Esiste una formula che esprime ciò che succede ad un nucleo di uranio
quando viene colpito da un neutrone. L'effetto della cattura da parte del
nucleo è la trasformazione di quest'ultimo in un isotopo più
pesante che però dura solo
un tempo brevissimo dopodiché l'elemento instabile si spezza formando due nuovi
elementi. Gli elementi indicati nella seconda parte della formula sono il
risultato relativamente più frequente della scissione, ma si possono formare
anche elementi diversi a seconda del modo del tutto casuale in cui il nucleo si
divide. La maggior parte di questi elementi a loro volta sono spesso isotopi instabili,
perciò sono radioattivi e soggetti a ulteriore decadimento (detti
"frammenti di fissione"). Alcuni di questi risultano estremamente
pericolosi per l'ambiente e la salute umana.
Neutroni liberi. Ai nuovi
elementi prodotti dalla reazione si aggiungono sempre due o tre neutroni
liberi, che a loro volta possono venire catturati da altri nuclei fissili che
si trovano all'interno della massa, e perciò li rendono instabili e contribuiscono
a proseguire la reazione di fissione.
Energia. Per ciascun nucleo che
si scinde, nel modo indicato dalla formula, si producono circa 211,5 MeV di energia, di
cui circa 160 MeV sotto forma di energia cinetica dei frammenti di fissione.
Questa rilevante produzione di energia è legato al fatto che la somma delle
masse risultanti (frammenti di fissione e neutroni) è leggermente inferiore
alla massa iniziale del nucleo e del neutrone che ha generato la fissione: una
piccolissima percentuale di questa massa risulta perduta,
"trasformata" in energia.
La quantità di
energia rilasciata dalle reazioni nucleari è molto più grande di quella delle
reazioni chimiche in rapporto alla quantità di materia coinvolta. L'energia di
legame all'interno dei nuclei (interazione forte) è molto più intensa di quella
che lega tra loro gli elettroni esterni di due atomi. L'energia di legame
all'interno dei nuclei è una misura di massa. Nel principio di equivalenza
E=mc², poiché il secondo termine dell'uguaglianza è una grandezza enorme (a
causa del valore della costante "c", la velocità della luce nel
vuoto, pari a 299 792 458 m/s) l'energia "E" risulta
enorme in confronto ad una piccola massa "m".
Per confronto, in una
molecola d'acqua il legame degli atomi di idrogeno può produrre una energia di
circa 16 eV dieci milioni di volte inferiore a quella liberata dal nucleo di
uranio. Un grammo di U 235 che subisce interamente la fissione produce circa 8
x 1010 joule ossia quanto la combustione di circa 3 tonnellate di
carbone.
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