La radioattività e le scorie

radioattivitaLa fissione nucleare si verifica spontaneamente in un elemento radioattivo quale l’uranio. L’elemento emette una particella alfa o beta, o una combinazione di esse, trasformandosi a sua volta in altri elementi fino a diventare un elemento stabile non radioattivo. Il processo è chiamato decadimento radioattivo. Per esempio, un nucleo di uranio 238 emette una particella alfa e diventa torio 234, che a sua volta emette una particella beta e diventa protoattinio 234; questo emette un’altra particella beta e diventa uranio 234. Quest’ultimo emette una particella alfa e subisce una serie di trasformazioni finché diventa l’elemento stabile costituito dal piombo. L’uranio si trova in natura sotto forma di mescolanza degli isotopi uranio 238 e uranio 235. L’uranio 235 costituisce appena lo 0,7% della mescolanza, ma è di gran lunga più radioattivo; esso infatti mete particelle radioattive che attraverso una serie di decadimenti portano anch’esse alla formazione di piombo stabile. Uno dei problemi fondamentali per l’imbrigliamento dell’energia nucleare è quello di reperire un combustibile adatto, quale l’uranio contenente sufficiente quantità di isotopi 235. Un altro problema è quello di assicurarsi che la fissione nucleare avvenga con un ritmo controllato, e che venga realizzata una adeguata protezione contro le radiazioni. La difesa dalle radiazioni è ottenuta mediante pareti di calcestruzzo o di acciaio di enorme spessore, ma la preparazione di un combustibile adatto e il controllo del ritmo della fissione richiedono soluzioni più sofisticate.

Come è stato spiegato, quando un nucleo di uranio 235 viene sottoposto a fissione, mentre da luogo alla formazione di due nuovi elementi e allo sviluppo di un’enorme quantità di energia, provoca la liberazione di tre neutroni. Se uno di questi frantuma un altro nucleo di uranio 235, e se un neutrone di questo nucleo ne frantuma un altro e così via, si dice che si è formata una reazione a catena. Se in ogni fissione viene frantumato più di un nucleo, la reazione si dice divergente, e questo è proprio quello che avviene all’interno di una bomba atomica. Tuttavia, per generare energia in forma controllabile, è richiesta una reazione a catena appena sufficiente per mantenersi in uno stato critico. Poiché nell’uranio naturale l’isotopo 235 è contenuto in percentuale così piccola, i nuclei fissili sono troppo distinti fra loro per poter raggiungere lo stato critico. Nel reattore questo problema si risolve in modo intelligente. Il nocciolo di un tipico reattore è un intrico di barre di combustibile nucleare rivestite di acciaio inossidabile e intercalate con barre di controllo. Queste ultime moderano il ritmo con cui il calore viene liberato dalle reazioni di fissione che si verificano nel reattore. Fra tutti i reattori a fissione, il tipo veloce a rigenerazione è quello che produce energia col rendimento più elevato. Uno dei suoi maggiori vantaggi sta nel fatto che, diversamente dagli altri reattori, esso può produrre più combustibile di quanto ne consumi, per cui costituisce una fonte di materiale fissionabile che può venire usato in altri reattori o in guerra (uranio impoverito). Ma fin quando il problema delle scorie radioattive non sarà stato risolto, i reattori veloci a rigenerazione rimarranno un argomento di aspri dibattiti tra i protettori dell’ambiente e i politici interessati alla sicurezza ambientale.