Neutroni termici e veloci: il cuore della reattività nucleare

Nel funzionamento di un reattore nucleare, il comportamento dei neutroni gioca un ruolo fondamentale. La distinzione tra neutroni termici e neutroni veloci è essenziale per comprendere il principio di reattività e il modo in cui l’energia nucleare viene controllata e sfruttata per la produzione di elettricità.

I neutroni, che vengono rilasciati durante la fissione di un atomo di uranio o plutonio, possono avere energie molto diverse. I neutroni veloci sono quelli che nascono direttamente dal processo di fissione e possiedono un’energia elevata, tipicamente dell’ordine di alcuni megaelettronvolt. Questa elevata energia li rende meno propensi a essere catturati da altri nuclei di uranio o plutonio, riducendo l’efficienza del processo di reazione a catena.

Per aumentare la probabilità che un neutrone provochi una nuova fissione, in molti reattori viene utilizzato un moderatore, una sostanza capace di rallentare i neutroni fino a energie molto più basse. Quando un neutrone perde energia attraverso una serie di urti elastici con atomi leggeri, come idrogeno, deuterio o carbonio, diventa un neutrone termico. Questo tipo di neutroni ha un’energia molto inferiore, spesso inferiore a un elettronvolt, ed è molto più efficace nell’indurre la fissione in isotopi fissili come l’uranio-235.

I reattori nucleari si dividono in due grandi categorie a seconda del tipo di neutroni che sfruttano. I reattori termici, che costituiscono la maggior parte degli impianti in funzione nel mondo, utilizzano neutroni termici e necessitano di un moderatore, come acqua leggera, acqua pesante o grafite, per rallentare i neutroni veloci. Questi reattori sono più facili da controllare e offrono un alto livello di sicurezza intrinseca, poiché la reazione a catena dipende fortemente dalla presenza del moderatore, che può essere rimosso in caso di necessità per spegnere il reattore.

D’altra parte, i reattori a neutroni veloci non utilizzano un moderatore e sfruttano direttamente i neutroni ad alta energia. Questo tipo di reattori può essere progettato per sfruttare meglio il combustibile nucleare, permettendo la trasmutazione di isotopi non fissili in isotopi fissili e riducendo la produzione di scorie radioattive a lunga vita. I reattori a neutroni veloci sono spesso considerati parte delle tecnologie di quarta generazione, che mirano a rendere l’energia nucleare più sostenibile ed efficiente nel lungo periodo.

La distinzione tra neutroni termici e veloci è quindi cruciale per comprendere come funziona un reattore e come viene ottimizzato per produrre energia in modo sicuro ed efficiente. La scelta di quale tipo di neutroni utilizzare dipende dagli obiettivi del progetto del reattore, dalle caratteristiche del combustibile nucleare e dalle esigenze di sicurezza e sostenibilità.