Iter, sarà costruito in Francia

[Duncan]

Originariamente inviato da ChristinaAemiliana

Eh, questa è una domanda molto complessa.

Per rispondere in maniera grossolana possiamo fare queste considerazioni. L'energia liberata dalla fusione va a finire ai neutroni e alle particelle alfa, i nuclei di elio. Questa energia si ripartirà in proporzione inversa alle masse, quindi andrà a finire per i 4/5 al neutrone e per 1/5 all'elio. L'energia dell'elio è persa, perché le alfa sono cariche e non escono dal confinamento magnetico. Il neutrone invece essendo neutro se ne infischia dei campi di confinamento, esce e va a rallentare nel blanket. Al blanket il neutrone cederà la propria energia e in parte lo scalderà, in parte lo attiverà eccitando i suoi nuclei. Poi il calore verrà asportato da un termovettore, diciamo acqua, e bisognerebbe tenere conto di quanto calore esattamente passerebbe al termovettore...infine probabilmente verrà fatto un ulteriore scambio termico per non mandare in turbina direttamente questo fluido, e bisognerebbe calcolare anche l'efficienza di questo sistema di scambiatori...alla fine della fiera hai energia termica che devi ancora convertire tradizionalmente in elettrica e quindi se va bene ne recuperi 1/3...

Però, in fondo, questi conti hanno un significato molto relativo. Quello che è significativo e che interessa, alla fine, è quanto sia efficiente il processo nel suo complesso, insomma, una specie di rendimento globale.

Per i reattori a fusione calcoliamo molto semplicemente la quota di energia ottenuta a fronte dell'energia immessa dall'esterno e che serve a sostentare i campi magnetici, ad accendere il plasma, a scaldarlo eccetera. Noi chiamiamo Q il rapporto dell'energia ottenuta all'energia immessa. Con ITER dovremmo arrivare almeno a Q=10. Naturalmente questo conto è riferito all'energia dei neutroni e dell'elio, non a quell che verrà raccolta all'alternatore nella futura centrale.

ok grazie

Quindi non abbiamo per ora metodi alternativi migliori per recuperare l'energia che hanno i neutrini?

Tipo un materiale che bombardato da neutrini invece di attivarsi o scaldarsi (o almeno lo faccia in minima parte) generi direttamente energia elettrica?

O esistono studi in merito?

[ChristinaAemiliana]

Originariamente inviato da Duncan

ok grazie

Quindi non abbiamo per ora metodi alternativi migliori per recuperare l'energia che hanno i neutrini?

Tipo un materiale che bombardato da neutrini invece di attivarsi o scaldarsi (o almeno lo faccia in minima parte) generi direttamente energia elettrica?

O esistono studi in merito?

Neutroni non neutrini...i neutrini sono particelle molto piccole che non interagiscono con la materia.

Ho capito, intendi una specie di effetto Seebeck ma con le radiazioni al posto della differenza di temperatura. Però no, non credo sia possibile. I neutroni e la radioattività sono fenomeni che hanno a che fare con il nucleo dell'atomo, l'interazione dei neutroni con la materia non prevede il coinvolgimento degli elettroni...

[Duncan]

Originariamente inviato da ChristinaAemiliana

Neutroni non neutrini...i neutrini sono particelle molto piccole che non interagiscono con la materia.

ops si mi son confuso

Ho capito, intendi una specie di effetto Seebeck ma con le radiazioni al posto della differenza di temperatura. Però no, non credo sia possibile. I neutroni e la radioattività sono fenomeni che hanno a che fare con il nucleo dell'atomo, l'interazione dei neutroni con la materia non prevede il coinvolgimento degli elettroni...

ok, quindi l'unico modo che abbiamo è usare la temperatura con la "solita" catena di traformazione in energia elettrica

Metodi alternativi non esistono... o forse sono troppo costosi...

[CONFITEOR]

Originariamente inviato da ChristinaAemiliana

abbiamo raggiunto un tacito accordo: io non parlo di fisica e lui non parla di gomme

un esperto di gomme???

[Banus]

Originariamente inviato da ChristinaAemiliana

Neutroni non neutrini...i neutrini sono particelle molto piccole che non interagiscono con la materia.

Dovrebbero anche esserci i neutrini, se non ricordo male (anche se dipende dalla reazione), ma si dovrebbero portar via una quantità di energia trascurabile
EDIT: temo di no
Nelle reazioni allo studio non li vedo e la reazione protone-protone è ancora troppo per le nostre capacità tecnologiche

[ChristinaAemiliana]

Originariamente inviato da Duncan

ops si mi son confuso



ok, quindi l'unico modo che abbiamo è usare la temperatura con la "solita" catena di traformazione in energia elettrica

Metodi alternativi non esistono... o forse sono troppo costosi...

Direi che non ne esistono...almeno per quanto riguarda le radiazioni.

[ChristinaAemiliana]

Originariamente inviato da Banus

Dovrebbero anche esserci i neutrini, se non ricordo male (anche se dipende dalla reazione), ma si dovrebbero portar via una quantità di energia trascurabile
EDIT: temo di no
Nelle reazioni allo studio non li vedo e la reazione protone-protone è ancora troppo per le nostre capacità tecnologiche

No, nelle reazioni di fusione il neutrino non c'è...

Compare invece, per esempio, nel decadimento beta...

[Banus]

Originariamente inviato da ChristinaAemiliana

No, nelle reazioni di fusione il neutrino non c'è...

Ci sarebbe il decadimento beta inverso nella reazione proptone-protone, ma a quella ci penseremo quando il deuterio inizierà a scarseggiare, cioè fra qualche migliaio di anni

[ChristinaAemiliana]

Originariamente inviato da Banus

Ci sarebbe il decadimento beta inverso nella reazione proptone-protone, ma a quella ci penseremo quando il deuterio inizierà a scarseggiare, cioè fra qualche migliaio di anni

E' vero, lì c'è un protone che diventa un neutrone!

Sì, credo che sia meglio procedere per gradi e iniziare a imparare a sfruttare la deuterio-trizio...non avendo a disposizione il campo gravitazionale del Sole dubito che la protone-protone abbia tanta voglia di attivarsi...

[Zontar]

Cmq. non e' solo questione di capacita' termica, ma soprattutto di temperatura. Infatti servono neutroni veloci per mantenere alta l'efficienza della reazione 238U + n -> 239U e quindi l'acqua che ha un punto di ebollizione troppo basso non va bene

Originariamente inviato da ChristinaAemiliana

Il nocciolo dei reattori veloci ha una densità di potenza molto elevata, cioè produce più potenza per unità di volume rispetto a un reattore LWR (i reattori occidentali attuali, i quali del resto hanno una densità di potenza alta rispetto ai vecchi GCR ).

Questo significa che i reattori veloci devono usare un fluido refrigerante di capacità termica adeguata perché per unità di massa c'è più potenza e quindi più calore sviluppato. L'acqua non è sufficiente e quindi si usa come termovettore il sodio liquido nel circuito primario.

[dupa]

Originariamente inviato da ChristinaAemiliana

L'energia dell'elio è persa, perché le alfa sono cariche e non escono dal confinamento magnetico.

Perchè è persa? non serve a mantenere caldo tutto quel "plasma" confinato nel campo magnetico?

[ChristinaAemiliana]

Originariamente inviato da Zontar

Cmq. non e' solo questione di capacita' termica, ma soprattutto di temperatura. Infatti servono neutroni veloci per mantenere alta l'efficienza della reazione 238U + n -> 239U e quindi l'acqua che ha un punto di ebollizione troppo basso non va bene

I neutroni non sono veloci perché c'è un metallo come refrigerante o perché la temperatura sia più alta, ma perché manca il moderatore. Questa condizione fa sì che la conversione di U-238 in Pu-239 sia efficace.

Quindi i neutroni non vanno assolutamente rallentati. Questo è il motivo per cui non si può usare l'acqua liquida: è un moderatore troppo efficace. La scelta allora è obbligata tra metalli liquidi (il sodio che è stato provato, anche se oggi sono in fase di studio il piombo liquido, già impiegato nei reattori propulsivi, e gli eutettici Pb-Bi) o gas (elio ma anche vapor d'acqua). I metalli moderano poco perché non hanno i piccoli atomi d'idrogeno che rallentano i neutroni in meno di 20 collisioni; i gas invece servono allo scopo per via della bassa densità. Alla fine cmq per problemi di sicurezza legati al raffreddamento d'emergenza sono stati preferiti i metalli.

Per ragioni neutroniche poi il combustibile di un reattore veloce va fortemente arricchito (il motivo principale è che nelle condizioni in cui si opera la probabilità di cattura e la probabilità di fissione diminuiscono, ma la probabilità di cattura diminuisce di meno, così diventa più probabile che un neutrone venga catturato piuttosto che dia fissione) perciò ne consegue una densità di potenza parecchio elevata, di un ordine di grandezza superiore a quella dei reattori termici. Per questo il termovettore deve avere una capacità termica elevata, ragione di più per andare sui metalli anziché sui gas. A questo punto c'è anche il vantaggio che il metallo resti liquido, a pressione ambiente, fino a temperature molto alte, quindi si possono evitare circuiti in pressione per il refrigerante.

Avevo semplificato un po' le cose, spero che ora sia tutto chiaro!

[ChristinaAemiliana]

Originariamente inviato da dupa

Perchè è persa? non serve a mantenere caldo tutto quel "plasma" confinato nel campo magnetico?

Sì, le alfa contribuiscono a mantenere caldo il plasma nel senso che essendo più energetiche del plasma (appena "nate" stanno a circa 3 MeV di energia) ed essendo cariche (e quindi confinate dai campi insieme al plasma) sarà molto più probabile che il plasma urti una di loro piuttosto che un neutrone che appena creato parte e se ne va...quindi puoi vederle come una sorta di forma di riscaldamento intrinseco. Però cmq quello che va a scaldare il mantello è il neutrone che esce e ci passa dentro.

[kaioh]

cristina, il combustibile deuterio e trizio viene immesso di continuo nel reattore oppure viene caricato e poi scaricato completamente ?

[ChristinaAemiliana]

Il combustibile viene immesso con continuità. Si lanciano nella camera del plasma delle pastigliette di combustibile (i "pellet") che vaporizzano e si ionizzano praticamente all'istante. In futuro il T verrà generato dentro il reattore stesso, nel mantello di Litio, in modo da non dover preparare a parte e trasportare materiale radioattivo.

[sempreio]

grazie per tutte le info che ci dai
ma volevo sapere se siete abbastanza certi che questo prototipo di centrale funzioni? e se si, potrebbe sostituire il petrolio in un prossimo vicino futuro?

[CONFITEOR]

l'energia risultante da una reazione nucleare (sia essa di fusione, fissione o semplice decadimento) proviene sempre dal difetto di massa. Ogni volta che abbiamo un processo di trasformazione e' perche', almeno in certe condizioni, che sono quelle per cui si innesca la trasformazione, lo stato in cui si trova un insieme di oggetti (nel nostro caso atomi) e' sfavorito rispetto ad altri stati in cui si possono trovare i medesimi oggetti (nella maggior parte dei casi perche' lo stato finale e' uno stato ad energia piu' bassa di quello iniziale, e la natura e' regolata dal principio di minimo dell'energia).

Quello che conta nelle reazioni nucleari e' l'energia di legame divisa per il numero di nucleoni (binding energy per nuclear), di cui puoi' vedere l'andamento qui sotto. Dato che l'energia di legame e' una quantita' che va intesa come negativa, cioe' da sottrarre all'energia dei nucleoni separati, piu' l'energia di legame e' alta piu' il nucleo e' stabile e quindi tutti i processi che provocano la formazione di nuclei piu' stabili liberano energia. Dato che il processo evolve in modo da aumentare l'energia di legame (e quindi diminuire l'energia totale) allora in tutti i processi lo stato finale avra' una massa inferiore a quella iniziale, dato che energia e massa sono la stessa cosa.



Il fatto che entrambi i processi (fissione e fusione) portino ad un guadagno energetico puo' sembrare paradossale, dato che sono l'uno l'opposto dell'altro, ma devi tenere presente che ogni processo da un guadagno energetico se attivato su determinati nuclei, chiaramente i processi di fissione producono energia con nuclei diversi da quelli che producono energia con i processi di fusione. Come si puo' vedere dal grafico qui sopra tutti i nuclei che abbiano un numero atomico (cioe' un numero di protoni) inferiore a quello del ferro tendono alla fusione, liberando energia quando si incollano l'uono con l'altro, mentre i nuclei con numero atomico maggiore tendono alla fissione, cioe' liberano energia quando si spaccano. Chiaramente le differenze di energia possono essere molto alte o molto basse, e per questo le reazioni piu' usate e/o osservate coinvolgono solo determinate specie di atomi (idrogeno per la fusione e uranio o plutonio per la fissione), senza contare che nel processo reale intervengono anche altri fattori che determinano quali condizioni sono favorevoli alla reazione (per fondere due nuclei di idrogeno bisogna farli avvicinare moltissimo, facendogli vincere la repulsione dovuta alla forza elettrostatica, per questo l'unico luogo dove si finora si e' osservata la fusione dell'idrogeno e' il sole dove la temperatura e' altissima e quindi i nuclei di idrogeno sono cosi' veloci da riuscire a superare facilmente la barriera elettrica).

Nel caso della fusione l'energia ottenuta proviene dalla conversione della differenza che c'e' tra la massa dei nuclei separati e la massa nel nucleo finale, come accade nel caso piu' famoso di fusione che e' quello per cui 4 nuclei di idrogeno danno luogo a 1 nucleo di elio piu' altre particelle leggere. Nel caso della fissione c'e' ancora una volta una differenza di massa tra lo stato iniziale e finale che e' quella che produce l'energia, infatti in un processo di fissione, per esempio quello del nucleo di uranio, la massa dei due nuclei finali (piu' i tre neutroni che si liberano) e' inferiore alla massa del nucleo di uranio (piu' quella del neutrone che serve ad innescare la fissione). Quello che tiene insieme il nucleo di uranio e' il fatto che un nucleo di uranio indisturbato, per potersi scindere e quindi portare i suoi nucleoni in una stato energeticamente piu' favorevole, dovrebbe attraversare alcuni stati intermedi ad energia piu' alta dello stato iniziale, cosi' resta intero, confinato da questa barriera di energia, ma quando viene colpito da un neutrone, anche se molto lento, questo gli fornisce l'energia necessaria a superare questa barriera energetica e, esattamente come dell'acqua che tracima dal bordo di una diga, i nucleoni "scivolano" giu' per la barriera energetica portandosi nello stato in cui formano due nuclei separati.

[ChristinaAemiliana]

Sì, nessuna obiezione

Solo un appunto: non è che si scelgano i nuclei da far fondere o fissionare solo in base all'energia rilasciata, ma soprattutto in base a quanto sia "probabile" far avvenire la reazione.

Tipico esempio la fissione: tutti i nuclei pesanti spaccandosi liberano energia, ma i nuclei fissili (cioè quelli che fissionano con neutroni di qualsiasi energia) sono solo U-233, U-235 e Pu-239...quindi tre isotopi, nemmeno tre elementi.

[ChristinaAemiliana]

Originariamente inviato da sempreio

grazie per tutte le info che ci dai
ma volevo sapere se siete abbastanza certi che questo prototipo di centrale funzioni? e se si, potrebbe sostituire il petrolio in un prossimo vicino futuro?

Che funzioni sì...le difficoltà sono esclusivamente di carattere tecnologico.

Questo è un sollievo e anche una garanzia di successo, ma contemporaneamente bisogna rendersi conto che per sviluppare una tecnologia...anzi, tante tecnologie, perché la fusione ne coinvolge molte...ci vuole tempo e denaro. Quindi, il futuro sarà tanto più prossimo quanto più impegno investiremo: perché qui c'è bisogno di provare soluzioni e studiarle, non di aspettare l'idea geniale o la scoperta sensazionale che potrebbe cadere dal cielo e risolvere tutto in poco tempo.

[gpc]

Originariamente inviato da ChristinaAemiliana

...perché qui c'è bisogno di provare soluzioni e studiarle, non di aspettare l'idea geniale o la scoperta sensazionale che potrebbe cadere dal cielo e risolvere tutto in poco tempo.

Oh dai, allora mi sto laureando per niente, non vi serve la mia idea geniale