L‘energia nucleare, o atomica, fa ormai parte delle nostre vite da quasi un secolo. Solitamente, questa viene generata artificialmente e in modo controllato allo scopo di produrre enormi quantità di energia elettrica.
Il processo avviene all’interno di specifici tipi di impianti industriali detti “centrali nucleari”, al cui interno si trovano dei reattori in cui sono innescate reazioni che liberano energia nucleare. La produzione artificiale di energia atomica è ad oggi possibile solo all’interno del reattore nucleare.
Prima di scoprire chi ha inventato il reattore nucleare, cerchiamo di capire meglio cosa sia esattamente e come funzioni.
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Cosa è un reattore nucleare?
Il reattore nucleare è un impianto in cui viene innescata una reazione nucleare, ovvero una modificazione della materia a livello sub-atomico, al fine di generare energia nucleare. L’energia nucleare viene poi convertita, all’interno del reattore, in altre forme energetiche, per esempio in energia termica o elettrica.
I tipi di reazione nucleare concettualmente possibili sono al momento due: di fusione e di fissione:
- la fusione nucleare è una reazione che permette la formazione del nucleo di un nuovo elemento chimico tramite l’unione di due o più atomi;
- la fissione nucleare è una reazione che emette enormi quantità di energia e radioattività tramite la scissione (fissione) del nucleo atomico di un elemento pesante in nuclei di atomi a massa atomica inferiore, ovvero più leggeri.
Ad oggi solo la reazione di fissione ha trovato un impiego pratico nei reattori all’interno delle centrali nucleari.
Reattore nucleare a fissione
Il reattore nucleare a fissione, come abbiamo visto, produce energia tramite la fissione di un nucleo atomico di elementi chimici pesanti come uranio-235 o plutonio-239 (isotopi rispettivamente dell’uranio e del plutonio, dove il numero rappresenta la massa atomica: il numero di protoni e neutroni dell’atomo).
Questa fissione avviene bombardando il nucleo pesante con particelle atomiche (di solito i neutroni) finché questo non decade in due o più nuclei più leggeri che a loro volta possono provocare altre fissioni, secondo un meccanismo di reazione a catena.
La massa della somma dei nuclei leggeri risultanti dalla reazione è inferiore rispetto alla massa del nucleo pesante iniziale: questa perdita di massa è la ritroviamo nell’enorme quantità di energia prodotta dalla reazione nucleare. Ricordiamo infatti la formula relativistica di Einstein E=mc² (E, energia; m, massa; c, velocità della luce), che stabilisce la relazione fra massa ed energia.
L’energia nucleare prodotta dalla reazione di fissione è poi convertita in altre forme, ad esempio in energia elettrica: ad oggi circa il 10% dell’energia elettrica è derivata dall’energia nucleare. Ma chi ha inventato il reattore nucleare?
L’invenzione del reattore nucleare
La prima pila atomica, ovvero il primo reattore nucleare a fissione mai costruito, è chiamata Chicago Pile-1. Fu realizzata a seguito degli esperimenti di gruppo di scienziati guidati da Enrico Fermi, conosciuti come i “ragazzi di via Panisperna”, a cui si fa risalire la nascita dell’energia nucleare nel 1934.
Se volessimo identificare in una sola persona chi ha inventato il reattore nucleare, questi sarebbe Enrico Fermi, che scoprì come il bombardamento di un atomo tramite neutroni risultasse nella formazione di isotopi (ovvero un atomo con identico numero atomico, ma massa diversa).
Non possiamo tuttavia tralasciare l’apporto di altri scienziati come Ida Noddack, che ipotizzò il principio della fissione e Otto Hahn, che dimostrò per la prima volta il principio precedentemente ipotizzato dalla Noddack. Infine, ricordiamo anche Leò Szilàrd, a cui si deve la scoperta della reazione a catena menzionata nel paragrafo precedente.
Il reattore Chicago Pile-1 fu costruito dall’assemblaggio di una pila di uranio e blocchi di grafite (oltre alle barre di controllo per assorbire i neutroni) sotto supervisione di Fermi, ed era parte del Progetto Manhattan. La prima reazione nucleare a catena autoalimentata e controllata realizzata al suo interno risale al 2 dicembre 1942 e fu un’operazione abbastanza rischiosa, in quanto il reattore non era dotato di alcun sistema di raffreddamento, nonché di una schermatura contro le radiazioni.
Il 2 dicembre 1942 segna quindi l’inizio dell’era atomica: Enrico Fermi e Collaboratori innescarono la prima reazione nucleare a catena della storia, che fu annunciata dagli Stati Uniti con le parole “il navigatore italiano è sbarcato nel nuovo mondo”.
Il reattore fu smantellato all’inizio del 1943. I pezzi vennero riassemblati nella riserva forestale di Red Gate Woods implementando un adeguato sistema protettivo: questo nuovo impianto venne chiamato Chicago Pile-2.
Come è noto, durante il secondo conflitto mondiale queste scoperte vennero utilizzate per la costruzione della bomba atomica: bomba la cui energia è provocata appunto da una reazione a catena di fissione nucleare. La bomba fu costruita utilizzando uranio-235 (come quella che distrusse Hiroshima il 6 agosto 1945) e plutonio-239 (Nagasaki, 9 agosto dello stesso anno).
Fu solo negli anni ’50 che vennero realizzate le prime centrali nucleari con lo scopo di produrre energia elettrica. La prima centrale della storia fu costruita negli Stati Uniti nel 1955.
Impatto ambientale
Il rischio principale legato alla produzione energetica nucleare è legato alle scorie nucleari, ovvero i rifiuti di combustibile (isotopi di uranio e plutonio) esausto all’interno dei reattori nucleari.
Queste scorie sono altamente radioattive e possono provocare disastri ambientali e danni per la salute umana (per esempio danni al sistema nervoso, leucemia o la nascita di feti malformati). A proposito ricordiamo i famosissimi incidenti di Chernobyl e Fukushima.
Ciononostante, oggi l’energia nucleare è considerata fra quelle a minor impatto ambientale, in quanto non emette sostanze inquinanti o responsabili dell’effetto serra (come solfuri, polveri o anidride carbonica).
