La
tecnologia nucleare
e l'insieme delle attivita e delle tecnologie il cui funzionamento e connesso alle
reazioni nucleari
.
[1]
Queste tecnologie sono sviluppate dall'
ingegneria nucleare
e il loro impiego e diffuso in numerosi settori: energetico, medico, industriale, militare.
L'
energia nucleare
e l'energia liberata in modo controllato dalla
fissione nucleare
che viene trasformata in energia termica, meccanica ed elettrica e l'
impianto industriale
in cui avviene questo processo e detto
centrale nucleare
. Una centrale nucleare per essere operativa deve poter generare in sicurezza e in modo controllato e continuativo
energia nucleare
da convertire in
energia elettrica
e
termica
. L'energia nucleare viene generata all'interno del
reattore
e attraverso l'impiego di un
fluido termovettore
viene convertita in
energia cinetica
da una
turbina
e quindi in energia elettrica da un
generatore
per poi essere
trasmessa dalla rete
. Il fluido ad alta temperatura in uscita dalla turbina invece viene raffreddato o impiegato per applicazioni non elettriche come il teleriscaldamento o la desalinizzazione. Il reattore e l'impianto sono dotati di numerosi
sistemi di sicurezza
e di un deposito per lo stoccaggio del
combustibile nucleare
esausto.
[2]
In ambito medico le tecnologie nucleari sono largamente impiegate nella
prevenzione
, nella
diagnostica
di numerose patologie relative in particolare all'
oncologia
e alla
cardiologia
. La
diagnostica per immagini
impiega numerose tecniche nucleari quali,
radiografia
,
fluoroscopia
,
tomografia a emissione di positroni
(PET),
tomografia a emissione di fotone singolo
(SPECT),
tomografia computerizzata
e
scintigrafia
. Radiografia e fluoroscopia si basano sull'utilizzo di sorgenti di radiazioni, come il
cobalto-60
, esterne al paziente da analizzare, mentre le tomografie e la scintigrafia impiegano i
radiofarmaci
, sorgenti interne costituite da un
radionuclide
, come ad esempio il
tecnezio-99m
, legato ad una molecola specifica e le cui radiazioni sono analizzate da una
gamma-camera
. Queste tecniche consentono anche implementazione della
radiologia interventistica
, che consiste nell'esecuzione di interventi chirurgici poco invasivi guidati dalle immagini radiologiche.
[3]
Le tecnologie nucleari possono essere impiegate anche nella
terapia
e le principali sono la
radioterapia
, la
brachiterapia
e la
terapia radiometabolica
. La radioterapia e impiegata in contrasto alle patologie tumorali e consiste nell’utilizzo di sorgenti di radiazione esterne al corpo per bersagliare e uccidere con
raggi X
,
raggi gamma
o particelle le
cellule tumorali
, per i raggi gamma generalmente e impiegato il cobalto-60 mentre per i raggi X e le particelle si usa un
acceleratore lineare
. La
radioterapia
, o teleterapia, generalmente viene somministrata ai pazienti oncologici quotidianamente per un periodo di uno o due mesi e attraverso sofisticate tecniche e possibile ridurre la dose di radiazioni assorbita dalla cellule sane, anche se alcuni organi non possono essere trattati con questa tecnica. La
brachiterapia
, o radioterapia interna, invece bersaglia le cellule tumorali attraverso l'uso di una sorgente radioattiva vicina al tumore, ad esempio nella cura del
carcinoma della prostata
viene impiantato per un tempo limitato lo
iodio-125
. La brachiterapia prevede diversi livelli di dosaggio che comportano il ricovero ospedaliero del paziente in caso di basso dosaggio (LDR, dall'inglese
low dose rate
) e quindi un'esposizione alle radiazioni piu lunga o una somministrazione in regime ambulatoriale per alte dosi (HDR, dall'inglese
high dose rate
). Infine la
terapia radiometabolica
impiega
radiofarmaci
che si legano selettivamente ai tessuti malati uccidendoli, e usata quindi per tumori specifici come
quello della tiroide
, i
linfomi
o le
metastasi
ossee.
[4]
In
infettivologia
la
tecnica del maschio sterile
(SIT, dall'inglese
sterile insect technique
), attraverso le tecnologie nucleari, consente di sterilizzare e quindi estinguere localmente popolazioni di insetti vettori di numerose patologie, come ad esempio le zanzare. Le tecnologie nucleari sono anche impiegate nella
reazione a catena della polimerasi inversa
, necessaria per il tracciamento delle epidemie virali.
[3]
Fino agli anni ottanta alcuni
pacemaker
sono stati alimentati con
batterie nucleari
alimentate dal
decadimento radioattivo
del
plutonio-238
o del
promezio
-147 per
effetto beta-voltaico
.
[5]
In ambito industriale le tecnologie nucleari trovano largo impiego nei
controlli non distruttivi
come la
radiografia industriale
, che attraverso l'utilizzo di
raggi X
,
raggi gamma
e
neutroni
generati da una sorgente radioattiva riproduce un'immagine che consente di verificare l’integrita di molti materiali industriali e quindi eseguirne un
controllo qualita
. Tecnologie analoghe sono impiegate in
metrologia
dai
calibri nucleonici
, strumenti di misura che sfruttano l’interazione tra radiazione e materia per esaminare materiale in movimento in ambienti non accessibili. Nella
geologia degli idrocarburi
per la ricerca dei
giacimenti
sono impiegati, tra le altre tecnologie, anche i
radio-traccianti
, sostanze radioattive che grazie all'emissione delle radiazioni consentono l'analisi del sottosuolo.
[6]
In
ingegneria dei materiali
le radiazioni ionizzanti emesse dalle sorgenti radioattive possono essere utilizzate direttamente per la modifica
polimeri
. Le trasformazioni polimeriche piu diffuse sono la
reticolazione
, necessaria nella produzione di cavi, pneumatici, lattice sanitario, idrogel; la
degradazione
, che migliora le qualita e la compatibilita tra i polimeri naturali e sintetici contenuti negli additivi per inchiostri e rivestimenti; l'innesto, che modifica le proprieta volumetriche e superficiali dei materiali usati nella produzione di batterie, filtri purificatori, superfici biocompatibili, e infine l’irraggiamento, che usato per modificare le superfici dei
circuiti integrati
. Questa tecnologia puo essere impiegata anche per la modifica delle proprieta chimiche e fisiche degli inquinanti industriali, come
ossidi di azoto
e di
zolfo
, rendendoli piu semplici da trattare in modo convenzionale.
[6]
Le sorgenti radioattive di raggi gamma sono utilizzate anche per la
sterilizzazione
del materiale sanitario monouso, come guanti e siringhe, e di altri materiali imballati.
[6]
In agricoltura le tecnologie nucleari possono essere impiegate in tutte le fasi della coltivazione degli alimenti. I
radiotraccianti
sono impiegati per verificare l'erosione del terreno e per la sua analisi, in modo da ridurre la quantita d'acqua e di fertilizzanti impiegati nelle colture, inoltre grazie alla
tecnica del maschio sterile
e possibile ridurre l'utilizzo di pesticidi estinguendo localmente le popolazioni di parassiti. L'irraggiamento dei semi con raggi X, raggi gamma o elettroni consente si sviluppare delle mutazioni genetiche che possono migliorare la resistenza delle piante, tra quelle ottenute con questa tecnica figura ad esempio le
cultivar
piu diffuse di
pompelmo
rosa, la
Star Ruby
e la
Rio Red
e il grano
Creso
, la varieta di
grano duro
piu diffusa in Italia
.
Le tecnologie nucleari sono impiegate anche per l'
irradiazione degli alimenti
con raggi gamma, raggi X o elettroni, al fine di distruggere eventuali microorganismi, batteri, virus, o insetti presenti.
[7]
Al 2021 gli unici mezzi di trasporto a
propulsione nucleare
ad uso civile sono sei navi
rompighiaccio
e una
nave da carico
, la
Sevmorput
, di fabbricazione russa impiegate principalmente per mantenere attiva la
rotta artica
durante tutto l'anno, oltre che per scopi turistici e scientifici.
[8]
Tra gli anni sessanta e settanta fu attiva la nave cargo tedesca
Otto Hahn
,
la statunitense
NS Savannah
, adibita anche ad
uso passeggeri
, e la giapponese
Mutsu
impiegata come
nave da ricerca
.
[9]
Con la scoperta dell'
energia nucleare
fu avviata anche la ricerca per la fabbricazione di automobili a propulsione nucleare i cui sviluppi furono pero rallentati dalla necessita di una schermatura per le radiazioni installata sul veicolo. La ricerca continuo anche tra anni quaranta e sessanta, in cui furono proposti vari modelli di concept, come la
Ford Nucleon
, ma nessuno supero la fase di progettazione iniziale.
[10]
Alcune ricerche sono state portate avanti principalmente dalla Russia anche per il
trasporto ferroviario
.
[11]
Nel contesto spaziale, l'energia nucleare trova il maggior numero di applicazioni nell'utilizzo dei
generatori termoelettrici a radioisotopi
. Queste batterie nucleari sono dei dispositivi che riescono a generare corrente tramite il
decadimento radioattivo
degli elementi in esse contenute, principalmente
plutonio
. Riescono a fornire una corrente stabile e duratura nel tempo (la stabilita e data dal tempo di decadimento del radioisotopo utilizzato mentre la durevolezza e data dallo stress da bombardamento di particelle ionizzanti da parte del materiale che genera elettricita, in genere un semiconduttore). Questi generatori sono di potenza relativamente bassa (nell'ordine di pochi chilowatt), e sono principalmente usati per alimentare
veicoli
o esperimenti spaziali per lunghi periodi, nei casi in cui non e disponibile abbastanza energia solare, come per la sonda
Voyager 2
.
[12]
Qualche veicolo spaziale e stato lanciato usando
reattori nucleari
: 34 reattori appartengono alla serie sovietica
RORSAT
e uno era lo statunitense
SNAP-10A
.
[12]
Lo sviluppo della
fissione nucleare
e della fusione potrebbe portare a promettenti applicazioni legate alla
propulsione spaziale
, poiche generano velocita maggiori con minor massa di reazione (la massa che viene espulsa dal veicolo).
[12]
[13]
Esistono diversi tipi di ordigni nucleari, la loro potenza esplosiva e devastante, superiore a quella di qualunque esplosivo chimico convenzionale: la potenza delle armi nucleari si misura infatti in
chilotoni
(kt) e in
megatoni
(Mt), rispettivamente migliaia e milioni di tonnellate di
tritolo
necessarie per liberare la stessa energia.
- La
bomba atomica
o
bomba A
, la prima ad essere costruita, sfrutta una reazione di
fissione
di
uranio
o
plutonio
e puo raggiungere potenze variabili da
0,5 kt
a
1,5 Mt
, con una soglia critica individuata attorno ai
10 Mt
.
- La
bomba all'idrogeno
o
bomba H
o
bomba termonucleare
, invece sfrutta la
fusione
fra nuclei di
deuterio
e
trizio
, riuscendo cosi a sprigionare molta piu energia: questo tipo di bombe e il piu potente in assoluto e arriva a sprigionare potenze pari a
100 Mt
.
- La
bomba al neutrone
o
bomba N
, come la bomba H e una bomba a fissione-fusione-fissione ma, a differenza di questa, e studiata per sprigionare la maggior parte della sua energia come radiazioni (
neutroni
veloci). Lo scopo dell'ordigno e uccidere gli esseri viventi lasciando la maggior parte delle strutture nemiche intatte.
- La
bomba al cobalto
o
bomba G
o
bomba gamma
, e una particolare bomba H nella quale, al momento dell'esplosione, i neutroni prodotti dalla fusione termonucleare si uniscono al cobalto, forte emettitore di
raggi gamma
. Essa puo essere definita anche come una "bomba termonucleare sporca".
Le
armi radiologiche
, anche dette bombe sporche, sono armi costituite da materiale radioattivo non fissile (che quindi non puo esplodere puo reazione nucleare, ma potrebbe incendiarsi se metallico) trattato per renderlo molto volatile ed associato ad una carica esplosiva convenzionale, di potenza anche modesta, con il compito di disperdere il materiale radioattivo nell'ambiente, contaminando oggetti e persone.
Le navi a
propulsione nucleare
hanno il vantaggio di poter operare per lungo tempo prima di fare rifornimento, a differenza di quelle alimentate con petrolio o gas. Inoltre, il carburante e all'interno del reattore, per cui non viene occupato spazio altrimenti dedicato alle provviste o al carico. Tuttavia, per i grandi costi di operazione e di infrastrutture, quasi tutte le imbarcazioni nucleari sono militari. Le imbarcazioni militari alimentate a nucleare sono in larga parte
sottomarini
e
portaerei
.
[14]
Al 2018, gli Stati Uniti possedevano 11 portaerei in attivita e tutte sono alimentati da reattori nucleari.
Durante la
guerra fredda
, Stati Uniti e Unione Sovietica iniziarono la ricerca per la produzione di
aeromobili alimentati a energia nucleare
. Tuttavia, nessuna nazione costrui mai velivoli nucleari operativi.
[14]
Una delle motivazioni principali stava nella difficolta di schermare adeguatamente l'equipaggio dalle radiazioni. Inoltre, dall'avvento dei
missili balistici intercontinentali
negli anni '60, il vantaggio strategico di tali velivoli diminui fortemente e i progetti ad essi relativi furono cancellati.
[14]
Analogamente, anche i missili ad alimentazione nucleare furono studiati e scartati nello stesso periodo.
[14]
Nell'ambito dei veicoli terrestri, negli anni 1950 Chrysler lavoro sul
Chrysler TV-8
, un
carro armato medio
anfibio, che tuttavia non fu mai prodotto in serie.
[14]
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il 26 ottobre 2018)
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