A cura di Giuseppe Scalzo e Giancarlo Gialanella.

La scoperta che si poteva ottenere una grande quantità di energia dalla frantumazione di un nucleo pesante (fissione nucleare) portò alla realizzazione delle centrali nucleari. L’elemento usato comunemente nelle centrali nucleari per ottenere energia dalla fissione è l’uranio, cioè lo stesso impiegato da Fermi a Chicago nel famoso esperimento del 1942, che vide il funzionamento del primo reattore nucleare. In particolare un nucleo di Uranio e precisamente, dell’isotopo U-235 quando viene colpito da un neutrone che gli conferisce energia deformandolo, si spezza, generalmente in due frammenti; Questa reazione è detta fissione nucleare.

La cosa importante è che la fissione di un nucleo produce, oltre alla frattura del nucleo stesso anche due o tre neutroni, i quali possono colpire a loro volta altri nuclei di uranio, consentendo così lo sviluppo di una reazione a catena.

La reazione di fissione dell’uranio-235 è molto semplice perché richiede neutroni di energia relativamente bassa, chiamati perciò neutroni “lenti” o anche “termici” in quanto dotati di energia prossima a quella dell’ambiente.

I neutroni prodotti dalla fissione però hanno energie cinetiche assai elevate e pertanto devono essere convenientemente rallentati perché diventino utili e producano a loro volta la reazione a catena.

Quindi in un reattore nucleare oltre al combustibile (U-235) c’è anche un elemento moderatore  come ad es la grafite che serve a rallentare i neutroni prodotti per essere utili ad innescare la reazione a catena.

La fissione dei nuclei di uranio-235 non segue un’unica reazione nucleare perché essi possono spezzarsi producendo un’ampia varietà di frammenti, alcuni dei quali sono radioattivi e quindi decadono liberando a loro volta energia.

Nella centrale vengono poste una serie di tubazioni contenenti acqua che riscaldandosi genera il vapore necessario a far girare le turbine di cui è fornita, all’esterno, la centrale.

L’uranio naturale, si estrae da giacimenti che si trovano in numerosi Paesi del mondo, e contiene però in realtà solo una piccola frazione (0,72%) dell’isotopo U-235 essendo costituito soprattutto da U-238 (99,27%) con tracce di U-234. Nella maggior parte dei reattori nucleari lo sviluppo della reazione di fissione a catena richiede una maggiore percentuale di U-235, sicché l’uranio naturale deve essere preventivamente “arricchito” con una operazione che non è fattibile impiegando reazioni chimiche ma viene attuata con tecniche fisiche, per esempio mediante centrifugazione. (sulla stampa e in televisione si è parlato spesso delle centrifughe messe in funzione dal governo Iraniano proprio a questo scopo). Anche l’isotopo U-238, contenuto nel combustibile nucleare, subisce delle reazioni quando viene colpito dai neutroni prodotti dalla fissione dell’uranio-235. Esso si trasforma infatti in uranio-239 con emissione di fotoni gamma. Mediamente, l’energia liberata dalle reazioni di fissione è di circa 230 MeV,