Scienza

Uranio, centrifughe e nucleare iraniano

Uno degli elementi della discordia nel negoziato sul nucleare iraniano è il numero di centrifughe: che cosa sono, a che cosa servono, perché sono oggetto di contrattazione.

Per costruire una bomba atomica bisogna innanzi tutto avere uranio altamente arricchito, oppure plutonio: sono questi i due elementi che, innescati, generano la famigerata reazione a catena nucleare. Tolti questi due elementi, la "bomba" in sé è la parte meno complessa del lavoro: gli uomini sono bravissimi a costruire bombe, lo fanno da sempre.

# Come si ottengono l'uranio arricchito e il plutonio? Sono due percorsi connessi ma distinti. Per avere uranio arricchito occorre estrarre dall'uranio naturale una certa quantità di minerale più instabile rispetto alla massa del minerale (a questo servono per l'appunto le centrifughe). Per il plutonio (che sulla Terra è quasi esclusivamente sintetico) si costruiscono centrali nucleari, le quali, come sottoprodotto del processo che produce calore ed energia elettrica, generano plutonio. Questo secondo percorso è più lungo del primo (sia per i tempi sia per le quantità prodotte), perciò chi desidera una bomba atomica presto e subito persegue soprattutto la strada dell’arricchimento.

# Perché si arricchisce l'uranio? In natura si trova in genere una miscela di due tipi di uranio: uranio 235 (92 protoni e 143 neutroni) e uranio 238 (92 protoni e 146 neutroni). Nelle rocce ricche di uranio generalmente le percentuali sono dello 0,7% per l'isotopo 235 e del 93,3% per l'isotopo 238. Isotopi sono atomi dello stesso elemento con differente numero di neutroni. Per ottenere energia dall'uranio bisogna spezzarne gli atomi.

Se si riesce nell'impresa, che in termini tecnici si chiama fissione, il risultato è l'immediata, istantanea liberazione di una enorme quantità di energia. Per fissionare gli atomi, si spara loro contro dei neutroni: quando viene colpito da un neutrone, l’uranio 235 si spacca emettendo energia.

L’uranio 238, invece, assorbe il neutrone e, dopo una coppia di trasformazioni, può diventare plutonio 239 (239Pu), adatto alla fissione controllata (ma potrebbe casualmente anche diventare plutonio 240, estremamente fissile, molto pericoloso perché capace di fissione spontanea).

Perciò, per costruire un'atomica è "ideale" una miscela di uranio dove il 235 sia almeno l’80-90% rispetto al 238: in caso contrario, volendo proprio farne una atomica sporca si combina un pasticcio radioattivo, ma non si riesce a innescare la reazione a catena idealmente rappresentata dalla nuvola a fungo. Per la fissione nucleare che tipicamente avviene nel reattore di una centrale atomica basta invece una concentrazione di uranio 235 del 2-3%, perché certo lì non si vogliono l'intensità e la quantità di energia di una bomba.

La fissione nucleare. Un neutrone colpisce un atomi di uranio235 che si spacca in due emettendo grandi quantità di energia

# Che cosa sono le centrifughe? Per ottenere la quantità e il tenore di uranio necessari, si deve perciò arricchire la materia di base. Anche per questo ci sono più soluzioni. Le centrifughe sono una: è una tecnologia molto ben collaudata, che possiedono in pochi (tra questi pochi, anche Israele, Pakistan e Iran). Il nome "centrifuga" descrive molto bene il meccanismo: la macchina viene caricata di esafluoruro di uranio (uranio naturale trasformato in gas), fatto vorticosamente ruotare a migliaia di giri al minuto. Per effetto della forza centrifuga i due tipi di uranio si separano ed è poi facile isolare uranio 235, molto concentrato.

In passato le centrifughe richiedevano molta energia per ottenere buoni risultati, mentre quelle dell'attuale generazione producono ottimo uranio arricchito con un uso di energia contenuto. Senza entrare in questioni di geopolitica o di sicurezza globale, la relativa facilità con cui oggi si può produrre materiale altamente fissile spiega perché Nato e Stati Uniti vogliono che l’Iran abbia un numero limitato di centrifughe: in tal modo si limita la quantità di uranio 235 che il Paese può produrre.

Una serie di centrifughe per l'arricchimento dell'uranio-235

# C'è solo la centrifuga? Ci sono anche altri sistemi per arricchire l’uranio. Si va dalla diffusione gassosa, dove il gas d’uranio viene fatto passare attraverso membrane porose (l’uranio per le centrali nucleari ad uso civile si produce soprattutto in questo modo, ma richiede grandi quantità di energia) alla separazione aerodinamica, sistema abbastanza simile alla centrifuga. C'è poi la separazione elettromagnetica: si ionizzano gli atomi di uranio (togliendo loro degli elettroni), poi, attraverso un campo elettrico si "attirano" gli atomi, che si separano in base alla loro massa. Infine, la ionizzazione selettiva laser: che attraverso un raggio laser ionizza solo gli atomi desiderati, che per mezzo di un campo elettrico vengono separati dagli altri. Rispetto a tutti questi, la centrifuga è l'unico metodo industriale ben collaudato e (relativamente) economico e facile da gestire.

2 aprile 2015 Luigi Bignami
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