Atlante dell'Energia

Energia nucleare: dentro l’atomo La materia contiene un’enorme quantità di energia, concentrata nei nuclei di ogni atomo. Esiste un modo di liberarla in maniera controllata utilizzando nuclei di elementi pesanti molto speciali, detti radioattivi, come l’uranio.

• Che cos’è un atomo radioattivo?

• Perché si usa l’uranio per ottenere l’energia nucleare?

In natura esistono oltre un centinaio di elementi chimici ; tra i più comuni vi sono, per esempio, il carbonio, l’ossigeno, l’idrogeno o l’azoto. L’ atomo è la porzione più piccola di ogni elemento che ne mantiene le caratteristiche chimiche; è costituito da un nucleo centrale e da una nube di elettroni che gravita intorno a esso. Il nucleo – la parte dove si concentra la massa di un atomo – è composto da protoni (particelle con carica elettrica positiva) e neutroni (particelle prive di carica), mentre gli elettroni orbitanti freneticamente nella nube sono particelle a carica negativa e di massa trascurabile ( • Figura 1 ).

un numero diverso di neutroni (e quindi massa differente): si chiamano isotopi.

L’ uranio (simbolo chimico U ) è uno degli elementi più pesanti presenti in natura ed è formato da tre differenti isotopi: • 238 U è l’isotopo più comune, con un nucleo formato da 92 protoni e 146 neutroni (99% del totale dell’uranio esistente); • 234 U è un isotopo molto raro (0,06% del totale); • 235 U è un isotopo raro (0,7% del totale). In genere, un atomo con lo stesso numero di protoni e neutroni è stabile , mentre la presenza di uno o più neutroni in soprannumero lo rende instabile . In particolari condizioni, un atomo instabile può rilasciare neutroni ed energia sotto forma di radiazione (radioattività); gli isotopi radioattivi sono spesso chiamati radioisotopi . Nel caso dell’uranio, l’instabilità può essere sfruttata per produrre energia atomica attraverso la ssione. Infatti l’ energia atomica o energia nucleare , intrappolata nel nucleo di ciascun atomo, può essere liberata in due modi. • Nella ssione nucleare gli atomi si suddividono in atomi più leggeri. Per ottenere la ssione si deve usare l’isotopo 235, l’unico ssile presente in natura: il suo nucleo (che contiene 92 protoni e 143 neutroni) viene bombardato da un neutrone, si spezza in due nuclei più leggeri, liberando calore, e contemporaneamente

• FIGURA 1 - Modello di un atomo: il nucleo si trova al centro, formato da protoni e neutroni, mentre gli elettroni gli orbitano intorno a grande distanza (se il modello fosse in scala, gli elettroni sarebbero a circa 4 metri dal nucleo).

Nucleo

Elettroni

Neutroni

Protoni

Il numero di protoni nel nucleo di un atomo è il numero atomico di quel particolare elemento. Per esempio: tutti gli atomi di carbonio hanno sei protoni e quindi numero atomico 6, tutti gli atomi di ossigeno hanno otto protoni e perciò numero atomico 8, ecc. Alcuni elementi, a parità di numero atomico e quindi di numero di protoni, possiedono atomi che hanno

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aeronautica e navale (come contrappeso), in mineralogia (apparecchiature per le scavatrici nei pozzi petroliferi). E anche in ambito militare per corazze e proiettili, nonostante diverse organizzazioni e istituzioni, come il Parlamento Europeo, ne stiano chiedendo la messa al bando per gli effetti negativi che potrebbe avere sulla salute umana.

Uranio impoverito La parte di uranio che viene scartata dopo l’arricchimento o dopo l’uso è una miscela di isotopi (per lo più 238 U) meno radioattiva dell’uranio comunemente presente in natura. Per la sua estrema densità e duttilità, l’uranio impoverito viene impiegato in ambito medico (schermi per le radiazioni), nell’ingegneria

Uranio arricchito È composto da una miscela di isotopi che, rispetto all’uranio estratto in natura ( nella foto, pellets di biossido di uranio prima dell’arricchimento), ha un contenuto maggiore dell’isotopo 235, destinato alla fissione per la produzione di energia. Con vari trattamenti fisico-chimici si passa dalla percentuale naturale di circa lo 0,7% al 3-4% della miscela isotopica finale.