S. M. S. “D’AZEGLIO- LUCARNO” - Genova

1. S. M. S. “D’AZEGLIO- LUCARNO” - Genova La classe III E presenta: LA RADIOATTIVITA’ A.s. 2000-2001 Progetto e coordinamento: prof. Margherita Politi Collaborazione: proff. Marcella Ciancio e Alba Sciutto Consulenza tecnica: prof. Piermario Grosso Menù

2. ARGOMENTI TRATTATI • La radioattivita’ • Gli elementi radioattivi • Le radiazioni nucleari • Le reazioni nucleari • I problemi del nucleare • Il futuro del nucleare

3. La radioattivita’ La radioattività è la capacità che ha un nucleo instabile di emettere spontaneamente radiazioni. La radioattività fu scoperta dal famoso fisico francese Becquerel nel 1896, mentre lavorava con sali di uranio che , esposti alla luce, emettevano radiazioni e riuscirono ad impressionare una lastra fotografica. Il fenomeno osservato fu chiamato “radioattività” e l’uranio fu definito “elemento radioattivo”. Più tardi Pierre e Marie Curie continuarono gli esperimenti e scoprirono un nuovo elemento radioattivo, il Radio.

4. Pierre e Marie Curie I coniugi Curie, sposatisi nel 1895, furono i primi a scoprire l’enorme potenzialità della radioattività. Scoprirono, lavorando insieme come fisici, alla scuola di fisica e chimica della Sorbona, che la radioattività della “pechblenda”, minerale dell’uranio, è quattro volte superiore a quella dell’uranio stesso: occorreva quindi isolare questo elemento, traendone il Polonio ed il Radio. Per i risultati ottenuti, nel 1903 furono insigniti del premio Nobel per la fisica. Marie, dopo la morte prematura del marito, continuò la ricerca scientifica ed ottenne un secondo premio Nobel per la chimica nel 1911. Morì nel 1934 a 67 anni.

5. Elementi radioattivi Elementi stabili con isotopi radioattivi:nuclei di elementi stabili con isotopi(atomi aventi lo stesso n° di protoni, ma un n°differente di neutroni nel nucleo)radioattivi. Elementi radioattivi naturali: elementi instabili (in decadimento radioattivo) che hanno un n° atomico elevato. Elementi radioattivi artificiali: trasformazione di elementi naturali in altri elementi instabili che hanno le stesse proprietà degli elementi radioattivi naturali.Essi hanno un n° atomico compreso tra 93 e 109; possono essere ottenuti soltanto in laboratorio: nuclei stabili vengono bombardati con particelle dotate di energia molto elevata.Tali particelle sono prodotte all’interno di un dispositivo detto “ciclotrone”, capace di accelerare le particelle del nucleo. Il fenomeno di tale radioattività prende il nome di “radioattività artificiale”,

6. Le radiazioni nucleari Sono costituite da: • Raggi alfa: sono costituiti da nuclei di elio, formati da due protoni e da due neutroni e quindi caricati positivamente. • Raggi beta: sono costituiti da elettroni e risultano quindi caricati negativamente. • Raggi gamma: sono radiazioni di natura elettromagnetica e sono pertanto privi di massa e di carica elettrica.

7. Raggi α,β,γ La caratteristica principale delle radiazioni è la loro capacità di penetrare attraverso la materia. Fra i diversi tipi di radiazioni, i raggi gamma sono i più penetranti e possono passare facilmente attraverso i materiali più diversi, anche attraverso spessi strati di piombo. I raggi alfa hanno scarsissimo potere di penetrazione, essi possono essere fermati da un foglio di carta. I raggi beta passano attraverso la carta, ma non attraverso un sottile strato di alluminio. Tutti gli atomi che emettono tali tipi di particelle si dicono radioattive.

8. Le trasmutazioni nucleari Il sogno di trasmutare sostanze semplici in altre complesse era già presente nell’antichità. La trasmutazione di elementi è la trasformazione di elementi chimici. Dopo gli studi in epoca araba e medioevale-rinascimentale, la prima trasmutazione di un elemento chimico fu realizzata nel 1919 in Inghilterra dal fisico neozelandese Rutherford che bombardò nuclei di Azoto, usando raggi alfa di radio, riuscendo a trasmutare nuclei di Ossigeno.Le particelle, viaggiando ad una velocità di 10000 Km/sec., colpirono nuclei di azoto cedendo ad essi un protone. Portarono avanti questi studi i coniugi Curie, sino alla scoperta della fusione nucleare, nel 1915 da parte di Harkins. Nel 1932 fu scoperta la fissione nucleare da parte di Chadwick.

9. Le reazioni nucleari La fissione nucleare : avviene attraverso il bombardamento di un nucleo atomico con particelle accelerate cariche o neutre. Alcuni isotopi, come l’uranio 235 e il plutonio, per la loro elevata instabilità, sono particolarmente adatti ad essere sottoposti a fissione. La fissione si ottiene bombardando il nucleo di questi elementi instabili con neutroni. Nel processo di fissione si ottengono atomi aventi N° atomico più basso, due o tre neutroni liberi e una enorme quantità di energia. Dalla fissione di un kg di uranio, si libera tanta energia quanta se ne ottiene bruciando due milioni e mezzo di Kg di carbone. I neutroni che si liberano durante la fissione dell’uranio, possono a loro volta colpire altri atomi di uranio innescando un processo che prende il nome di reazione a catena. Lo sfruttamento dell’energia prodotta nella fissione nucleare avviene attraverso l’impiego dei reattori nucleari.

11. Le reazioni nucleari La fusione nucleare: avviene nel Sole e in tutte le stelle. Nuclei di atomi leggeri si uniscono per formare un nucleo più pesante. La fusione più conosciuta è quella che avviene fra i nuclei di due isotopi dell’idrogeno, il trizio e il deuterio, con formazione di un nucleo di elio. In questo processo si libera un neutrone, i due nuclei perdono una parte del loro peso e si sviluppa un’enorme quantità di energia.

12. I problemi del nucleare • EFFETTI BIOLOGICI DELLE RADIAZIONI: • Alcuni tipi di Isotopi come lo Iodio 131, il Tecnezio 99, il Carbonio 14, vengono usati per scopi biologici, ma in genere le dosi impiegate non costituiscono nel tempo dei seri pericoli per i pazienti; l’irradiazione con il Cobalto 60 a scopo terapeutico trova invece lotta contro i tumori, distruggendo i tessuti neoformati. • Radiazioni molto intense possono uccidere il sistema nervoso centrale provocando la morte immediata; bassi livelli di radiazioni invece possono causare leucemie, o cancro.Se i livelli delle radiazioni sono bassi si può avere nausea o vomito per settimane e mesi. • Le radiazioni nucleari provocano effetti mutageni a carico del DNA. SCALA DI PERICOLOSITA’ NUCLEARE 7- Incidente molto grave: Charnobyl, 1986. 6- Incidente grave, fuga importante: piani di protezione per la popolazione. 5- Incidente con rischi esterni alla centrale: fuga limitata, Windscale, 1957. 4- Incidente all’interno della centrale: piccola fuga, Saint Laurent, 1980. 3- Incidente importante: contaminazione, sovraesposizione dei lavoratori, Vandellos, 1992. 2- Incidente: anomalie che non alterano la sicurezza all’interno della centrale, Trillo, 1992. 1- Anomalie che non provocano rischi, ma che evidenziano carenze nei sistemi di sicurezza.

13. I problemi del nucleare In una piccola città dell’Ucraina, Chernobyl, il 26 aprile 1986, due esplosioni distrussero uno dei quattro reattori della locale centrale nucleare, causando la fuoriuscita di gas altamente radioattivo. Nel giro di pochi giorni la nuberadioattiva, spinta dai venti, si spostò, inizialmente verso la Polonia e la Scandinavia, finendo poi per interessare gradatamente tutta l’Europa Centrale e la nostra stessa penisola; tracce anormali di radioattività furono rilevate anche negli Stati Uniti e Tokyo. I dati ufficiali del settembre 1986 parlavano di 30 morti per esposizione a radiazioni, di 1000 contaminati e oltre 135000 persone costrette ad abbandonare un vasto territorio attorno alla centrale. Questo territorio è tuttora in fase di decontaminazione, e ancora per molto tempo non potrà essere utilizzato in alcun modo. Il reattore che aveva provocato il disastro, fu seppellito con tonnellate di sabbia e cemento. Il carico radioattivo depositato da una nube provocò l’inquinamento del terreno, furono distrutte molte piante. Il disastro a Chernobyl causò più di 100.000 casi di cancro; le altre nazioni non erano preparate a questo disastro e non seppero come risolverlo. Nel mondo ci sono stati molti incidenti nucleari che hanno interessato diverse zone del mondo ma non come quello di Chernobyl.

14. I problemi del nucleare Le scorie radioattive sono un problema per l’uomo perché la loro radioattività si mantiene a lungo. Sia lo smaltimento del materiale fissile delle testate nucleari sia del plutonio come combustibile nelle centrali nucleari, presenta molti problemi e costi elevati; si è parlato della necessità di usare reattori nucleari civili per smaltire l’Uranio 235 e di riaprire i reattori veloci, come il francese “Superphenix”, per smaltire il plutonio. E’ necessario che il processo di smaltimento delle scorie radioattive sia effettuato in impianti”intrinsecamente sicuri”. Le scorie racchiuse in contenitori isolati sono trattenute nelle centrali per un certo tempo per diminuirne la radioattività. Da qui sono inviate ai centri di riprocessamento, nei quali vengono recuperati l’uranio 235 e il plutonio 239, ancora utilizzabili. Greenpeace afferma che la soluzione migliore per smaltire la scorie è quello attuato in Svezia dove vengono costruiti depositi sottomarini ultrasicuri, per lo scopo. Il metodo attualmente preferito dagli esperti per lo smaltimento delle scorie radioattive è quello di seppelirle, nei loro contenitori, a grande profondità, in zone geologicamente stabili.

15. Il futuro del nucleare Realistiche previsioni ci fanno pensare che il bisogno di energia crescerà notevolmente nei prossimi anni: non è possibile ipotizzare una diminuzione dello standard di vita in quanto le esigenze dell’economia e della società sono notevolmente aumentate. Ma allora, quale futuro? Gli studi si rivolgono inevitabilmente verso il nucleare pulito e verso le fonti alternative quali quella solare, delle maree, eolica e delle biomasse. Oltre al fisico italiano Rubbia, molti fisici e scienziati stanno lavorando a questo. Ci auspichiamo che le sperimentazioni attuate nei vari campi di ricerca abbiano esiti positivi, rivolti al nostro benessere.

16. Il futuro del nucleare RUBBIA: dagli studi di simulazione dimostra come ottenere un nucleare sempre più pulito. Con l’americano Bowman, ad Erice, esaminando il ciclo torio-uranio, ha scoperto che, bombardando, in un acceleratore di particelle, con un fascio di protoni, il torio, questo diventa uranio 233 e i suoi neutroni, in questo processo, producono l’energia. Ne segue il vantaggio che un simile reattore non potrebbe mai fondere, perché non c’è reazione a catena; per interrompere il processo inoltre, basterebbe spegnere l’interruttore del fascio di protoni. Anche le scorie nucleari prodotte sono minori, con una vita di 300 anni contro i 15000 degli attuali reattori. • VANTAGGIdell’ipotesi di Rubbia: • Reattore intrinsecamente sicuro. Scorie che decadono in breve tempo. Produzione di materiale energetico, non bellico. Soluzione al problema della disponibilità di energia a lungo termine, data l’abbondanza del torio sulla crosta terrestre.

18. FROM…………………..

19. TO….…. THE BIRTH OF LIFE Gli allievi della III E: Alessandro Agostino, Manuela Beghin, Ilaria Bignardi, Alessandra Bruzzese, Bianca Carini, Nicolò Cerisola, Emanuele Chiacchietta, Ornella Ciaramitaro, Simone Ciccia, Andrea Costi, Marta Fabbri, Fritz Flores, Andrea Francalanza, Laura Garbarini, Elena Mastinu, Marta Noceti, Federica Salvatori, Luca Spinetti, Riccardo Volpi.