Reattore nucleare a fissione: differenze tra le versioni

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== Storia ==

{{Vedi anche|Storia dell'energia nucleare}}

Oltre ai reattori nucleari costruiti dall'uomo, sono stati scoperti anche casi di generazione spontanea di attività nucleare in natura con un'autentica fissione autosostenuta. I primi 17 [[reattore a fissione nucleare naturale|reattori a fissione nucleare naturale]] conosciuti divennero critici (cioè "accesi"), circa 1,7 miliardi di anni fa.<ref>Alex P. Meshik, ''The Workings of an Ancient Nuclear Reactor'', in ''Scientific American'', vol. 293, n. 5, novembre 2005, pp. 83-91.</ref> In Nelle 3 miniere di [[Oklo]] in Gabon<ref>[http://www.ocrwm.doe.gov/factsheets/doeymp0010.shtml Oklo: Natural Nuclear Reactors - Fact Sheet] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090825013752/http://www.ocrwm.doe.gov/factsheets/doeymp0010.shtml |data=25 agosto 2009 }}</ref> nelle 3 miniere di [[Oklo]] furono trovati minerali di [[uranio]] con una concentrazione anormalmente bassa di ²³⁵[[Uranio|U]]; il fenomeno è stato spiegato, anche grazie al ritrovamento di prodotti di fissione, con la presenza naturale di concentrazioni di ²³⁵U intorno al 3%, disposte in modo da costituire una [[massa critica (fisica)|massa critica]] e con la presenza di acqua liquida. Oggi questo non è più possibile a causa del più veloce decadimento dell'²³⁵U rispetto all'²³⁸U, la cui concentrazione è ormai ovunque molto più bassa, attorno allo 0,7%.

Storicamente invece, il primo reattore nucleare di costruzione umana fu quello sperimentale-dimostrativo realizzato dall'équipe di [[Enrico Fermi]] a [[Chicago]], chiamato reattore CP-1 (''[[Chicago Pile-1]]''), con il quale il 2 dicembre 1942 si ottenne la prima [[Effetto valanga|reazione a catena]] controllata e autosostenuta. Quasi contemporaneamente venivano allestiti a [[Oak Ridge (Tennessee)|Oak Ridge]] l'impianto pilota l'X-10 (critico nel 1943) nell'ambito del laboratorio MetLab, e a [[Hanford Site|Hanford]] il B-reactor (critico nel settembre 1944), ambedue finalizzati alla produzione di [[plutonio]], il primo come unità pilota e il secondo per la produzione in grande scala.

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Fondamentalmente a livello logico-funzionale un reattore nucleare non è altro che una tecnologia ideata e sviluppata per sfruttare, a fini energetici, la reazione di [[fissione nucleare]] da parte di un [[combustibile nucleare]] in maniera controllata, garantendo cioè determinati livelli o standard di sicurezza.

La sorgente di energia del reattore è dunque il ''combustibile'' presente nel ''nocciolo'' o nucleo del reattore, composto da materiale fissile (tipicamente una miscela di ²³⁵U e ²³⁸U), [[arricchimento dell'uranio|arricchita]] fino al 5% in ²³⁵U). È poi possibile utilizzare il combustibile [[Mixed oxide fuel|MOX]] che è una miscela di ossidi di [[uranio]] e [[plutonio]], oppure uranio naturale. Per il secondo combustibile si devono operare modifiche nel reattore, mentre per l'uranio naturale si devono utilizzare reattori che utilizzano come moderatore [[acqua pesante]] o [[grafite]].

Per rallentare i [[neutroni]] e [[neutrone termico|termalizzarli]], cioè rallentarli fino a un'energia cinetica inferiore all'[[elettronvolt|eV]] e aumentare così la probabilità di fissionare il combustibile, secondo la fisica stessa della reazione, è necessario utilizzare un [[moderatore (fisica)|moderatore]].

La fissione del nucleo del combustibile genera energia, principalmente sotto forma di [[energia cinetica]] dei frammenti della fissione e di [[raggi gamma]]. I frammenti di fissione rallentando nel combustibile generano calore che viene asportato da un [[fluido refrigerante]] termovettore (gassoso o liquido, o che subisce un cambio di fase nel processo) che lo trasporta a un ''utilizzatore'', direttamente o indirettamente per mezzo di [[generatore di vapore|generatori di vapore]], quasi sempre un gruppo turbo-alternatore per la produzione di [[energia elettrica]] nella parte [[centrale termoelettrica|termoelettrica]] della [[centrale nucleare]]. Il termovettore refrigerante può anche essere il moderatore stesso, come avviene nel caso dei reattori ad acqua leggera.

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== Bibliografia ==

* Filippo Accinni e Giancarlo Cavalleri, ''Energia per il futuro'', Milano, Feltrinelli, 1972.

* Nikolay Belyakov, ''Sustainable Power Generation: Current Status, Future Challenges, and Perspectives'', Amsterdam, Elsevier, 2019, ISBN 978-0-12-817012-0.

* Jun Wang, Sama Bilbao y Leon, Sola Talabi, ''Nuclear Power Reactor Designs: From History to Advances'', New York, Academic Press, 2023, ISBN 9780323998802.