Divulgazia sul nucleare, parte seconda

Ora, il fatto che un elemento sia radioattivo (o un isotopo del medesimo lo sia) non vuol dire che sia fissile, cioè si possa usare per fare fissione e sviluppare energia. Ad esempio, nessuno ha mai visto una centrale a carbonio 14, per dire. Al massimo a carbone, ma a carbonio 14 no. Invece certi isotopi di certi elementi pesanti sono fissili, tipo per esempio l'uranio 235. L'idea è questa: in certe configurazioni di nucleoni, se ci metto dentro un neutrone, crolla tutta la baracca. La classica goccia che fa traboccare il vaso. E si spacca tutto. A questo punto, succedono un po' di cose. Intanto, i cocci. Dopo che l'atomo si è spaccato in due pezzi, i due pezzi sono altri elementi, più piccoletti. Questi elementi piccoletti sono belli pieni di tutti quei neutroni che ci aveva l'uranio. Che sono un sacco di più di quelli che servono a loro. Allora, un po' quelli che riescono rimangono negli isotopi dei prodotti e un altro po' si liberano e vanno in giro tutti soletti. Quelli che rimangono negli isotopi rendono ovviamente gli isotopi instabili perché son proprio tanti. Quindi tutti tuttissimi i prodotti della fissione son radioattivi, radioattivi a bestia e radioattivi beta quasi tutti. E quelli sì, fanno malissimo, a volte. L'esempio classico è lo iodio. Lo iodio ha la brutta abitudine di essere assorbito dalla tiroide, per cui si ferma lì. Ovviamente lo iodio che esce da una fissione dell'uranio sono lo iodio 129, che decade beta in xeno 129 e lo iodio 131 che decade beta in xeno 131, sparacchiando un bell'elettrone energetico dentro la tiroide. Dai che dai, tutto sto martellare di elettroni fa venire il cancro. Ma stiamo divagando.

Tutto il concetto è che l'energia che teneva insieme i pezzi, quel tot di forza nucleare, adesso è meno: deve tenere insieme due pezzi piccoli, e quindi si fa meno fatica che a tenere un pezzo grande. Ecco. Quell'avanzo di energia allora diventa energia cinetica e fa scaldare tutto di un pochino. Una roba tipo 211 milioni di elettronvolt. Per paragone, un atomo di carbonio che si ossida quando brucia, rilascia quattro elettronvolt. Un bel po' in meno, no?

Ora abbiamo fatto una fissione da sola. Ma i neutroni che sono scappati per i fatti loro possono finire dentro un altro atomo di uranio e fare un altra fissione, oppure possono scappare via lontano lontano. A seconda che trovi sulla sua strada un nucleo di uranio o no.

In realtà le cose sono appena un pelo più complicate, ed hanno a che fare con la velocità dei neutroni. I neutroni che scappano dal nucleo rotto van veloci, ma veloci. E se son tanto veloci, anche se incontrano un nucleo ci passano in mezzo come un fantasma. La cosa può apparire controintuitiva: nel mondo grande, più una cosa va forte, più è facile che quando scontra qualcosa la spacchi. Ma in realtà bisogna ricordarsi che qui non è un urto che spacca tutto, ma l'instabilità del nucleo. Prima il neutrone ci si deve piazzare in mezzo, e a quel punto crolla la torre. Se invece il neutrone va troppo veloce è come tirar via la tovaglia da sotto i bicchieri. Quando lo fai velocissimo, i bicchieri restano lì. Un altro modo di vederla è considerare il nucleo come una specie di goccia di roba liquida e tutta sballonzolante. Se ci tirate velocissimo un qualcosa contro, quel qualcosa ci passa bel bello in mezzo ed esce dall'altra parte senza farci niente, alla goccia. Se invece ci arriva abbastanza piano, rimane intrappolato nella goccia. A quel punto si stabilizza come abbiam detto sopra. Ecco, questa cosa qui sembra uno dei miei stupidi esempi, e invece è così vera che esiste addirittura un apposito "modello a goccia" che spiega le cose proprio così tra fisici nucleari veri.

Quindi, dicevamo. Dobbiam avere dei neutroni lenti, "termici" si dice, così che possa continuare la reazione. A disposizione però abbiam neutroni veloci. Come facciamo? Beh, basta rallentarli un pochetto. Il modo più semplice per farlo è far rimbalzare i neutroni contro qualcosa. Per esempio, l'acqua. Se ci mettiamo l'acqua, il neutrone inizia a rimpallare contro gli atomi di ossigeno e idrogeno, e cede a ogni urto un pochello di energia a questi atomi perdendone lui stesso. Quando è bello tranquillo riesce a entrare nell'uranio e fare un'altra fissione. Perfetto. Reazione a catena.

Siam quasi pronti per fare il nostro primo reattore nucleare. Anzi, la pila di fermi, che è un attimino più semplice perché trascura tutti i problemi collegati alla generazione di elettricità. Quelli li aggiungiamo dopo.

Innanzi tutto abbiamo bisogno di un po' di uranio 235. Ecco, allora. Di tutto l'uranio presente in natura, il 235 è solo lo 0.7 percento del totale. Umpf. Ecco, allora dobbiamo arricchirlo. Arricchire l'uranio non è una roba capitalistica, nel senso che non è che facciamo diventare più ricco l'uranio. E' più una bossi fini, nel senso che ci liberiamo dell'uranio povero. L'uranio ricco è ovviamente il 235. Quello povero il 238. Il risultato è che alla fine abbiamo da un lato l'albaro e la castelletto del nucleare, l'uranio arricchito, e dall'altro i vicoli e la sampierdarena bassa del nucleare: l'uranio impoverito. Ma quest'è un'altra storia.

Teniamoci l'uranio arricchito. Quello impoverito lo usiamo per fare proiettili e corazze di carriarmati. E' bello denso e spesso. Il fatto che stermini la gente che ci gira troppo intorno quando si polverizza (il che non è raro, visto che solitamente i proiettili sono fatti per detonare e le corazze per essere colpite) --e il fatto che certi studi ben amplificati dalla stampa sensazionalistica ci buttino dentro effetti collaterali diversi da quelli reali tanto giusto così per fare un tanto al chilo da un lato dando notizie false e dall'altro nascondendo o seppellendo i veri, reali, letali problemi dell'uranio dietro a tutta una schiera di altre cose con probabilità dovute ad altre sostanze chimiche di cui nessuno si preoccupa-- facciamo finta che non interessi. Semai lo riprenderemo un altro giorno.

Dicevamo, ho l'uranio arricchito. Ecco. Allora prendo una vasca. Ce lo metto dentro e ci metto dell'acqua e trac. Ecco fatto. Beh sì, ma non proprio. Nel senso che se ho abbastanza uranio 235 nell'acqua, un neutrone diventano due e poi quattro e poi otto e poi sedici e poi trentadue e poi sessantaquattro e poi centoventotto e via così belli esponenziali. E in men che non si dica diventa tutto caldissimo, fonde il fondo della vasca, cola al piano di sotto e vien tutto un casino. Avremmo senza indugio una bella fusione del nocciolo insomma.

Ah, ci va un inciso importante per capire: è impossibile che un qualsivoglia reattore nucleare, in qualunque situazione di esercizio, di guasto, di attentato terroristico, di quel che vi pare a voi per quanto apocalittico, esploda come una bomba atomica. E' sbagliato il materiale (che per una bomba dev'essere moooolto più arricchito, tanto per capirci nei reattori si usa al massimo arricchimento al 50% per ottenere certi effetti, l'uranio cosiddetto weapon grade, cioè buono per farci le armi è arricchito almeno all'85%) ed è sbagliata la geometria di come si mette l'uranio nella vasca. C'è la stessa differenza che c'è tra un pezzo di legno secco e la polvere nera dentro una cartuccia. Sempre carbonio che brucia è, ma non s'è mai vista una bomba a legna secca.

Comunque il concetto è che anche se non fa il fungo atomico, la fusione del nocciolo è una bella gatta da pelare. Quindi vogliamo evitarla. In effetti, basterebbe togliere l'acqua, ma regolare velocemente e precisamente la quantità di acqua che circonda il nostro uranio è una roba mica come dirlo.

Un assorbitore è una sostanza che si prende i neutroni e se li tiene invece che lasciarli andare in giro. In effetti dev'essere una sostanza che assorbe un bel po' di neutroni. Ad esempio il cadmio. Ecco. Si fanno delle barre di cadmio, che si chiamano barre di controllo e si mettono in mezzo all'uranio, nell'acqua. Le barre si fa che si possano estrarre un pochino e inserire un pochino alla volta. Ecco. Così mettiam le barre tutte nell'acqua. Poi ci mettiamo l'uranio. E non succede un bel niente. Quel paio di neutroni che riescono a entrare se li ciuccia subito il cadmio, vorace com'è. Allora pian pianino togliamo il cadmio, un pochino alla volta. Diciamo che per esempio sfiliamo una barra di un palmo. Continua a non succedere niente. Ci dobbiamo mettere dei neutroni noi. Quindi inseriamo un emettitore di neutroni. Voila.

Ecco, abbiamo sempre la barra di cadmio tirata un po' su. E adesso un neutrone riesce a passare e ad arrivare a un atomo di uranio. Prima fissione. Da quella fissione esce qualche neutrone veloce. L'acqua li rallenta. Qualcuno arriva a un altro uranio, qualcun altro viene freddato dal cadmio. Prima di poco, tutti i neutroni vengono ciucciati dal cadmio. Fine. Allora tiriamo su un altro po' la barra. Va un po' meglio, dura un po' di più. Ma muore di nuovo. Un altro palmo, piano piano, un palmo alla volta. Finché alla fine tutto si spegne, si dice che il reattore è subcritico.

Estrai cadmio che estrai cadmio, a un certo punto c'è un buon numero di neutroni che entrano nell'uranio. In effetti, normalmente appena più del necessario: il numero di neutroni aumenta e aumenta, e quindi aumenta il numero delle fissioni, che fa aumentare il numero dei neutroni, e così via. Il reattore è supercritico, come a dire, son cazzi. Una reazione a catena. E la temperatura dell'acqua aumenta.

Ci avete presente cosa succede quando aumenta la temperatura di qualcosa a quel qualcosa? Allora, la prima cosa che succede è quella che si dilata. E' il motivo per cui il treno fa tutum tutum. Perché c'è uno spazietto nelle rotaie per quando fa caldo e le rotaie si dilatano. Così lo spazietto si restringe e i binari non si sbiellano. L'acqua fa uguale. Si dilata, e diventa anche meno densa, visto che deve occupare più posto colla stessa quantità. Ce n'è meno per unità di volume. E' il principio dietro alla mongolfiera, eh.

Ora, noi i neutroni ci servono lenti, e li rallentiamo rimbalzandoli sull'acqua. Ma se l'acqua è meno densa, i neutroni trovano meno da rimbalzare, e quindi mica così scontato che rallentino. E il reattore torna subcritico.

Allora via con un altro palmo di cadmio. E dopo che ce la siamo menata per qualche ora, finalmente un punto di equilibrio. O no?

Ah, no! Ci siam dimenticati un fatto. Che dai che dai, la temperatura aumenta sempre di più. E a un certo punto arriva a cento gradi. E cosa succede all'acqua a cento gradi? Esatto. Evapora. Senz'acqua a tener tutto un po' più fresco, c'è il rischio che il nocciolo fonda! E invece no: l'abbiamo appena detto, il perché. Se c'è il vapore, la densità è bassissima, e si spegne tutto. Questo è un problema, visto che vogliam tenere acceso il reattore per veder che succede. Quindi mettiamo una pompa: una bella pompa che fa girare l'acqua. Questa pompa sposta le bolle di vapore che si formano intorno all'uranio e ci mette dell'acqua appena più fredda. Ancora qualche maneggio con il cadmio, palmo dopo palmo, ed ecco che siamo al punto di equilibrio. Un bel reattore critico. Questo vuol dire raggiungere la criticità.

E noi abbiamo fatto la pila di Fermi: un reattore ad acqua, ma senza turbina.