Energia nucleare: differenza tra fissione e fusione

Rubrica: Energia
Titolo o argomento: Fissione nucleare e fusione nucleare. Le differenze.

La fissione è un tipo di reazione nucleare da prendere in considerazione solo per nuclei ad elevato numero atomico* (torio Z=90; protoattinio Z=91; uranio Z=92). Tale reazione consiste in un nucleo, ad esempio di uranio, il quale viene colpito da un neutrone assorbendolo. Nell’istante che segue, il nucleo, si spezza in altri due nuclei di medio numero atomico rilasciando un determinato numero di neutroni liberi (in genere due  o tre). In ogni atto elementare di fissione viene liberata una quantità di energia uguale alla differenza tra l’energia complessiva di legame dei nucleoni* che formano i nuclei risultanti e l’energia complessiva di legame dei nucleoni che formano il nucleo originario. L’energia liberata dalla fissione nucleare è enorme e corrisponde a circa 20 milioni di chilocalorie per grammo di uranio trasformato. Un’energia paragonabile a quella ricavata dalla combustione di 2 tonnellate di petrolio.

A dispetto delle apparenze, leggere la formuletta sopra è molto più semplice di quanto si possa pensare. Tradotta in italiano significa che l’uranio con numero di massa 235 e numero atomico 92 assorbe il neutrone (numero di massa 1 e numero atomico 0), che con esso si è scontrato, formando l’uranio con numero di massa 236 e numero atomico 92. Un istante dopo avviene la fissione che divide l’uranio in Bario con numero di massa 142 e numero atomico 56 e Cripto con numero di massa 91 e numero atomico 36, più tre neutroni liberi.

La fusione è il processo di combinazione di due nuclei molto leggeri i quali per l’appunto, fondendosi, danno origine ad un nucleo più pesante. Tale processo è accompagnato dalla liberazione di una quantità di energia impressionante. Decisamente più alta di quella liberata durante le reazioni di fissione. La fusione può essere realizzata solo se i nuclei reagenti di deuterio e di tritio hanno un’energia cinetica sufficientemente alta al momento della collisione. Questa infatti deve poter vincere la fortissima repulsione reciproca coulombiana dei due elementi. Affinché ciò sia possibile è necessario portarli a temperature impensabili di decine-centinaia di milioni di gradi. Solo in tali condizioni gli atomi sono ionizzati ed il gas è formato da una miscela di ioni positivi e di elettroni negativi (stato di plasma). L’altissima temperatura ovviamente non permette il contatto con pareti solide in quanto nessun materiale potrebbe resistere. Per questa ragione il gas deve essere costretto nel suo volume di reazione tramite potenti campi magnetici.

Il deuterio (isotopo stabile dell’idrogeno con numero atomico 1 e numero di massa 2) sommato con il tritio (isotopo radioattivo dell’idrogeno con numero atomico 1 e numero di massa 3) forma un isotopo dell’elio (con numero atomico 2 e numero di massa 4) più un neutrone.

*Note.
I protoni ed i neutroni sono le parti costituenti il nucleo di un atomo e vengono detti nucleoni.
Il numero di nucleoni e quindi di protoni+neutroni è detto numero di massa.
Il numero di protoni è detto numero atomico.
I nuclidi sono le diverse specie di atomi caratterizzate da nuclei di definita composizione.
Gli isòtopi sono i diversi nuclidi di uno stesso elemento che hanno lo stesso numero atomico e si differenziano solo per il numero di massa.
Deuterio: isòtopo stabile dell’idrogeno.
Tritio: isòtopo radioattivo dell’idrogeno.