Liceo Gaetano De Sanctis 17 Marzo 2010 STORIA

Liceo “Gaetano De Sanctis” 17 Marzo 2010 STORIA DELL’ENERGIA NUCLEARE Ing. Ugo Spezia Segretario Generale AIN Slide n. 1 AIN 10/29/20

Storia dell’energia nucleare Come è fatto un impianto nucleare ISOLA NUCLEARE Slide n. 2 PARTE CONVENZIONALE AIN

Storia dell’energia nucleare L’Istituto di Fisica di Via Panisperna a Roma ■ La storia dell’energia nucleare inizia a Roma, presso l’Istituto di Fisica di Via Panisperna. Slide n. 3 AIN

Storia dell’energia nucleare L’Istituto di Fisica di Via Panisperna a Roma Slide n. 4 AIN

Storia dell’energia nucleare I “Ragazzi di Via Panisperna” FRANCO EMILIO RASETTI SEGRÈ EDOARDO OSCAR AMALDI D’AGOSTINO ENRICO FERMI ■ Nei primi anni Trenta il direttore Orso Mario Corbino raccolse presso l’Istituto di Fisica di Roma un gruppo di validi ricercatori (i famosi “Ragazzi di via Panisperna”) che operarono sotto la guida di Enrico Fermi. ETTORE MAJORAN A Slide n. 5 BRUNO PONTECORV O ENRICO PERSICO AIN

Storia dell’energia nucleare L’aula di Enrico Fermi ■ L’aula dell’Istituto di Fisica di via Panisperna in cui Fermi teneva le sue lezioni. Slide n. 6 AIN

Storia dell’energia nucleare Enrico Fermi al lavoro ■ Una rara immagine del 1934 che ritrae Fermi al lavoro presso l’Istituto di Fisica. Slide n. 7 AIN

Storia dell’energia nucleare La fontana di Via Panisperna ■ Questa fontana, ubicata nel cortile dell’Istituto di Via Panisperna, fu utilizzata il 22 ottobre 1934 per svolgere un esperimento sul rallentamento dei neutroni. Slide n. 8 AIN

Storia dell’energia nucleare Gli studi di Enrico Fermi ■ Nel 1934 Fermi decise di utilizzare i neutroni lenti per bombardare i nuclei atomici al fine di indurre la radioattività. ■ Disporre di una “variante” radioattiva (isotopo) di un certo elemento consente di studiare il comportamento di quell’elemento nei processi fisici, chimici e biologici. Questa tecnica (detta “dei traccianti radioattivi”) è tuttora molto utilizzata nella ricerca e anche in alcune applicazioni industriali. ■ Nel corso degli esperimenti di attivazione l’equipe di Fermi riuscì a indurre la “fissione” nell’uranio-235, ovvero la frammentazione del nucleo di uranio e la conseguente produzione di energia termica. ■ Ma non riuscì a interpretare e a spiegare compiutamente il fenomeno, in quanto le Slide n. 9 AIN

Storia dell’energia nucleare Il contributo di Otto Hahn e Fritz Strassmann ■ Nel 1938, dopo la pubblicazione dei risultati degli esperimenti condotti dall’equipe di Fermi, i fisici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann riuscirono a riprodurre in laboratorio la fissione dell’uranio 235 e a riconoscerne il carattere di reazione nucleare. Slide n. 10 AIN

Storia dell’energia nucleare Il contributo di Lise Meitner e Otto Frisch ■ Con Hahn e Strassmann collaborava anche Lise Meitner, che dovette però abbandonare la Germania nel 1938 per sfuggire alle persecuzioni razziali. ■ Dalla Danimarca restò in corrispondenza con i colleghi tedeschi e nel 1939 diede un apporto determinante, insieme a Otto Frisch, all’interpretazione degli effetti della fissione dell’uranio in termini di liberazione di energia nucleare. ■ Nel 1939 i fisici erano dunque consapevoli della Slide n. 11 possibilità di produrre AIN

Storia dell’energia nucleare Il Premio Nobel a Enrico Fermi ■ Il 10 Dicembre 1938 Enrico Fermi fu insignito del Premio Nobel per i suoi studi sulle reazioni nucleari indotte con neutroni lenti, in particolare sulla radioattività artificiale. Slide n. 12 AIN

Storia dell’energia nucleare La fuga di Fermi negli Stati Uniti ■ Partendo alla volta della Svezia per ricevere il Premio Nobel, Fermi aveva già deciso di abbandonare l’Italia per sottrarre alle persecuzioni razziali la moglie, Laura Capon, di religione ebraica. ■ La vigilia di Natale del 1938 si imbarcò a Southampton con la moglie e i figli Nella e Giulio a bordo del transatlantico Franconia, diretto a New York, dove sbarcò il 2 gennaio 1939. ■ La foto ritrae la famiglia Fermi a bordo della nave durante la traversata dell’Atlantico. Slide n. 13 AIN

Storia dell’energia nucleare La ricerca sulle “pile” e il Progetto Manhattan ■ Giunto a New York Fermi assunse la cattedra di Fisica presso la Columbia University. ■ Assieme alla sua nuova equipe concentrò gli studi sullo studio della reazione di fissione nucleare costruendo sette pile sottocritiche. ■ Nel 1941, dopo lo scoppio della Seconda guerra mondiale, il governo americano decise di far confluire tutti gli studi nel “Progetto Manhattan”, che porterà alla costruzione della bomba atomica. ■ Anche Enrico Fermi fu arruolato nel Progetto Manhattan e fu Slide trasferito presso l’Università di n. 14 AIN

Storia dell’energia nucleare La costruzione della Chicago Pile 1 ■ Presso l’Università di Chicago Fermi diresse gli studi e i lavori di costruzione della “Chicago Pile 1” (CP-1) destinata a diventare il primo reattore nucleare della storia. ■ Le attività, coperte dal segreto militare, si svolsero nell’ambito del Metallurgical Laboratory (Met. Lab). ■ La CP-1 fu realizzata in una palestra di squash ubicata sotto le tribune dello Stagg Field, lo stadio di football dell’Università di Chicago, che fu successivamente demolito. Slide n. 15 AIN

Storia dell’energia nucleare La CP-1 ■ La Pila di Fermi era costituita da un insieme di mattoni di grafite all’interno dei quali erano sistemate sferette (“pellet”) di uranio. ■ Il segreto militare imposto sulle attività del Met. Lab vietava che le attrezzature fossero fotografate. ■ Una delle rare foto esistenti della pila di Fermi ne mostra la superficie superiore dopo la deposizione del 19° strato di mattoni di grafite. ■ Complessivamente gli strati furono 57, costituiti da 40 mila mattoni di grafite e 20 mila pellet di uranio. Slide n. 16 AIN

Storia dell’energia nucleare La CP-1 Slide n. 17 AIN

Storia dell’energia nucleare L’esperimento del 2 dicembre 1942 ■ Completata la costruzione della pila, l’esperimento decisivo iniziò il 2 dicembre 1942 alle 8: 30 del mattino. ■ La pila raggiunse le condizioni di criticità alle 15: 25 del 2 dicembre. ■ In quel momento iniziò a funzionare il primo reattore Slide n. 18 nucleare della AIN

Storia dell’energia nucleare L’esperimento del 2 dicembre 1942 ■ Per motivi di riservatezza, non esistono foto dell’ambiente e della situazione in cui fu condotto l’esperimento. ■ Le sole immagini sono raffigurazioni e disegni fatti sulla base dei ricordi dei presenti. ■ Fra questi un dipinto del 1957 di Gary Slide n. 19 Sheanan, oggi AIN

Storia dell’energia nucleare L’esperimento del 2 dicembre 1942 ■ Per celebrare l’evento fu stappato un fiasco di Chianti che il fisico Eugene Wigner aveva portato con sé. ■ Molti dei presenti (ma non tutti) apposero le loro firme sulla paglia del fiasco, che è tuttora conservato. Slide n. 20 AIN

Storia dell’energia nucleare L’esperimento del 2 dicembre 1942 ■ Nel luogo in cui fu realizzata la pila di Fermi nel 1946 fu apposta una semplice lapide. ■ Nel 1967 fu collocata sul luogo una scultura di Henry Moore dal titolo “Nuclear Energy”. Slide n. 21 AIN

Storia dell’energia nucleare ■ Alcuni membri dell’equipe di Fermi fotografati nel 1947, quinto anniversari o della CP 1. ■ Nel cerchio si vede Enrico Fermi. ■ Dell’equipe facevano parte esattament e 50 Slide n. 22 persone. AIN

Storia dell’energia nucleare Enrico Fermi nel dopoguerra ■ Dopo la guerra Enrico Fermi preferì restare con la famiglia negli Stati Uniti e tornò in Italia per brevi periodi solo a partire dal 1949. ■ Continuò a lavorare sulla fisica delle alte energie e non partecipò allo sviluppo dei reattori nucleari. ■ Morì a Chicago il 28 Novembre 1954. A distanza di qualche giorno il presidente della Atomic Energy Commission statunitense Lewis L. Strauss disse di lui: “Quest’uomo illustre, che ha vissuto in mezzo a noi con la più profonda modestia per quindici anni, è stato il vero architetto dell’era atomica”. ■ È sepolto a Chicago nel cimitero di Oak Woods. Slide n. 23 AIN

Storia dell’energia nucleare Il discorso “Atoms for Peace” e la Conferenza di Ginevra ■ Il primo forte impulso allo sviluppo dell’energia nucleare venne dal discorso tenuto nel 1953 dal presidente americano Eisenhower davanti all’Assemblea generale delle Nazioni Unite. ■ All’insegna dello slogan Atoms for Peace, il presidente americano annunciò l’apertura degli Stati Uniti allo sviluppo degli usi pacifici dell’energia nucleare nei paesi alleati. ■ Il discorso di Eisenhower portò all’organizzazione della Conferenza di Ginevra dell’agosto 1955, nel corso Slide n. 24 della quale per la prima volta AIN

Storia dell’energia nucleare Le prime centrali nucleari ■ I primi reattori nucleari furono sviluppati negli Stati Uniti per la propulsione delle grandi unità navali militari. ■ La prima centrale nucleare per la produzione di energia elettrica entrò in funzione nel giugno 1954 a Obninsk nei pressi di Mosca (Russia) con una potenza di 5 MW. ■ La prima centrale nucleare commerciale statunitense entrò in funzione a Shippingport (Pennsylvania, USA) nel dicembre 1957 con una potenza di 50 MW. Slide n. 25 AIN

Storia dell’energia nucleare Le centrali della prima generazione ■ Alla fine degli anni Cinquanta molti paesi decisero di costruire le prime centrali nucleari. ■ In Italia furono realizzate tra il 1957 e il 1963 ■ la centrale di Trino (VC) ■ la centrale di Borgo Sabotino (LT) ■ la centrale del Garigliano (CE) ■ A metà degli anni Sessanta l’Italia era il terzo paese al mondo per potenza nucleare installata. ■ La centrale di Latina fu per alcuni anni la centrale Slide n. 26 AIN

Storia dell’energia nucleare Le centrali della seconda generazione ■ Dopo le centrali nucleari della prima generazione, che avevano una potenza elettrica di 100 -250 MW, a cavallo tra gli anni Sessanta e Settanta furono sviluppate le centrali della seconda generazione, con una potenza elettrica di 6001000 MW. ■ Le centrali della seconda generazione alimentarono la crescita del sistema nucleare mondiale a partire dalla seconda metà degli anni Settanta e per tutti gli anni Ottanta. ■ In Italia fu realizzata dall’ENEL la centrale di Caorso (840 MW), entrata in funzione nel 1979, e Slide n. 27 fu avviata la costruzione della AIN

Storia dell’energia nucleare L’incidente di Three Mile Island ■ Il 28 marzo 1979 presso la centrale nucleare di Three Mile Island (Pennsylvania, USA) si verificò un grave incidente nucleare che non ebbe conseguenze sanitarie o ambientali ma che rese inservibile l’impianto. ■ In seguito a quell’incidente furono apportate modifiche in tutte le centrali nucleari in funzione nel mondo e furono modificati i progetti dei nuovi reattori. ■ Negli anni Ottanta furono sviluppati i progetti dei reattori della terza generazione, le cui caratteristiche di sicurezza furono notevolmente migliorate Slide n. 28 rispetto ai reattori (già molto AIN

Storia dell’energia nucleare La partecipazione al progetto Superphénix ■ Negli anni Settanta le attività di ricerca puntarono in tutto il mondo allo sviluppo dei reattori veloci autofertilizzanti, in grado di utilizzare meglio il combustibile nucleare. ■ I reattori di questo tipo consentono infatti di moltiplicare per 60 l’energia estratta da uno stesso quantitativo di uranio naturale. ■ L’Italia partecipò con Francia, Gran Bretagna, Germania, Olanda e Belgio alla progettazione e alla costruzione del reattore Superphénix, entrato in funzione nel 1984. Slide n. 29 AIN

Storia dell’energia nucleare Il disastro di Chernobyl ■ Il 26 aprile 1986 si verificò a Chernobyl il peggior incidente nucleare della storia, causato da un esperimento condotto in violazione di tutte le procedure di sicurezza da persone non esperte di impianti nucleari. ■ Il reattore di Chernobyl, radicalmente diverso dai reattori di tecnologia occidentale, era privo della struttura di contenimento, che serve ad impedire conseguenze esterne anche in caso di incidente della massima gravità. ■ Le vittime del disastro di Chernobyl furono complessivamente 65 (ONU, 2006). ■ I disastro destò grande preoccupazione soprattutto in Italia, dove era in fase di attuazione il programma nucleare nazionale che prevedeva la costruzione di una ventina di reattori (PEN 1981). Slide n. 30 AIN

Storia dell’energia nucleare I referendum del 1987 e le decisioni successive ■ Subito dopo il disastro di Chernobyl fu avviata in Italia una raccolta di firme che portò nel novembre 1987 a tre referendum abrogativi di tre norme di legge: ■ la prima consentiva al CIPE di decidere la localizzazione delle centrali a carbone e nucleari; ■ la seconda erogava benefici economici ai comuni che accettavano centrali a carbone e nucleari; ■ la terza consentiva all’ENEL di partecipare a progetti nucleari all’estero. ■ I tre referendum furono ammessi perché non implicavano un sì o un no all’energia nucleare, in quanto la Costituzione vieta di sottoporre a referendum le materie oggetto di trattati internazionali (il Trattato Euratom impegna tuttora l’Italia a sviluppare l’energia nucleare). ■ I governi di allora decisero prima il rinvio per Slide n. 31 cinque anni della costruzione di nuovi impianti, poi AIN

Storia dell’energia nucleare Il nucleare è in abbandono ■ In contrasto con le scelte dell’Italia, dal disastro di Chernobyl (1986) ad oggi la potenza elettronucleare installata nel mondo è aumentata del 48% (da 250 a 370 GW). ■ Nel continente europeo la fonte nucleare è diventata la prima fonte di produzione elettrica (33%) seguita dal carbone (30%). ■ Negli USA è la seconda fonte di produzione elettrica (20%) dopo il carbone. ■ A fronte del forte aumento dei costi dei combustibili fossili (petrolio, metano, carbone) registrato a partire dal 2004, molti paesi (Francia, Regno Unito, Finlandia, Italia, Olanda, Russia, USA, Giappone, Cina, India) stanno avviando nuovi programmi nucleari. ■ In Europa sono in costruzione 17 reattori e 25 sono in fase di pianificazione. ■ Negli USA sono in corso di autorizzazione 26 reattori, 5 dei quali sono stati già ordinati. ■ in Asia sono in costruzione 35 reattori (la sola Cina intende costruirne un centinaio). ■ ONU-IAEA, OCSE-NEA e USDOE prevedono che la potenza nucleare installata nel mondo raddoppierà entro il 2030. Slide n. 32 AIN

Storia dell’energia nucleare Le centrali della terza generazione avanzata ■ Negli anni Novanta sono stati sviluppati negli USA, in Francia e in Germania i reattori della terza generazione avanzata, che sono attualmente in costruzione nel mondo. ■ Rispetto a quelle della seconda generazione, le centrali della terza generazione avanzata, a parità di combustibile utilizzato, hanno ■ una produzione di energia elettrica maggiore del 15% ■ una produzione di materiali radioattivi inferiore del 15% ■ In termini di probabilità di incidenti gravi, le centrali della terza generazione avanzata sono 100 volte Slide n. 33 più sicure di quelle (già sicure) della AIN

Storia dell’energia nucleare Le centrali della quarta generazione ■ Le attività di ricerca per lo sviluppo dei reattori della quarta generazione sono in corso nell’ambito del GIF (Generation IV International Forum) cui partecipa una ventina di paesi. ■ Le attività del GIF puntano a sviluppare nuovi reattori che potranno entrare in funzione intorno al 2040 e saranno capaci di ■ utilizzare meglio il combustibile (reattori veloci) ■ migliorare il rendimento elettrico (reattori ad alta temperatura) Slide n. 34 ■ bruciare i materiali AIN

Storia dell’energia nucleare Reattori in funzione nel mondo (situazione al 31. 12. 2009) 437 REATTORI IN FUNZIONE IN 30 PAESI POTENZA ELETTRICA COMPLESSIVA: 370 GWe 197 REATTORI IN FUNZIONE IN EUROPA (I TOTALI INCLUDONO 6 REATTORI A (Fonte: ONU-IAEA, TAIWAN) 2010) Slide n. 35 AIN

Storia dell’energia nucleare Reattori in costruzione nel mondo (situazione al 31. 12. 2009) 56 REATTORI IN COSTRUZIONE IN 15 PAESI POTENZA ELETTRICA COMPLESSIVA: 52 GWe 17 REATTORI IN COSTRUZIONE IN EUROPA (I TOTALI INCLUDONO 2 REATTORI A (Fonte: ONU-IAEA, TAIWAN) 2010) Slide n. 36 AIN

Storia dell’energia nucleare Contributo alla produzione elettrica (anno 2008) MONDO: 13% OCSE: 23% EUROPA: 33% (TAIWAN HA UN CONTRIBUTO NUCLEARE DEL 19, 6%) (Fonte: ONU-IAEA, 2009) Slide n. 37 AIN

Storia dell’energia nucleare La domanda elettrica in Italia ■ La domanda nazionale di energia elettrica continua ad aumentare. ■ Dal 1963 al 2008 ■ il PIL è aumentato di 3, 3 volte; ■ il consumo di energia è aumentato di 2, 8 volte; ■ il consumo di energia elettrica è aumentato di 5 volte; ■ le importazioni di elettricità sono aumentate di 10 volte. ■ Nei prossimi anni serviranno quindi nuove (Fonte: Terna, 2009) centrali elettriche. Slide n. 38 AIN

Storia dell’energia nucleare La domanda elettrica in Italia ■ Sulla base dell’andamento della domanda, il gestore della rete elettrica nazionale (Terna) prevede che nel 2019 l’Italia avrà bisogno di una potenza elettrica efficiente pari a circa 89 GW rispetto agli attuali 69 GW. ■ Occorre quindi realizzare nuove centrali per complessivi 20 GW (+30%). ■ Se entro il 2020 si realizzassero le 4 centrali nucleari da 1. 600 MW programmate dall’ENEL, queste assorbirebbero solo un terzo del previsto aumento della potenza installata e fornirebbero il 12, 5% della produzione elettrica nazionale complessiva. ■ Inoltre, occorre tenere presente che nei prossimi dieci anni molte centrali elettriche alimentate a combustibili Slide n. 39 fossili dovranno essere poste fuori AIN

Storia dell’energia nucleare Il nucleare e le emissioni di CO 2 ■ Tra le tecnologie di produzione elettrica il nucleare è quella cui associata la minore produzione di gas-serra. Slide n. 40 AIN

Storia dell’energia nucleare Il nucleare e le emissioni di CO 2 Il protocollo di Kyoto ha come obiettivo globale la riduzione del 5, 2% delle emissioni di gas-serra totalizzate dai paesi aderenti nel 1990 entro il periodo 2008 -2012 (ovvero in 22 anni): le emissioni dei paesi aderenti erano nel 1990 pari a circa 13, 7 miliardi di tonnellate all’anno l’obiettivo di riduzione complessivo è dunque pari a circa 0, 7 miliardi di tonnellate all’anno Nel 2008 il nucleare ha prodotto nel mondo circa 2. 600 miliardi di k. Wh, che altrimenti (per motivi economici) sarebbero stati prodotti utilizzando carbone. In tal modo nel 2008 il nucleare ha consentito di evitare l’immissione in atmosfera di 2 miliardi di tonnellate di CO PROTOCOLLO PRODUZIONE 2, realizzando (in un solo anno) l’equivalente di tre DI KYOTO ELETTRONUCLEARE protocolli di Kyoto. OBIETTIVI DI RIDUZIONE NEL PERIODO 1990 - 2012 - 0, 7 MILIARDI DI TONNELLATE / ANNO Slide n. 41 EMISSIONI EVITATE NEL SOLO 2008 3 VOLTE - 2 MILIARDI DI TONNELLATE / ANNO AIN

Storia dell’energia nucleare Il nucleare e le emissioni di CO 2 ■ il 26% della CO 2 prodotta ogni anno in Italia proviene dalla produzione elettrica. ■ Quando saranno in funzione, gli 8 reattori previsti in Italia eviteranno ogni anno l’immissione in atmosfera di 100 milioni di tonnellate di CO 2, il che corrisponde al 17% delle emissioni complessive attuali del Paese (580 milioni di tonnellate all’anno). ■ L’entrata in funzione dei reattori equivarrà ad aver tolto dalle strade 20 milioni di automobili. ■ Solo il nucleare consente di ottenere in modo economico questi risultati: senza il nucleare gli obiettivi di riduzione delle Slide n. 42 emissioni di gas-serra non AIN

Storia dell’energia nucleare Le nuove norme ■ La legge 99/2009 e il decreto legislativo 31/2010 fissano le regole per pianificare, localizzare, autorizzare, costruire e gestire nuovi impianti nucleari in Italia. ■ Le norme citate non prevedono alcuna forma di imposizione. ■ Nel corso dei procedimenti autorizzativi sono interpellati più volte la Conferenza Unificata, le Regioni e i Comuni interessati, che sono chiamati ad esprimere il loro consenso. ■ Il Presidente della Repubblica e il Consiglio dei Ministri esercitano i poteri sostitutivi solo nel caso in cui le Regioni o i Comuni neghino il loro consenso senza una giustificazione valida. Slide n. 43 AIN