E = m c 2, il lato de “la forza”
La scienza non è buona o cattiva. È l’uso che se ne fa che può avere quest’accezione. Nel numero scorso vedemmo il lato oscuro di E = m c 2, ma quali sono le sue applicazioni civili?
Il significato dell’equivalenza è semplice: massa ed energia si posso trasformare l’una nell’altra. “Quindi l’acqua calda è più pesante dell’acqua fredda?” mi chiese una volta uno studente. “Dato che la temperatura è espressione dell’energia interna di un corpo… sì. Ma visto che c, la velocità della luce, è un numero enorme, c2 rende trascurabile la variazione della massa anche per enormi sbalzi di temperatura”. Se questa riflessione è vera, allora, d’altro canto… piccole quantità di massa possono liberare enormi quantità di energia! Nei processi di fusione (in cui nuclei leggeri si uniscono insieme) e di fissione (in cui nuclei pesanti si dividono) parte della massa dei nuclei di partenza si trasforma in energia: è questo che è nel cuore delle stelle (ne parleremo nel prossimo numero) e nei reattori nucleari.
Uranio e Plutonio, per esempio, dopo aver assorbito un neutrone si separanoin 2 (nuclei figli), liberando altri 2 o 3 neutroni e grandi quantità di energia. Nel nocciolo di un reattore a fissione è proprio questa energia che viene catturata mentre i neutroni liberati possono dare il via alla cosidetta reazione a catena: prima 1, poi 3, poi 9, poi 27, 81… in pochissimo tempo una crescita esponenziale di esplosioni. Ma dato chei “figli” della reazione sono avidi di neutroni, con il passare del tempo il processo sfugge progressivamente al nostro controllo e le barre fissili, alternate alle barre di moderazione e controllo (atte rispettivamente a rallentare i neutroni, per facilitarne la cattura, o catturare i neutroni in eccesso), devono essere regolarmente pulite da quelle che vengono chiamate scorie: materiali estremamente radioattivi e pericolosi per l’uomo per lunghissimo tempo.
Ma, se da un lato quindi abbiamo il rischio si fusione del nocciolo ed il problema della gestione delle scorie (dove le stocchiamo e per quanto tempo?) dall’altro abbiamo, come accennato, enormi quantità di energia. Per capire quanta basti pensare che per soddisfare il fabbisogno energetico di una città come Bologna servono 100 vagoni di carbone al giorno (sì, avete capito bene, al giorno!)… o un metro cubo di uranio all’anno.
La “scelta sul nucleare” è un problema estremamente articolato e complesso (qui solo accennato), ma importante da affrontare, perché, ricordiamo, il fabbisogno energetico mondiale oggi si basa per l’80% su carburanti fossili.
Credo che sia giunto il momento di approfondire le tematiche legate all’energia (questioni articolate che riguardano i combustibili fossili, la scelta nucleare, le energie rinnovabili, …) in tutti gli indirizzi di studi della scuola secondaria superiore. E all’obiezione “i programmi ministeriali sono troppo corposi” rispondo “troviamo il coraggio per sfoltire e alleggerire altri capitoli della fisica”.
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Il presente articolo (secondo di una trilogia) è stato pubblicato sulla rubrica “Fisica? Un gioco.” – Sapere, agosto 2016 – ed. Dedalo.