I Problemi dell'uranio

[17/05/2002] Gli eventi bellici degli ultimi giorni hanno destato preoccupazioni nell'opinione pubblica.

L'opinione pubblica è frastornata da arsenali atomici e nucleari, Uranio, armi di distruzione di massa e il terrore di un conflitto atomico richiama alla memoria immagini ormai dimenticate.

Tra tutte le cose, si parla sempre più spesso, a proposito o a sproposito, di uranio "impoverito" e di eventuali danni che questo prodotto può arrecare.

Premesso che si tratta di un materiale altamente tossico e pericoloso sotto certi aspetti, Le Scienze web news, nell'intento di dare un'aggiornata informazione ai suoi lettori, vuole chiarire alcuni concetti e fare il punto della situazione dell'uranio.

Il pericolo più paventato dell'Uranio deriva dalle bombe atomiche, per realizzare le quali, in linea di principio, è sufficiente mettere insieme una ben precisa quantità d'Uranio e innescare la reazione a catena mediante una sorgente di neutroni.

La difficoltà, enorme, è ottenere la concentrazione dell'isotopo dell'uranio in grado di subire la cosiddetta fissione.

[inline: 2=Immagine - 1 - Schema semplificato di fissione] Immagine - 1 - Schema semplificato di fissione.

L'uranio, elemento chimico di simbolo U, fu scoperto nel 1789 dal chimico M.H. Klaproth, che lo battezzò col nome di "urano" in onore dell'omonimo pianeta. Occupa il novantaduesimo posto nella tavola periodica di Mendelejev.

Appartiene al gruppo degli attinidi e ha numero atomico 92 (il che significa che il suo atomo contiene 92 protoni, che gli conferiscono tutte le proprietà chimiche) e peso atomico 238,029.

L'Uranio fu trovato, sotto forma di ossido (U3O8), in un campione di pechblenda e fu isolato per la prima volta nel 1841 da E. M. Pèligot.

È un metallo di colore bianco argenteo, che fonde alla temperatura di 1132 °C, bolle a 3818 °C e ha densità 19 g/cm3 a 293 K °; leggermente radioattivo, è relativamente duttile, si ossida facilmente e, se polverizzato, brucia al contatto con l'aria alla temperatura di circa 160 °C.

Utilizzato per molti secoli per colorare i vetri, l'Uranio non aveva avuto applicazioni pratiche sino al secondo conflitto mondiale, quando nacque l'era atomica, prima con le bombe e poi con la fissione nucleare controllata, per la produzione di energia elettrica.

L'uranio naturale è costituito da tre distinti isotopi l'Uranio 238, l'Uranio 235 e l'Uranio 234, che hanno tutti 92 protoni e, rispettivamente, 146, 143 o 142 neutroni.

La variazione del numero di neutroni nel nucleo, conferiscono all'isotopo considerato alcune proprietà fisiche particolari.

L'uranio 235, per esempio, nel cui nucleo sono contenuti 92 protoni e 143 neutroni, ha la proprietà di essere fissile, ossia di frantumarsi in due se viene colpito da un neutrone a opportuna velocità (neutrone lento).

Gli altri due isotopi (234 e 238) non si fissionano.

Dall'atomo di uranio fissionato, si generano due nuovi nuclei, i cosiddetti "prodotti di fissione", in genere rubidio e cesio.

L'energia che teneva legati questi due nuclei che costituisce l'Uranio235, si libera istantaneamente in una forma degradata (calore).

È una quantità enorme, perchè una piccola parte della massa si trasforma in energia, la cosiddetta "energia di legame" , secondo la ben nota formula di Einstein E= mc2, dove c è il fattore di conversione che corrisponde alla velocità della luce nel vuoto.

L'Uranio naturale è presente in molte rocce, ma si trova in quantità più elevate in minerali quali la pechblenda e la carnotite; i giacimenti più ricchi sono negli Stati Uniti, nel Canada, nel Congo, in Russia e nel Kazakistan.

[inline: 1=Immagine - 2 - come si presenta la pechblenda] Immagine - 2 - come si presenta la pechblenda.

La miscela isotopica naturale dell'Uranio è costituita dallo 0,0055% di Uranio 234, da 0,71% di U 235, mentre l'Uranio 238 rappresenta il 99,2845%.

Per poter confezionare una bomba è necessario che la quantità d'Uranio 235 salga in percentuale sino all'80 o al 90%, mentre per preparare il "combustibile nucleare" dei reattori atomici che producono energia elettrica e nei quali la reazione a catena è opportunamente rallentata, è sufficiente che l'Uranio sia "arricchito" da un minimo di 1,5 a un massimo del 3%.

L'arricchimento dell'Uranio, che aumenta la percentuale dell'isotopo 235 rispetto al 238, si effettua con costosissimi e complicati procedimenti.

L'Uranio è prima trasformato in esafluoruro (UF6) e poi trattato in impianti particolari di separazione isotopica che si basano sulla diffusione gassosa o sull'ultracentrifugazione.

Gli isotopi sono separati attraverso il passaggio successivo in un grandissimo numero di filtri particolari in cascata, oppure centrifugandoli in serie in un enorme batteria di ultracentrifughe ad altissimo numero di giri.

Da questi impianti escono due prodotti: l'Uranio arricchito, con alta percentuale di U235 rispetto al 238, che ha le note applicazioni, e l'Uranio"impoverito" (DU = depleted uranium), materiale alquanto inerte e che è utilizzato, per la sua alta densità, in corazze di navi, per appesantire proiettili, nelle mazze da golf (per rendere pesante e più piccola la parte terminale), nei manici delle racchette da tennis e in molte altre applicazioni dove è necessario disporre di un materiale a elevato peso specifico.

L'Uranio impoverito" è quindi il prodotto di scarto del complesso processo di arricchimento dell'uranio.

Per la sua caratteristica di bruciare spontaneamente a contatto dell'aria, a circa 160  °C, l'Uranio è utilizzato nei proiettili di cannone, oltre che per appesantirli, anche perchè genera frammenti incandescenti.

L'Uranio è radioattivo, anche quello impoverito, ed emette principalmente particelle alfa (nuclei di elio), che possono essere fermate da un foglio di carta spesso.

Con l'emissione di particelle alfa, l'Uranio naturale diventa un altro elemento e via via, per assorbimento dei neutroni della radiazione cosmica e con emissioni successive di elettroni (radiazione beta), si trasforma successivamente in altri radioisotopi naturali, sino a diventare piombo stabile.

Per tutto questo "iter", perchè la metà degli atomi presenti si trasformino in piombo, sono necessari 4,4 miliardi di atomi.

Quindi, se l'uranio non è isolato, e si trova sotto forma di minerale, manifesta anche una debole attività beta, dovuta al decadimento dei suoi "figli".

Se inalato quando è polverizzato, l'Uranio è altamente tossico, indipendentemente dalla sua leggera radioattività.