Energia nucleare: come la fissione genera elettricità e viene controllata in un reattore

Dalla fissione al calore

In una centrale nucleare, l’elettricità si ottiene sfruttando il calore prodotto dalla fissione. Secondo l’Amministrazione per l’informazione sull’energia degli Stati Uniti (EIA), un neutrone può urtare un atomo grande, eccitarlo e dividerlo in due atomi più piccoli, chiamati prodotti di fissione. Il processo libera energia e neutroni aggiuntivi, che possono avviare nuove fissioni e sostenere una reazione a catena.Fonte principale: EIA

Il combustibile descritto dall’EIA viene prodotto a partire dal minerale di uranio: questo viene estratto e lavorato per ottenere piccole pastiglie ceramiche. Le pastiglie vengono impilate in barre di combustibile, che vengono caricate in gruppi all’interno del nucleo del reattore. Il calore generato lì viene trasferito all’acqua e consente di produrre vapore. Le barre, i gruppi e il nucleo fanno parte del sistema che contiene il combustibile durante la fissione.

La catena di conversione dell’energia può essere riassunta così: fissione → calore → vapore → turbina → generatore elettrico. Il vapore fa girare le pale di una turbina; la turbina aziona un generatore che produce elettricità mediante magneti.EIA L’energia non passa direttamente dal combustibile alla rete: prima si trasforma in calore e poi in movimento meccanico, prima di diventare elettricità.

Come si regola la reazione a catena

Il reattore deve contenere e controllare la fissione per produrre calore in modo regolato. La fonte tecnica del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti spiega che, nei reattori ad acqua leggera che descrive, l’acqua svolge due funzioni: refrigerante, perché trasporta calore, e moderatore, perché rallenta i neutroni prodotti dalla fissione e contribuisce a sostenere la reazione a catena. Le barre di controllo possono essere inserite nel nucleo per ridurre la velocità della reazione oppure ritirate per aumentarla.Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti

Questa spiegazione precisa il meccanismo di controllo, ma l’estratto dell’EIA non descrive in dettaglio le barre di controllo né illustra i sistemi di protezione o le procedure operative. Pertanto, una descrizione generale di come viene regolata la reazione non va confusa con una spiegazione completa della sicurezza di una centrale.

Due progetti e due percorsi dell’acqua

Il Dipartimento dell’Energia distingue due tipi di reattori ad acqua leggera in funzione negli Stati Uniti: i reattori ad acqua pressurizzata (PWR) e i reattori ad acqua bollente (BWR). In entrambi, l’acqua normale funge da refrigerante e moderatore, ma il percorso dell’acqua e del vapore è diverso.Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti

La tabella riassume le differenze descritte nella fonte del Dipartimento dell’Energia; non implica che i due progetti abbiano componenti o funzionamento identici. La fonte indica che più del 65% dei reattori commerciali statunitensi sono PWR e circa un terzo sono BWR. Queste proporzioni si riferiscono ai reattori degli Stati Uniti secondo il testo di riferimento, non alla flotta mondiale.Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti

Raffreddamento e contesto energetico

Il vapore che aziona la turbina fa parte di un processo termico, e le centrali devono anche gestire il calore mediante sistemi di raffreddamento. L’EIA indica che alcune centrali utilizzano l’acqua di laghi, fiumi o oceani e che non tutte dispongono di torri di raffreddamento. Indica inoltre che i reattori statunitensi possono avere grandi cupole di cemento sopra i reattori, necessarie per contenere rilasci accidentali di radiazioni.EIA Questa descrizione non consente di concludere che tutti gli impianti abbiano lo stesso progetto, né fornisce dettagli sufficienti per valutare da sola le misure di sicurezza di una specifica installazione.

Come contesto, l’EIA classifica l’energia nucleare come non rinnovabile e spiega che viene prodotta dividendo atomi di uranio per generare calore e, infine, elettricità. La stessa fonte indica che l’uranio è distribuito nella crosta terrestre, ma che gran parte è troppo difficile o costosa da estrarre e lavorare per utilizzarla come combustibile.EIA, fonti di energia Questa classificazione e descrizione della risorsa aiutano a inquadrare la tecnologia, ma non costituiscono una valutazione comparativa dei suoi impatti o delle sue prestazioni rispetto ad altre fonti.

Nel complesso, il funzionamento di base dipende da tre fasi collegate: la fissione libera energia nel nucleo, il progetto del reattore regola la reazione e trasferisce calore, e il vapore fa girare la turbina collegata al generatore. Nella spiegazione disponibile, la differenza tra PWR e BWR riguarda il modo in cui viene riscaldata l’acqua e il punto in cui si produce il vapore che raggiunge la turbina.