Galleria di immagini:disastri da fusione nucleare Il reattore 2 è inattivo in primo piano nella centrale nucleare di Three Mile Island in Pennsylvania. Guarda altre immagini di disastri da fusione nucleare. John S. Zeedick/Getty Images Il termine "crollo nucleare" è diventato sinonimo di scenari peggiori. Questo è vero sia che tu stia parlando del tracollo figurato del tuo capo in ufficio o delle preoccupazioni reali che circondano eventi come il disastro della centrale nucleare di Fukushima Daiichi del 2011.
Infatti, poiché le centrali nucleari non possono produrre una detonazione nucleare in stile Hiroshima, un crollo è più grave che mai. Numerose fusioni nucleari si sono verificate durante l'era atomica dell'umanità, sebbene fortunatamente solo quattro eventi su larga scala si siano mai verificati negli impianti civili. Il primo ha avuto luogo al reattore svizzero Lucens nel 1969. L'incidente di Three Mile Island si è verificato un decennio dopo, seguito dal disastro russo di Chernobyl nel 1986 e dal disastro di Fukushima Daiichi nel 2011.
L'Agenzia internazionale per l'energia atomica (AIEA) classifica gli eventi nucleari su una scala da zero a sette, che vanno da una semplice deviazione senza significato per la sicurezza (livello 0) a un incidente rilevante (livello 7) come Chernobyl in cui si verificano danni diffusi alla salute e all'ambiente. Che crea città deserte e punti di riferimento di distruzione come il piede dell'elefante.
Abbastanza interessante, né l'AIEA né la Commissione di regolamentazione nucleare degli Stati Uniti riconoscono ufficialmente il termine "crollo nucleare, ma le parole continuano a incutere timore. In questo articolo, analizzeremo come funziona un reattore nucleare e come può verificarsi una fusione.
Non preoccuparti troppo di equazioni complesse, perché l'intera situazione alla fine si riduce al calore. Il calore adeguatamente controllato all'interno di un reattore aiuta a generare energia. Calore fuori controllo, d'altra parte, può provocare la fusione del reattore stesso e contaminare l'ambiente circostante con radiazioni pericolose.
Ora vai alla pagina successiva per scoprire cosa succede all'interno di un reattore sano.
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Questa è una panoramica di una centrale nucleare, ma entra e fai un giro per vedere come funziona. © 2011 HowStuffWorks.com Il calore fa la differenza. Questa è la chiave per capire come funziona un reattore nucleare sano e come si verifica una fusione in uno compromesso.
Primo, diamo un'occhiata a una centrale elettrica a carbone di base:bruciamo carbone per creare calore. Quel calore fa bollire l'acqua in espansione, vapore in pressione che si dirige verso una turbina, che fa girare un generatore per produrre quella preziosa scintilla.
Una centrale nucleare funziona in modo simile, solo il calore viene da an reazione di fissione indotta che avviene nel reattore. fissione si riferisce a quando gli atomi di un materiale si dividono costantemente in due, sprigionando molta energia e un calore che chiamiamo calore di decadimento . Vedere, l'uranio e altri elementi radioattivi già subiscono fissione spontanea a ritmi molto lenti senza alcun aiuto umano. In una centrale nucleare, gli operatori stimolano artificialmente, o indurre, quella reazione di fissione bombardando le barre di combustibile riempite di uranio con neutroni provenienti da precedenti reazioni di fissione. Ciò significa più calore per far bollire l'acqua in vapore.
Certo, non vuoi che le temperature all'interno del reattore nucleare aumentino troppo, per timore che danneggino il reattore e rilascino radiazioni nocive. Così, il refrigerante (spesso acqua) all'interno del nocciolo del reattore serve anche a moderare la temperatura delle barre di combustibile nucleare.
È come guidare un'automobile:non vuoi surriscaldare il motore, perchè potrebbe danneggiarlo. La differenza, però, è che puoi spegnere un veicolo e lasciare che il motore si raffreddi. Un'auto genera calore solo mentre è in funzione e possibilmente per poco tempo dopo.
I materiali radioattivi all'interno di un reattore nucleare, però, sono un'altra storia. L'uranio e persino gli strumenti e le parti irradiati continueranno a generare calore di decadimento anche se gli operatori dell'impianto interromperanno tutte le reazioni di fissione indotte. Cosa che possono fare in pochi minuti.
Nella pagina successiva, andremo all'interno di una fusione nucleare.
Mentre discutiamo di cos'è una fusione nucleare, è anche importante parlare di cosa non è una fusione nucleare. Non è un'esplosione nucleare. Né una fusione brucerà un buco attraverso il centro della Terra, come reso popolare nel film catastrofico del 1979 "The China Syndrome".
In una fusione nucleare, siamo di fronte a un reattore che brucia fuori controllo, al punto in cui subisce danni dal proprio calore. Tipicamente, questo deriva da a perdita di liquido di raffreddamento incidente ( LOCALIZZAZIONE ). Se la circolazione del refrigerante attraverso il nocciolo del reattore rallenta o si arresta del tutto, la temperatura sale.
Le prime cose a sciogliersi sono le barre di combustibile stesse. Se il personale dell'impianto può ripristinare la circolazione del refrigerante a questo punto, l'incidente si qualifica come a fusione nucleare parziale . L'incidente di Three Mile Island del 1979 rientra in questa categorizzazione:il nocciolo del reattore dell'Unità 1 si è sciolto, ma l'involucro protettivo attorno al nucleo è rimasto intatto. Infatti, il reattore dell'Unità 2 della centrale nucleare di Three Mile Island continua a produrre energia all'ombra della sua controparte disattivata.
Se lasciato deselezionato, però, una fusione nucleare parziale può peggiorare in a fusione nucleare totale . Tali situazioni diventano una corsa contro il tempo poiché le squadre di emergenza tentano di raffreddare i resti del nucleo prima che si sciolgano attraverso gli strati di involucro protettivo e persino l'edificio di contenimento stesso. Nel 1986, Le squadre russe hanno inseguito i resti fusi del nocciolo del reattore della centrale nucleare di Chernobyl nel seminterrato della struttura, allagandolo con acqua per raffreddare i materiali prima che possano bruciare attraverso l'edificio di contenimento e inquinare le acque sotterranee.
Nel marzo del 2011, L'impianto nucleare giapponese di Fukushima Daiichi ha subito un incidente con perdita di refrigerante quando un potente terremoto ha danneggiato i generatori di riserva che fornivano energia alle pompe dell'acqua di raffreddamento dell'impianto. Gli eventi che seguirono illustrano alcune delle complicazioni aggiuntive che possono verificarsi durante una fusione nucleare.
Le radiazioni in alcuni dei reattori surriscaldati di Fukushima Daiichi (la struttura ne aveva sei) iniziarono a dividere l'acqua in ossigeno e idrogeno. Le conseguenti esplosioni di idrogeno hanno violato le strutture di contenimento secondario (o secondo livello di protezione) di almeno tre reattori, permettendo a ancora più radiazioni di fuoriuscire. Una successiva esplosione ha scosso un'unità così forte da danneggiare la struttura di contenimento primaria di un reattore.
Quindi, come impedire che si verifichi o peggiori una fusione nucleare? Scopri nella pagina successiva.
Gli elicotteri altamente irradiati usati per scaricare cemento e acqua sul reattore di Chernobyl nel 1986 giacevano in un campo vicino al villaggio ucraino di Rosoha. Daniel Berehulak/Getty Images Ancora, le fusioni nucleari si riducono al calore e alla necessità vitale di un sistema di raffreddamento funzionante per mantenere le condizioni sotto controllo. Il disastro di Fukushima Daiichi ci ricorda che questo sistema è critico anche se tutta l'attività di fissione è stata interrotta. L'impianto giapponese ha automaticamente sommerso le barre di combustibile quando si è verificata una maggiore attività sismica, arrestando efficacemente tutte le reazioni di fissione entro 10 minuti. Ma quelle barre generavano ancora calore di decadimento che richiedeva un sistema di raffreddamento funzionante.
Questo è anche il motivo per cui le scorie radioattive ad alta attività, come combustibile irraggiato o usato per reattori nucleari, pone una tale preoccupazione. Ci vogliono decine di migliaia di anni perché questi materiali decadano a livelli radioattivi sicuri. Durante gran parte di questo tempo, richiederanno un sistema di raffreddamento o misure di contenimento sufficienti. Altrimenti, bruceranno tutto ciò in cui li metti.
I progetti passati di centrali nucleari si sono dimostrati ancora più inclini a crolli, però. Al momento dei rispettivi incidenti, le centrali elettriche di Fukushima Daiichi e Three Mile Island utilizzavano l'acqua non solo come refrigerante ma anche come a moderatore . Un moderatore diminuisce la velocità dei neutroni veloci, rendendoli più probabilità di collisione con componenti di combustibile fissile e meno probabilità di entrare in collisione con componenti di combustibile non fissile. In altre parole, un moderatore aumenta la probabilità che si verifichi la fissione nel reattore. Quando l'acqua defluisce dal nocciolo di un tale reattore, perciò, la fissione si ferma automaticamente.
Chernobyl, d'altra parte, usato grafite solida come moderatore. Se il liquido di raffreddamento defluisce, il moderatore resta indietro. Come tale, la perdita di acqua in un reattore di tipo Chernobyl può effettivamente aumentare il tasso di fissione.
Per evitare che una perdita di liquido di raffreddamento si trasformi in una fusione, gli operatori dell'impianto devono raffreddare il nocciolo del reattore. Ciò significa scaricare più refrigerante attraverso le barre di combustibile surriscaldate. Più nuove sono le barre di combustibile, più velocemente si verificherà questo cooldown.
Se inizia a verificarsi un crollo parziale, le canne lo faranno crollo . Se deselezionato, le barre di frantumazione si fonderanno e si accumuleranno sul fondo del nocciolo del reattore in un grande fango fuso. Quel fango radioattivo rappresenterebbe una sfida di raffreddamento ancora maggiore. Non solo è una singola massa (al contrario di diverse aste indipendenti), un lato di esso viene premuto contro il fondo del nocciolo del reattore, bruciando costantemente attraverso di esso attraverso il calore che produce.
Nel caso di Chernobyl, le squadre di emergenza hanno pompato centinaia di tonnellate di acqua per raffreddare il nocciolo del reattore. Prossimo, hanno scaricato il boro, argilla, dolomite, piombo e sabbia sul nucleo in fiamme in elicottero per spegnere gli incendi e limitare le particelle radioattive che salgono nell'atmosfera. Nei mesi che seguirono, hanno racchiuso l'impianto in rovina in una schermatura di cemento spesso indicata come a sarcofago .
Ancora, le centrali nucleari alla fine si riducono alla generazione di calore, e il loro mantenimento dipende da una corretta regolazione di quel calore. Se i sistemi di raffreddamento si guastano, le condizioni possono bruciare costantemente senza controllo.
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