti di fissione che fanno aumentare le catture parassite di neutroni (k diminuisce)

2-Progressiva sparizione di nuclei fissili inizialmente presenti (k diminuisce)

3-Progressiva produzione di nuovi nuclei fissili per trasmutazione dei nuclei fertili (k aumenta). Un esempio è il caso dell’uranio 238 che non si rompe con l'urto di un neutrone lento, ma lo può assorbire diventando, attraverso alcune reazioni spontanee, Plutonio 239, che è fissile e ha proprietà anche migliori dell'Uranio 235.

Generalmente i primi due effetti sono predominanti e questo obbliga ad avere un ulteriore margine di reattività, per effettuarne le compensazioni nel tempo.

La reattività varia comunque con il livello di potenza per gli effetti da questa indotti sulla temperatura e la densità dei materiali del nocciolo.

LA MODERAZIONE DEI NEUTRONI

I neutroni di fissione possiedono un'energia variabile il cui valore medio è di circa 2 MeV, equivalente a una velocità prossima a 1/10 di quella della luce. I neutroni interagiscono con la materia con urti di deviazione elastici o anelatici e con i nuclei dei diversi materiali cedendo a questi parte della loro energia. Pertanto nel nocciolo di un reattore si hanno neutroni che possiedono energie comprese tra alcuni MeV a piccole frazioni di un eV. Essi sono classificati come neutroni veloci, epitermici e termici.

I neutroni termici sono i più lenti, la cui energia è all'incirca uguale a quella dovuta all'agitazione termica degli atomi contro i quali i neutroni collidono. A temperatura ambiente l'energia cinetica media delle molecole, e quindi dei neutroni termici, è di 0,025 eV.

I nuclei fissili U233, U235, Pu239 si fissionano con neutroni di tutte la energie.

Nell'intervallo di energie termiche la probabilità di fissione è tanto più grandi quanto più lenti sono i neutroni, in quanto la probabilità che i neutroni vengano catturati è inversamente proporzionale alla loro velocità.

Anche i nuclei fertili U238 e Th232 possono essere fissionati purché i neutroni abbiano un'energia elevata (>1/1,5 MeV). Poiché i neutroni perdono rapidamente la loro energia , la probabilità di avere la fissione di questi isotopi è assai ridotta, così da rendere assolutamente impossibile l'autosostentamento di una reazione a catena; indubbiamente l'U238 e il Th232, una volta mescolati con gli isotopi fissili, possono dare un contributo, se pur marginale, al numero di fissioni complessive; tuttavia in un reattore nucleare essi vengono utilizzati soprattutto per le loro proprietà fertili.

Se un reattore fosse costituito soltanto da una massa di uranio sarebbe impossibile realizzare una reazione a catena che si auto sostenenga in quanto i neutroni prodotti dalla fissione dell'U235 verrebbero per la quasi totalità catturati dall'U238 è elevatissima in corrispondenza di un certo intervallo di energia dei neutroni in una zona epitermica. Sono quindi due le possibili alternative per avere una struttura in cui ottenere una reazione a catena stabile:

1-Aumentare al concentrazione dell'U235 in modo da ridurre la probabilità di urti dei neuroni contro l'U238 e al tempo stesso aumentare la probabilità di reazioni di fissione con il nucleo fissile;

2-Mescolare con l'Uranio una sostanza che provochi il rapido rallentamento dei neutroni di fissione in modo da far attraversare al neutrone con poche perdite l'intervallo d'energia dove si concentrano le catture da parte dell'U238; per questa funzione tali sostanze sono dette moderatori.

Un buon moderatore deve avere le seguenti caratteristiche:

· Rallentare un neutrone con un piccolo numero di collisioni

· Avere un'elevata probabilità di collisione

· Avere una bassa probabilità di assorbire un neutrone.

Poiché la collisione di un neutrone con un nucleo avviene come un urto elastico tra due palline, si ha che il rallentamento sarà tanto più efficace quanto più è bassa la massa del nucleo. Le sostanze che hanno impiego pratico come moderatori sono tre: l'acqua naturale, l'acqua pesante e la grafite.

IL CONTENITORE

Il nocciolo si trova all'interno di un contenitore (chiamato Vessel).
In un Pwr il vessel è un contenitore in pressione in cui circola l'acqua di raffreddamento del circuito primario.

Il Vessel è di solito d'acciaio, e fa sia da contenitore che da schermo biologico per le radiazioni emesse dal nocciolo in funzione. In generale scherma abbastanza da permettere agli operatori, in caso di guasti, di poter entrare nell'edificio di contenimento per operare.

Quando bisogna estrarre il combustibile, il reattore viene fermato e la parte superiore, emisferica, viene aperta. L'acqua che resta tra il nocciolo e l'aria basta a schermare le radiazioni a sufficienza per permettere le operazioni di ricambio. Ai suoi lati sono praticati dei fori per attaccare le tubature che portano l'acqua di raffreddamento, oltre che per permettere di collegare le barre di controllo e gli strumenti di misura.

Vicino al contenitore del reattore si trovano in un Pwr i generatori di vapore, il pressurizzatore, e le pompe del primario.

L'acqua del primario,a circa 300-330°, viene mantenute in pressione da un pressurizzatore, e scambia calore con l'acqua del circuito secondario in uno (o più) generatori di vapore.
I circuiti, ovviamente, sono costruiti in modo da non mettere mai a contatto diretto l'acqua di due circuiti diversi. Questo perché l'acqua del primario, che passa nel nocciolo, è lievemente radioattiva. L'acqua del secondario, a pressione inferiore, evapora, e esce dall'edificio del reattore.

I generatori di vapore sono oggetti molto complessi. Sono lunghi oltre 20 metri, comprendono svariati chilometri di tubi, e costano circa 200-300 miliardi l'uno.
Il tutto è contenuto in un edificio di contenimento progettato con specifiche particolari.

Nel caso del Pwr, l'incidente peggiore che si può pensare è la rottura del circuito primario.
In questo caso, l'acqua, allo stato liquido e alla temperatura di 300°, si troverebbe a pressione atmosferica, ed evaporerebbe, espandendosi nell'edificio di contenimento, con una pressione di qualche bar.L'edificio deve evitare, quindi, sia la dispersione all'esterno di acqua del primario, contaminata, che, eventualmente, un attacco esterno di qualsiasi tipo al reattore.

Il contenitore è fatto, generalmente, da due strati.Uno di calcestruzzo armato precompresso, dello spessore di circa 1,40m, e un secondo contenitore di acciaio più sottile. Gli standard di progetto impongono che l'edificio di contenimento sopporti un attacco missilistico o a un evento sismico.

IL CONTROLLO DEL REATTORE

Il controllo del reattore è un'operazione complessa che serve a modificarne il livello di potenza (controllo di potenza), a compensarne la riduzione di reattività dovuta alla variazione di composizione del combustibile (controllo a lungo termine) ed eventualmente a spegnerlo del tutto.

La potenza del reattore viene controllata controllando il flusso di neutroni che alimenta la reazione a catena. Per variare la reattività di un nocciolo si può quindi agire sugli assorbimenti di cattura o sulle fughe di neutroni.

Nella maggior parte dei casi si costruisce un reattore che teoricamente, con solo combustibile e moderatore, tenderebbe a raggiungere una potenza molto superiore a quella per cui è costruito, instaurando quindi una reazione a catena con molti più neutroni (e più fissioni) del consentito, e si installano dei meccanismi che inseriscono nel reattore materiali che assorbono neutroni, smorzando così la reazione.

Tra questi ci sono particolari elementi caratterizzati da un'elevata probabilità di cattura dei neutroni ("veleni") come l’Argento, l’Indio, il Cadmio, l’Afnio, il Gadolinio. Si realizzano così le "barre di controllo" che sono alloggiate in apposite fessure del reattore e che regolano l'attività mediante movimenti di inserzione e di estrazione. Durante l'inserzione la reattività diminuisce, durante l'estrazione la reattività aumenta.

Nei reattori moderati ad acqua (tipicamente i Pwr o i Bwr) si usa anche sciogliere nell’acqua stessa il Boro che, come le altre sostanze sopra elencate, ha un forte potere di assorbimento nei confronti dei neutroni.

La compensazione di reattività per variazione di composizione del combustibile avviene tramite una lenta estrazione delle barre di controllo. Il controllo della reazione a catena sarebbe assai difficile da realizzare in pratica se tutti i neutroni fossero emessi istantaneamente, infatti la "vita" di un neutrone in un reattore nucleare è molto breve (tra 0,003 e 0,000003 secondi). Basterebbe un piccolo eccesso di neutroni per avere un aumento della reazione a catena così rapido da renderne difficile il controllo. Fortunatamente una piccola frazione di neutroni vengono emessi con ritardo perché generati dal decadimento di prodotti di fissione e non direttamente dalla reazione di fissione.

Il tempo medio di questi neutroni "ritardati" è di pochi secondi (13 per l'Uranio235). Grazie alla presenza di questi "neutroni ritardati", la popolazione neutronica cresce assai più lentamente di quanto non accadrebbe se i neutroni fossero tutti pronti (generati istantaneamente). Il tal modo il reattore risulta controllabile con sistemi praticamente realizzabili.

In caso di emergenza le barre vengono tuffate completamente nel nocciolo, fermando la reazione a catena e arrestando praticamente del tutto la generazione di energia, ma, in ogni caso, contrariamente a quanto si dice spesso, se si perde il controllo del reattore non si attiva una reazione a catena come quella di una bomba a fissione.
In alcuni tipi di reattori, la cui installazione è vietata negli Usa e in Europa occidentale, si possono verificare condizioni tali per cui, quando la temperatura sale, la reazione tende ad aumentare abbastanza da portare, se non intervengono i sistemi di sicurezza (che in una centrale nucleare di solito sono ossessivi) a un aumento di potenza del 100% in qualche decina di secondi, che porta alla fusione del nocciolo.
E' quello che è accaduto a Chernobyl. In quel caso erano stati esclusi 3 stadi di sistemi di sicurezza che avrebbero spento il reattore.
Nella maggioranza dei reattori commerciali, (come ad esempio il Pwr) se la temperatura sale oltre certi limiti di progetto la reazione tende a spegnersi.

LA PRODUZIONE DI ENERGIA

Le turbine di una centrale nucleare sono macchine imponenti.
Basti pensare che, in generale, la potenza prodotta da un grosso reattore nucleare si aggira sui 3000 Megawatt.
Questa potenza passa alla turbina, che è collegata a un alternatore che ne trasforma circa il 30-33% in energia elettrica. Per ragioni termodinamiche è complicato avere rendimenti migliori. Il rendimento è calcolato anche con i consumi di energia elettrica dell'impianto, consumo non trascurabile. Basti pensare che la pompa del primario (ad energia elettrica) deve pompare qualcosa come 50000 tonnellate all'ora di acqua.
Il vapore che esce dalla turbina, a bassa temperatura e pressione, entra in un ultimo scambiatore di calore, che fa condensare l'acqua raffreddandola con un terzo circuito.
L'acqua di questo circuito, ovviamente, non è entrata a contatto con niente di radioattivo, visto che l'acqua del primario, leggermente radioattiva, non entra a contatto con l'acqua del secondario, ma scambia calore attraverso pareti impermeabili.
Quindi a questo scopo si può usare acqua che viene da un fiume o dal mare, a patto poi di reimmetterla nel fiume (o in mare) da cui la si è presa a valori di temperatura accettabili.
Esistono ovviamente leggi che prescrivono limiti di temperatura e portata con cui deve essere reimmessa l'acqua nei fiumi, per evitare danni all'ecosistema locale.

Nel caso in cui sia necessario raffreddare l'acqua dell'ultimo circuito questa viene raffreddata ad aria tramite torri di raffreddamento.

Queste strutture, spesso enormi (a volte si usano torri alte fino a 140 m..) hanno la forma che caratterizza le centrali nucleari.

PRO E CONTRO DELLE TECNOLOGIE NUCLEARI

Oggi la disponibilità limitata di fonti di energia convenzionali a fronte di una domanda energetica in costante aumento ha rilanciato il nucleare come possibile soluzione alternativa. Il grosso pregio del nucleare è la disponibilità di materia prima, l’assenza di emissioni di CO2 e il basso costo dell’energia elettrica prodotta con questa tecnologia. Adottando il nucleare molti paesi potrebbero riuscire a conquistare una certa indipendenza dal punto di vista energetico: basti pensare al caso italiano che è un vero e proprio paradosso. Con il referendum del 1987 l’Italia ha rinunciato a questa forma di energia, ritrovandosi ad acquistare una buona percentuale dell’energia necessaria per rispondere alla domanda dall’estero, proprio da quei paesi (in larga parte Francia e Svizzera) che la producono con la tecnologia nucleare!

TECNOLOGIA	COSTO DI PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA (Euro / Watt)
Carbone	37
Olio combustibile	57
Gas naturale	45
Idroelettrica	20
Nucleare	15-25

La competitività delle centrali nucleari rispetto a quelle convenzionali è fuori discussione, ma ci sono anche dei limiti e alcuni problemi che non sono stati tuttora risolti.

Per essere convenienti gli impianti devono essere di grossa taglia e, indipendentemente dalla loro dimensione, richiedono un grande investimento di capitale per la loro costruzione. Esso non può essere affrontato da un privato, ma solo da enti statali, impedendo quindi la libera concorrenza sul mercato energetico.

Ma la questione più importante è il trattamento delle scorie radioattive: oggi esse vengono sigillate in bidoni adeguatamente schermati (quelli di progetto recente offrono garanzie veramente incredibili) e stoccate in cavità geologicamente stabili e adeguatamene monitorate. Inoltre sono allo studio progetti di nuovi reattori sperimentali in grado di fissionare i residui o di incenerirli, ma purtroppo al momento non esistono soluzioni definitive.

Inoltre il fantasma di una catastrofe nucleare che, a causa di un guasto o di un malfunzionamento dei sistemi di controllo di una centrale, potrebbe devastare la Terra e cancellare la vita è sempre in agguato e fa rabbrividire perfino i sostenitori più convinti del nucleare.

CERN

Enrico Defilippi

Acceleratore di particelle, Ginevra

Le due circonferenze evidenziate in questa veduta aerea di Ginevra rappresentano gli anelli del grande acceleratore del CERN, il Laboratorio europeo per la fisica delle particelle. Si tratta di due tunnel circolari scavati a circa 100 m di profondità, all'interno dei quali gli scienziati producono collisioni tra particelle ad altissima velocità. Nel più esterno, detto LEP, lungo 27 km, vengono accelerati elettroni e positroni; nel più interno vengono accelerate particelle più pesanti, nella fattispecie protoni e antiprotoni.

Laboratorio europeo per la ricerca di fisica delle particelle, situato sul confine franco-svizzero, a ovest di Ginevra. Istituito nel 1956 con ratifica della Convenzione di Parigi del 1° luglio 1953, si occupa della ricerca fondamentale sulla struttura della materia e sulle interazioni che la governano, e di fisica nucleare non applicata. Il primo acceleratore completato al CERN fu il Protosincrotrone (PS), che entrò in funzione nel 1959, mentre il centro era diretto da John Adams, primo direttore generale del CERN, al quale l'incarico venne rinnovato per ben tre volte.

Attualmente il CERN è il maggior laboratorio di fisica delle particelle al mondo, e ospita alcuni tra i più grandi acceleratori di particelle che siano mai stati costruiti. In queste potenti macchine le particelle elementari vengono accelerate l'una contro l'altra a energie incredibilmente alte; dalle collisioni prodotte, che vengono registrate nei rivelatori di particelle, è possibile trarre preziose informazioni sullo stato della materia pochi momenti dopo l'esplosione del Big Bang.

Le attività del CERN sono finanziate per la maggior parte con i contributi dei 19 stati membri: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Grecia, Ungheria, Italia, Olanda, Norvegia, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Repubblica Slovacca, Spagna, Svezia, Svizzera. Contribuiscono anche, come stati osservatori, Israele, Giappone, la CSI, la Turchia, la Yugoslavia (partecipazione sospesa dopo l'embargo da parte delle Nazioni Unite, nel 1992), la Commissione Europea e l'Unesco.

Un vasto programma di ricerca, in vari settori della fisica teorica e sperimentale, è condotto da circa 6000 ricercatori "visitatori", provenienti da 70 nazioni, che utilizzano come "ospiti" le strutture di cui è dotato il CERN. Nel laboratorio si concentra circa la metà dei fisici delle particelle di tutto il mondo, supportati da uno staff fisso di 3000 persone. I risultati delle ricerche ivi condotte vanno da strumenti topografici ultraprecisi a rivelatori per la radiologia medica, dalle teorie di unificazione delle forze ai modelli cosmologici. Un esempio recente è la World Wide Web, un modo agile e funzionale per accedere con il computer alla rete Internet, che è stato introdotto al CERN all'inizio degli anni Novanta per agevolare la comunicazione tra i ricercatori delle università di tutto mondo.

Il più recente acceleratore di particelle del CERN è il Large Electron-Positron Collider (LEP), installato in un tunnel circolare di 27 km di circonferenza, 100 metri sottoterra. Gli elettroni e i positroni sono accelerati e ruotano in senso opposto nel tubo a vuoto della macchina, che ha un diametro di circa 12 cm: le particelle hanno velocità prossime a quella della luce e compiono circa 11.000 giri al secondo, incrociandosi in quattro punti dell'anello, chiamati punti di interazione. In ciascuna di queste posizioni è stata realizzata una zona sperimentale, che ospita un "esperimento": ALEPH, DELPHI, L3 e OPAL sono i nomi dei quattro apparati installati in queste aree. L'aspetto esterno di questi esperimenti, di solito, è un grosso cilindro, un magnete, all'interno del quale si genera un campo magnetico che permette di distinguere i diversi tipi di particelle osservate: le dimensioni tipiche di un esperimento sono di una decina di metri sia in lunghezza sia in diametro, mentre il peso è di alcune migliaia di tonnellate. All'interno del magnete vengono posti vari rivelatori di particelle, sistemati in strati concentrici, come le foglie di una cipolla. Nel 2004 il medesimo tunnel del LEP ospiterà il Large Hadron Collider (LHC), un collisionatore protone-protone già in fase di costruzione, destinato a essere il più grande acceleratore di particelle al mondo, che verrà realizzato anche con il contributo speciale degli Stati Uniti.

Da quando il LEP è entrato in funzione, nel 1989, gli esperimenti che osservano le collisioni dei suoi fasci hanno effettuato misure accuratissime dei parametri del Modello standard (Teoria fisica che descrive tutte le attuali conoscenze nel campo delle particelle elementari e delle forze che regolano le interazioni fondamentali della natura), confermando l'esistenza di tre famiglie di leptoni, dato non deducibile dalla teoria, e permettendo di mettere a punto la classificazione delle particelle elementari. Con i dati di LEP è stato possibile anche fare previsioni della massa del bosone di Higgs, una particella non ancora osservata sperimentalmente, ma la cui esistenza è essenziale per la coerenza del Modello standard. Queste informazioni saranno un'utile guida per gli scienziati, quando inizieranno la ricerca del bosone di Higgs con LHC, costruito principalmente a questo scopo.

Gli esperimenti condotti al CERN hanno inoltre fornito le prove definitive per la teoria dell'unificazione elettrodebole, con la scoperta, nel 1983, ad opera dell'esperimento UA1 coordinato da Carlo Rubbia, dei bosoni vettore W e Z. L'esistenza di queste particelle testimonia la correttezza della teoria che fornisce un'unica descrizione di due tra le interazioni fondamentali della materia: quella elettromagnetica e quella debole. Per questa scoperta Carlo Rubbia, nominato in seguito direttore generale del CERN per il periodo 1989-1993, fu insignito del premio Nobel nel 1984. Dopo un intervallo di gestione inglese, nel 1998 la direzione del CERN è stata nuovamente affidata a un italiano, Luciano Maiani, già direttore dell'Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN).

LA BOMBA ATOMICA

Stefano Landorno

Tiziano Zerbo

Con l’espressione di “bomba atomica “ si intendono gli ordigni che sfruttano l’energia contenuta nei nuclei di atomi per produrre effetti distruttivi. E’ possibile a tal fine realizzare due processi: la fusione e la fissione

Prima che venisse sviluppata la prima bomba atomica basata sulla fissione, gli scienziati si resero conto della possibilità di sfruttare una reazione diversa dal processo di fissione come fonte di energia nucleare; se ne rese conto per primo Albert Einstein, come dimostra la lettera spedita al presidente degli Stati Uniti Roosevelt. Invece di utilizzare l'energia liberata dalla reazione a catena del materiale fissile, le armi nucleari possono sfruttare l'energia sviluppata dalla fusione di elementi leggeri, ad esempio gli isotopi di atomi come l'idrogeno, che si uniscono a formarne uno più pesante (per questa ragione le armi basate sulle reazioni di fusione nucleare sono spesso chiamate bombe all'idrogeno, o bombe H). Dei tre isotopi dell'idrogeno esistenti, i due più pesanti, cioè il deuterio e il trizio, sono più instabili e quindi si combinano più facilmente per formare elio. Anche se la quantità di energia liberata per singola reazione nucleare è minore nel processo di fusione che in quello di fissione, 0,5 kg del materiale con peso atomico inferiore contengono un numero di atomi di gran lunga maggiore pertanto il processo risulta ugualmente conveniente.

CENNI STORICI SULLA BOMBA ATOMICA

Nell'agosto del 1942, gli Stati Uniti vararono il Progetto Manhattan, per l'invenzione e la fabbricazione della bomba atomica. Fu un asservimento a scopi bellici della sperimentazione, condizionata dalla seconda guerra mondiale in corso.

Alcuni scienziati, preoccupati del probabile utilizzo militare, si astennero fin dal 1939 dal continuare la ricerca, come fece Hahn in Germania, dove, anche a seguito di una scelta politica di Hitler, venne bloccato un potenziale sviluppo, nel vano tentativo di produrre i missili V1 e V2. Nel frattempo il Progetto Manhattan cercava di assicurare le condizioni indispensabili per la produzione di energia dal processo di fissione nucleare. Tali condizioni sono quattro: il materiale fissile deve essere in quantità sufficiente e disposto secondo una determinata "geometria"; i neutroni impiegati devono essere "lenti", cioè dotati di velocità idonea a dar vita alla reazione; il flusso di neutroni deve essere regolato per controllare la fissione; infine, l'energia scaturita deve essere utilizzabile. Per soddisfare queste condizioni si fece ricorso all'uranio 235, poiché il suo nucleo è facilmente scindibile con neutroni "lenti", dal momento che la "sezione d'urto", cioè la possibilità di dividere il nucleo, risulta, in prima approssimazione, inversamente proporzionale alla velocità dei neutroni. La macchina in cui si produsse per la prima volta una fissione nucleare, caratterizzata da una reazione a catena controllata e capace di automantenersi, fu la famosa "pila atomica", il prototipo dei futuri reattori nucleari, messa a punto da un gruppo di scienziati guidati dal fisico italiano Enrico Fermi. Entrò in funzione a Chicago il 2 dicembre 1942. Per il Progetto Manhattan rimaneva ancora da risolvere l'arricchimento del materiale fissile occorrente per tentare l'esperimento di reazione a catena non frenata: l'esplosione di una bomba atomica. Non passò comunque molto tempo. Nel frattempo, per scongiurare un possibile e ravvicinato impiego bellico, il fisico danese Niels Bohr si adoperò affinché Usa e Urss organizzassero il necessario controllo internazionale, informando i rispettivi governi dell'arretratezza della Germania in proposito; lo sforzo non ottenne risultato per volontà della Gran Bretagna e del suo primo ministro Churchill, che impedì un accordo russo-americano, e anzi, nel 1943, ne raggiunse uno con gli Stati Uniti per l'embargo totale dell'uranio e delle informazioni atomiche (Accordo del Quebec).

Il 16 luglio 1945 si verificò la prima esplosione nucleare della storia ad Alamogordo, nel deserto del New Mexico (Usa). Gli effetti furono terrificanti, al di là di ogni previsione: la reazione a catena non frenata generò una luce più intensa di quella solare e un vento tempestoso e travolgente seguito da un tuono possente tale da evocare ai testimoni, situati a 15 km di distanza, una vera apocalisse. Alla fine, sul luogo dell'esplosione rimase un profondo cratere.

Robert Oppenheimer fu il direttore scientifico del progetto Manhattan, che portò alla realizzazione delle prime bombe nucleari. Dopo la guerra, quale presidente del comitato consultivo del governo americano per i problemi nucleari, si oppose, insieme a Fermi, alla realizzazione della bomba all'Idrogeno. Fu accusato di essere poco affidabile e privato del permesso di accesso alle informazioni riservate. Allontanato dalle ricerche di interesse militare, fu nominato direttore dell'Istituto di Studi Avanzati di Princeton, dove lavorava, tra gli altri, Einstein. E’ interessante esaminare brevemente le posizioni di Einstein di fronte al problema delle bombe armi nucleari.

Egli non partecipò alla progettazione della bomba atomica. Scrisse una lettera al presidente Roosevelt in cui diceva di ritenere che la recente scoperta della fissione da parte di un fisico tedesco apriva la via alla realizzazione di un ordigno di straordinaria potenza ed inoltre affermava che i fisici tedeschi rimasti nella Germania nazista erano ovviamente al corrente di questa possibilità. Da questa lettera prese il via il processo politico che porto' poi alla decisione di realizzare il progetto Manhattan. Pochi giorni prima di morire firmo' il manifesto Einstein-Russel con il quale si invitavano gli scienziati di tutto il mondo a riunirsi per discutere dei modi per favorire la distensione ed evitare una catastrofe nucleare.

In breve Einstein fu pacifista durante la prima guerra mondiale, interventista di fronte alla minaccia nazista e di nuovo pacifista durante la guerra fredda.

LA BOMBA NUCLEARE

La prima bomba nucleare fu sperimentata il 16 luglio 1945 nel New Messico.

Si chiamava bomba A e sfruttava la forza contenuta nel nucleo di Uranio o Plutonio, nei quali veniva innescato il processo di fissione nucleare. A differenza dei reattori nucleari per la produzione di energia, nelle bombe atomiche l'energia viene prodotta istantaneamente e in modo altamente esplosivo, cioè incontrollato.

Da quando è stata inventata la prima bomba atomica, nel 1945, l’uomo ha fatto esplodere quasi duemila ordigni allo scopo di perfezionarli e renderli sempre più distruttivi: abbiamo elaborato graficamente un elenco qui di seguito proposto, che illustra le varie parti del mondo in cui sono stati tenuti esperimenti e ne esprime numericamente la quantità:

LE DIVERSE TIPOLOGIE DI ARMAMENTI

La bomba atomica di tipo A

Come già detto è un ordigno che sfrutta la fissione; si basa sul fatto che se un neutrone colpisce un atomo di un materiale pesante, quest'ultimo si fraziona in due parti e in più libera due neutroni che mantengono la reazione a catena rilasciando un'energia enorme. Nell’ uranio che si trova in natura questa reazione avviene spontaneamente ma viene frenata del fatto che, essendo l'uranio non completamente puro, la reazione si ferma immediatamente e solo pochi atomi sono coinvolti nel processo. Poi c'è da considerare il fatto che molti neutroni riescono a sfuggire dal pezzo di uranio.

Nelle bombe nucleari si ha uranio purissimo. C'è anche da considerare il fatto che quest'uranio deve avere un volume abbastanza grande per tamponare la dispersione di elettroni. Quando la massa del nostro materiale radioattivo è abbastanza grande da assicurare un equilibrio tra le reazioni avvenute e quelle fallite, si dice che la massa è critica, cioè che può provocare una reazione a catena capace di far esplodere l'oggetto. Nelle bombe nucleari, due pezzi dello stesso ordigno si trovano distanti tra loro e solo nel momento in cui viene innescata la reazione, le due parti si uniscono dando luogo a un'esplosione nucleare.

Ci sono due modi per trasformare una massa subcritica in una critica o anche ipercritica:

§ Il metodo balistico: le due metà del materiale esplosivo sono ai capi di un cilindro e in mezzo a loro c'è il vuoto. Quando la bombo viene innescata, esplodono due cariche di esplosivo convenzionale che scagliano le due metà una contro l'altra. Di colpo le due meta compongono una massa ipercritica compressa che automaticamente esplode. Questo metodo si può utilizzare solo se si impiega uranio-235. Questo tipo di bomba è stata usata nella seconda guerra mondiale a Hiroshima e Nagasaki.

§ Il secondo metodo si basa sul fatto che una massa subcritica, se fortemente compressa, può trasformarsi in una massa critica o ipercritica. Questo tipo di bomba è di forma sferica, nel centro di essa c'è il materiale fissile (uranio-235 o plutonio), nello strato sotto la corazza c'è invece dell'esplosivo chimico. Quando viene innescata, l'esplosivo chimico deflagra creando un’onda d'urto verso il centro della bomba che comprime molto rapidamente il materiale fissile finché non raggiunge una massa ipercritica e quindi esplode. Un metodo per ridurre la massa è far uso di un riflettore che non è altro che uno strato di un materiale che riflette i neutroni in modo da limitare le fughe. Per esempio in una bomba nucleare composta da uranio 235 e 238 senza riflettore la massa critica è di 48kg, invece, con il riflettore, la massa si abbassa fino a raggiungere i 21kg.

La bomba H

L ‘ efficacia distruttiva delle bombe nucleari si misura di solito in termini dell’energia che liberano ,confrontata con quella di una bomba chimica. Ad esempio la bomba di Hiroshima aveva una potenza di 20.000 tonnellate di tritolo.

Si realizzano bombe molto più potenti, la cui efficacia devastante non è confrontabile con quella ottenibile con alcun bombardamento convenzionale, utilizzando la fusione nucleare anziché la fissione.

Come detto in precedenza, per innescare una reazione di fusione nucleare occorre un’alta temperatura ed un’alta densità. Ciò è difficile realizzarsi in condizioni stazionarie per ricavare energia elettrica, ma è facile a realizzarsi in una bomba a fissione. La reazione di fusione ha quindi un rendimento energetico più alto rispetto ad una reazione con neutroni di maggior energia. Una tipica bomba a fusione (bomba H ) contiene un nucleo centrale costituito da una bomba a plutonio per l’innesco, circondato dal materiale in cui avviene la fusione (usualmente deuteruro di litio, per la fusione deuterio-litio),circondato a sua volta da un mantello di U₂₃₈ che viene fissionato da neutroni veloci emessi dalla fusione, convertendo cosi l’energia dei neutroni in energia dei prodotti di fissioni e quindi sottoforma di radiazione termica ed onda d ‘ urto.

Si possono costruire bombe a fusione di qualsiasi potenza; il limite inferiore è dato dal sistema d ‘ innesco, quello superiore dal peso della bomba affinché sia ancora trasportabile da un razzo vettore. L’energia liberata dalla maggior parte delle bombe di questo tipo è dell’ordine di parecchi Mton (milioni di tonnellate di tritolo)

Nel periodo della “guerra fredda” sono state costruite e dispiegate migliaia di queste bombe che sono in grado di distruggere completamente le più grandi città del pianeta e di rendere invivibile per molti anni la maggior parte della crosta terrestre.

La bomba a neutroni

Per evitare enormi catastrofi sotto il punto di vista climatico ed il rischio di provocare un “escalation” in cui in breve tempo si fa a chi spara più bombe fino alla totale distruzione dei Paesi contrapposti se non dell’intero pianeta; si è cercato di creare una bomba di modesta potenza il cui scopo è di uccidere le truppe in un limitato raggio d’azione, senza danneggiare seriamente il territorio. Il suo funzionamento è abbastanza semplice, infatti il nucleo di una bomba a fusione emette l’energia sotto forma di neutroni veloci; se non mettiamo il mantello esterno di U₂₃₈ non abbiamo prodotti di fissione, quindi poca energia finisce nell’onda d’urto, nella radiazione termica e nella reazione nucleare ritardata: la maggior parte dell’energia è liberata sotto forma di radiazione nucleare immediata.

Sono stati studiati sistemi d’innesco non a fissione, e con esso si può realizzare una bomba da 1 kton che, esplodendo a qualche centinaio di metri dal suolo, produce danni tipo: crollo di edifici ed uccisione immediata di persone solo in un raggio di 50 m; mentre a raggi maggiori i danni “meccanici” sono notevolmente ridotti ed i neutroni veloci vengono assorbiti dall’ambiente creando danni gravissimi al sistema biologico. A 2 km la mortalità per effetto diretto è dell’80% ma non è immediata. I neutroni , inoltre, provocano reazioni nucleari nel suolo rendendolo radioattivo per parecchio tempo.

Per ragioni militari questa bomba sembra per ora accantonata, anche se è già stata studiata una semplice ed efficace protezione per le truppe corazzate.

I vettori balistici

Un missile balistico è stato costruito per portare sul territorio nemico una o più bombe nucleari per un’azione di attacco immediata, senza preventivo avvicinamento di navi o bombardieri; esso deve percorrere un percorso molto lungo e allo stesso tempo portare un carico molto pesante e viaggiare a notevoli velocità .

Il volo del missile avviene in tre fasi :

Nella prima fase esso consuma tutto il combustibile, si alza da terra e si porta nella stratosfera, nella seconda descrive un arco di ellisse intorno alla Terra e nella terza rientra al suolo; nella seconda e terza fase il volo è influenzato solo dall’ambiente e non dai motori quindi si può dire che è “balistico”, pertanto nella prima fase la velocità, in tutte le sue caratteristiche vettoriali, deve essere calcolata con estrema precisione per arrivare all’obiettivo.

I motori sono controllati da un sistema elettronico che rivela l’effettiva posizione del missile rispetto alla Terra.

La seconda fase è influenzata dall’interazione gravitazionale con la Terra ed è calcolabile con grande precisione. La terza fase è influenzata dalla resistenza dell’aria durante il rientro, e può avere qualche modesta fluttuazione a seconda delle condizioni atmosferiche.

IL RISCHIO ATOMICO

L’industria energetica comporta grossi rischi su scala planetaria e si può essere indotti alla ricerca di un rifugio bucolico in una mitica società pre - scientifica e preindustriale.

La gente di solito ascrive alla scienza e alla tecnologia la responsabilità di tutti i mali che affliggono la società, ma allo stesso tempo le ritiene in grado di risolvere la maggior parte dei problemi.

I criteri di valutazione del rischio di un’attività possono essere legati a considerazioni di tipo statistico, quando gli avvenimenti sfavorevoli già avvenuti sono molto numerosi, oppure si può utilizzare un analisi di possibili cause di incidenti. Perché l’analisi sia seria, occorre tener conto di tutto ciò che avviene durante le fasi del processo e dei possibili danni sia al personale professionalmente coinvolto che alla salute pubblica in generale.

Il 28 marzo del 1979 nella centrale PWR in Usa vi fu un guasto alle pompe di alimentazione dell’acqua ai generatori di vapore, con conseguente innalzamento della temperatura dell’acqua stessa; il generatore si spense automaticamente per evitare un eccessiva pressione sul sistema idraulico, dopo si aprì una valvola di sfiato del nocciolo, essa avrebbe dovuto richiudersi per evitare una perdita d acqua ma si inceppò. Gli operatori, conviti che la valvola si fosse richiusa , non capirono perché il sistema avesse attivato il raffreddamento di emergenza e così lo chiusero manualmente; così facendo l’acqua cominciò a bollire e la temperatura del nocciolo raggiunse livelli tali che lo zirconio reagì con tale acqua formando idrogeno che provocò una notevole esplosione danneggiando il reattore. Fortunatamente l edificio di contenimento resse e il rilascio di radiazione fu minimo ( circa 10¹⁴ Bq) e non ci furono danni dimostrati a persone.

In questo incidente ci troviamo di fronte a diversi guasti meccanici, a un errore di progettazione e all‘incompetenza degli operatori che non seppero fronteggiare l’emergenza; molto più grave è ciò che successe a Chernobyl il 24-26 aprile del 1986.

La centrale in questione vi erano 4 reattori di vecchia concezione moderati a grafite quindi molto instabili strutturalmente

LA BOMBA ATOMICA

Stefano Landorno

Tiziano Zerbo

CENNI STORICI SULLA BOMBA ATOMICA

In breve Einstein fu pacifista durante la prima guerra mondiale, interventista di fronte alla minaccia nazista e di nuovo pacifista durante la guerra fredda.

LA BOMBA NUCLEARE

La prima bomba nucleare fu sperimentata il 16 luglio 1945 nel New Messico.

LE DIVERSE TIPOLOGIE DI ARMAMENTI

La bomba atomica di tipo A

Ci sono due modi per trasformare una massa subcritica in una critica o anche ipercritica:

La bomba H

La bomba a neutroni

Per ragioni militari questa bomba sembra per ora accantonata, anche se è già stata studiata una semplice ed efficace protezione per le truppe corazzate.

I vettori balistici

Il volo del missile avviene in tre fasi :

I motori sono controllati da un sistema elettronico che rivela l’effettiva posizione del missile rispetto alla Terra.

IL RISCHIO ATOMICO

L’industria energetica comporta grossi rischi su scala planetaria e si può essere indotti alla ricerca di un rifugio bucolico in una mitica società pre - scientifica e preindustriale.

La centrale in questione vi erano 4 reattori di vecchia concezione moderati a grafite quindi molto instabili strutturalmente

CIO’ CHE DISTRUGGE LA BOMBA ATOMICA

Edvard Munch, Sera sulla via Karl Johann, 1892

La passeggiata lungo un viale cittadino di Oslo è occasione per Munch di rappresentare le contraddizioni della borghesia, dipingendola in un momento di quotidianità: un’umanità spiritualmente vuota che vive senza realmente vivere. Ecco come il singolo si distacca e si oppone alla massa di paure e conformismo che frenano l’uomo dal vivere pienamente la sua esistenza.

Componenti del gruppo:

Silvia Barbin

Nicola Caputo

Dario Di Perna

Mattia Rey

Parlando di energia nucleare è inevitabile pensare a come un solo ordigno possa essere collegato a tutta una serie di sconvolgimenti ben riflessi nel pensiero degli intellettuali che, già molto prima della sua comparsa, ne prevedevano l’imponenza. A partire dalla fine dell’Ottocento, il decadentismo aveva segnato la fine di tutte le certezze e il crollo dell’ottimismo predicato dal Positivismo, dal Marxismo e in parte anche dal Romanticismo. Era ormai presente nell’aria la puzza di un progresso troppo veloce per poter essere sopportato dalle coscienze umane, di una scienza terribilmente invadente che avrebbe portato ad una catastrofe. Fu così che l’occhio dell’intellettuale cambiò l’oggetto delle sue osservazioni dalla realtà esterna all’interiorità del singolo. Benché comunque non sia la causa più diretta di questa rivoluzione letterario-filosofica, bensì il suo culmine, la realizzazione delle previsioni dei letterati e dei filosofi, la bomba atomica, riassume il senso di radicale cambiamento nella società, nell’economia, nella scienza, nella vita quotidiana, nel pensiero, oltre che nel modo di vincere una guerra.

Non c’è dubbio che la bomba atomica abbia quindi segnato la storia, o almeno piantato un paletto in quell’agosto 1945, che nemmeno il tempo ha saputo consumare, e la terra arida e sconvolta non ha concesso a rovi e sterpaglie di crescere e nascondere il disastro.

Fu così che il “piccolo ragazzo” (così era chiamata la bomba atomica che colpì Hiroshima, “Little Boy”) rase al suolo due cittadine e distrusse l’animo del mondo, che da quel momento capì che la grandezza dell’uomo non stava nell’incredibile invenzione scientifica, bensì nella smisurata quantità d’odio che egli poteva provare.

La bomba non è malvagia in sé. La bomba è l’esempio di come accade che l’uomo stesso sia il creatore della sua autodistruzione.

Qualcosa è cambiato da quei giorni: la guerra, le urla, la morte, tacquero per ammirare quel fungo che si elevava verso il cielo portando con sé calde anime silenziose.

Fu la prima volta, ma non fu l’ultima.

BOMB

Lo sviluppo della beat generation negli anni ’50 vide l’affermarsi di autori considerati “strani” per il momento che intercorreva; i nomi più illustri sono quelli di Jack Kerouac, Allen Ginsberg e Gregory Corso.

Proprio quest’ultimo ci interessa in modo particolare: egli fece inorridire il mondo quando, nel 1958, scrisse la sua poesia d’amore alla bomba atomica: “Bomb”.

In realtà il fatto non è così ovvio quanto sembri. Corso era stato ispirato da una manifestazione pacifista contro la bomba atomica, a cui egli stesso aveva partecipato. Ciò che lo impressionò non fu lo scopo della manifestazione, ma l’odio, la rabbia e la violenza dei manifestanti, che gli parvero almeno altrettanto mostruosi della bomba stessa. La sua sarcastica poesia colpì nel profondo l’umanità che non aveva mai pensato di cambiare punto di vista e che non aveva capito che l’ironia di Corso voleva solo dimostrare che l’odio non stava nella bomba ma nell’uomo.

La lunghissima poesia si presenta a forma di fungo atomico; la mancanza di regole metriche ha reso possibile questa configurazione, non è presente punteggiatura e i versi sono totalmente liberi.

Fin dall’inizio della poesia l’autore loda la bomba definendola “freno del tempo” e “massima rapinatrice di cieli” e dice che non può odiarla perché altrimenti dovrebbe odiare tutte le altre armi, comprese la spada infuocata di S. Michele e l’innocua fionda. Passando in rassegna tutta una serie di armi giunge a dire che la bomba è crudele per come l’uomo la usa e non è più crudele di tutte le altre tremende cause di morte di cui l’uomo preferirebbe morire, come la sedia elettrica, il cancro o un incidente stradale. L’uomo non può scegliere la sua fine e Corso afferma che in fondo la “morteperbomba” sarebbe anche originale… inoltre si immagina la scena: New York, tutto che schizza via, tacchi alti che volano, teste con capelli spettinati, l’umanità che precipita, le signore che non sanno dove mettere le borse della spesa, i distributori automatici impassibili che continuano a distribuire gomme, i Ritz Brothers del Bronx sorpresi sul treno di prima classe, la sorridente Schenley nel poster che continua a sorridere… Poi il campo si allarga: tartarughe esplodono sopra Istanbul, un giaguaro balza al polo Nord e i pinguini si scontrano contro la Sfinge, la cima dell’Empire State Building finisce in un campo di broccoli in Sicilia, la Tour Eiffel assume la forma di una C e si ritrova nei Magnolia Gardens, le rovine dell’antichità scompaiono per sempre.

E continua con una descrizione coinvolgente, che con pochi tocchi di colore rende il quadro chiaro e particolareggiato, e che termina con una carreggiata di personaggi fondatori di credi religiosi, che giocano a baseball. Ecco un’altra invocazione alla bomba, descritta come essere planetario che vive nell’universo; che salta una siepe, la terra; che rimbalza e che raccoglie in una borsa le stelle come api. La bomba diventa poi l’attesa apocalisse sotto gli occhi di Dio che è a questo punto lo zimbello dell’universo, ormai morto coi suoi angeli.

Prosegue chiedendo alla bomba, ormai divinizzata, di non farlo vivere in un mondo in cui non si odia chi abbandona i bambini nei parchi o chi condanna gli uomini alla sedia elettrica; oppure di farlo ridere di tutte le cose che sa e non sa, per nascondere il dolore che prova nel dire che ama l’umanità perché è poeta, ed esprime in realtà come l’uomo segua le grandi bugie dell’oro. Dice di non aver bisogno di essere un esperto di bombe, perché se le bombe sembrassero larve non dubiterebbe che diventerebbero farfalle. Anche le bombe hanno un inferno e da laggiù cantano, canti soprattutto tedeschi e “due lunghissimi canti americani” (fortissima accusa), sicuramente -dice- mai un canto eschimese.

“Io ti amo bomba, voglio mettere una caramella nella tua bocca forcuta, una parrucca sulla tua zucca pelata […] o bomba ti amo, voglio baciare il tuo clank, mangiare il tuo bum…”.

Il gran finale ricorda molto lo stile futurista, ricco di suoni onomatopeici che portano allo scoppio totale, in cui i fiori balzeranno di gioia e resteranno solo altre bombe: “bombe di magistratura avvolte in ermellino tutto bello e si pianteranno sedute sui ringhiosi imperi della terra feroci con baffi d’oro.”

ESISTENZA ED ESISTENZE

Questa violenta esplosione finale che ha del fantascientifico, con le bombe che hanno detronizzato i Signori della terra, suggerisce una chiave interpretativa di questi momenti storici: l’ordigno atomico è il culmine delle potenzialità attuabili dall’uomo. La sua grandezza sta nel fatto di esercitare un potere indicibile. Tale potere è unicamente “capacità di dominio” piuttosto che “saper fare”; la bomba esprime dunque il valore-guida del suo secolo: una sete di dominio di cui il filosofo tedesco Heidegger vede l’origine nella volontà di potenza predicata da Nietzsche al tramonto dell’Ottocento. Questo presupposto ideologico ha un riscontro nell’applicazione pratica delle scienze e delle tecniche sfruttate sempre più frequentemente. Tuttavia, questo atteggiamento provoca uno squilibrio nel mondo, perché gli enti manipolati dalle tecniche sono studiati e conosciuti per lo più come strumenti di un processo operativo.

Heidegger a questo proposito ha analizzato le conseguenze di questa assoluta oggettivazione degli enti, che risale alla distinzione tra qualità primarie (estensione, proprietà quantificabili) e secondarie (odore, colore, sapore); ma più genericamente si rifà anche al diverso oggetto d’indagine della fisica (gli enti) rispetto a quello della metafisica (le essenze). L’affermazione di Nietzsche “Dio è morto” è dunque decisiva per superare l’indagine filosofica, ancora una volta, verso un punto di vista più razionale mentre le ricerche metafisiche si indeboliscono. Lo studio delle proprietà misurabili nonché la matematizzazione della scienza provoca per forza l’esclusione delle proprietà secondarie suddette, che comprendono anche il giudizio estetico (nel senso odierno del termine), la volontà, i sentimenti, l’etica, il fine, la coscienza, le attività dello spirito in genere… Tutta la dimensione soggettiva dell’essere viene trascurata, perché scienza e tecnica riducono l’essere a pura oggettività. Quindi lo scientismo, ovvero la totale fiducia nella scienza come risolutrice di ogni problema conoscitivo e pratico, è un’infinitizzazione, una dogmatizzazione della scienza che in realtà non è in grado di svelare completamente l’essere, ma ne lascia una dimensione nel mistero. Ne consegue una perdita dell’orizzonte di senso, perché tutto diventa deterministico, prevedibile e regolato applicando leggi ferree di processi immutabili. Il significato di teoria scientifica è distorto, perché si basa esclusivamente sullo studio dei rapporti di causalità e sulla misurazione delle interazioni tra gli enti. Tutto ciò allo scopo di intervenire, modificare dall’esterno per ottenere un utile. Gli enti sono quindi dei “fondi da impiegare”, in genere fondi materiali che la tecnica non è in grado di considerare al di fuori del suo modo di indagare: ne consegue la perdita dell’antica concezione di teoria risalente ai Greci, ovvero l’attenzione rispettosa, l’osservanza di ciò che appare e la custodia della verità. Le teorie moderne secondo Heidegger seguono un disegno volto a dominare il “fondo”, trovare il modo di sfruttarlo. E l’uomo non è un’eccezione, diventa come, o quasi, i fondi da impiegare perdendosi tra l’anonimato e la confusione della massa.

Singolo è un termine molto importante, ed è contrapposto a massa, che assume accezione negativa. Con la seconda rivoluzione industriale, la diffusione del lavoro di fabbrica aveva inevitabilmente portato ad una nuova classificazione sociale in cui la borghesia si opponeva alla nascente massa proletaria. Le teorie marxiste, inoltre, avevano contribuito a diffondere l’idea di appartenenza ad un ceto sociale sminuendo la singolarità. Il problema principale fu una perdita di identità: l’operaio si ritrova a poter condividere i suoi problemi solo con altri operai, e viene spinto dai suoi simili a comportarsi secondo certe regole, a vivere in un certo modo, e quel che è peggio a pensare come tutti gli altri. La sua non ribellione a questa vita impostata, è dovuta ancora oggi alla paura di andare controcorrente ed essere tagliati fuori dalla società e considerati parassiti.

Un esempio amplificato di questo concetto lo ritroviamo prima dello scoppio della Seconda Guerra Mondiale, quando in Germania e in Italia erano già in vigore le leggi razziali ed erano iniziate le deportazioni. Forse non tutti, ma molti sapevano quale sarebbe stato il destino dei deportati, anche perché altrimenti non ci sarebbero stati eroi come Perlasca o Shinder che rischiarono la loro vita per salvarne molte altre, proteggendo gli ebrei dalla deportazione.

Ciò che frenava dal parlare, dal muoversi contro queste bestialità era la paura, che aveva portato ad un generale egoismo per la propria vita: tutti quelli che sapevano avevano paura di andare controcorrente e di essere visti ed eliminati, paura, quindi di distinguersi dalla massa.

Forse una massa di gente come quella che aveva ispirato la poesia di Corso. Infatti, l’idea della bomba stimolò a riflettere sulla vita: abituati a pensare alla morte come a un affare lontano di cui si sarebbero occupati dopo tutti gli altri affari quotidiani, all’improvviso realizzarono la drammatica conclusione: “si muore qui e adesso”. Di fatto non era vero. Ma in quella manifestazione un uomo colse una verità profonda, e la volle comunicare nella sua poesia. I versi a forma di fungo atomico sono la rivelazione di un’ombra caduta sull’uomo. E quest’ombra gli impedisce ancora oggi di svelare il mistero dell’essere.

IL RAPPORTO SCIENZA ED ETICA

Heidegger si è occupato, come si è visto, del problema esistente tra lo smisurato progresso scientifico e la sua eticità nei confronti dell’essere umano.

A questo proposito si può citare l’esempio degli scienziati che lavorarono alla costruzione della bomba H.

Non si dovrebbero giudicare le scelte del passato, per un solo motivo: non è possibile capire veramente le cause che hanno portato a tali decisioni, perché non è possibile vivere il momento in cui sono state prese e perché ogni uomo risponde in maniera diversa a ciò che gli accade.

E’ scorretto, quindi, condannare gli scienziati che lasciarono l’Europa per andare in America a studiare una nuova arma potentissima, che l’esercito degli Stati Uniti avrebbe usato a sua discrezione durante la Seconda Guerra Mondiale. E’ comunque eticamente scorretto nei confronti dell’umanità voler creare un’arma di distruzione di massa.

Se si pensa al periodo si può immaginare come la quotidianità avesse assunto un equilibrio precario, tutto sarebbe potuto succedere da un momento all’altro, il mondo sarebbe potuto finire in mano ad Hitler, come sarebbe potuto esplodere o Hitler stesso venire ucciso. Oggi si cenava, domani non si era più vivi.

Fu così che l’America chiese a tutti i più grandi fisici dell’epoca di partecipare alla costruzione della prima arma di distruzione di massa, chiarendo che i finanziamenti per la ricerca sarebbero stati forniti dal governo.

Nasce il progetto Manahattan.

Gli scienziati dovevano scegliere: aiutare l’America nella costruzione di questa bomba sperando di sconfiggere Hitler e i suoi alleati prima che questi facessero altrettanto, o preferire l’amore per l’umanità e aspettare interrogandosi sul domani?

Qualsiasi fosse stata la decisione ci sarebbero state vittime. Se la Germania fosse giunta per prima al brevetto della bomba atomica non possiamo immaginare cosa sarebbe potuto accadere; gli Stati Uniti sganciarono su due città. Gli avversari cosa avrebbero fatto? Conoscendo il Nazismo si può supporre che il disastro sarebbe stato più grande, ma le supposizioni non bastano a giudicare.

Lo scienziato in questo senso può seguire due strade: basare le sue scelte pensando di essere prima di tutto un uomo, o decidere sentendosi puramente servo fedele della scienza.

Questo problema è più che mai attuale perché l’umanità tende a progredire, ma spesso si dimentica dei suoi limiti.

RADICI DELL’ESISTENZIALISMO

Dal pensiero di Heidegger sono emersi i punti focali di un discorso più ampio e preciso affrontato dalla corrente filosofica dell’esistenzialismo. Appena dopo la Prima Guerra Mondiale, l’Europa si trova dilaniata fisicamente e moralmente e il clima sociale che si viene a creare è caratterizzato dalla precarietà quotidiana della vita. La progettualità e il domani non esistono più perché l’oggi che si vive è incerto e angosciante. E’ in questo periodo che nasce e si sviluppa la corrente filosofica dell’esistenzialismo. La filosofia dell’esistenza è la filosofia della crisi dell’ottimismo Romantico che ha dominato il pensiero ottocentesco. L’uomo in questa visione non è più membro di una classe sociale a cui può venire applicata una teoria, bensì è un essere finito, unico e insostituibile, che viene deietto nel mondo ed è costretto a vivere tra i problemi che la sua vita gli crea. Esistere, infatti, non è più concretizzazione dell’essenza ma, derivando da ex-sistere (portar fuori) è un poter essere: l’uomo può scegliere la sua esistenza ed essere ciò che egli ha deciso.

Sartre, con Heidegger e pochi altri autori del periodo, è stato un filosofo dell’esistenzialismo, ma anche uno scrittore di romanzi e pièce teatrali che ben delineano i temi di questa corrente di pensiero.

Il suo romanzo “La Nausea” affronta una tematica connessa al problema dell’esistenza, introducendo fra i sentimenti esistenziali il senso di nausea.

Il protagonista della vicenda è uno storico, di nome Rouquentin, che dopo aver girato il mondo si ritrova a Bouville a cercare materiale utile per un suo libro. Tra gli studi, i ricordi e le riflessioni sulla borghesia del luogo Antoine Roquentin si scontra con il problema del significato della vita, senza trovare una soluzione. Ogni incontro, qualsiasi discorso, tutti i gesti delle persone, compresi i suoi, sono dei tentativi di “portar-fuori” la propria esistenza, senza riuscirvi mai veramente perché qualsiasi evento capita per caso, in un’infinita contingenza che rivela quanto sia indifferente ogni azione. Anche una parola si svuota del suo significato appena è pronunciata. Roquentin è costretto a concludere, ad ammettere che l’esistenza è assurda. E quando percepisce questa realtà sente come un malessere allo stomaco: è l’esistenza che vuole uscire fuori (ex-sistere), che ripulsa nello stomaco, dove non può restare. Ma proprio perché assurda, l’esistenza non è al suo posto nemmeno quando riesce a liberarsi e ad uscire nel mondo. E’ interessante notare, in relazione al precedente discorso sull’importanza degli aspetti soggettivi dell’essere, che Roquentin analizza spesso suoni che giungono al suo orecchio, odori, ma anche ciò che vede e le relazioni fra queste percezioni. Inoltre, riflette molto anche sui sentimenti, suoi o degli altri. Sono sempre le componenti più soggettive, e quindi contingenti, dell’essere, che sono determinanti per conoscere l’essenza portata fuori dall’esistenza.

Tutta la contingenza che mostra a Roquentin l’assurdità dell’esistenza è fantascienza, una particolare subdola fantascienza che si annida nel reale, come vespai in un’abitazione da cui non possiamo uscire ma dove non possiamo neanche più alloggiare: la vita, la stessa vita di cui il protagonista del romanzo fantascientifico “La nube purpurea” di Shiel non è più partecipe. In questo lavoro è forte e marcato lo scoperchiare profetico della luce psicologica dell’avvenire, tramite segnali, tramite disegni ed ancor meglio parole, forse stiracchiate a forma di iperbole, il panorama mentale di tutto un mondo di persone che nel 1901 viveva solo “letterariamente”. Ne “La nube purpurea”, inconscio, subconscio ed in generale il pensiero di un popolo schiacciato da un evento anche più grave dello scoppio della bomba atomica, si frantuma in mille pezzi, permettendo all’autore di illuminare il suo “pubblico” di tempi ancora sconosciuti. Possiamo pensare, però, ad un sapiente Shiel capace decifratore di crittogrammi nascosti nel nesso causa-effetto. La storia si regge proprio su questo binomio. Ecco che il suo romanzo, a prima vista così remoto e disperso nel futuro, perde quel velo di cieca magia e riesce a darsi un perché logico e storico. La fine del mondo si apre nel romanzo a brevi passi, dalle gelide coordinate del polo nord un effluvio rosa dal sapore di pesco è permeato fin nelle profondità del cuore terrestre. E’ un’eruzione vulcanica che rilasciando nell’aria un gas idrocianico, la nube purpurea, uccide senza dubbi ogni essere animale, e l’uomo non è risparmiato anzi, sembra essere volutamente colpito. Il profumo dolce del sonno eterno è “nausea” che conduce l’unico superstite alla follia. Il cammino di morte si profila devastante, lascia spazio all’agonia preparando ogni essere vivente alla sua fine; c’è chi si cementa nei muri delle proprie abitazioni, cercando di allontanare il più possibile questo alito annichilante; chi cerca riparo nelle miniere e vi finisce seppellito; chi cerca di vivere innanzitutto, morendo in un ultimo bacio. La distruzione delle principali città del mondo preannuncia una rivalsa della natura, e tra queste città anche Nagasaki è rasa al suolo. Due persone sopravviveranno solamente, un uomo e una donna, moderni Adamo ed Eva che rinnoveranno il peccato originale ed insieme forgeranno nuova speranza per un progresso che storicamente è inarrestabile. Ma gran parte del romanzo descrive la solitudine del superstite maschile sull’orlo della follia, di fronte alla sciagura globale che ha investito l’umanità.

La Nausea è “ una metamorfosi insinuante e dolcemente orribile di tutte le sensazioni”. E’ l’esistenza stessa che si svela, si manifesta in tutti i suoi punti e in ogni tratto sfugge alle normali cognizioni, pur continuando ad essere, e non semplicemente essere una qualsiasi forma, ma essere se stessa. Così l’esistenza irrompe offensiva e minacciosa, gratuita e minacciosa, travolge tutti gli esistenti e gli restituisce la loro inutilità, la loro piccolezza, scheggia di fronte alla madre non generatrice “esistenza”. E’ in questo momento che dirimpetto all’assurdità compare la misera solitudine, che opprime e comprime tutto ciò che in effetti ha poco spazio in se stesso, l’uomo. Riconoscendo di esistere e di essere soverchiati dai mille flussi ciclici di questo informe ammasso d’esistenza, ci allontaniamo dall’apparenza (che non è vita) e sprofondiamo pesanti quanto insignificanti nel mondo che ci sostiene; senza né mete né obiettivi accogliamo questa “dolciastra e appiccicosa” Nausea. Jean Paul Sartre toglie al suo Roquentin qualsiasi direzione e attende (sicuramente senza impazienza) “l’ira dell’esistenza” pronta ad infiltrarsi in ogni orifizio ed a crearlo quando non sembra esserci.. Allo stesso modo Matthew P. Shiel profeta una natura che si impone sull’uomo senza dargli scampo, lasciandone solo una minima traccia, un esule ricordo. La differenza è però di fondamentale importanza. Per il filosofo francese ogni aspetto, benché a prima vista inanimato e quindi non vivente, esiste, è quindi qualificato come colmo d’esistenza. Un sasso, granuloso, tondeggiante, umido, condensato si raggomitola di esistenza e non fa altro che gratuitamente esistere. Insomma la sua atea anima è proprio la pienezza della forte esistenza che in questo senso lo accomuna a tutti gli altri. Un uomo è quindi un sasso? In un certo senso sì. La sua diversità sta però nella coscienza, nell’essere per sé, l’essere propriamente appartenente all’uomo. Il risultato finale è che questa coscienza si separa dall’essere in sé, (l’oggetto) e rende l’uomo per metà un sasso e per l’altra metà un nulla; testardo nel volersi distaccare dalle molteplici eppure unitarie forme d’esistenza per non voler vivere profondamente (annullarsi a mera e “uniforme” esistenza). Il girovago di Shiel si scontra con un’altra esistenza, un po’ più scelta: la natura. La natura è dirompente e non smette mai di vivere (esistere) e si ripropone costantemente al mondo, anche ad una sua tentata fine. Eppure l’uomo (un uomo) è presente. Reagisce a questa pienezza naturale movendosi calamitato ai binari che lo portano, sballottolandolo, per la Terra e gli mostrano la permanenza di questo unico e vero esistente (sempre la Natura). Immancabile è la solitudine che si percepisce solo in un secondo momento: dopo aver constatato la morte di ogni altro uomo; ed in un secondo momento arriva anche per lo storico: quando la nausea si dimostra come l’esistenza che si svela, e si elimina il senso della vita, poiché è avvenuta la metamorfosi da avventure a dati di fatto passati, storie.

I protagonisti dei due romanzi hanno molto in comune: entrambi vivono la drammatica esperienza dell’incomunicabilità dell’essere, sia pure in forme diverse e riflettono sull’accaduto aggrappandosi a speculazioni razionali e teorie scientifiche che non sapranno dargli certezze: si arrenderanno e le abbandoneranno come miti di un’età perduta: quel che è peggio, è che il setaccio della memoria non discerne alcun valore dalla massa informe del passato: entrambi i protagonisti hanno a che fare con un mondo finito, morto, svanito. Eppure, ancora nel passato trovano molte possibilità, quasi tutte le contingenze che riscontrano in un attimo del presente. E di fronte a questo, provano angoscia perché non riescono più a comunicare con l’essere che erano, l’essere che sono, l’essere che saranno. Roquentin riparte proprio dall’origine, la sua avventura finisce col proposito di scrivere una storia per salvare qualcosa del passato, qualcosa di forte che possa penetrare nell’esistenza degli altri, come l’emozione lasciata dalla canzone “Some of these days”, e ripristinare l’agognato dialogo con l’essere. Il personaggio di Shiel, invece, è molto più introspettivo, infatti cerca una comunicazione con la sua stessa coscienza : la “vocina” che di tanto in tanto gli suggerisce due azioni opposte ne è un esempio; più eclatante invece il pensiero ossessivo che lo accompagna durante la ricerca di altri superstiti: “devi essere sicuro di essere solo, altrimenti non riuscirai mai ad essere te stesso”.

Accanto ai romanzi di Shiel e di Sartre c’è un altro racconto che si può accostare per ricchezza di temi, specie per l’incomunicabilità dell’essere: è “La metamorfosi” di Kafka dove si nota ancora una volta cosa significa per un uomo essere diverso dagli altri.

La vicenda è semplice: un giovane commesso viaggiatore, di nome Gregor Samsa, si ritrova, svegliandosi una mattina, trasformato in un grosso insetto, un coleottero. La metamorfosi è descritta come un fatto quasi normale. Per Gregor però iniziano i problemi: come alzarsi dal letto, o rispondere con voce umana ai richiami dei familiari, che, vedendolo così trasformato, hanno un moto di disgusto e lo rinchiudono nella sua camera. Le entrate economiche della famiglia però dipendono esclusivamente dal suo lavoro, i familiari infatti vengono paradossalmente visti come parassiti, a livello economico, di Gregor, e si preoccupano per non poter più dipendere da lui ma non della sua condizione disumana. Gregor si rende conto di questo totale disinteresse per i suoi sentimenti e le sue sensazioni dovute a questa metamorfosi. Capisce anche quanta vergogna provano i suoi familiari per lui. Nel frattempo il padre e la sorella devono tornare a lavorare. Divengono così autosufficienti da Gregor che morirà per le ferite inferte dai suoi familiari-aguzzini e da una domestica crudele. Il finale, in cui i tre familiari si sentono sollevati dalla morte di Gregor (verso cui non provavano nessun amore) e dalle ritrovate entrate economiche, sancisce un racconto commovente e disperato in cui i rapporti umani sono freddi e calcolati. Una delle cose più geniali del racconto è questo rovesciamento dei ruoli: Gregor-insetto ci commuove per la sua ingenua umanità, mentre i suoi familiari-aguzzini assumono il comportamento di parassiti volontari.

Ciò che emerge dal racconto è la contrapposizione tra la tipica società borghese e l’interiorità del protagonista, in preda ad un devastante disordine esistenziale tangibile nella sua trasformazione in insetto. Similmente alla nausea, l’angoscia dell’esistenza è percepita materialmente, inoltre vengono messe a nudo le ipocrisie della borghesia. A partire dal “tempio” per eccellenza, la famiglia, custode di valori umanitari, tutta la struttura della società si sfalda nel momento in cui cadono gli interessi utilitaristici che la reggono. Kafka in effetti ha vissuto un’epoca in cui le cause della spersonalizzazione dell’uomo (burocrazia, automatismo, industrializzazione, massificazione di idee e valori) stavano ancora germinando, ma già manifestavano i loro effetti drammaticamente nocivi. Ed è un dramma quotidiano, che comincia in un giorno in cui Gregor Samsa, affacciandosi alla finestra, vede il cielo grigio, proprio come le relazioni superficiali che è costretto a stringere abitualmente per il suo lavoro di commesso viaggiatore. L’uniformità e la casualità della vita degli individui, intercambiabili come i pezzi di un macchinario, somiglia molto alla contingenza dell’essere di Sartre e rivela infine l’incapacità di dialogare con le persone più intimamente legate a lui, i genitori e la sorella. Simbolicamente, tutto ciò viene espresso con la trasformazione del protagonista in un insetto, che quando parla emette un suono strano; ed è incapace di modularlo. Viene percepito come oscuro e ostile così come tutto il suo essere, che diventa spregevole non tanto per la sua trasformazione fisica ma soprattutto perché non è più in grado di assolvere ai suoi doveri. Questa situazione mostra, evidentemente, l’ipocrisia della morale borghese che lascia un uomo vittima e responsabile della sua fortuna, del caso che gli eventi gli hanno riservato. Si tratta insomma della storia di un uomo che è stato giudicato per la sua produttività, per la sua efficienza. Il pericolo preannunciato da Kafka è quindi quello formulato successivamente dal filosofo tedesco Martin Heidegger: disvelare l’essere come un fondo da impiegare, trascurandone tutta la dimensione soggettiva che è fondamentale non solo per la completezza, ma talvolta anche per la stessa sopravvivenza dell’uomo.

La bomba atomica non ha rappresentato solo la fine di una guerra, ma è scoppiata e ha causato morte e distruzione tanto ad Hiroshima e Nagasaki, quanto nell’animo umano.

Bibliografia

Storia

- Rivista Marittima, numero di Aprile 2004 pagg. 89 – 98

- RID, numero di Novembre 2002 pagg. 88 – 97

- www.digilander.libero.it/ilnucleare.htm

Fisica

- Testo : Chimica Generale Principi e Moderne Applicazioni di Petrucci e Harwood, casa edi