Attualità

Dedicato all’amico Monrefuge

 

L’annosa diatriba nucleare si nucleare no ha, in Italia, acceso più volte gli animi. Nel nostro caso questa diatriba è stata pilotata dalla gigantesca macchina propagandistica sinistra generando inutili paure. Queste paure hanno incanalato la volontà popolare verso il rifiuto dell’energia nucleare con grave danno per lo sviluppo, l’economia e l’ambiente.  Le tesi ideologicamente ambientalistiche colpevolmente cavalcate dalla sinistra per mero interesse elettorale sono facilmente confutabili, ma questo presuppone una media conoscenza della fisica e della matematica che la sorregge. Questo è il principale ostacolo ad un confronto serio: è molto facile indurre paura nelle masse, tutto ciò che è sconosciuto è visto con sospetto e il nucleare non fa eccezioni. Il grosso problema è, come dicevo prima, la necessità di alcune conoscenze  fisiche senza le quali, purtroppo, non si riesce a comprendere cosa è in realtà l’energia nucleare. Cercherò di fornire gli strumenti che mettano in grado chi legge di poter sceglie liberamente, e non attraverso il filtro censore che la disinformazione eco-sinistrorsa spande a destra e a manca.

Il Primo Principio della Termodinamica

Il calore è stato a lungo ritenuto un fluido, si presupponeva che questo fluido si liberasse durante la combustione e l’effetto era il calore che si percepiva. Nel 1850 il fisico inglese James Prescott Joule,  con un semplice esperimento, dimostrò che il calore è una forma di energia: egli prese una botte piena d’acqua e vi fece girare dentro un’elica che, col suo moto, scaldava l’acqua. A questo punto divenne chiaro che il calore non era un fluido, se lo fosse stato l’elica avrebbe dovuto calare di peso per aver trasferito il proprio fluido all’acqua, e quest’ultima avrebbe dovuto aumentare di peso avendo ricevuto il fluido perso dall’elica. In pratica cosa è successo nell’esperimento di Joule? E’ successo che l’acqua attraverso il lavoro compiuto dalle pale dell’elica ha ricevuto calore, ovvero energia. Più precisamente possiamo dire che anche il lavoro è una forma d’energia per cui abbiamo che:

 ΔU+L-Q= o (1)

cioè in un sistema chiuso il lavoro L è uguale al calore Q. Questa equivalenza calore-lavoro determina un’altra grandezza, l’Entalpia  che mi indica una variazione di energia. Dalla (1) si nota che se tanta energia “entra” tanta energia “esce”, da cui nasce la seconda attribuzione del primo principio, conosciuto anche come Legge della conservazione dell’energia. Quindi l’energia non si perde mai, il bilancio è sempre uguale a zero: tanta ne avevo, tanta ne ho trasferita, tanta ne ho ancora; ovvero l’energia NON SI CREA e NON SI DISTRUGGE. Questo vale per TUTTO: nulla si crea, nulla si distrugge! Tutto si trasforma, però; ricordiamo questo particolare perché sarà fondamentale.

Il Secondo Principio della Termodinamica

La legge della conservazione dell’energia mi dice che la quantità di energia è costante, non varia mai, ma nulla dice su cosa le accade durante le trasformazioni di cui è protagonista; a questo pensa il secondo principio, o Entropia. Questo concetto venne intuito da Rudolf Clausius nel 1868 e definito matematicamente da Sadi Carnot negli anni venti, che gli diede anche il nome, prendendolo dalla parola greca Entropè il cui significato è conversione, confusione. Il primo termine rappresenta il concetto dell’attuale nozione di entropia. Nella formulazione del Clausius il secondo principio afferma che non è possibile trasferire calore da un corpo freddo ad un corpo caldo; mentre la definizione di Carnot asserisce che non è possibile realizzare una macchina capace di trasformare il 100% del calore in lavoro, definizione simile a quella di Kelvin-Plank. Vediamo di capirci qualcosa: se ad un martello conferisco una certa energia e colpisco un incudine, l’energia che aveva il martello passa all’incudine che ne assorbe la maggior parte tramite deformazione, una parte diventa calore, una parte diventa suono. Per il primo principio la quantità di energia che avevo fornito al martello c’è ancora tutta ma si è trasformata in calore, onde sonore e deformazione dell’incudine per effetto dell’urto. Questa energia così trasformata NON E’ PIU’ RIUTILIZZABILE, non è possibile, col calore generato, con le onde sonore generate, con la deformazione generata riottenere la stessa energia che consentì di dare la martellata. Questa energia “disordinata”, non più riutilizzabile, in cui si è convertita l’energia della martellata è misurabile e si chiama Entropia e si indica con la lettera S. Se brucio un pezzo di legno l’energia del legno si trasforma in calore, luce, cenere e residui carboniosi, ma dal calore generato, dalla luce, dai residui non è più possibile ritornare al pezzo di legno e il calore, la luce e i residui sono l’entropia S. L’energia che avevano martello e il pezzo di legno non è andata distrutta, si è conservata (primo principio) ma si è trasformata in energia non più riutilizzabile, ovvero in disordine, ovvero in inquinamento (secondo principio).

Abbiamo ora il quadro completo: l’energia che si trasforma in lavoro o in calore non è perduta (legge della conservazione), l’entropia che ne deriva dalla trasformazione in lavoro o calore non è più riutilizzabile (formulazione di Carnot) , non tutta l’energia si può trasformare in calore o lavoro ma parte di essa diventa entropia (formulazione di Kelvin-Plank). Si può ora introdurre il concetto di rendimento:  se solo una parte dell’ergia fornita può diventare calore o lavoro mentre il resto diventa entropia avremo che il rendimento:

 η= energia resa / energia fornita

per cui è chiaro che essendo il denominatore maggiore del numeratore,  è sempre inferiore a 1. Potrebbe raggiungere l’unità soltanto se l’energia resa fosse uguale all’energia fornita, condizione questa ovviamente impossibile. Il rendimento è quindi essenziale per capire quanta “energia di scarto” o inquinamento viene prodotto: se il rendimento è 0,1 (il 10% in percentuale) lo 0,9 (il 90%) è inquinamento, se il rendimento è 0,7 solo il 30% dell’energia si trasformerà in inquinamento. Per dare un ordine di grandezza che consenta di valutare questa grandezza fisica riporto due estremi, una centrale termoelettrica a carbone e una nucleare:

  • Centrale elettrica a carbone:  = 0,3 – 0,5  servono 2.600.000 t di carbone per 1000MWh/anno
  • Centrale elettrica nucleare:  = 0,9 – 0,95*  30t di uranio arricchito per 1000MWh/anno

Un altro esempio è il motore endotermico (es. motore a scoppio) che ha un rendimento che va dal 40% al 50% mentre il restante 60% – 50% è inquinamento. Una portaerei nucleare da 100.000t della classe Nimitz ha un’autonomia di circa  20 anni con 500 kg di combustibile nucleare. Con 500 kg di benzina, o di gasolio, o di carbone non si riuscirebbe nemmeno ad alimentare l’illuminazione.

Ho sentito una notizia alla radio lunedì mattina: 52 delle 54 centrali nucleari giapponesi sono state fermate. Con la crisi energetica in atto i tedeschi non fermano le 7 centrali che dovevano “sospendere” e i giapponesi le bloccano tutte? Guardando la vicenda dell’avvocato Canzona esaltato dai media e sbugiardato in questi giorni da Striscia, sarebbe bene che i giornalisti cominciassero a seguire di più la verità e meno l’ideologia o la sensazionalità!

 

*Data l’enorme quantità d’energia sviluppata dai combustibili nucleari il rendimento termodinamico è del 30/35% perché questa è la massima quantità d’energia che i liquidi di raffreddamento riescono ad assorbire.