Le reazioni nucleari di fusione e fissione

Le reazioni nucleari di fusione e fissione

Le reazioni nucleari avvengono quando due o più isotopi dello stesso atomo si uniscono tra loro oppure quando il nucleo di un isotopo si scompose in altri più piccoli. Nel primo caso si parla di fusione nucleare mentre nel secondo caso di fissione nucleare.

Uno stesso elemento chimico si può differenziare in atomi che hanno lo stesso numero di protoni ma un numero diverso di neutroni. I protoni sono sempre gli stessi per ogni elemento chimico come anche gli elettroni le cui cariche elettriche si annullano a vicenda e rendono l’atomo neutro; i neutroni possono, invece, variare e non presentano carica elettrica.

Il numero dei protoni costituisce il numero atomico di un elemento mentre la somma dei protoni e dei neutroni rappresentano il numero di massa. Gli atomi che hanno lo stesso numero di protoni ma numero di neutroni diverso sono chiamati isotopi.

Quando avviene una reazione nucleare, la massa del nuovo nucleo è sempre minore della somma delle masse dei nuclei che si sono uniti. Questo scarto viene chiamato difetto di massa e viene trasformato nell’energia necessaria per tenere vicini i protoni, secondo l’equazione di Einstein relativa alla teoria della relatività:

E = m c2

Nella formula, E sta per l’energia espressa in joule (J), m sta per la massa espressa in chilogrammo (kg) mentre c sta per la velocità della luce nel vuoto e che corrisponde a 3,0 ∙ 108 m/s.

Nelle reazioni di fusione nucleare i nuclei di due o più isotopi si fondono per formare il nucleo di un altro isotopo con numero di massa maggiore. Nel Sole, per esempio, si trovano due isotopi naturali dell’idrogeno: il deuterio che ha 1 neutrone (simbolo D) e il trizio che ne ha due (simbolo T). E c’è un motivo per cui sono presenti: all’interno del Sole avviene continuamente la reazione di fusione tra questi due isotopi per formare l’elio; ogni volta un neutrone viene perso e l’energia viene utilizzata per riscaldare la Terra. La reazione si può rappresentare in questo modo:

Reazione fissione nucleare nel Sole
Reazioni nucleari nel Sole

Nelle reazioni di fissione nucleare avviene il procedimento inverso: un nucleo molto grande viene spezzato in nuclei più piccoli e si liberano uno o più neutroni. Questo può succedere se viene colpito da un neutrone ad altissima velocità. I neutroni che si liberano possono colpire altri nuclei formando così una reazione a catena. Le centrali nucleari fanno questo sull’uranio-235 per produrre energia elettrica.