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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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