Come funziona una centrale nucleare

I problemi dopo il violento terremoto in Giappone non sono finiti, anzi, quello che fa paura sembra ancora da venire: il Giappone possiede molte centrali nucleari attive e potenti, e una di queste si erge in tutta la sua grandezza proprio vicino alla zona devastata dal terremoto. Si tratta della centrale di Fukushima, a circa 250 chilometri a nord di Tokyo. Dopo le iniziali affermazioni da parte del governo sulla sicurezza della centrale adesso c’è il panico. Sono stati evacuati i paesi che si trovano nel raggio di venti chilometri dalla centrale, uno dei quattro reattori sembra già essere scoppiato a causa delle scosse di assestamento, il refrigerante non basta, e neanche quello che gli Stati Uniti stanno inviando sembra essere sufficiente a evitare il surriscaldamento, e quindi la fusione, del nocciolo.

La fissione
Ma come funziona una centrale nucleare? In breve, una centrale nucleare funziona in modo simile a una centrale termo-elettrica, con la differenza che il vapore necessario a far muovere le turbine viene prodotto nel reattore. All’interno del reattore avviene la fissione nucleare controllata, cioè atomi radioattivi grandi – come l’uranio arricchito o il plutonio, si dividono in altri più piccoli sprigionando energia. Con il calore sprigionato dalla fissione, l’acqua liquida ad alta pressione che passa all’interno del reattore – che ha spesso anche la funzione di refrigerante – si trasforma in vapore . Questo viene quindi inviato verso le turbine, che solitamente sono diverse (divise in alta, media e bassa pressione), le quali sono collegate all’alternatore producendo così energia elettrica.

Il calore
Ora, i problemi di una centrale stanno proprio nella grande quantità di calore che viene sprigionato dalla fissione dei nuclei radioattivi. Vengono impiegati vari sistemi di controllo e refrigeranti così da mantenere una temperatura accettabile all’interno del nocciolo: tipicamente qualche centinaio di gradi centigradi. Perché il sistema funzioni sono necessarie alcune condizioni. Occorre una certa quantità di nuclei che simultaneamente si fissionino, in modo da mantenere la reazione a catena per produrre energia con continuità, e contemporaneamente occorre gestire il processo in modo che l’energia sprigionata non sia eccessiva rispetto a quella che l’acqua sottrae evaporando.

Il nocciolo
La struttura di un reattore nucleare deve quindi prevedere schematicamente: un fornello, detto nocciolo, nel quale si sviluppi la reazione a catena; un efficientissimo sistema di estrazione del calore (raffreddamento) dal nocciolo; una schermatura molto importante per fermare le radiazioni prodotte in modo ineliminabile dal processo di fissione; sistemi di regolazione del processo. Diventano per questo fondamentali le barre di controllo (in genere leghe di argento, cadmio e indio o carburi di boro) che vengono inserite nel nocciolo. Queste vengono calate ad altezza variabile tra le varie barre di combustibile,per rallentare o accelerare la fissione e quindi regolare la potenza del reattore. È inoltre costantemente presente un elemento moderatore, spesso anche con funzione di refrigerante, che rallenta i neutroni in modo che abbiano la velocità corretta per la fissione.

Capita, in caso di incidente, ed è questo il caso del Giappone, che l’acqua presente nel reattore non riesca ad assorbire completamente il calore, causando il surriscaldamento del nocciolo.

– Amedeo Balbi: Un po’ di cose che so sulle centrali nucleari