Energia dagli isotopi radioattivi - EnergeticAmbiente.it

annuncio

Comprimi
Ancora nessun annuncio.

Energia dagli isotopi radioattivi

Comprimi
X
 
  • Filtro
  • Ora
  • Visualizza
Elimina tutto
nuovi messaggi

  • Energia dagli isotopi radioattivi

    Ricordo che nel primo dopoguerra, da giovane, leggevo riviste di divulgazione scientifica come Scienza e Vita che si facevano paladine dell'energia nucleare, vista come il rimedio di tutte le esigenze energetiche. Allora la radioattività non veniva vista con il terrore superstizioso che suscita oggi.

    In particolare ricordo certi articoli in cui si parlava dell'energia ottenibile dal potenziale elettrico creato da un isotopo radioattivo. Lo schema proposto era molto semplice: l'isotopo viene posto all'interno di una camera metallica, da cui viene isolato elettricamente. L'isotopo è collegato con un capo di un circuito elettrico all'altro capo del quale è collegato il recipiente.
    L'isotopo emette continuamente radioattività di tipo alfa o beta sotto forma di particelle elettricamente cariche. Ad esempio se emette radiazioni beta che sono elettroni, l'isotopo si carica positivamente e il recipiente che le riceve si carica negativamente. Si crea così una differenza di potenziale fra i due capi del circuito elettrico che può essere sfruttata.

    Non so quale sia la differenza di potenziale che si crea. Probabilmente è proporzionale al numero di particelle scambiate e probabilmente altissima, se la corrente non viene fatta circolare nel circuito (anzi credo che in caso di mancato utilizzo quel potenziale vada dissipato perchè non diventi eccessivo). Ma quello che conta è che da 1 grammo di isotopo radioattivo si può ricavare una quantità enorme di energia, dello stesso ordine di grandezza di quella prodotta da una fissione.

    Questo sistema mi risulta che venga sfruttato per produrre elettricità nei satelliti spaziali (segno che funziona e che è particolarmente leggero), ma di applicazioni sulla Terra non ho mai sentito. Eppure sarebbe un modo di produrre energia quasi illimitata, in modo molto più sicuro e compatto che in una centrale nucleare, perchè l'isotopo non è in grado di esplodere ma solo di decadere gradualmente, e il recipiente può venire costruito molto robusto in modo che non si apra neppure nel caso di incidenti violenti.

    Insomma sembra il sistema ideale per fornire corrente a un'abitazione o per far marciare un'auto con un motore elettrico.
    Io vedo piccole unità poco ingombranti, di taglie di potenza diverse, messe normalmente in commercio per usi civili. Naturalmente unite di sistemi di regolazione della tensione e di dissipatori delle tensioni troppo alte.

    Allora perchè non c'è traccia di queste applicazioni ? Io azzardo un paio di ipotesi:
    1. perchè un isotopo radioattivo in realtà non è in grado di fornire quantità adeguate di energia. Ma se anche fosse di pochi Watt si potrebbe usare per alimentare radio e macchine fotografiche etc.
    2. perchè l'idea di maneggiare sostanze radioattive, benchè protette, non piacerebbe ai consumatori
    3. perchè il rischio che qualche terrorista apra quegli aggeggi e ne tiri fuori la sostanza radioattiva per usarla per i suoi scopi
    Qualche altro motivo ?

    Edited by Archangel - 31/1/2006, 19:23

  • #2
    Quesito interessante, ma credo che il problema principale sia la schermatura dell'isotopo, che emette radiazioni ionizzanti molto penetranti e sicuramente dannose per l'organismo.
    Nei satelliti questa schermatura è inutile, ma sulla terra ti posso dire che qualsiasi procedura medica che maneggi isotopi radioattivi necessita di precauzioni particolari e recipienti pesantemente schermati. Non sono un fisico e magari esistono isotopi con gradi di pericolosità molto diversi, ma la vedo difficile usarli in sistemi portatili, da grande pubblico.

    Forse una centrale è un altro discorso, ma qui credo intervenga la quantità di energia prodotta non altissima. Boh, da approfondire comunque.
    “Il fatto che un'opinione sia ampiamente condivisa non è affatto una prova che non sia completamente assurda.” Bertrand Russell

    Commenta


    • #3
      CITAZIONE (Archangel @ 31/1/2006, 19:21)
      Ricordo che nel primo dopoguerra, da giovane, leggevo riviste di divulgazione scientifica come Scienza e Vita che si facevano paladine dell'energia nucleare, vista come il rimedio di tutte le esigenze energetiche. Allora la radioattività non veniva vista con il terrore superstizioso che suscita oggi.

      In particolare ricordo certi articoli in cui si parlava dell'energia ottenibile dal potenziale elettrico creato da un isotopo radioattivo. Lo schema proposto era molto semplice: l'isotopo viene posto all'interno di una camera metallica, da cui viene isolato elettricamente. L'isotopo è collegato con un capo di un circuito elettrico all'altro capo del quale è collegato il recipiente.
      L'isotopo emette continuamente radioattività di tipo alfa o beta sotto forma di particelle elettricamente cariche. Ad esempio se emette radiazioni beta che sono elettroni, l'isotopo si carica positivamente e il recipiente che le riceve si carica negativamente. Si crea così una differenza di potenziale fra i due capi del circuito elettrico che può essere sfruttata.

      Non so quale sia la differenza di potenziale che si crea. Probabilmente è proporzionale al numero di particelle scambiate e probabilmente altissima, se la corrente non viene fatta circolare nel circuito (anzi credo che in caso di mancato utilizzo quel potenziale vada dissipato perchè non diventi eccessivo). Ma quello che conta è che da 1 grammo di isotopo radioattivo si può ricavare una quantità enorme di energia, dello stesso ordine di grandezza di quella prodotta da una fissione.

      Questo sistema mi risulta che venga sfruttato per produrre elettricità nei satelliti spaziali (segno che funziona e che è particolarmente leggero), ma di applicazioni sulla Terra non ho mai sentito. Eppure sarebbe un modo di produrre energia quasi illimitata, in modo molto più sicuro e compatto che in una centrale nucleare, perchè l'isotopo non è in grado di esplodere ma solo di decadere gradualmente, e il recipiente può venire costruito molto robusto in modo che non si apra neppure nel caso di incidenti violenti.

      Insomma sembra il sistema ideale per fornire corrente a un'abitazione o per far marciare un'auto con un motore elettrico.
      Io vedo piccole unità poco ingombranti, di taglie di potenza diverse, messe normalmente in commercio per usi civili. Naturalmente unite di sistemi di regolazione della tensione e di dissipatori delle tensioni troppo alte.

      Allora perchè non c'è traccia di queste applicazioni ? Io azzardo un paio di ipotesi:
      1. perchè un isotopo radioattivo in realtà non è in grado di fornire quantità adeguate di energia. Ma se anche fosse di pochi Watt si potrebbe usare per alimentare radio e macchine fotografiche etc.
      2. perchè l'idea di maneggiare sostanze radioattive, benchè protette, non piacerebbe ai consumatori
      3. perchè il rischio che qualche terrorista apra quegli aggeggi e ne tiri fuori la sostanza radioattiva per usarla per i suoi scopi
      Qualche altro motivo ?

      Salve,

      sicuramente ci sono grossi problemi con la sicurezza nel caso il metriale venga asportato.
      Il materiale nucleare esaurito ( che poi forma le scorie ) può essere in parte riciclato, ottenendo materiale fissile magari non sufficientemente arricchito per fare una bomba, ma comunque molto pericoloso.
      Inoltre, come dice BritingEyes sussistono enormi problemi di schermatura. Pensa solo a come viene schermato il nocciolo di un reattore. Bisogna pensare anche alla manutenzione, dato che le scorie radioattive rimangono tali per migliaia di anni.
      Piccole unità per usi civili sono quindi impensabili, ma se al posto di creare grosse e pericolose discariche nucleari si facessero centrali vere e proprio per sfruttare le scorie sarebbe bello.

      Edited by Riovandaino - 2/2/2006, 15:19

      Commenta


      • #4
        Non vedo grossi problemi di schermatura. Molti isotopi non emettono radiazioni gamma , le più difficili da schermare, ma solo beta (cioè elettroni) o alfa (deuteroni, se ricordo), poco penetranti.

        Invece mi rimane il dubbio sull'energia ricavabile.

        Commenta


        • #5
          Salve,

          dovresti separare gli isotopi che emanano radiazioni gamma da quelli che emanano solo radiazioni beta e alfa. LA cosa si farebbe tecnicamente complicata.

          Commenta


          • #6
            CITAZIONE
            Questo sistema mi risulta che venga sfruttato per produrre elettricità nei satelliti spaziali


            No, non è cosi' (in genere). Un elemento che va in fissione genera calore e neutroni. Vediamo bene questo passaggio. Un neutrone fornito da una sorgente impatta, con energia sufficientemente alta, su un atomo di uranio, il quale si spezza, formando due elementi di peso atomico inferiore a quello dell'uranio ed inoltre altri neutroni con una certa energia. La scissione inoltre libera calore, che può essere sfruttato, mentre i neutroni in uscita permettono di autosostenere la fissione. Se tali neutroni non vengono controllati, e la massa dell'uranio è tale da assicurare un'alta probabilità di urti allora la massa dà luogo ad una reazione non controllata, con conseguente liberazione di immensa energia. Si chiama bomba atomica. Le prime bombe erano fatte da semisfere di uranio 235 concave, poste in un 'tubo' di modo che stessero a debita distanza. Al momento dell'esplosione le semisfere venivano scagliate una contro l'altra di modo da formar la massa critica, mentre la sorgente di neutroni assicurava l'innesco della reazione.
            Un atomo di uranio che si spezza genera talmente tanta energia (credo sui 200 MeV totali) che è milioni di volte più alta di quella della combustione di una molecola di carburante. Da qui la speranza di usare il nucleare come propulsione spaziale.
            Riguardo i sistemi elettrici, questi sono basati sullo sfruttamento del calore prodotto dal materiale radioattivo. Il tutto è quindi formato da un blocchetto di materiale fissile, da un sistema di conversione, un sistema di controllo ed infine un contenitore che schermi il tutto.
            Il problema di questi sistemi è la conversione da calore ad elettricità. Difatti l'efficenza di tale tipo di conversione è molto bassa. Infati ultimamente si stanno sperimentando sistemi bsati sul motore Stirling. Il problema è l'affidabilità. Si stima che tali motori siano efficienti per almeno 60000 ore, che equivalgono a circa 6.8 anni (se nn sbaglio i calcoli). Un sistema basato su termocoppia ha invece un'affidabilità molto elevata, mancando di parti meccaniche in movimento. Pero' è probabile che un sistema basato su Stirling, usando materiali speciali, a parità di potenza possa essere più leggero di un sistema a conversione di calore di tipo termocoppia, o simili. Ancora, il sistema termocoppia è meno sensibile ad urti o sollecitazioni. Staremo a vedere.

            Per i sistemi spaziali si ricorre a combustibili nucleari diversi dal 235 sia per costo che per fissilità.

            Vediamo qualche immagine wink.gif
            user posted image
            user posted image
            user posted image

            Links:
            http://www.ne.doe.gov/pdf/npspace.pdf
            http://www.ne.doe.gov/pdf/stirling.pdf

            Commenta


            • #7
              CITAZIONE (Hellblow @ 2/2/2006, 22:06)
              CITAZIONE
              Questo sistema mi risulta che venga sfruttato per produrre elettricità nei satelliti spaziali


              No, non è cosi' (in genere). Un elemento che va in fissione genera calore e neutroni. ...
              Riguardo i sistemi elettrici, questi sono basati sullo sfruttamento del calore prodotto dal materiale radioattivo. Il tutto è quindi formato da un blocchetto di materiale fissile, da un sistema di conversione, un sistema di controllo ed infine un contenitore che schermi il tutto.
              Il problema di questi sistemi è la conversione da calore ad elettricità. Difatti l'efficenza di tale tipo di conversione è molto bassa. Infati ultimamente si stanno sperimentando sistemi bsati sul motore Stirling. Il problema è l'affidabilità. Si stima che tali motori siano efficienti per almeno 60000 ore, che equivalgono a circa 6.8 anni (se nn sbaglio i calcoli). Un sistema basato su termocoppia ha invece un'affidabilità molto elevata, mancando di parti meccaniche in movimento. Pero' è probabile che un sistema basato su Stirling, usando materiali speciali, a parità di potenza possa essere più leggero di un sistema a conversione di calore di tipo termocoppia, o simili. Ancora, il sistema termocoppia è meno sensibile ad urti o sollecitazioni. Staremo a vedere.

              Per i sistemi spaziali si ricorre a combustibili nucleari diversi dal 235 sia per costo che per fissilità.

              In effetti non vedo nessuna necessità di usare elementi fissili come l'uranio per produrre energia usando la differenza di potenziale o il calore creati dal decadimento radioattivo.
              Usare uranio o plutonio in un satellite non ha senso, a meno che non siano molto più radioattivi di altri isotopi. Ma lo sono ?

              Commenta


              • #8
                Quella della differenza di potenziale è una strada che dà meno rendimenti da quel che so, sebbene eviti l'uso di termocoppie. In realtà si usano solo miscele di quegli elementi radioattivi. Ad esempio per le pile credo che ci si assesti sul 70% di uranio, ed un 10% di plutonio. Il resto sono altri elementi come il cesio ad esempio. Il perchè di queste proporzioni non lo so (anche se un'idea me la son fatta), si dovrebbe approfondire, comunque credo sia legato al fattore costo. Una pila quel tipo è formata da parecchie cellette di materiale radioattivo (ogni celletta contiene circa 7,5 grammi di materiale) da cui capisci che in realtà il problema grosso è il peso per questo tipo di pile, e non il combustibile nuleare.
                Da qui, e da situazioni simili, l'interesse per i sistemi portatili basati su fusione fredda wink.gif (ovviamente insieme a tutti gli altri fattori che ne rendono conveniente l'utilizzo).
                Inoltre più che radioattività direi che è importante l'energia sprigionata a parità di peso (o volume, dipende dal parametro critico, di solito sono entrambi wink.gif ).

                Edited by Hellblow - 3/2/2006, 12:07

                Commenta


                • #9
                  Salve,

                  mi sono preso la briga di esaminare i vari radionuclidi che compongono le scorie.
                  Ho trovato per alcuni dati interessanti che ho riassunto in una tabella con excel.
                  Ho considerato 12 radionuclidi esaminando il tipo di radiazione emessa, il tempo di dimezzamento, e gli organi che vengono danneggiati dalla loro esposizione prolungata.
                  La trovate come allegato.

                  Edited by Riovandaino - 4/2/2006, 15:13

                  Download attachment
                  Ritaglio__2_.shs ( Number of downloads: 55 )

                  Commenta


                  • #10
                    CITAZIONE (Riovandaino @ 4/2/2006, 15:11)
                    Salve,

                    mi sono preso la briga di esaminare i vari radionuclidi che compongono le scorie.
                    Ho trovato per alcuni dati interessanti che ho riassunto in una tabella con excel.
                    Ho considerato 12 radionuclidi esaminando il tipo di radiazione emessa, il tempo di dimezzamento, e gli organi che vengono danneggiati dalla loro esposizione prolungata.
                    La trovate come allegato.

                    OT Tecnica

                    Ma che programma usi per i tuoi allegati? Non riesco ad aprirli... wink.gif
                    Soluzioni, Azioni, Risultati per la vita...

                    Commenta


                    • #11
                      Salve,

                      ho fatto la tabella in excel come detto, poi l'ho copiata sul destop del pc e infine l'ho allegata.

                      Commenta


                      • #12
                        Vedo solo adesso quel link. Probabilmente il file è fatto con una versione molto recente di Excel e non riesco a leggerlo. Potresti sostituirlo con un file creato con un formato meno recente ?

                        Commenta


                        • #13
                          CITAZIONE (Hellblow @ 2/2/2006, 22:06)
                          .....Riguardo i sistemi elettrici, questi sono basati sullo sfruttamento del calore prodotto dal materiale radioattivo. Il tutto è quindi formato da un blocchetto di materiale fissile, da un sistema di conversione, un sistema di controllo ed infine un contenitore che schermi il tutto.
                          Il problema di questi sistemi è la conversione da calore ad elettricità. Difatti l'efficenza di tale tipo di conversione è molto bassa. Infati ultimamente si stanno sperimentando sistemi bsati sul motore Stirling. Il problema è l'affidabilità. Si stima che tali motori siano efficienti per....

                          up

                          Commenta


                          • #14
                            CITAZIONE (atimameg @ 8/1/2008, 18:39)
                            CITAZIONE (Hellblow @ 2/2/2006, 22:06)
                            .....Riguardo i sistemi elettrici, questi sono basati sullo sfruttamento del calore prodotto dal materiale radioattivo. Il tutto è quindi formato da un blocchetto di materiale fissile, da un sistema di conversione, un sistema di controllo ed infine un contenitore che schermi il tutto.
                            Il problema di questi sistemi è la conversione da calore ad elettricità. Difatti l'efficenza di tale tipo di conversione è molto bassa. Infati ultimamente si stanno sperimentando sistemi bsati sul motore Stirling. Il problema è l'affidabilità. Si stima che tali motori siano efficienti per....

                            up

                            ?

                            E' cambiato poco, gli RTG sono sempre quelli. L'efficenza delle TEG è ancora molto bassa, per tanto questi generatori non vengono ampiamente sfruttati per il loro alto costo... Solo in alcuni satelliti mi pare.

                            Commenta


                            • #15
                              CITAZIONE (Schrödinger @ 8/1/2008, 21:37)
                              CITAZIONE (atimameg @ 8/1/2008, 18:39)
                              up

                              ?

                              E' cambiato poco, gli RTG sono sempre quelli. L'efficenza delle TEG è ancora molto bassa, per tanto questi generatori non vengono ampiamente sfruttati per il loro alto costo... Solo in alcuni satelliti mi pare.

                              grazie
                              <img src=">

                              Commenta

                              Attendi un attimo...
                              X