LA FISSIONE NUCLEARE

Si ha fissione nucleare quando un nucleo pesante si scinde in due nuclei piu' piccoli di massa confrontabile. Questa trasformazione puo' avvenire spontaneamente oppure puo' essere stimolata utilizzando neutroni per bombardare il nucleo pesante, come ad esempio l'uranio-235 (²³⁵U) o il plutonio-239 (²³⁹Pu).

²³⁵U e' l'isotopo dell'uranio e 235 e' il suo numero di massa; ricordando che il numero di massa (A) e' pari alla somma del numero di protoni (Z) e del numero di neutroni (N) presenti nel nucleo di un atomo, si deduce che ²³⁵U, avendo numero atomico Z = 92, possiede 143 neutroni.

Il plutonio ha invece numero atomico Z = 94 ed e' l'elemento piu' usato nelle bombe nucleari a fissione.

Quando un neutrone colpisce un nucleo di uranio-235, quest'ultimo, scindendosi in due nuclei piu' piccoli, libera circa 0,2 GeV (1 GeV = 10⁹ eV) di energia e 2 o 3 neutroni.

I neutroni emessi all'interno della massa di uranio-235 possono urtare altri nuclei e provocare ulteriormente fissione, con liberazione di altra energia e di altri neutroni. Se la quantita' di elemento radioattivo supera una certa massa, detta massa critica, i neutroni prodotti saranno in numero sufficiente ad innescare una reazione a catena, ossia la fissione simultanea di tutti i nuclei, la quale sfocera' in una esplosione nucleare.

Nei reattori nucleari la reazione a catena deve essere necessariamente controllata. E' necessario percio' ridurre sia il numero, sia la velocita' dei neutroni vaganti nella massa di uranio, per fare in modo che la liberazione di energia termica avvenga gradualmente (il calore prodotto viene convertito in vapore e successivamente in energia elettrica).

Il rallentamento dei neutroni si ottiene circondando la massa di uranio con un moderatore, come ad esempio la grafite o l'acqua pesante (D₂O), la quale presenta deuterio D al posto di ¹₁H.

Per diminuire il numero di neutroni si ricorre invece alle barre di controllo, costituite da elementi come il boro ed il cadmio; quando esse vengono inserite tra le barre di uranio assorbono un gran numero di neutroni, bloccando cosi' la reazione a catena.

Una reazione di fissione produce molti nuclei leggeri, isotopi di vari elementi, i quali, a loro volta, risultano instabili e radioattivi (scorie radioattive). Il loro smaltimento rappresenta il principale punto debole nell'impiego della tecnologia nucleare per la produzione di energia.

I reattori nucleari attivi nel mondo sono oltre 400 e vengono impiegati per produrre energia su larga scala.