Quale isotopo di uranio è stato il primo ad essere trovato fissile?
doc-16690
L' uranio-235 era il primo isotopo che è stato trovato essere fissile. Altri isotopi naturali sono fissile, ma non fissile. In caso di bombardamento con neutroni lenti, il suo isotopo uranio-235 si dividerà il più delle volte in due nuclei più piccoli, liberando energia nucleare vincolante e più neutroni. Se troppi di questi neutroni sono assorbiti da altri nuclei di uranio-235, si verifica una reazione nucleare a catena che provoca uno scoppio di calore o (in particolari circostanze) un' esplosione. In un reattore nucleare, tale reazione a catena è rallentata e controllata da un veleno neutronico che assorbe alcuni dei neutroni liberi. Tali materiali assorbenti neutronici fanno spesso parte delle barre di controllo del reattore (vedi fisica del reattore nucleare per una descrizione di questo processo di controllo del reattore).
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doc-16698
Molti usi contemporanei dell' uranio sfruttano le sue proprietà nucleari uniche. L' uranio-235 si distingue per essere l' unico isotopo fissile naturale. L' uranio-238 è fissionabile da neutroni veloci ed è fertile, il che significa che può essere trasmutato al plutonio fissile-239 in un reattore nucleare. Un altro isotopo fissile, l' uranio-233, può essere prodotto a partire dal torio naturale ed è importante anche nella tecnologia nucleare. Mentre l' uranio-238 ha una piccola probabilità di fissione spontanea o addirittura di fissione indotta con neutroni veloci, l' uranio-235 e, in misura minore, l' uranio-233 hanno una sezione trasversale di fissione molto più elevata per i neutroni lenti. In concentrazioni sufficienti, questi isotopi mantengono una reazione a catena nucleare sostenuta. Questo genera il calore nei reattori nucleari e produce il materiale fissile per le armi nucleari. L' uranio impoverito (238U) è utilizzato nei penetratori di energia cinetica e nella placcatura delle armature.
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doc-16693
Un team guidato da Enrico Fermi nel 1934 osservò che bombardando l' uranio con neutroni produce l' emissione di beta (raggi (elettroni o positroni dagli elementi prodotti; vedi la particella beta). I prodotti di fissione furono inizialmente scambiati per nuovi elementi dei numeri atomici 93 e 94, che il Preside della Facoltà di Roma, Orso Mario Corbino, battezzò rispettivamente ausonio ed esperio. Gli esperimenti che hanno portato alla scoperta della capacità dell' uranio di fissione (a parte) in elementi più leggeri e liberare energia di legatura sono stati condotti da Otto Hahn e Fritz Strassmann nel laboratorio di Hahn a Berlino. Lise Meitner e suo nipote, il fisico Otto Robert Frisch, pubblicarono la spiegazione fisica nel febbraio 1939 e chiamarono il processo "fissione nucleare". Subito dopo, Fermi ipotizzò che la fissione dell' uranio potesse rilasciare neutroni sufficienti a sostenere una reazione di fissione. La conferma di questa ipotesi è arrivata nel 1939, e lavori successivi hanno trovato che in media circa 2,5 neutroni vengono rilasciati da ogni fissione dell' isotopo uranio raro uranio-235. Altri lavori hanno dimostrato che l' isotopo molto più comune dell' uranio-238 può essere trasmutato in plutonio, che, come l' uranio-235, è anche fissile da neutroni termici. Queste scoperte hanno portato numerosi paesi ad iniziare a lavorare sullo sviluppo delle armi nucleari e dell' energia nucleare.
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doc-16718
L' uranio è un elemento chimico con simbolo U e numero atomico 92. È un metallo bianco-argento nella serie attinidi della tavola periodica. Un atomo di uranio ha 92 protoni e 92 elettroni, di cui 6 sono elettroni di valenza. L' uranio è debolmente radioattivo perché tutti i suoi isotopi sono instabili (con metà della vita dei sei isotopi naturalmente noti, da uranio-233 a uranio-238, con variazioni tra 69 anni e 4,5 miliardi di anni). Gli isotopi più comuni dell' uranio sono l' uranio-238 (che ha 146 neutroni e rappresenta quasi il 99,3% dell' uranio presente in natura) e l' uranio-235 (che ha 143 neutroni, pari allo 0,7% dell' elemento trovato naturalmente). L' uranio ha il secondo più alto peso atomico degli elementi primordialmente presenti, più leggero solo del plutonio. La sua densità è di circa il 70% superiore a quella del piombo, ma leggermente inferiore a quella dell' oro o del tungsteno. Si presenta naturalmente in basse concentrazioni di poche parti per milione nel suolo, nella roccia e nell' acqua ed è estratto commercialmente da minerali contenenti uranio come l' uraninite.
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doc-16696
L' uranio naturale è costituito da tre isotopi principali: l' uranio-238 (99,28% di abbondanza naturale), l' uranio-235 (0,71%) e l' uranio-234 (0,0054%). Tutti e tre sono radioattivi, emettono particelle alfa, con l' eccezione che tutti e tre questi isotopi hanno piccole probabilità di subire fissione spontanea, piuttosto che emissioni alfa. Esistono anche altri cinque isotopi in traccia: uranio-239, che si forma quando 238U subisce fissione spontanea, rilasciando neutroni catturati da un altro atomo di 238U; uranio-237, che si forma quando 238U cattura un neutrone ma ne emette altri due, che poi decade al netunio-237; uranio-233, che si forma nella catena di decadimento di quel nettunio-237; e infine Si prevede inoltre che il torio-232 dovrebbe essere in grado di subire un doppio decadimento beta, che produrrebbe uranio-232, ma questo non è ancora stato osservato sperimentalmente. uranio-234.
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doc-16720
Durante le fasi successive della seconda guerra mondiale, l' intera guerra fredda, e in misura minore in seguito, l' uranio-235 è stato utilizzato come materiale esplosivo fissile per produrre armi nucleari. Inizialmente sono stati costruiti due tipi principali di bombe a fissione: un dispositivo relativamente semplice che utilizza uranio-235 e un meccanismo più complicato che utilizza plutonio-239 derivato dall' uranio-238. Più tardi, fu costruito un tipo molto più complicato e molto più potente di bomba a fissione/fusione (arma termonucleare), che utilizza un dispositivo a base di plutonio per causare una miscela di trizio e deuterio per subire la fusione nucleare. Tali bombe sono rinchiuse in un caso di uranio non fissile (non arricchito) e derivano più della metà della loro potenza dalla fissione di questa materia da neutroni veloci provenienti dal processo di fusione nucleare.
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doc-16715
Per essere considerata "arricchita", la frazione di uranio-235 deve essere compresa tra il 3% e il 5%. Questo processo produce enormi quantità di uranio impoverito di uranio-235 e con una frazione di uranio-238 aumentata in proporzione, detta uranio impoverito o "UI". Per essere considerata "impoverita", la concentrazione di isotopi di uranio-235 non deve superare lo 0,3%. Il prezzo dell' uranio è aumentato dal 2001, per cui si sta considerando la possibilità di un nuovo arricchimento degli sterili contenenti più dello 0,35% di uranio-235, portando il prezzo dell' esafluoruro di uranio impoverito al di sopra dei 130 USD/kg nel luglio 2007 rispetto ai 5 USD/kg del 2001.
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doc-16724
L' uranio-238 è l' isotopo più stabile dell' uranio, con un tempo di dimezzamento di circa 4.468×109 anni, approssimativamente l' età della Terra. L' uranio-235 ha un tempo di dimezzamento di circa 7,13×108 anni e l' uranio-234 ha un tempo di dimezzamento di circa 2,48×105 anni. Per l' uranio naturale, circa il 49% dei suoi raggi alfa sono emessi da ciascuno degli atomi di 238U, e anche il 49% da 234U (dal momento che quest' ultimo è formato dal primo) e circa il 2,0% da 235U. Quando la Terra era giovane, probabilmente circa un quinto dell' uranio era uranio-235, ma la percentuale di 234U era probabilmente molto inferiore.
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doc-16708
Due grandi tipi di bombe atomiche furono sviluppate dagli Stati Uniti durante la seconda guerra mondiale: un dispositivo a base di uranio (codenominato "Little Boy") il cui materiale fissile era uranio altamente arricchito, e un dispositivo a base di plutonio (vedi test Trinity e "Fat Man") il cui plutonio era derivato dall' uranio-238. Il dispositivo Little Boy a base di uranio divenne la prima arma nucleare utilizzata in guerra quando fu detonata sulla città giapponese di Hiroshima il 6 agosto 1945. Esplodendo con una resa equivalente a 12.500 tonnellate di TNT, l' esplosione e l' ondata termica della bomba hanno distrutto quasi 50.000 edifici e ucciso circa 75.000 persone (vedi i bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki). Inizialmente si riteneva che l' uranio fosse relativamente raro, e che la proliferazione nucleare potesse essere evitata semplicemente acquistando tutte le riserve di uranio note, ma nel giro di un decennio ne vennero scoperti grandi giacimenti in molte parti del mondo.
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doc-13779
L' altro lavoro di Feynman a Los Alamos includeva il calcolo delle equazioni di neutroni per la "Water Boiler"di Los Alamos, un piccolo reattore nucleare, per misurare quanto vicino un insieme di materiale fissile fosse alla criticità. Al termine di questi lavori è stato trasferito all' impianto di Oak Ridge, dove ha aiutato gli ingegneri a mettere a punto procedure di sicurezza per lo stoccaggio del materiale in modo da evitare incidenti di criticità (ad esempio dovuti a quantità subcritiche di materiale fissile inavvertitamente immagazzinate in prossimità di lati opposti di un muro). Ha inoltre svolto anche lavori teorici e calcoli sulla bomba all' idruro di uranio proposta, che in seguito si è rivelata non fattibile.
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doc-16703
L' uranio è usato come colorante nel vetro d' uranio che produce sfumature dal rosso-arancio al giallo limone. È stato utilizzato anche per colorare e ombreggiare nelle prime riprese fotografiche. La scoperta dell' uranio nella pece minerale del 1789 è accreditata a Martin Heinrich Klaproth, che ha chiamato il nuovo elemento dopo il pianeta Urano. Eugène-Melchior Péligot fu la prima persona ad isolare il metallo e le sue proprietà radioattive furono scoperte nel 1896 da Henri Becquerel. Ricerche di Otto Hahn, Lise Meitner, Enrico Fermi e altri, come J. Robert Oppenheimer a partire dal 1934, ne portarono l' uso come combustibile nell' industria nucleare e in Little Boy, la prima arma nucleare utilizzata in guerra. La conseguente corsa agli armamenti durante la guerra fredda tra gli Stati Uniti e l' Unione Sovietica ha prodotto decine di migliaia di armi nucleari che hanno utilizzato uranio metallico e plutonio-239 derivato dall' uranio. La sicurezza di tali armi e del loro materiale fissile dopo la dissoluzione dell' Unione Sovietica nel 1991 è una preoccupazione costante per la salute e la sicurezza pubblica. Cfr.
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