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Enrico fermi e la reazione a catena

Durante il suo lavoro nel campo della fisica nucleare, Fermi ha anche contribuito allo sviluppo della teoria dei neutrini, delle particelle subatomiche che hanno una massa molto piccola e sono elettricamente neutre..

Ha ricevuto il Premio Nobel per la fisica nel 1938 per le sue ricerche sulla radioattività indotta dall'uranio e per la scoperta delle reazioni nucleari causate da neutroni lenti.

Fermi ha svolto un ruolo cruciale nella creazione del primo reattore nucleare controllato, il Chicago Pile-1 (CP-1), nel 1942. Il CP-1 era un esperimento per dimostrare la fattibilità della reazione nucleare a catena e ha segnato un importante passo avanti nella ricerca sull'energia nucleare. Questo lavoro ha aperto la strada allo sviluppo successivo della tecnologia nucleare per scopi pacifici e militari.

Enrico Fermi (1901-1954) è stato un famoso fisico italiano naturalizzato statunitense. È considerato uno dei più grandi scienziati del XX secolo e ha contribuito in modo significativo a diversi campi della fisica teorica e sperimentale.

enrico fermi

Dopo la fissione nucleare una parte della massa viene liberata dal nucleo:

la fissione nucleare e la reazione a catena

Grazie all'energia di legame le particelle restano unite nel nucleo di un atomo ( interazione forte ).

Secondo l'equazione della massa di Albert Einstein la massa (m) e l'energia (E) sono intercorrelati tra loro.Quando due nucleoni ( neutroni e protoni ) sono attratti tra loro e si uniscono, una parte della loro massa viene trasformata in energia di legame.

La massa del nucleo atomico iniziale ( pesante ) è maggiore alla somma della massa dei nuclei finali ( leggeri ) ottenuti dopo la fissione.Questa differenza di massa ( difetto o massa mancante ) è l'energia di legame in eccesso che viene rilasciata dai frammenti dell'atomo dopo la fissione.

La fissione nucleare è la scissione di un nucleo atomico pesante in due o più nuclei leggeri. E' uno dei processi fisici di trasformazione nucleare e si presenta in modo naturale negli isotopi di alcuni elementi chimici pesanti con nucleo instabile ( es. Uranio 235 ).

A cosa serve?Nei reattori nucleari l'energia termica ( calore ) è utilizzata per produrre forza vapore. Poi trasformata in energia meccanica e, infine, in energia elettrica: il vapore prodotto aziona infatti una turbina che, a sua volta, mette in moto un alternatore.

Perché i neutroni devono essere a bassa energia? I neutroni a bassa energia cinetica sono più lenti e hanno maggiore probabilità di essere catturati dall'interazione forte del nucleo atomico. Per rallentare la corsa dei neutroni sono presenti nel reattore dei materiali moderatori ( es. molecole d'acqua pesante o deuterio ).

L'energia in eccesso viene rilasciata sotto forma di energia cinetica dei frammenti della fissione ( atomi leggeri e neutroni liberi ) ed energia termica.

Un atomo di uranio-235 ( materiale fissile ) viene bombardato con un fascio di neutroni a bassa energia.Il nucleo dell'atomo che ha assorbito il neutrone aggiuntivo si scinde in due atomi più leggeri, entrambi di carica positiva, che si respingono con violenza allontanandosi con elevata energia cinetica, e libera due o tre neutroni.

come avviene la fissione nucleare

I prodotti per ogni fissione sono, dunque, due neutroni che incontrano due atomi di uranio provocando due scissioni, e 4 neutroni, che se incontrano 4 atomi di uranio provocano 4 scissioni e 8 neutroni e così via...

  • Allora il numero di fissioni raddoppia ogni generazione. Così , in 10 generazioni vi sono 1024 fissioni e in 80 generazioni circa 6⋅10^23 (una mole) fissioni.
  • Il processo può essere controllato (energia nucleare) o non controllato (armi nucleari).

  • I neutroni liberati dalla reazione nucleare dopo la fissione si muovono nello spazio circostante.
  • Se nel percorso incontrano un altro atomo di uranio 235, sono a loro volta assorbiti e innescano un nuovo processo di fissione che libera altri due o tre neutroni.

la reazione a catena

  • In poco tempo si innesca una reazione a catena divergente.
  • Se il materiale fissile è presente in abbondanza, il numero delle fissioni cresce esponenzialmente rilasciando una grande quantità di energia.
  • In queste condizioni ambientali i neutroni liberati sono assorbiti dagli altri atomi fissili ( isotopi di plutonio o uranio ) che, a loro volta, si scindono liberando altri neutroni.

Il materiale fissile è concentrato in uno spazio ridotto per aumentare le probabilità di fissione. Non ci sono altri atomi e sostanze moderatrici oltre gli elementi fissili.

incontrollata

controllata

E' il principio fisico alla base del funzionamento delle centrali nucleari termoelettriche a fissione.

  • La reazione controllata evita il surriscaldamento del reattore nucleare.
  • Il reattore produce nel tempo una quantità di energia termica costante e non supera mai una soglia massima Emax.

Nel reattore sono presenti altri atomi di altri materiali non fissili per assorbire una parte dei neutroni liberati e ridurre il numero delle fissioni nucleari.

la reazione a catena

LAVORO DI GRUPPO DI:DOMENICO DI RENZOGIORGIA TOMASSINI

grazie per l'attenzione