Privacy Policy Cookie Policy Terms and Conditions Fissione nucleare - Wikipedia

Fissione nucleare

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La fissione nucleare è una reazione nucleare in cui atomi di uranio 235, plutonio 239 o di altri elementi pesanti adatti vengono divisi in frammenti in un processo che libera energia. È la reazione nucleare più facile da ottenere, ed è comunemente utilizzata nei reattori nucleari e nei tipi più semplici di bombe atomiche, quali le bombe all'Uranio (come quella di Hiroshima) od al Plutonio (come quella che colpì Nagasaki). Tutte le bombe a fissione nucleare vengono militarmente etichettate come Bombe A

Indice

[modifica] Storia

I primi processi di fissione vennero ottenuti nel 1936 da un gruppo di fisici italiani guidati da Enrico Fermi, i cosiddetti "ragazzi di via Panisperna" mentre bombardavano dell'uranio con neutroni rallentati per mezzo di paraffina. Il gruppo di fisici però non si accorse di ciò che era avvenuto ma ritenne invece di aver prodotto degli elementi transuranici. Alla fine di Dicembre 1938, esattamente nella notte dal 17. al 18., due chimici nucleari tedeschi, Otto Hahn e suo giovane assistente Fritz Straßmann, furono i primi a realizzare e capire che un nucleo di uranio 235, colpito quando assorbe un neutrone si rompe in due o più frammenti ed ha luogo cosi la fissione del nucleo. A questo punto per i chimici e fisici nucleari di tutto il mondo fu chiaro che si poteva usare questo processo, costruendo dei reattori che contenessero la reazione, per produrre energia o degli ordigni nucleari ed ebbe inizio l'"Era atomica".

[modifica] Descrizione

Nella fissione nucleare, quando un nucleo di materiale fissile assorbe un neutrone si fissiona producendo due o più nuclei più piccoli. Gli isotopi prodotti da tale reazione sono radiattivi in quanto posseggono un eccesso di neutroni e decadono beta in una catena di decadimenti fino a che arrivano ad una configurazione stabile. Inoltre nella fissione vengono prodotti in media 2.3 neutroni liberi. L'energia liberata dalla rottura di 1 nucleo di U235 è di 211,5 MeV, una quantità elevatissima data dalla formula

E=M_{U^{235}}~c^2- M_P~c^2

dove la prima massa è la massa del nucleo di U235 mentre la seconda massa è la somma delle masse dei nuclei e dei neutroni prodotti, mentre c è la costante che rappresenta la velocità della luce nel vuoto (299.792,458 Km/s). Perciò in questo fenomeno parte della massa iniziale scompare e si trasforma in energia cinetica, ovvero in moto, dei prodotti della reazione. In un comune processo di combustione, l'ossidazione di un atomo di carbonio fornisce un'energia di circa 4 eV, un'energia che è meno di cinquanta milionesimi di quella prodotta nella reazione nucleare.


I nuovi neutroni prodotti possono venire assorbiti dai nuclei degli atomi di uranio 235 vicini, se ciò avviene producono una nuova fissione del nucleo se il numero di neutroni che danno luogo a nuove fissioni è maggiore di 1 si ha una reazione a catena in cui il numero di fissioni aumentano esponenzialmente, se tale numero è uguale a 1 si ha una reazione stabile in tal caso si parla di massa critica. La massa critica è dunque quella concentrazione e disposizione di atomi con nuclei fissili per cui la reazione a catena si mantiene stabile, se si varia tale disposizione allora il numero di neutroni assorbiti può scendere sotto tale valore e si ha che la reazione si spegne oppure salire sopra e si ha che la reazione aumenta esponenzialmente.Per cui scrivendo:

R=\frac {neutroni~assorbiti} {numero~reazioni}

se la disposizione è tale che si abbia R>1 allora il numero di reazioni aumentano, se R<1 diminuiscono, mentre se R=1 il numero di reazioni resta stabile e si parla di massa critica.

La fissione nucleare è il procedimento su cui si basano i reattori nucleari e le bombe atomiche (o, meglio, nucleari). Se per i reattori nucleari il valore di R non deve superare mai il valore di 1 se non di una quantità bassissima (come quando si aumenta la potenza del reattore e allora si può arrivare a R=1.01) per le armi nucleari si deve avere che il valore di R deve essere il più alto possibile e in tal caso si arriva a R=1.2.


L'uranio si trova in natura come miscela di due isotopi: U238 e U235 in rapporto di 150 a 1, dunque l' uranio 235 è solo lo 0.7% del totale dell' uranio, e solo quest'ultimo è fissile. Il processo di arricchimento consiste nell' aumentare la percentuale di uranio U235 a scapito del U238 in modo da riuscire ad avere un numero di atomi sufficiente per far funzionare il reattore, in tal caso l' arricchimento è intorno al 2% o 3% o per costruire una bomba atomica, in tal caso l' arricchimento arriva fino al 90%. In una reazione, la presenza di impurità e di atomi di U238 e nei reattori di apposite barre che hanno lo scopo di controllare la reazione fa si che solo parte dei neutroni emessi venga assorbita.

[modifica] Residui della reazione

Come è risaputo gli atomi con un numero atomico maggiore hanno nel loro nucleo più neutroni rispetto a quelli con minor numero atomico, per cui un processo di fissione produce dei prodotti di fissione con un numero elevato di neutroni; tali isotopi per diventare stabili devono dunque decadere beta più volte. Il tempo di decadimento di tali elementi dipende dal tipo di nucleo prodotto e può variare da pochi millisecondi fino a decine di anni. Per questo tutte le reazioni di fissione producon isotopi radiottivi alcuni dei quali rimangono attivi molto a lungo. Inoltre le reazioni di fissione dell' U235 che avvengono nei reattori nucleari avvengono in presenza di un gran numero di nuclei di U238, questi assorbono parte dei neutroni prodotti trasformandosi in U239 il quale in tempi rapidi decade due volte beta diventando plutonio 239 il quale ha un tempo di decadimento molto più lungo (si dimezza in 24000 anni). Per cui le reazioni di fissione producono molte sostanze radiaottive estremamente nocive per la salute, ma mentre le scorie che provengono dai prodotti da fissione decadono in poche decadi, il plutonio resta radiattivo per un tempo che in termini umani è praticamente eterno.

Per costruire dei reattori nucleari che non producano scorie radiattive dagli anni 50 del secolo scorso si stanno studiando dei reattori a fusione nucleare, ma per ora tali reattori sono instabili, la ricerca tuttavia va avanti, pur fra mille dubbi sulla loro possibile fattibilità e chi lavora al progetto promette di avere il primo reattore funzionante fra cinquant' anni. Il reattore nucleare a fusione più promettente è quello del progetto ITER. Un altro modo per risolvere il problema della produzione del plutonio potrebbe essere quella di costruire dei reattori autofertilizzanti in cui oltre alla fissione dell' uranio 235 si fissiona pure il plutonio 239 che è fissile. Un consorzio italo-franco-tedesco per ottenere ciò ha realizzato il primo e per ora unico esempio di reattore autofertilizzante Superphenix il progetto è stato però abbandonato a causa dei costi eccessivi.

[modifica] Voci correlate

Fisica
Acustica | Astrofisica | Elettromagnetismo | Fisica atomica | Fisica della materia condensata | Fisica molecolare | Fisica nucleare e subnucleare | Fisica delle particelle | Fisica del plasma | Fisica teorica | Meccanica classica | Meccanica del continuo | Meccanica quantistica | Meccanica statistica | Ottica | Teoria della relatività | Teoria delle stringhe | Teoria quantistica dei campi | Termodinamica
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