Al pari delle centrali termiche che bruciano combustibili fossili (petrolio, gas, carbone) o delle centrali idrauliche, una centrale nucleare è un impianto di produzione di elettricità. Una centrale nucleare, come una centrale termica, utilizza lo stesso principio di funzionamento, ovvero la trasformazione del calore in elettricità.
Tuttavia, mentre in una centrale termica questo calore è prodotto dalla combustione convenzionale, in una centrale nucleare è la fissione di un nucleo atomico che permette di produrre questo calore. In entrambi i casi, l’obiettivo è riscaldare l’acqua per ottenere vapore. La pressione del vapore permette di far girare una turbina accoppiata ad un alternatore che produce energia elettrica.
Come viene prodotta l’energia in una centrale nucleare?
Una centrale nucleare può essere paragonata a una macchina a vapore. Riscalda l’acqua che, trasformata in vapore, fa girare una gigantesca dinamo che genera elettricità. Ma, contrariamente a una macchina a vapore, il riscaldamento dell’acqua avviene per mezzo di materiali fissili, quindi senza combustione.
In tutte le centrali nucleari, la produzione di elettricità deriva dalla fissione di nuclei di uranio o plutonio. Quando un nucleo fissile di uranio o plutonio viene bombardato da un neutrone, si frammenta. Questa fissione nucleare produce neutroni (due o tre per fissione) e crea nuovi atomi (prodotti di fissione come xeno, krypton, iodio, cesio, ecc.). Questa reazione a catena rilascia grandi quantità di calore che riscalda l’acqua per trasformarla in vapore. Questa fa quindi girare una turbina a cui è accoppiato l’alternatore che produce l’elettricità.
La produzione di energia elettrica nelle centrali nucleari avviene utilizzando tre circuiti idrici completamente indipendenti l’uno dall’altro.
Il circuito primario estrae il calore
Il calore rilasciato dalla reazione a catena controllata che si verifica nel recipiente del reattore riscalda l’acqua nel circuito primario. Per evitare che quest’acqua, che è intorno ai 300°C, bollisca, il pressurizzatore la mantiene ad una pressione di 155 bar. In un generatore di vapore, l’acqua del circuito primario trasmette il proprio calore all’acqua che circola in un altro circuito chiuso: il circuito secondario.
Il circuito secondario produce vapore
A contatto con i tubi dei generatori di vapore in cui circola l’acqua del circuito primario, l’acqua del circuito secondario si trasforma in vapore. La pressione di questo vapore fa girare la turbina che aziona l’alternatore che, a sua volta, produce l’elettricità. Il ciclo secondario è detto anche “circuito acqua-vapore”.
Il circuito terziario raffredda
Questo circuito di raffreddamento è indispensabile per condensare il vapore ed evacuare il calore residuo. Il vapore della turbina viene nuovamente trasformato in acqua in un condensatore, un enorme scambiatore che racchiude migliaia di tubi in cui circola acqua fredda prelevata da una sorgente esterna (fiume o mare). Dopo essere passata attraverso il condensatore, l’acqua di raffreddamento può essere scaricata in due modi. O viene scartata, leggermente riscaldata, alla fonte esterna da cui proviene, oppure cede il suo calore all’atmosfera in una torre di raffreddamento. Le torri di raffreddamento consentono di soddisfare i requisiti ambientali per il riscaldamento dei corsi d’acqua.
Ben cinque barriere di contenimento successive isolano completamente l’uranio e i prodotti di fissione altamente radioattivi. Tre barriere fisiche resistenti e stagne assicurano il contenimento dei materiali radioattivi. Questo triplo strato protegge dalle radiazioni e isola la radioattività all’interno degli impianti in ogni circostanza.