reazione di fissione e produzione di energia elettrica
condizione perchè si mantenga la reazione a catena:
l'atomo di U235 colpito da un neutrone esplode emettendo alcuni neutroni(ipotesi es.3 n:di questi uno esce dalla barra e due rimangono internamente alla barra) 1-il neutrone veloce uscita dalla barra viene rallentato dal moderatore e rientrando in una barra fissile può eventualmente collidere con un atomo U235 e ottenere la fissione 2-un neutrone veloce rimasto all'interno della barra può più probabilmente essere catturato da U238 più concentrato e portare alla produzione di neptunio,plutonio(viene così sottratto alla reazione a catena) 3-un neutrone veloce rimasto all'interno della barra può venire assorbito da elementi inquinanti,la cui concentrazione aumenta con il funzionamento del reattore(viene così sottratto alla reazione a catena) 4-di conseguenza un solo neutrone(quello che viene rallentato attraversando il moderatore posto tra le barre fissili)per ogni fissione può essere utilizzato per mantenere la reazione a catena
1-il materiale che deve subire la fissione è l'isotopo dell'uranio U235 presente in natura in minima quantità rispetto all'isotopo U238 (99% circa)..(anche il plutonio Pu239 o suoi isotopi prodotti per decadimento dell'U238 bombardato da neutroni è fissile): la reazione avviene quando un neutrone n (lento o veloce)colpisce un atomo di U235:questo diventa l'isotopo U236 instabile che immediatamente si trasforma i due diversi elementi(sono circa una quarantina i tipi che possono essere generati,con massa simile a circa la metà di quella dell'uranio,X Y)liberando 2,3 neutroni:nella reazione risulta che la massa totale dei frammenti derivati dalla fissione e quella dei neutroni è inferiore a quella dell'uranio e del neutrone proiettile:la differenza di massa risulta trasformata in energia equivalente secondo la relazione DE = Dm.c^2 (la massa scomparsa moltiplicata la velocità al quadrato della luce diventa energia)
2-per ottenere la fissione è necessario aumentare la concentrazione dell'isotopo fissile almeno fino al 3%-5% :si ottiene tale risultato mediante un processo piuttosto laborioso che sfrutta la piccola differenza di massa tra i due isotopi (238-235=3)
3-per evitare che i neutroni usati nella fissione vengano assorbiti da elementi diversi dall'isotopo fissile(elementi inquinanti)si deve procedere al loro allontanamento mediante raffinazione del materiale arricchito in U235
4-per favorire la cattura di neutroni da parte dell'isotopo fissile U235 meno concentrato dell'isotopo U238 non fissile,si deve diminuire la velocità dei neutroni mediante materiali che assorbono in maniera adeguata parte della energia(moderatori:acqua, acqua pesante,grafite):i neutroni termici(rallentati)vengono assorbiti più facilmente dall'isotopo U235 mentre i neutroni veloci possono essere assorbiti facilmente anche dal più diffuso U238 che non subisce fissione ma viene trasformato in neptunio(instabile) e in plutonio(stabile e fissile)
5-per regolare la velocità della reazione di fissione o escluderla completamente si utilizzano materiali (come cadmio,boro)che possono assorbire quasi totalmente i neutroni presenti e quindi ridurre o impedire il mantenimento della reazione a catena
6-durante la reazione parte della massa dell'isotopo fissile viene trasformata in energia:questa,sotto forma di calore,viene assorbita da un fluido circolante(sodio,acqua..)e trasferita mediante opportuni circuiti e scambiatori di calore ad acqua circolante in circuito chiuso:questa viene trasformata in vapore che aziona delle turbine e mediante alternatore genera energia elettrica:il vapore viene condensato mediante raffreddamento con acqua proveniente da bacini marini,lacustri,fluviali e il liquido viene riciclato per rigenerare altro vapore
7-l'acqua usata per la condensazione del vapore viene restituita all'ambiente con temperatura più elevata di quella introdotta contribuendo all'inquinamento termico ambientale.
