1. Centrali nucleari Per centrale nucleare si intende normalmente una centrale nucleare a fissione , ovvero una centrale elettrica che utilizza uno o più reattori nucleari a fissione. Il termine si può applicare anche alle future centrali a fusione nucleare , che impiegheranno un reattore a fusione nucleare; tuttavia la ricerca in questo campo è ancora molto incompleta e sono stati ottenuti solo degli abbozzi di fusione controllata; pertanto l'opinione degli esperti del settore è che non verranno costruite centrali a fusione prima del 2050.

2. Le origini del nucleare La fissione nucleare fu ottenuta sperimentalmente per la prima volta da Enrico Fermi nel 1934 bombardando l‘uranio con neutroni. Nel 1938 i chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann, congiuntamente ai fisici austriaci Lise Meitner e Otto Robert Frisch, condussero esperimenti con i prodotti della reazione di bombardamento dell'uranio. Determinarono che il neutrone, relativamente piccolo, è in grado di scindere il nucleo dei pesanti atomi di uranio in due parti pressoché uguali. Numerosi scienziati (tra i primi Leo Szilard) compresero che le reazioni di fissione rilasciavano ulteriori neutroni, con il risultato di potere originare una reazione nucleare a catena in grado di alimentarsi da sola. Gli scienziati in molte nazioni (inclusi gli Stati Uniti, il Regno Unito, la Francia, la Germania e l‘URSS) furono spronati dai risultati sperimentali a chiedere ai loro rispettivi governi un supporto alla ricerca sulla fissione nucleare. Negli Stati Uniti, dove emigrarono sia Fermi che Szilard, fu costruito il primo reattore, conosciuto come Chicago Pile-1, che divenne critico il 2 dicembre 1942. Questo lavoro rientrò nell'ambito del progetto Manhattan, che portò anche alla costruzione di enormi reattori a Hanford allo scopo di produrre plutonio da utilizzare per le prime armi nucleari (parallelamente fu approntato un piano di arricchimento dell’uranio).

3. Sviluppo La potenza delle centrali nucleari Aumentò velocemente, passando da meno di 1 GW nel 1960 a 100 GW nei tardi anni ’70 e 300 GW nei tardi anni ‘80. Dal tardo 1980 la potenza è andata crescendo molto più lentamente, raggiungendo i 366 GW nel 2005, con la maggiore espansione avutasi in Cina. Tra il 1970 e il 1990 furono in costruzione centrali per più di 50 GW di potenza, con un picco a oltre 150 GW tra il tardo 1970 e i primi anni del 1980; nel 2005 sono stati pianificati circa 25 GW di nuova potenza. Più dei 2/3 di tutti gli impianti nucleari programmati dopo il gennaio 1970 furono alla fine cancellati.

4. Come funzione una centrale nucleare a fissione Il calore sviluppato dalla reazione di fissione all'interno del reattore viene trasferito tramite un fluido diatermico a un flusso di acqua che genera vapore surriscaldato. Il vapore alimenta una turbina che tramite un generatore produce la corrente che alimenterà la rete elettrica.

5. Centrali nucleari a fusione Le future centrali a Fusione nucleare si baseranno su un principio differente: anziché scindere atomi pesanti mediante bombardamento con neutroni come avviene nella fissione, la fusione implica invece l'unione di due atomi leggeri, generalmente trizio e deuterio, ottenendo dal processo una enorme quantità di energia termica, un nuovo nucleo più grande (quale l‘elio) e nucleoni. È lo stesso processo utilizzato dal sole e nelle bombe termonucleari (o bombe all'idrogeno, infatti deuterio e trizio sono isotopi dell'idrogeno)

8. Vantaggi e svantaggi Le centrali a fusione nucleare produrrebbero, come principale tipo di scoria, elio 4 che è un gas inerte e assolutamente non radioattivo, inoltre non userebbero sistemi a combustione e quindi non inquinerebbero l'atmosfera (di fatto non avrebbero emissioni di pericolosità rilevante). In più dovrebbero essere in grado di ottenere grandi quantità di energia, superiori rispetto a quelle delle centrali a fissione odierne. Esistono vari meccanismi di fusione nucleare, tuttavia il più facile da produrre artificialmente richiede l'utilizzo di due isotopi pesanti dell'idrogeno: deuterio e trizio. Il deuterio rappresenta una minima percentuale dell'idrogeno in natura, ma può essere convenientemente ottenuto tramite elettrolisi dall‘acqua pesante. Il trizio, al contrario, ha una vita media molto breve e non è presente in natura; può essere prodotto con reazioni nucleari indotte tramite bombardamento neutronico di isotopi dellitio [23]. Inoltre, a causa della sua instabilità, il trizio non può essere stoccato per lunghi periodi; deve essere prodotto sul momento sfruttando i neutroni prodotti dalle reazioni di fusione oppure da un centrale ausiliaria a fissione. Si può alimentare una reazione di fusione anche solo con atomi di deuterio, tuttavia il bilancio energetico, meno conveniente della reazione di fusione del deuterio, ne rende molto più difficile lo sfruttamento ai fini della produzione di energia. La fusione richiede temperature di lavoro elevatissime, tanto elevate da non poter essere contenuta in nessun materiale esistente. Il plasma di fusione viene quindi trattenuto grazie all'ausilio di campi magnetici di intensità elevatissima, e le alte temperature vengono raggiunte con l'utilizzo di potenti laser . Il tutto rende il processo difficile, tecnologicamente dispendioso e complesso. Inoltre rimane per queste, come per le centrali nucleari a fissione, il problema delle scorie a breve vita derivanti dall'attivazione neutronica di parti degli edifici di centrale, le quali anche se poco durevoli sono, in termini quantitativi, molto grandi.

9. Laser

10. FINE