Centrali vs. Bombe

di Massimo Burbi

Un reattore nucleare può esplodere come una bomba? La risposta è ovvia per chi la sa, ma se nessuno te la spiega c’è il rischio di cadere vittima di luoghi comuni e associazioni mentali spericolate, cosa che in questo caso è fin troppo facile: centrale nucleare e arma nucleare hanno entrambe la parola “nucleare” nel nome, e in assenza di conoscenze specifiche le parole contano.

Un esempio? A fine febbraio la CNN rese noto un sondaggio [1] in cui il 38% dei bevitori di birra intervistati dichiarava che per nessuna ragione avrebbe comprato birra “Corona” a causa dell’epidemia in corso di Coronavirus (che ancora negli USA doveva iniziare a mietere vittime).

Nel caso di bombe e centrali nucleari il collegamento è meno fantasioso, ma le centrali non sono bombe: entrambe usano Uranio, ma l’Uranio non è tutto uguale.
L’Uranio si trova in natura, nel suolo, nelle rocce, nel cibo, nell’acqua, e quindi anche nel nostro corpo. Una persona in media ingerisce 2 microgrammi di Uranio tutti i giorni [2].

L’Uranio naturale è al 99.28% Uranio 238, per lo 0.71% Uranio 235 e il pochissimo che resta è Uranio 234. L’Uranio 238 è fissionabile: se bombardato con neutroni veloci si divide in frammenti più leggeri, ma questo non basta, il solo membro della “famiglia” che quando si fissiona produce un flusso di neutroni capace di provocare ulteriori fissioni e sostenere autonomamente una reazione a catena è l’Uranio 235. Un materiale del genere si dice fissile.

Facendola molto breve, l’Uranio naturale contiene troppo poco U235 e solo portando questa percentuale al 3-5% l’Uranio diventa un “combustibile” adatto per una centrale nucleare [3], in quel caso abbiamo Uranio debolmente arricchito.

E qui c’è una delle differenze tra un reattore è una bomba, perché se un arricchimento al 3-5% è sufficiente per produrre energia in un reattore, per scatenare un’esplosione nucleare servono tipicamente arricchimenti dell’ordine dell’80% e oltre (Uranio altamente arricchito) [4]. Per questo ed altri motivi un reattore per la produzione di energia elettrica non può esplodere come una bomba atomica.

Questo non vuol dire che in una centrale nucleare non possano verificarsi esplosioni, ma si tratta di comuni esplosioni chimiche. Certo, se un’esplosione chimica avviene in un impianto che contiene materiale radioattivo questo materiale può essere diffuso all’esterno, ma qualunque cosa abbiate letto sugli incidenti di Chernobyl o Fukushima, in nessuno dei due ci sono state esplosioni nucleari.

Le uniche esplosioni nucleari causate dall’uomo sono state quelle delle bombe fatte detonare dal 1945 in poi. Non tutti sanno che, oltre a quelli di Hiroshima e Nagasaki, più di 500 ordigni nucleari sono stati fatti detonare in atmosfera in test in varie parti del mondo [5].

Oggi la somma delle esposizioni dovute a test nucleari, produzione di energia nucleare e relativi incidenti contribuisce alla dose individuale media annua della popolazione mondiale per lo 0.2% circa [6], ma volendo guardare dentro a questo 0.2% è stato stimato che il fallout da test nucleari sia responsabile dei 9/10 della radioattività da Cesio 137 del pianeta [7], mentre Chernobyl ha contribuito per circa 1/30, e secondo un documento dell’IAEA i test di ordigni atomici condotti nel mondo tra gli anni ’50 e ’60 hanno immesso in atmosfera da 100 a 1000 volte la quantità di materiale radioattivo disperso dai reattori di Chernobyl [8].

First Nuclear Test 0.025 Sec
L’esplosione di Trinity 0.025 secondi dopo la detonazione

Il primo di questi test avvenne alle 5:29 del mattino del 16 Luglio del 1945 in un sito del deserto di Jornada del Muerto nel New Mexico, nome in codice “Trinity”, dove venne fatta detonare la prima bomba atomica della storia, come prova generale di quello che sarebbe avvenuto in Giappone poche settimane dopo. L’intenso calore dell’esplosione fuse la sabbia del deserto che ricadde a terra allo stato liquido per poi solidificare sotto forma di una materia vetrosa di colore verde olivastro mai vista prima, a cui venne dato il nome di Trinitite. Oggi il sito è stato interamente ricoperto e Trinity è diventata una meta turistica. E’ illegale per i visitatori prendere materiale da terra e portarselo a casa, ma i campioni raccolti tra la fine degli anni ’40 e i primi anni ’50 sono ancora disponibili sul mercato (insieme a molti falsi).

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Un campione di Trinitite che è stato esposto ad un flusso di neutroni particolarmente intenso e deve quindi essersi trovato molto vicino al punto dell’esplosione.

Non sorprenderà nessuno sapere che ho diversi campioni di Trinitite. Rischio la vita maneggiando oggetti del genere? Per la risposta rimando al video abbinato a questo articolo.

In realtà il problema della Trinitite è che l’emissione gamma residua è talmente debole che non è facile ricavarne uno spettro decente, e infatti prima di trovare il campione giusto ho dovuto testarne sette. Il risultato è riportato di seguito e ha tutte le firme che un campione di Trinitite deve avere.

Per ricavarlo è stata necessaria una misura di 28 giorni, con sottrazione dell’ambiente, all’interno di una camera scudata con circa 2 cm di piombo, 8 mm di peltro, un millimetro di rame e 5 mm di plastica.

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Lo spettro gamma in fase di acquisizione. Il campione di Trinitite si trova all’interno della camera scudata.

La bomba di Trinity era un ordigno al Plutonio, e infatti si vedono chiaramente i picchi dell’Americio 241, prodotto dal Plutonio 239 attraverso doppia cattura neutronica e successivo decadimento beta. La sabbia del sito di Trinity era ricca di Europio, in particolare dei suoi isotopi stabili, l’Europio 151 e 153, che sono stati attivati dell’intenso flusso di neutroni seguito all’esplosione diventando Eu152 ed Eu154, entrambi radioattivi. Immancabile il Cesio 137, prodotto di fissione per eccellenza. Pare esserci (con qualche riserva, perché siamo nella zona di fluorescenza dello scudo) perfino un picco di Bario 133, originato dalla lente esplosiva della bomba che conteneva un materiale chiamato Baratol a base di Bario 132, isotopo stabile anche lui attivato dal flusso di neutroni.

Riuscire a misurare picchi del genere a distanza di quasi 75 anni è un indizio che questo campione doveva essere estremamente vicino al punto dell’esplosione.

06 - Trinitite T5@Contact - ID - 336 Hours - BG Subtraction - Counts x Bin - Shield V2-2 - 0.036 Clean - 11-06_25-06-20
Lo spettro gamma al termine di una misura di 28 giorni durante il quale il campione ha fornito in media circa 10 conteggi gamma al secondo. L’ambiente della stanza in cui la misura è stata condotta dà, con lo stesso strumento, circa 255 conteggi al secondo.

Per fondere e vetrificare la sabbia sono necessarie temperature di migliaia di gradi, questo ci dà un’idea di cosa voglia dire trovarsi coinvolti in un’esplosione nucleare. E ricordiamoci che l’ordigno di Trinity, così come quelli sganciati in Giappone, erano “giocattoli” rispetto alle bombe termonucleari a fusione testate fino all’inizio degli Anni ’60, capaci di liberare un’energia fino a 2500 volte maggiore.

E’ un bene per tutti che di cose simili non si senta più parlare.

Se vogliamo trovare un collegamento tra bombe atomiche e reattori nucleari per uso civile possiamo parlare del progetto “Megatons to Megawatts”, grazie al quale 500 tonnellate di Uranio altamente arricchito, proveniente dall’arsenale bellico ex sovietico, vennero convertite in 15,000 tonnellate di combustibile per centrali nucleari, dando elettricità a un decimo delle case americane nell’arco di 20 anni e liberando il mondo da qualcosa come 20,000 testate nucleari che sarebbero servite a tutt’altro [9,10].

Le cose sono buone o cattive a seconda dell’uso che ne facciamo, vale anche per l’Uranio.

Note e riferimenti:

[1] https://twitter.com/cnni/status/1233393636672446464?fbclid=IwAR3CUc_CP7mCuFPGmaP2yF5X4rOBoSK08WeFlcQ4_ZMlDhTiDF1YE3L2bcw

[2] https://hps.org/publicinformation/ate/faqs/faqradbods.html

[3] Con qualche eccezione https://it.wikipedia.org/wiki/Reattore_nucleare_ad_acqua_pesante_pressurizzata

[4] https://it.wikipedia.org/wiki/Uranio_arricchito

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapons_testing

[6] http://www.fisicaweb.org/doc/radioattivita/geiger%20muller/taratura.pdf?fbclid=IwAR1gf3IU-pm4Da2w6a31ogjZ3aEzeaTFltHpKfI7qg973-Q_cmZj_OG3Y5w

[7] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4165831/

[8] https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/28/058/28058918.pdf

[9]https://en.wikipedia.org/wiki/Megatons_to_Megawatts_Program

[10]https://nucleareeragione.org/2014/03/12/dai-megaton-ai-megawatt/

Aperitivi Nucleari: primo brindisi il 29 Maggio

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Aperitivi Nucleari: primo brindisi il 29 Maggio

UN REATTORE PER ACCENDERE UNA STELLA
Relatore: Alessandro Maffini
Diretta sui nostri canali
FBYoutube
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Nel tempo che impiegherete a leggere queste righe il nostro Sole avrà rilasciato nello spazio una quantità di energia pari a circa 50 milioni di volte il consumo energetico degli Stati Uniti in un intero anno.

Lo fa da quasi 5 miliardi di anni, e continuerà per altri 5 miliardi.

Chi tiene acceso il Sole e le altre stelle sono le reazioni di Fusione Nucleare.

Non stupisce che Scienziati e Ingegneri stiano provando da più di sessant’anni a sfruttarle qui sulla terra per ottenere una fonte di energia pulita e inesauribile.

Le sfide da affrontare per poter imbrigliare la potenza delle stelle in un reattore sono tante eppure mai come oggi ci siamo avvicinati a questo ambizioso traguardo.

Ne parleremo in questo viaggio che dall’infinitamente piccolo dei nuclei atomici ci porterà a parlare di ciambelle di plasma, enormi magneti e laser potentissimi, fino ad affacciarci sul futuro energetico dell’umanità.

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Il prof. Ricci socio onorario del CNeR

[Fisico di fama internazionale, alfiere del nucleare in Italia, da sempre in prima linea per la libertà e la dignità della scienza]

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Il Consiglio Direttivo del Comitato Nucleare e Ragione ha conferito la qualifica di Socio Onorario al Prof. Renato Angelo Ricci, da tempo membro del nostro sodalizio e già Presidente Onorario della Società Italiana di Fisica, dell’Associazione Italiana Nucleare e Presidente dell’Associazione Galileo 2001 per la dignità e la libertà della scienza.

Il professor Ricci vanta oltre 300 pubblicazioni nel campo della fisica nucleare fondamentale ed un’instancabile attività divulgativa nel campo scientifico, con particolare riferimento all’uso civile della tecnologia nucleare. E’ socio del Comitato Nucleare e Ragione dal maggio 2013, a seguito dei contatti avuti durante la battaglia politica sostenuta per la convocazione di una Conferenza Nazionale sull’Energia [1], di cui fu convinto sostenitore. Malgrado i suoi numerosissimi impegni, ha sempre seguito con attiva partecipazione la vita sociale del Comitato, contribuendo anche con propri scritti al nostro blog [2].

Il conferimento della qualifica di Socio Onorario – reso possibile da una recente modifica statutaria – è il segno della nostra sentita riconoscenza per l’attività da lui svolta.

Il professor Ricci ha ringraziato in una nota scritta il presidente Totaro per il riconoscimento, augurandosi di poter ancora contribuire al raggiungimento dei nostri comuni obiettivi.

Chi volesse conoscere meglio la figura del prof. Ricci può leggere la sua intervista

rilasciata alla rivista 21esimo Secolo in occasione del suo novantesimo compleanno.

 

Note:

[1]          https://conferenzaenergia.wordpress.com

[2]          https://nucleareeragione.org/2015/04/10/giorgio-salvini-la-civilta-della-scienza/

Giorgio Salvini, la civiltà della Scienza.

[In ricordo del prof. Giorgio Salvini, grande fisico recentemente scomparso, condividiamo con i nostri lettori i pensieri del prof. Renato Angelo Ricci, presidente dell’Associazione Galileo 2001 e socio del Comitato Nucleare e Ragione.]

Scompare con Giorgio Salvini (1920-2015) un decano della fisica italiana, uno dei grandi protagonisti della rifondazione e della rinascita della ricerca di fisica in Italia negli anni 50-60. Con lui se ne va una grande parte della storia scientifica italiana, in particolare dell’INFN, di cui egli è stato Presidente dal 1966 al 1970, dopo aver diretto l’impresa dell’elettrosincrotrone da 1000 MeV ai Laboratori di Frascati ed esserne stato Direttore negli anni 1957-60, durante i quali portò a termine anche la costruzione di ADA, il prototipo degli acceleratori di accumulazione a fasci incrociati (particelle positive e negative), inventato dal compianto Bruno Touscek. A lui si deve, tra l’altro, la definizione giuridica dell’INFN, l’assunzione dell’organizzazione e programmazione dei Laboratori Nazionali di Frascati da parte dell’INFN, l’istituzione dei Laboratori Nazionali di Legnaro tramite la Convenzione INFN-Università di Padova con la nomina del primo direttore nella persona di chi scrive e l’inserimento a tutto titolo delle ricerche di Fisica dei nuclei nei programmi dell’INFN insieme con quelli di fisica delle particelle.
Importanti e ben conosciuti sono i suoi contributi scientifici in vari campi (fisica nucleare, raggi cosmici, fisica delle particelle) negli Usa, in Italia (Frascati, con l’anello di ADONE), al CERN di Ginevra, dove ha fatto parte del gruppo internazionale che ha scoperto il bosone intermedio portatore dell’interazione elettrodebole, guidato da Carlo Rubbia, che per questo ha ottenuto il Premio Nobel.
Altrettanto importanti la sua grande capacità organizzativa, il suo magistero come docente, il suo impegno civile e culturale. E’ stato Presidente dell’Accademia dei Lincei (1990-94) e Ministro della Ricerca nel Governo Dini (1995-96).
La sua non comune curiosità culturale, il suo rigore morale, la sua cristallina onestà umana e intellettuale, erano parte essenziale del suo carattere diretto e sincero, che premiava allievi, colleghi e collaboratori con la stima, l’amicizia e l’affetto oltre alla certezza di un vero punto di riferimento scientifico ed umano.
Per questo è doveroso ricordarne, oltre ai grandi meriti già accennati, l’impegno e l’attenzione rivolti alla divulgazione e alla difesa delle conoscenze scientifiche in nome della loro verità, anche se a volte scomoda, con la consapevolezza di una battaglia culturale giusta e necessaria anche se non facile. Ciò l’aveva condotto ad aderire, negli anni 2000, all’Associazione Galileo 2001, di cui fu uno dei membri fondatori in nome di quella “libertà e dignità della Scienza” di cui egli stesso era certamente, oltre che un fautore, un indiscusso esempio.
Come Presidente Onorario, insieme con Umberto Veronesi, dell’Associazione, fu lui ad introdurre il primo nostro Convegno tenutosi a Roma nella sede del CNR il 19 febbraio 2004 dal titolo significativo: “ I Costi della Non-Scienza: Il Principio di Precauzione”. Egli ci è stato da allora sempre accanto, come prezioso e saggio consigliere fino ad ancora pochi anni addietro quando ci stimolava a prendere posizione contro le “superficialità intellettuali e le ipocrisie culturali ”spesso purtroppo dominanti. E’ con questo spirito che egli fu ancora tra i primi firmatari della nostra Lettera aperta del 13 marzo 2012 all’allora Governo Monti, ad un anno di distanza dall’incidente di Fukushima, a seguito del terribile Tsunami del 2011 in Giappone, e del successivo incredibile referendum in Italia. In tale documento si denunciava apertamente la mancanza di “un adeguato e convincente piano nazionale di sviluppo energetico” .
La sua memoria, insieme con quella di tutti coloro che con noi hanno condotto queste doverose battaglie, resta come un incentivo a restare, in un modo o nell’altro, sulla breccia.
Renato Angelo Ricci.

Link originale: http://www.galileo2001.it/rapid/page4/page4.html