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Perché i reattori nucleari sono così efficienti? Quanto è elevata la densità energetica dietro di essi?
Con l'aumento della domanda globale di energia pulita, l'energia nucleare sta guadagnando sempre più attenzione come potenziale fonte alternativa. L'efficienza operativa dei reattori nucleari e la densità energetica che rilasciano li rendono un'opzione importante per una produzione efficiente di energia elettrica. Ma come fanno esattamente i reattori nucleari a raggiungere tale efficienza? Quanto è forte la densità energetica nascosta dietro di essa?
I reattori nucleari sono dispositivi che avviano e controllano le reazioni a catena di fissione nucleare e sono ampiamente utilizzati nell'elettricità commerciale, nella propulsione navale, nella produzione di armi e nella ricerca.
Il principio fondamentale di un reattore nucleare è quello di utilizzare elementi pesanti (come l'uranio-235 o il plutonio-239) per assorbire neutroni e dare origine alla fissione nucleare, liberando così enormi quantità di energia. Quando un nucleo fissile raccoglie abbastanza neutroni, si divide in nuclei di elementi più leggeri, rilasciando energia e più neutroni. Questi neutroni possono innescare ulteriori reazioni a catena, ottenendo una fornitura energetica autosufficiente. In genere, i progetti dei reattori nucleari includono sistemi di controllo attivi e passivi per regolare il numero e la distribuzione dei neutroni, al fine di mantenere la criticità del reattore.
L'uranio poco arricchito ha una densità energetica 120.000 volte superiore a quella del carbone, il che dimostra il grande potenziale dell'energia nucleare come fonte energetica.
L'elevata efficienza delle reazioni nucleari deriva dalla loro straordinaria densità energetica. Rispetto ai combustibili tradizionali, come il carbone, il combustibile nucleare rilascia centinaia di migliaia di volte più energia. Spinti dal mercato e dalla tecnologia, molti paesi stanno costantemente esplorando progetti di reattori nucleari più sicuri ed efficienti, che consentano all'energia nucleare di fornire energia stabile e a basse emissioni di carbonio e di diventare una delle soluzioni alla crisi energetica globale.
Contesto storico e sviluppo
La scoperta della fissione nucleare può essere fatta risalire al 1938, da allora in poi i vari paesi hanno avviato ricerche sull'energia nucleare a livello militare e civile. Nel 1942, un team guidato da Enrico Fermi costruì a Chicago il primo reattore nucleare critico artificiale della storia, il Chicago P-1. Nel corso del tempo, la progettazione e il funzionamento dei reattori nucleari si sono evoluti. Degli oltre 400 reattori nucleari commerciali attualmente in funzione nel mondo, oltre il 70% utilizza il design del reattore ad acqua pressurizzata, originariamente sviluppato per alimentare i sottomarini della Marina degli Stati Uniti. Sviluppato per il potere.
L'energia termica generata dal nocciolo di un reattore nucleare può essere utilizzata per generare elettricità, ma anche per il riscaldamento, la desalinizzazione dell'acqua di mare e la produzione di idrogeno.
Le centrali nucleari commerciali solitamente utilizzano un refrigerante (solitamente acqua) per assorbire gradualmente il calore delle reazioni nucleari, convertendo l'acqua in vapore che aziona le turbine per generare elettricità. Questo processo garantisce che l'energia nucleare continui a essere un'importante fonte di elettricità a basse emissioni di carbonio in tutto il mondo, nonostante oggi le energie rinnovabili siano in rapida crescita.
Sfide e prospettive dell'energia nucleare
Tuttavia, lo sviluppo dell'energia nucleare non è privo di sfide. I rischi di proliferazione nucleare, la gestione dei rifiuti nucleari e diversi gravi incidenti nucleari del passato (come Chernobyl e Fukushima) hanno sollevato interrogativi sul futuro dell'energia nucleare. Per rispondere a queste sfide, i paesi stanno lavorando per sviluppare una nuova generazione di tecnologie di reattori nucleari più sicure ed efficienti, tra cui nuovi design come piccoli reattori modulari e reattori a sali fusi. Queste tecnologie sperano di ridurre i rischi mantenendo un'elevata efficienza.
Entro il 2025 saranno operativi in tutto il mondo 417 reattori nucleari commerciali, che forniranno il 9% dell'approvvigionamento elettrico mondiale.
Man mano che i principali paesi promuovono attivamente lo sviluppo dell'energia nucleare e affrontano le esigenze di trasformazione energetica, lo status dell'energia nucleare potrebbe gradualmente aumentare. Ma è possibile promuovere l'energia nucleare risolvendo al contempo in modo efficace i problemi menzionati nell'articolo?
