Manuale per aspiranti criminali nucleari

La ricetta per la bomba perfetta, e perché è meglio dedicarsi alle torte, quelle vere

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Aggiornamento 22/7/2025: abbiamo pubblicato sul nostro canale Instagram alcuni quiz sulle tematiche trattate da questo articolo. Trovate i quesiti e le relative risposte in coda all’articolo.

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di Martina Gallarati

Realizzare un’arma nucleare non è affatto un gioco da ragazzi: richiede infatti conoscenze approfondite e sforzi tecnologici ed economici non indifferenti. Non è difficile, tuttavia, identificare gli elementi fondamentali che concorrono al criminoso processo e per farci un’idea possiamo avvalerci di un’analogia proveniente da un mondo più vicino al nostro e che senza dubbio ci sta a cuore: quello culinario. 

Chi ama dilettarsi in cucina sa che per ottenere la ricetta perfetta vi sono tre elementi fondamentali di cui non si può fare a meno: gli ingredienti migliori, le giuste quantità e, non da ultimo, gli utensili opportuni. Se uno dei fattori menzionati viene a mancare, le probabilità che la ricetta risulti riuscita sono piuttosto scarse (a meno che la lunga esperienza non ci abbia reso degli ottimi cuochi). Ebbene, anche se può sembrare bizzarro paragonare una torta ad un’arma nucleare, se volessimo realizzare quest’ultima (ma non lo vogliamo fare, naturalmente!) tre sono gli elementi imprescindibili di cui avremmo bisogno: l’ingrediente fondamentale (l’uranio 235 – nel seguito U-235 o in alternativa il plutonio 239 – nel seguito Pu-239), la giusta quantità (la cosiddetta massa critica) e la tecnologia necessaria per realizzarla (nel caso dell’U-235 ci servirebbero le centrifughe a gas, nel caso del Pu-239 avremmo invece bisogno di un particolare reattore nucleare). Siamo dunque pronti ad entrare nel dettaglio della nostra ricetta nucleare, ma prima una precisazione.

Che cos’è un’arma nucleare?

Con il termine arma nucleare ci si riferisce a tutti quegli ordigni che sfruttano reazioni nucleari (qui ci concentreremo sulla bomba atomica, che sfrutta una reazione di fissione nucleare) per innescare un’esplosione. Le reazioni nucleari, infatti, sono reazioni a catena che comportano la liberazione di una grandissima quantità di energia. E quando si parla di fissione, non possiamo fare a meno di citare i due elementi protagonisti di questa reazione nucleare: l’uranio e il plutonio. 

Uranio 235

L’uranio è un elemento abbondantemente presente in natura, lo si può trovare nelle rocce e nei mari e viene utilizzato soprattutto per realizzare il combustibile che alimenta i reattori nucleari. A tal fine, viene estratto come minerale e poi lavorato a formare quello che gli addetti ai lavori chiamano informalmente “yellowcake” per via della sua colorazione giallo accesa (vi avevo detto che l’analogia calzava a pennello!). Il prodotto finale è una miscela di ossidi di uranio, principalmente nella forma U₃O₈.

Avviciniamoci ora a un po’ di fisica atomica. L’uranio, così come tutti gli altri elementi, è presente in natura in diverse “forme” che chiamiamo isotopi: due isotopi di uno stesso elemento hanno nel nucleo lo stesso numero di protoni ma un differente numero di neutroni. Minuscole particelle prive di carica all’interno di un nucleo, a sua volta contenuto in un piccolissimo atomo: una differenza che potrebbe apparire marginale. Eppure, cambia tutto: due isotopi dello stesso elemento si comportano allo stesso modo da un punto di vista chimico, ma possono avere grandi differenze dal punto di vista fisico-nucleare, come vedremo a breve. L’uranio ha due principali isotopi: l’uranio 238 (molto abbondante, infatti costituisce più del 99% dell’uranio presente in natura, con 92 protoni e 146 neutroni) e l’uranio 235 (meno dell’1% dell’uranio presente in natura, con 92 protoni e 143 neutroni). Perché ci interessa l’isotopo 235 dell’uranio? Perché quest’ultimo, rispetto all’isotopo 238, è fissile: significa che, se bombardato con neutroni, ha un’elevata probabilità di incorrere nella reazione di fissione nucleare, liberando a sua volta nuovi neutroni ed innescando quindi una reazione a catena. Proprio quella che ci serve se vogliamo realizzare un’arma nucleare.

Ma non è così semplice. Come anticipato, l’uranio che si estrae dalle miniere sotto forma di minerale è composto per la maggior parte da U-238 e solo per una piccolissima parte da U-235. In sintesi, abbiamo bisogno di più U-235 e il processo fisico che ci permette di incrementarne la concentrazione è detto arricchimento. 

Arricchimento dell’uranio

Arricchire l’uranio in U-235 significa incrementare, all’interno del medesimo campione, la concentrazione dell’isotopo 235 dell’uranio, partendo dalla sua iniziale percentuale presente in natura (che abbiamo detto essere inferiore all’1%). A seconda dell’arricchimento raggiunto, l’uranio è classificato in differenti “gradi”, ciascuno dei quali si rende particolarmente adatto a specifiche applicazioni: quando l’arricchimento raggiunge una percentuale fino al 20% si parla di uranio a basso arricchimento e la principale applicazione è come combustibile nei reattori nucleari ad uso civile (nelle centrali nucleari le percentuali di arricchimento richiesto variano tra il 3% e il 5%). Superato il 20% si parla di uranio ad alto arricchimento, che può trovare applicazione come combustibile nei reattori nucleari veloci ad uso civile (una particolare tipologia di reattori nucleari) ma che, al crescere della concentrazione, inizia ad essere attrattivo anche per scopi di tipo bellico. Infatti, il raggiungimento di una percentuale pari al 90% di U-235 lo configura come “weapons grade”, ovvero sufficientemente puro da poter essere utilizzato per la realizzazione di un’arma nucleare. Ora arriva la parte più difficile della ricetta, ovvero i nostri “utensili”: con quale strumento ottenere l’arricchimento?

Centrifughe a gas

Per arricchire l’uranio la tecnica maggiormente consolidata si avvale di un complesso sistema di centrifughe poste in serie e in parallelo a costituire la cosiddetta “cascata”. Il primo passo è convertire l’uranio sotto forma di ossido metallico (ricordate la yellowcake?) in un composto dell’uranio allo stato gassoso, più precisamente UF₆. A questo punto, il composto viene immesso all’interno della prima centrifuga, un cilindro che per effetto della rapidissima rotazione separa l’isotopo 238 dell’uranio (leggermente più pesante perché costituito da 238 unità tra protoni e neutroni), spingendolo sui bordi, dall’isotopo 235 (235 unità, dunque più leggero) che viene invece spinto in prossimità dell’asse del cilindro. Il gas leggermente arricchito in U-235 localizzato in prossimità dell’asse viene quindi estratto e inserito in una seconda centrifuga, per essere ulteriormente concentrato. Poiché la differenza in massa tra i due isotopi è minima, occorrono diversi step (una cascata) per ottenere una significativa separazione tra i due. Il processo si ripete fino a quando non si è raggiunto il grado di arricchimento desiderato. È chiaro che il confine tra nucleare civile e nucleare militare si fa via via più definito, e l’arrangiamento, il numero e la disposizione delle centrifughe in un impianto possono fornire, ad un occhio attento, utili indicazioni al riguardo. 

Una volta ottenuto un gas con il grado di arricchimento atteso, lo si converte tramite un processo chimico in uranio metallico. Passiamo ora alla quantità di materiale opportunamente arricchito, la cosiddetta massa critica. La massa critica è la quantità minima di quel materiale che permette di sostenere una reazione nucleare a catena. Per l’U-235 la massa critica è inferiore a 50 kg, mentre per il Pu-239 si riduce a circa 10 kg!

Plutonio 239

Anche il plutonio presenta vari isotopi, ma tra tutti ad attirare la nostra attenzione è il Pu-239 (94 protoni e 145 neutroni) che, come l’U-235, è fissile, ovvero è in grado di sostenere una reazione di fissione a catena se colpito da neutroni. Per ottenere un plutonio “weapons grade” adatto alla realizzazione di un’arma nucleare occorre avere Pu-239 in percentuale superiore al 93%. Al contrario dell’uranio, tuttavia, il plutonio non è un elemento che si trova in natura e dunque per produrlo ci si deve avvalere di una qualche invenzione dell’uomo. Tra queste, vi è una particolare tipologia di reattore nucleare. 

Reattori nucleari e riprocessamento

Un reattore nucleare, infatti, utilizza come combustibile l’uranio che, come abbiamo detto, si compone in misura minore di U-235 e in misura maggiore di U-238. Stavolta è proprio quest’ultimo ad interessarci: mentre l’U-235 all’interno del reattore incorre in reazioni di fissione, l’isotopo 238 assorbe un neutrone diventando U-239, che poi decade trasformandosi in Pu-239. Ed ecco così generato l’isotopo che ci serviva. Un reattore nucleare ad uso civile, tuttavia, non produce Pu-239 di “grado” ottimale a realizzare un’arma nucleare. Per farlo, occorre dotarsi di un reattore nucleare progettato proprio per la produzione di plutonio “weapons grade”: bisogna aggiustare opportunamente le condizioni operative del reattore, cambiando frequentemente il combustibile ed evitando, in questo modo, che il Pu-239 incorra in ulteriori reazioni che lo trasformerebbero nei suoi isotopi non adatti alla realizzazione di un ordigno. In un reattore finalizzato alla produzione di plutonio, questo si troverà dunque miscelato, insieme ad altri elementi prodotti dalla fissione, all’interno del combustibile scaricato dal reattore. Per poterlo utilizzare bisogna separarlo dagli altri elementi attraverso metodi chimici che ricadono sotto il nome più generale di riprocessamento. Rispetto al processo dell’arricchimento dell’uranio precedentemente descritto, che aveva l’obiettivo di separare due isotopi dello stesso elemento (l’U-235 dall’U-238), il riprocessamento mira a separare elementi diversi sfruttando i loro differenti comportamenti chimici (il plutonio dagli altri prodotti di fissione). Si tratta comunque anche in questo caso di un processo piuttosto costoso e che richiede impianti complessi per poter essere effettuato. Inoltre, la produzione di plutonio così come la gestione del combustibile e dei prodotti di fissione sono particolarmente attenzionate dalle autorità, in virtù del pericolo che pongono rispetto al loro potenziale utilizzo per la realizzazione di un’arma nucleare.

E poi?

Una considerazione che è doveroso fare è che non basta avere a disposizione sufficiente materiale nucleare per fare di questo un’arma. La messa in opera di un ordigno nucleare è un processo complesso e delicato, per il quale il raggiungimento del risultato non è affatto scontato. Per concludere, il mio consiglio è di dedicarci piuttosto alla preparazione di una torta, la cui riuscita, comunque, non è banale.

Disclaimer:

Concludiamo con una doverosa riflessione.
Ci teniamo a sottolineare che non vi è alcuna giustificazione all’utilizzo del nucleare per scopi bellici. Il nostro obiettivo primario rimane quello di illustrare i benefici e il fondamentale contributo che i numerosi usi civili del nucleare portano nella società e nella vita di tutti i giorni.
Gli eventi di attualità di cui abbiamo sentito parlare nelle ultime settimane ci hanno spinto a provare, seppur in maniera estremamente semplice, a trattare un tema complesso e delicato come quello delle armi nucleari, cercando di fare chiarezza.
La leggerezza dell’articolo, tuttavia, non è intesa a sminuire e banalizzare la drammaticità legata all’abuso dell’energia nucleare. Per questo motivo ci teniamo a sottolineare con forza che la nostra posizione in merito al tema è chiara e rifiuta e sempre rifiuterà ogni impiego di questa preziosa risorsa che non rientri tra quelli civili.

Per approfondire:

Comitato Nucleare e Ragione: https://nucleareeragione.org/bombe-nucleari/ 

Comitato Nucleare e Ragione: https://nucleareeragione.org/2020/07/07/centrali-vs-bombe/ 

Avvocato dell’atomo: https://www.avvocatoatomico.com/33-esiste-un-rischio-di-proliferazione-di-armi-atomiche-legato-allenergia-nucleare/ 

Geopop sull’uranio: https://www.youtube.com/watch?v=adkGcJt0P6s&t=56s 

Uranium Enrichment – World Nuclear Association: https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/conversion-enrichment-and-fabrication/uranium-enrichment

Uranium Conversion – World Nuclear Association: https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/conversion-enrichment-and-fabrication/conversion-and-deconversion

Plutonium – World Nuclear Association: https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/fuel-recycling/plutonium 

The Globe and Mail – How Iran can use centrifuges to enrich its uranium: https://www.youtube.com/watch?v=YjaVluaXgeA

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QUANTE NE SAI?

Abbiamo di recente lanciato sul nostro canale Instagram una serie di quiz a tema nucleare, con cadenza settimanale.
Ecco i quesiti proposti il 21 luglio 2025 (in grassetto le risposte corrette):

1) Requisito per costruire un’arma nucleare?

a – uranio arricchito o plutonio (ha risposto correttamente il 96% dei partecipanti)
b – uranio naturale pressurizzato
c – uranio depotenziato compresso

2) La yellowcake è:

a – uranio pressurizzato arricchito
b – una forma concentrata di uranio estratto (ha risposto correttamente il 66% dei partecipanti)
c – uranio pronto per la fissione

3) Il plutonio-239 si ottiene:

a – irradiando U-238 in un reattore (ha risposto correttamente il 73% dei partecipanti)
b – raffreddando gas contenenti U-235
c – arricchendo U-235 fino al 90%