LA FORZA NUCLEARE
Le forze nucleari capaci di tenere insieme
il nucleo dell'atomo furono studiate da molti fisici degli anni
'40. L'Istituto di Fisica italiano di
via Panisperna a Roma era tra i più attivi, era diretto da
Enrico Fermi. Negli esperimenti si cercava di comprendere le
cause e le forze in grado di mantenere l'equilibrio stabile nei
nuclei. La proprietà di un atomo dipende infatti dal numero di
elettroni (e quindi di protoni) che possiede.
Il gruppo di Enrico Fermi studiò in
laboratorio la capacità degli "isotopi", ovvero degli
atomi in grado di diventare stabili nel tempo acquistando o
cedendo neutroni. Queste reazioni sono dette "nucleari".
Le forze nucleari devono essere
intensissime, per poter tenere insieme, a distanza molto
piccola, molti protoni con la stessa carica.
Al di fuori del nucleo atomico stesso, queste
forze sono invece inefficaci.
Quindi per mettere insieme il nucleo,
avvicinando un protone ad un altro protone, dovremmo spendere
molta energia. Energia che sarà poi
immagazzinata nel nucleo fino quando qualcosa non lo rompa,
ovvero resterà imprigionata nella struttura che abbiamo creato.
Ogni nucleo avrà immagazzinata dentro di sé
una quantità di energia, poichè le
strutture dei nuclei sono diverse questa energia sarà allo
stesso modo diversa da nucleo a nucleo. Ciò vale sia per i
nuclei "naturali" sia per quelli creati in laboratorio, ovvero
"artificiali".
Nel momento in cui spezziamo un nucleo,
rompendolo otteniamo due nuclei più leggeri ma anche rilascio di
energia. I due nuovi nuclei più leggeri immagazzinano in totale
meno energia di quella contenuta nel nucleo originario da cui
derivano. Ovvero si ha un "guadagno di energia". Questo è il
principio della "fissione nucleare", ovvero della
frammentazione dei nuclei.
Non sempre comunque il guadagno netto di
energia è presente. In alcuni casi per spezzare il nucleo
dovremmo impiegare un'energia dall'esterno tale da creare nei
due nuovi nuclei una forza energetica maggiore del nucleo da cui
derivano.
Se invece di spezzare un nucleo volessimo
fondere tra loro due nuclei leggeri per formare un nucleo
pesante potremmo al pari creare energia. Dalla fusione potremmo
ottenere un unico nucleo con un'energia immagazzinata maggiore o
minore di quella originariamente immagazzinata nei due nuclei
più leggeri. Nel caso in cui l'energia contenuta nel nucleo è
maggiore, avremmo un guadagno netto di energia. E' il principio
della "fusione nucleare".
Non è comunque possibile ripetere un processo
frammentazione --> fusione sugli stessi nuclei, se così fosse
avremmo una produzione di energia perenne ed infinita.
Generalmente è possibile produrre energia
in due modi:
- Spezzando un nucleo pesante in nuclei medi.
Cd. Fissione Nucleare.
- Fondendo più nuclei leggeri in un nucleo
medio. Cd. Fusione Nucleare
Le proprietà dei nuclei per dare luogo alla
fissione nucleare o alla fusione nucleare sono quindi diverse.
Ovvero è diverso il carburante. Nel caso (1) saranno utilizzati
i nuclei pesanti dell'uranio o del plutonio, nel
caso (2) i nuclei leggeri dell'idrogeno e dell'elio.
Si può affermare che i nuclei di peso
intermedio immagazzinano meno energia sia rispetto a quelli
pesanti, sia rispetto a quelli leggeri.
Il guadagno di energia che viene liberato
dalla fissione o dalla fusione si può presentare in due modi:
- sotto forma di calore
- sotto forma di particelle veloci che si
allontanano tra loro, portando con se parte dell'energia
liberata
Ora, il passo successivo è comprendere come
eventualmente sfruttare l'energia rilasciata dalla fusione o
dalla fissione per produrre energia utile a soddisfare esigenze
pratiche dell'uomo.
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