Come funziona un reattore nucleare: fissione, SMR e il ritorno del nucleare in Italia
Un reattore nucleare è un impianto in cui si controlla una reazione di fissione a catena per produrre calore, trasformato poi in elettricità attraverso turbine a vapore. All'interno del nocciolo, neutroni colpiscono atomi di uranio-235 o plutonio-239, spezzandoli e liberando un'enorme quantità di energia termica insieme ad altri neutroni che alimentano la reazione. Per funzionare in sicurezza il reattore ha bisogno di tre componenti chiave: il combustibile, il moderatore (che rallenta i neutroni) e il refrigerante (che asporta il calore). Nel 2026 l'Italia sta valutando il ritorno al nucleare attraverso i Piccoli Reattori Modulari (SMR), con il disegno di legge delega atteso entro fine anno.
Cos'è la fissione nucleare
La fissione nucleare è il processo fisico alla base del funzionamento di un reattore. Quando un neutrone lento colpisce il nucleo di un atomo "fissile" — tipicamente uranio-235 — il nucleo si scinde in due frammenti più leggeri, liberando:
- Una quantità di energia termica pari a circa 200 MeV per ogni fissione.
- Due o tre neutroni, capaci a loro volta di provocare altre fissioni.
- Radiazioni gamma e altri prodotti radioattivi.
Se i neutroni prodotti vengono opportunamente rallentati e mantenuti nel combustibile, si innesca una reazione a catena autosostenuta. È la stessa fisica che alimenta una bomba atomica, ma nel reattore la reazione è rigorosamente controllata: in una bomba la fissione è rapida e incontrollata, in un reattore è lenta, costante e governata da sistemi di sicurezza.
Perché l'uranio
L'uranio naturale è composto per il 99,3% da uranio-238 (non fissile) e solo per lo 0,7% da uranio-235 (fissile). Per i reattori commerciali serve un combustibile arricchito al 3-5% di U-235. Una volta lavorato, l'uranio assume la forma di pastiglie di biossido (UO₂), inserite in barrette di lega di zirconio e raggruppate in elementi di combustibile. Un reattore di grande taglia contiene centinaia di queste strutture, per un totale di decine di tonnellate di combustibile.
Le parti fondamentali di un reattore nucleare
Indipendentemente dal modello, ogni reattore presenta alcuni elementi comuni che collaborano per produrre calore in modo sicuro e continuo.
Il nocciolo
È il cuore del reattore, dove avviene la reazione di fissione. Contiene gli elementi di combustibile, le barre di controllo e il refrigerante. Il nocciolo è racchiuso in un recipiente in pressione di acciaio spesso 20-25 cm, progettato per resistere a temperature di oltre 300 °C e pressioni fino a 150 atmosfere.
Il moderatore
I neutroni prodotti dalla fissione sono "veloci" e poco efficaci nel provocare nuove fissioni. Il moderatore serve a rallentarli, aumentando la probabilità di interazione con il combustibile. I moderatori più usati sono:
- Acqua leggera (H₂O): la più comune, usata nei reattori PWR e BWR.
- Acqua pesante (D₂O): permette di usare uranio non arricchito, tipica dei reattori canadesi CANDU.
- Grafite: utilizzata in alcuni reattori di vecchia generazione (Magnox, RBMK).
Il refrigerante
Il refrigerante asporta il calore prodotto dal nocciolo e lo trasferisce al sistema turbine. Nei reattori ad acqua leggera il refrigerante coincide con il moderatore. Altri refrigeranti utilizzati o in fase di studio sono:
- Anidride carbonica (reattori AGR britannici).
- Sodio liquido (reattori veloci a metallo liquido).
- Elio (reattori ad alta temperatura).
- Sali fusi (reattori MSR di IV generazione).
Le barre di controllo
Sono elementi che assorbono i neutroni ed evitano che la reazione "vada fuori controllo". Sono realizzate in materiali come boro, cadmio o argento-indio-cadmio. Spingendole più o meno nel nocciolo, gli operatori regolano la potenza del reattore. In caso di emergenza, le barre vengono inserite completamente nel giro di pochi secondi tramite il sistema SCRAM, spegnendo la reazione.
Il contenitore di sicurezza
Il contenimento è una struttura in cemento armato spessa fino a 1,5 metri che racchiude il recipiente in pressione e tutti i circuiti primari. Serve a impedire la fuoriuscita di radioattività in caso di incidente. Nei reattori moderni il contenimento è progettato per resistere a impatti aerei e a terremoti di magnitudo elevata.
Come si trasforma il calore in elettricità
Il principio è quello di una centrale termoelettrica tradizionale, con la differenza che il calore non viene generato bruciando combustibili fossili ma dalla fissione nucleare. Il ciclo si articola in quattro fasi.
- 1. Produzione di calore: nel nocciolo, la fissione scalda il refrigerante fino a circa 320 °C.
- 2. Generazione di vapore: il calore viene trasferito a un secondo circuito d'acqua tramite un generatore di vapore (nei PWR) oppure direttamente fatto bollire nel nocciolo (nei BWR).
- 3. Azionamento della turbina: il vapore in alta pressione fa girare una turbina collegata a un alternatore, producendo elettricità.
- 4. Condensazione: il vapore esausto viene raffreddato in un condensatore (con acqua di fiume, mare o torri di raffreddamento) e rimesso in circolo.
Il rendimento termodinamico di una centrale nucleare si aggira sul 33-35%, paragonabile a quello delle centrali a carbone tradizionali, ma decisamente inferiore ai cicli combinati a gas (55-60%). Il vero vantaggio del nucleare è però il fattore di capacità: una centrale moderna funziona oltre il 90% del tempo, producendo energia 24 ore su 24 indipendentemente dal meteo.
I principali tipi di reattori commerciali
Esistono diverse "generazioni" e tecnologie di reattori, classificate in base al fluido refrigerante, al combustibile e allo schema di funzionamento.
Reattore ad acqua pressurizzata (PWR)
È il tipo più diffuso al mondo: oltre il 65% dei reattori commerciali sono PWR. L'acqua del circuito primario è tenuta in pressione (circa 155 atmosfere) per impedirne l'ebollizione anche a oltre 300 °C. Il calore passa a un circuito secondario tramite generatori di vapore. Esempi: EPR francese, AP1000 americano, VVER russo. Vantaggi: tecnologia matura, sicurezza intrinseca (l'acqua è sia refrigerante sia moderatore).
Reattore ad acqua bollente (BWR)
L'acqua del nocciolo viene fatta bollire direttamente, eliminando il circuito secondario. È un design più semplice e meno costoso, ma il vapore radioattivo arriva direttamente alla turbina, richiedendo precauzioni aggiuntive. Esempi: ABWR giapponese, ESBWR americano. È il tipo coinvolto nell'incidente di Fukushima del 2011.
Reattori CANDU e ad acqua pesante
Sviluppati in Canada, usano acqua pesante (D₂O) come moderatore. Possono funzionare con uranio naturale non arricchito, una caratteristica strategica per i Paesi senza accesso all'arricchimento. Sono diffusi in Canada, India, Argentina e Corea del Sud.
Reattori veloci
Non utilizzano moderatore: i neutroni mantengono alta energia. Possono "bruciare" anche uranio-238 e plutonio, riducendo la produzione di scorie. Esempi storici: Superphénix francese, BN-800 russo. Sono considerati una tecnologia chiave per la chiusura del ciclo del combustibile.
I Piccoli Reattori Modulari (SMR)
Gli SMR (Small Modular Reactors) sono la tecnologia emergente più discussa nel dibattito energetico europeo. Si tratta di reattori di taglia ridotta, con potenza compresa tra 10 e 300 MWe, contro i 1.000-1.600 MWe di un reattore tradizionale.
Caratteristiche principali
- Modularità: i componenti vengono prefabbricati in fabbrica e poi trasportati al sito di installazione, riducendo costi e tempi di costruzione.
- Sicurezza passiva: in caso di anomalia il reattore si spegne da solo sfruttando gravità e convezione naturale, senza bisogno di pompe elettriche.
- Flessibilità di installazione: dimensioni contenute permettono il posizionamento in aree limitate, anche vicino a poli industriali o data center.
- Scalabilità: si possono aggiungere moduli in base al fabbisogno energetico locale.
- Cicli di vita lunghi: alcuni progetti prevedono fino a 60 anni di operatività con ricariche di combustibile rare (anche ogni 7-10 anni).
I principali progetti SMR nel mondo
- NuScale Power (USA): primo SMR ad acqua leggera certificato dalla NRC americana.
- Rolls-Royce SMR (Regno Unito): reattore da 470 MWe, ammesso al programma "Great British Nuclear".
- BWRX-300 di GE Hitachi: scelto da Canada, Polonia e diversi altri Paesi.
- EDF Nuward (Francia): SMR europeo da 340 MWe.
- HTR-PM (Cina): SMR ad alta temperatura raffreddato a elio, già in funzione commerciale.
La sicurezza dei reattori moderni
La sicurezza nucleare si basa sul principio della difesa in profondità: più barriere indipendenti che si attivano in sequenza per impedire la fuoriuscita di radioattività. Le barriere classiche sono:
- Il materiale ceramico delle pastiglie di combustibile, che intrappola i prodotti di fissione.
- Le guaine di zirconio delle barrette.
- Il recipiente in pressione in acciaio.
- Il contenimento in cemento armato.
- I sistemi di emergenza per il raffreddamento del nocciolo (ECCS).
I reattori di generazione III+ (EPR, AP1000) integrano sistemi di sicurezza passivi che funzionano senza energia elettrica esterna per almeno 72 ore. I reattori di generazione IV, in via di sviluppo, mirano a eliminare praticamente il rischio di fusione del nocciolo grazie a refrigeranti come sali fusi o piombo liquido.
Le scorie nucleari
Un reattore tipico produce ogni anno circa 20-30 tonnellate di combustibile esausto, di cui solo il 3-4% è costituito da scorie ad alta attività (i prodotti di fissione veri e propri). Il resto è uranio non utilizzato e plutonio, potenzialmente riciclabili.
Le strategie di gestione comprendono:
- Stoccaggio temporaneo in piscine raffreddate, per 5-10 anni dopo la rimozione dal nocciolo.
- Riprocessamento, che separa uranio e plutonio per riutilizzarli come combustibile MOX.
- Deposito geologico profondo: la soluzione di lungo periodo, già realizzata in Finlandia (Onkalo) e in fase di progettazione in Svezia, Francia e Svizzera.
Il ritorno del nucleare in Italia nel 2026
L'Italia ha rinunciato al nucleare dopo i referendum del 1987 e del 2011, ma il dibattito è tornato di attualità per la necessità di decarbonizzare il sistema energetico e garantire l'autonomia strategica.
Le tappe del nuovo percorso
- 14 maggio 2025: nasce Nuclitalia, società partecipata da Enel, Ansaldo Energia e Leonardo, con l'obiettivo di valutare le tecnologie più adatte al Paese.
- 16 marzo 2026: il ministro dell'Ambiente e Sicurezza Energetica Gilberto Pichetto Fratin annuncia la convergenza europea sul nucleare per l'autonomia strategica.
- Entro fine 2026: il governo punta a chiudere il disegno di legge delega sul nucleare, che dovrebbe definire il quadro regolatorio per i nuovi impianti.
- Scenario di medio periodo: i primi SMR italiani non sono attesi prima del 2035, salvo accelerazioni significative.
Il dibattito pubblico
Il ritorno al nucleare resta politicamente controverso. I sostenitori sottolineano la necessità di energia a basse emissioni stabile e continua per affiancare le rinnovabili; i critici evidenziano i tempi lunghi di realizzazione, i costi elevati e la mancanza di un deposito nazionale per le scorie. La consultazione tecnica del fisico Giorgio Parisi alla Camera, del marzo 2026, ha sottolineato la necessità di una strategia di lungo termine e di un robusto investimento in ricerca.
Domande frequenti sui reattori nucleari
Qual è la differenza tra fissione e fusione nucleare?
La fissione divide nuclei pesanti (uranio, plutonio) in nuclei più leggeri, liberando energia. La fusione unisce nuclei leggeri (idrogeno, deuterio) per formarne uno più pesante. La fissione è la base degli attuali reattori; la fusione è la fonte di energia del Sole e non è ancora utilizzata commercialmente.
Un reattore nucleare può esplodere come una bomba atomica?
No. Il combustibile di un reattore commerciale ha un arricchimento di uranio-235 troppo basso (3-5%) per sostenere una detonazione nucleare, che richiede oltre il 90% di arricchimento. Gli incidenti come Chernobyl e Fukushima sono stati esplosioni di vapore o idrogeno, non detonazioni nucleari.
Quanto inquina un reattore nucleare?
L'esercizio di un reattore non emette CO₂. Considerando l'intero ciclo di vita (costruzione, estrazione dell'uranio, smaltimento delle scorie, decommissioning), le emissioni del nucleare sono tra 6 e 12 grammi di CO₂eq per kWh, paragonabili a quelle di eolico e idroelettrico.
Cosa sono gli SMR e perché se ne parla tanto?
Sono piccoli reattori modulari da 10 a 300 MWe, prefabbricati in fabbrica e assemblati in sito. Promettono costi e tempi di costruzione minori, sicurezza passiva avanzata e installazione flessibile. Sono al centro della strategia di rilancio nucleare di molti Paesi europei.
Dove vengono stoccate le scorie nucleari?
Nel breve periodo, in piscine di raffreddamento all'interno della centrale; nel medio periodo, in depositi temporanei in superficie; nel lungo periodo, in depositi geologici profondi a centinaia di metri sotto la superficie, in formazioni rocciose stabili come argilla o granito.
Quando torneranno i reattori nucleari in Italia?
Il governo italiano punta a chiudere entro fine 2026 il disegno di legge delega che ridefinisce il quadro normativo. I primi SMR operativi sul territorio nazionale non sono comunque attesi prima del 2035, considerando autorizzazioni, costruzione e collaudi.
Quanta elettricità produce un reattore nucleare?
Un reattore di grande taglia da 1.000 MWe produce circa 8 miliardi di kWh all'anno, sufficienti a coprire il fabbisogno di una città di 1,5-2 milioni di abitanti. Un SMR da 300 MWe produce circa 2,4 miliardi di kWh annui.