La fissione nucleare è una reazione che consiste nella scissione di un nucleo atomico pesante in due nuclei più leggeri, con produzione di particelle libere ed energia. La reazione può essere spontanea (e in tal caso viene classificata come una forma di radioattività) o indotta dall’urto con protoni o neutroni. La scoperta della fissione nucleare risale agli anni in cui si combatteva la seconda Guerra Mondiale  e si deve a Otto Hahn e Fritz Strassman. In questo periodo le maggiori potenze gareggiavano per riuscire a prevalere sulle altre per questo tipo di scoperta.La fissione nucleare è il processo su cui si basa la produzione di energia nucleare. La reazione che procede in senso opposto alla fissione è la fusione nucleare, l’unione di due nuclei di elementi leggeri in un nucleo più pesante.

CARATTERISTICHE GENERALI

I nuclei che vanno incontro a fissione, spontanea o indotta, sono gli isotopi degli elementi più pesanti della tavola periodica, come l’uranio, il torio e il plutonio. Nella fissione, il nucleo si divide in due frammenti di masse più piccole  e, inoltre, vengono emessi da 2 a 4 neutroni liberi. L’emissione di neutroni liberi si deve al fatto che i nuclei fissili, molto pesanti, sono caratterizzati da un numero medio di neutroni proporzionalmente maggiore di quello dei nuclei più leggeri: quando un nucleo si rompe in due frammenti, quindi, i neutroni in eccesso, che non trovano posto nella composizione dei nuclei leggeri, vengono liberati.

Una tipica reazione di fissione indotta è:

²³⁵U + n → ⁹³Rb + ¹⁴¹Cs + 2n,

dove un neutrone induce la fissione dell’uranio 235, che si spezza in due frammenti – il rubidio 93 e il cesio 141 – e due neutroni liberi. La reazione di fissione è sempre accompagnata dal rilascio di una notevole quantità di energia, pari alla differenza tra le masse dei reagenti e le masse dei prodotti. Per la reazione scritta sopra, la quantità di energia liberata è di circa 200 MeV. I frammenti di fissione sono sempre elementi altamente radioattivi, che raggiungono la stabilità con tempi molto lunghi.

BILANCIO ENERGETICO

Dal punto di vista energetico, le reazioni di fissione sono estremamente vantaggiose: trasformano infatti un sistema relativamente poco legato, quale è il nucleo fissile, in due frammenti più saldamente legati, e quindi più stabili. Lo si comprende confrontando l’energia di legame media per nucleone del nucleo fissile e dei due frammenti di fissione: se si assume che il primo abbia un numero di massa 240, la sua energia di legame media ammonta a circa 7,6 MeV per nucleone, contro gli 8,5 MeV di un ipotetico frammento con numero di massa 120. La differenza di energia di legame, pari a 0,9 MeV moltiplicato per i 240 nucleoni dell’elemento fissile, rappresenta l’energia totale liberata nella reazione.

ENERGIA NUCLEARE DA FISSIONE

L’enorme quantità di energia emessa nelle reazioni di fissione viene sfruttata per la produzione di energia elettrica. Nei reattori nucleari vengono indotte, sostenute e controllate reazioni di fissione in cui il materiale fissile può essere, a seconda dei casi, uranio 235 o plutonio 239. La produzione di neutroni liberi favorisce il sostentamento della reazione: tali particelle, infatti, fungono da proiettili per indurre le reazioni successive e alimentare il processo a catena.