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Cosa è il reattore nucleare
(a fissione o a fusione)?
Il reattore nucleare è un
dispositivo nel quale può essere mantenuta e controllata una reazione
nucleare (di fissione o fusione) per la produzione di energia.
Il reattore nucleare a fissione
(per antonomasia, reattore nucleare) è un impianto costituito da un
nocciolo (o core) contenente il combustibile fissile (uranio,
plutonio, torio) che, in quantità sufficiente (superiore alla massa
critica), alimenta la reazione a catena di fissione. Affinché il
numero di neutroni nel nocciolo resti costante (condizione necessaria
perché non avvenga una reazione esplosiva) è necessaria la presenza di
barre di controllo costituite da materiali diversi (acciaio al
boro, cadmio, afnio, ecc.) con la proprietà di assorbire i neutroni in
eccesso.
Nei reattori nucleari lenti o termici (U235, Pu239) la reazione
di fissione è alimentata solo dai neutroni a bassa energia: nel
nocciolo è quindi presente un moderatore (acqua pesante,
berillio, grafite) in grado di rallentare, tramite gli urti, i
neutroni veloci per aumentare la probabilità di produrre la reazione.
Nei reattori nucleari veloci (U238, Th232) la reazione a catena
è mantenuta dai neutroni ad alta energia che non necessitano di un
moderatore: tipico caso è il reattore autofertilizzante (FBR o fast
breeder reactor) in cui l' eccesso di neutroni prodotti dalla
fissione di U235 viene assorbito dal U238, elemento fertile,
più abbondante in natura, che si trasforma in Pu239 (fissile),
utilizzabile a sua volta per la reazione (es. il Superphénix a
Creys-Malville nei pressi di Lione, con potenza di 1300 MW).
Per estrarre dal nocciolo il calore prodotto dalla reazione (e
alimentare uno scambiatore di calore nel caso di produzione di
energia) vengono usati fluidi refrigeranti, in base ai quali i
reattori nucleari sono classificati: acqua leggera in pressione (PWR
o pressurized water reactor), acqua bollente (BWR o boiling
water reactor), acqua pesante (HWR o heavy water reactor),
CO2 o elio (GCR o gas cooled reactor).
Un opportuno sistema di schermatura dalle radiazioni prodotte dalla
reazione (neutroni e raggi gamma) completa l' impianto.
A partire dalla "pila atomica" realizzata da E. Fermi nel 1942, l'
evoluzione dei reattori nucleari ha portato, oltre alla costruzione di
piccoli impianti utilizzati unicamente per la produzione di
radioisotopi nella ricerca scientifica, allo sviluppo di reattori di
potenza, proposti a partire dagli anni ´60 come fonte alternativa di
energia in alcuni paesi (Francia, USA, URSS), dando origine a un ampio
dibattito legato all' inquinamento ambientale, sia di carattere
termico sia legato all' eliminazione delle scorie radioattive create
dal decadimento del materiale fissile, nonché al rischio di incidenti,
dovuto alla possibilità di innesco di reazioni non controllabili. Per
risolvere questo ultimo problema sono stati studiati reattori nucleari
in cui il nocciolo viene automaticamente immerso in una sostanza con
alto potere assorbente dei neutroni in caso di incidente.
Il reattore nucleare a fusione (o
reattore termonucleare) è un impianto all' interno del quale viene
confinata una reazione di fusione nucleare, tuttora in fase di studio.
Questa tecnologia consente di ottenere energia senza la produzione di
scorie radioattive, ma gli enormi valori della temperatura alla quale
la reazione può innescarsi generano problemi legati al confinamento
del plasma e allo smaltimento (o alla tecnica di utilizzo) del
calore prodotto. Una delle possibili soluzioni è stata implementata
nel reattore di tipo Tokamak, in cui il confinamento è
realizzato da un forte campo magnetico che agisce sull' idrogeno
contenuto nel contenitore toroidale; reattori di questo tipo sono
installati al JET di Culham, a Princeton (USA) e in Giappone.
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