Scienze: le fonti di energia non esauribili

Scheda sulle fonti di enrgia non esauribili.
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Sono le fonti di energia non esauribili la cui durata prevista si misura in decine di migliaia di anni.
Si possono suddividere in:

• Energia Geotermica
• Energia Nucleare da Fissione (autofertilizzante)
• Energia Nucleare da Fusione

Energia Geotermica

L'energia geotermica consiste nel calore endogeno della Terra.
La crosta terrestre in alcuni punti ha delle anomalie termiche verso la superficie terrestre, in questi punti si riscontrano giacimenti di acque calde o caverne a vapore dominante.
Questi punti anomali sono delle vere e proprie fonti perenni di energia termica che possono essere sfruttate per produrre energia elettrica.
In Italia è esistente un impianto per lo sfruttamento a Lardarello in Toscana.

Energia Nucleare da Fissione

Durante la fissione nucleare, ottenuta per la prima volta nel 1934 a Roma da E. Fermi, un nucleo di materiale fissile, colpito da un neutrone, si spezza in due nuclei più leggeri liberando un numero variabile di altre particelle: neutroni (2 o 3), elettroni, fotoni etc. ed una grande quantità di energia.
Ognuno di questi neutroni è in grado a sua volta di dar luogo ad un'altra fissione si realizza un processo detto reazione a catena con sviluppo di un'enorme quantità di energia termica.
Per materiale fissile si intende un elemento chimico che possa subire la fissione con neutroni di tutte le energie, dai valori più alti fino a quelli più bassi.
L'unico materiale fissile esistente in natura è l'uranio 235 e l'uranio 238 (molto più abbondante). Ci sono altri due elementi fissili possono essere prodotti artificialmente nei reattori nucleari: il plutonio 239 e 241 e l'uranio 233.

La caratteristica fondamentale di un reattore autofertilizzante è nel fatto che esso può produrre, a partire dalle sostanze fertili, una quantità di materiale fissile superiore a quella che consuma. Il sistema ad autofertilizzazione più diffuso in tutto il mondo usa uranio 238 come materiale fertile.
Siccome la fissione aumenta quando diminuisce la velocità dei neutroni, il processo di rallentamento consiste nel mescolare insieme al materiale fissile un materiale che assorba il meno possibile neutroni, indispensabili ai fini della reazione a catena come per esempio: acqua pesante (D2O), grafite o acqua leggera. In tal modo i neutroni, urtando contro di essi in maniera elastica, possono perdere rapidamente energia.
E' molto importante la presenza del refrigerante, destinato ad asportare il calore prodotto nella fissione. I più comuni refrigeranti impiegati sono: acqua bollente, acqua in pressione, anidride carbonica, elio, sodio.
Nella struttura di un reattore il materiale fissile è prodotto sotto forma di pastiglie cilindriche impilate l'una sopra l'altra all'interno di tubi di acciaio inossidabile chiusi alle estremità. Questi tubi costituiscono le barrette di combustibile; più barrette insieme disposte in reticolo costituiscono un elemento di combustibile o fascio di barre.
Le barrette sono distanziate tre di loro dalle griglie distanziatrici, in modo da mantenere le distanze previste.
La posizione delle barre è determinata in modo che la reazione a catena proceda a ritmo costante.
Le strutture di sicurezza sono un sistema di raffreddamento del nucleo, che evita che quest'ultimo raggiunga temperature pericolose in caso di avaria dei sistemi di raffreddamento principali, un sistema di schermature poste intorno al reattore e al circuito di raffreddamento e una struttura di contenimento di tutto il materiale radioattivo per evitare qualunque fuga radioattiva in caso di rottura.
La radioattività continua ben oltre l'istante di spegnimento del reattore.
Lo stadio finale di qualunque ciclo di combustibile è l'immagazzinamento a lungo termine delle scorie altamente radioattive, che rimangono radioattive pericolose per migliaia di anni.
Gli elementi combustibili devono essere immagazzinati in depositi adeguatamente schermati e sorvegliati.
Possono essere convertiti in composti stabili, inglobati in vetri o ceramiche, incapsulati in contenitori di acciaio inossidabile, e infine seppelliti sottoterra a profondità opportune, in formazioni geologiche particolarmente stabili.

I processi nucleari emettono radiottività.
La radioattività è pericolosa perchè che le sostanze radioattive emettono radiazioni molto penetranti che possono danneggiare i tessuti biologici, in particolare quelli in rapido sviluppo.

Energia Nucleare da Fusione

Le prime ricerche sulla fusione termonucleare sono iniziate alla fine della seconda guerra mondiale negli Stati Uniti, nell'Unione Sovietica e in Gran Bretagna con lo scopo di sfruttare quella che si presenta come una fonte di energia inesauribile, la più diffusa dell'universo e origine della radiazione solare che dà vita al nostro pianeta.
Il grande problema è nel riuscire a nel costruire delle apparecchiatura nelle quali riprodurre in modo ottimale e sicuro le condizioni necessarie affinché si verifichi la reazione di fusione nella miscela di gas reagenti: deuterio e trizio.
Questi ultimi sono due isotopi dell'idrogeno contenenti rispettivamente uno e due neutroni per atomo inoltre contengono entrambi un protone ed un elettrone per atomo.
Le speranze iniziali di un rapido ottenimento di risultati concreti si sono presto arenate di fronte alle difficoltà sul piano scientifico e tecnico.
Perchè le reazioni di fusione avvengano è necessario:

1. riscaldare questi gas a temperature dell'ordine di centinaia di milioni di gradi, portandoli quindi allo stato di plasma in cui gli atomi sono dissociati in elettroni e ioni
   
2. mantenerli confinati, evitando che interagiscano con le pareti della camera di reazione vincendo la pressione altissima dovuta alla temperatura ed alla densità del plasma, necessarie perché si abbia un adeguato sviluppo di potenza nucleare
   
3. ottenere una situazione in cui le perdite di energia dal volume di gas riscaldato siano inferiori rispetto all'energia fornita dall'esterno per riscaldarlo.
   

Per ottenere l'accensione controllata di un reattore a fusione, è necessario, oltre ad altre cose, anche una temperatura di 100.000.000 °C.
Per confinare il plasma ci sono due tecniche principali:

• Inerziale, che sfrutta impulsi laser
• Magnetico, che sfrutta poderosi campi magnetici e finora ha prodotto risultati migliori

I neutroni, che si formano durante la fusione, cedono la loro energia nel mantello di litio (un metallo) che circonda la camera di combustione. Questa energia è, mediante degli scambiatori di calore, viene convertita in energia elettrica o meccanica.
Le caratteristiche vantaggiose di un reattore a fusione sono:

• i combustibili, deuterio e litio, sono disponibili in quantità illimitate e ad un costo minimo in tutti i paesi, in grado di garantire la totale indipendenza dell'approvvigionamento energetico
  
• la sicurezza di funzionamento: nessuna possibilità di rilasci significativi di sostanze radioattive
  
• sicurezza ambientale: i prodotti della fusione sono moderatamente radioattivi
  

Però la notevole complessità tecnologica che comporta costi di investimento elevati.
Finora non si è ancora riusciti ad ottenere la fusione termonucleare controllata, anche se studi e ricerche sperimentali stanno cercando di realizzarla.

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