di Massimo Burbi
Per la serie “oggetti radioattivi che ti puoi ritrovare in casa”, oggi parliamo del vetro d’uranio.
L’Uranio è stato usato come colorante da molto prima di essere identificato come elemento chimico, un vetro colorato contenente l’1% di uranio fu trovato tra i resti di una villa romana del 79 d.C. [1] Dalla prima metà del 1800 l’uranio è stato usato per dare il tipico colore giallo o verde a quello che chiamiamo vetro d’uranio [2]. Prima della seconda guerra mondiale si usava l’uranio naturale, poi, con l’avvio del progetto Manhattan, tutto l’uranio venne requisito e la produzione ripartì solo negli anni ‘50, non più con uranio naturale, ma con uranio impoverito, che è lo scarto dei processi di arricchimento [3].
Il vetro d’uranio dà il meglio di sé al buio, investitelo con un fascio di luce ultravioletta e assisterete al fenomeno della fluorescenza in tutto il suo splendore. L’assorbimento dei fotoni ultravioletti eccita gli elettroni, che passano ad un livello energetico superiore e quando tornano allo stato fondamentale emettono fotoni di luce visibile, che sono lo scintillante verde che ammiriamo [4]. Per intenderci, questo fenomeno non è legato alla radioattività, anche i Simpson possono sbagliare.
Tipicamente un pezzo di vetro d’uranio contiene tra lo 0.26% e il 10% di uranio in peso [5], ma alcuni pezzi dei primi del ‘900 potevano arrivare anche al 25% [6].
Non si sa quanti pezzi di vetro d’uranio ci siano in giro per il mondo, ma si stima che nei soli Stati Uniti, tra il 1958 e il 1978, ne siano stati prodotti oltre 4.000.000 [7] e ancora oggi è facile trovarli online, o nei mercatini d’antiquariato, o sugli scaffali dei nonni.
Tra i miei pezzi di vetro d’uranio, il più “cattivo” è un portacenere di circa 1 Kg. Il fatto che sia un oggetto radioattivo è l’unico motivo per cui un portacenere possa esistere in casa mia.
Avvicinandoci un Geiger i conteggi schizzano a circa 30 volte i valori ambientali, niente male, vuol dire che è un oggetto pericoloso da maneggiare? No, il rateo di dose da radiazione gamma a contatto è inferiore al fondo ambientale, gran parte dei conteggi registrati dal Geiger è da radiazione alfa (innocua all’esterno del corpo) e beta (capace di penetrare gli strati esterni della pelle), mentre la radiazione gamma, la sola che raggiunge gli organi interni se la sorgente è esterna, ha in questo caso energie basse.
Nella seconda immagine uno spettrometro che rileva solo la radiazione gamma ha registrato, nel corso di una misura di 3.5 ore, una media di 85 CPS (conteggi al secondo) e 0.119 μSv/h di rateo di dose, di cui circa 50 CPS e 0.100 μSv/h dal fondo ambientale.
Ce ne accorgiamo confrontando lo spettro gamma del portacenere con quello di un minerale di uranio: la parte sinistra, quella dei picchi gamma meno energetici, è quasi identica, ma nello spettro del vetro d’uranio mancano tutti i picchi a più alta energia. La spiegazione è che l’uranio usato in quel vetro è stato purificato e gli unici prodotti della catena di decadimento rimasti sono i primi, [8] ovvero il torio 234 e protoattinio 234 metastabile, oltre all’uranio 235 primordiale, lo stesso che, in concentrazione superiori a quelle dell’uranio naturale, fa funzionare le centrali nucleare e in concentrazioni ancora superiori, fa esplodere le bombe atomiche [9].
L’altezza dei due picchi di uranio 235 ci dice che quello usato per questo portacenere era uranio naturale e non impoverito, quindi si tratta di un pezzo prodotto prima della seconda guerra mondiale.
Ma che succede se beviamo abitualmente da una tazzina in vetro d’uranio, come quella della seconda foto? Oltre alla radioattività, bisogna ricordare che l’uranio, come altri metalli pesanti, è chimicamente tossico, ma è sempre la dose che fa il veleno [10].
La Nuclear Regulatory Commission ha stimato che bere con regolarità da un bicchiere in vetro d’uranio contenente il 10% di uranio in peso comporterebbe ingerire circa 9.7 μg di uranio all’anno, per una dose aggiuntiva di 0.018 μSv [11], un numero che può variare da oggetto a oggetto, ma ricordiamo che un abitante del pianeta Terra assorbe in media 2400 μSv all’anno da sorgenti naturali, che diventano 3300 μSv per un abitante medio dell’Italia [12].
Insomma, io non bevo dalla mia tazzina in vetro d’uranio, ma se lo facessi prenderei una dose aggiuntiva dell’ordine dello 0.0005 % di quella che ricevo dall’ambiente, senza dimenticare che una persona in media ingerisce circa 1.3 μg di uranio al giorno [13].
Le radiazioni possono uccidere, ma il vetro d’uranio è altro esempio di come un oggetto possa essere radioattivo sopra la media, senza essere pericoloso, e tantomeno letale, anche se lo usiamo a tavola.
NOTE E RIFERIMENTI
[1] https://periodic.lanl.gov/92.shtml
[2][3][6] https://www.orau.org/health-physics-museum/collection/consumer/glass/vaseline-uranium-glass.html
[4][11] https://physicsopenlab.org/2019/02/05/fosforescenza/
[5][ https://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/nuregs/staff/sr1717/nureg-1717.pdf
[7] https://www.nrc.gov/docs/ml0829/ml082910862.pdf
[8] https://www.nachi.org/gallery/radon/uranium-238-decay-chain
[10] https://www.gov.uk/guidance/depleted-uranium-du-general-information-and-toxicology
[13] https://www.iaea.org/topics/spent-fuel-management/depleted-uranium
Strumenti utilizzati:
Geiger SE International Ranger
Spettrometro Mirion PDS 100 G
Spettrometro con scintillatore GS 2’’x2’’ NaI(Tl).