Arricchire l'uranio con il laser

A darci lo spunto per questo articolo è stata l'approvazione del primo impianto americano abilitato all'arricchimento dell'uranio utilizzando una sorgente laser. La tecnica proprietaria e altamente confidenziale sviluppata da GE - Hitachi si basa sul bombardamento di un flusso di uranio gassoso con una luce laser di frequenza precisa. Per anni era stata considerata l'uovo di Colombo del processo di arricchimento, ma dubbi e paure sulla possibile proliferazione di materiale nucleare a fini bellici ha frenato le autorità ad approvarle. Fino ad oggi, per lo meno.

Iniziamo con la bella info-grafica preparata da Nature dove vengono confrontate le tre maggiori tecnologie.

Lo scopo del processo di arricchimento è di aumentare la frazione del prezioso isotopo 235 dell'uranio comparato al meno utile, ma più abbondante uranio-238. La ragione di questo arricchimento è già stata spiegata più volte tra le pagine di questo blog, per esempio qui.

Il gas e l'arricchimento

Tutti  questi metodi di arricchimento richiedono che l'uranio in ingresso si presenti in forma gassosa. La scelta più conveniente è quella dell'esafloruro di uranio, in formula UF6 e soprannominato hex nell'industria nucleare. Sono almeno tre le ragioni per cui questo gas è la scelta migliore:

1. La molecola contiene un solo atomo di uranio. Se ne contenesse più di una allora l'efficienza dell'arricchimento sarebbe ancora più bassa perché praticamente impossibile trovare più atomi di uranio-235 nella stessa molecola.
2. Il fluoro in natura ha un solo isotopo stabile, così il peso della molecola di hex è fissato esclusivamente da quello dell'atomo di uranio.
3. Il terzo vantaggio è la termodinamica, infatti il diagramma delle fasi è favorevole per la lavorazione industriale che non richiede temperature e pressioni troppo elevate.

La diffusione. E' il metodo descritto nella prima casella e quello più costoso per unità e richiede anche una grande quantità di energia. Si basa sull'utilizzo di una membrana semi-permeabile su cui viene soffiato l'esafloruro di uranio. Il gas più leggere ha maggiori probabilità di attraversare la membrana rispetto a quello più pesante, e così all'uscita il gas prelevato da sopra la membrana conterrà una frazione più elevata di uranio-235 rispetto a quello prelevato sotto.

La centrifuga. E' forse il metodo più comune perché meno costoso della diffusione gassosa per unità di arricchimento e anche come investimento in energia. Immaginate di mettere il solito hex all'interno di una centrifuga in funzione: le molecole pesanti andranno ad accumularsi sull'esterno della camera in rotazione, mentre quelle all'interno saranno più ricche in uranio-235.

Il SILEX. Di metodi di arricchimento basati sui laser ce ne sono diversi. Quello approvato recentemente prende il nome di SILEX, che è l'acronimo inglese di separazione di isotopi con eccitazione laser. La molecola di esafloruro di uranio ha livelli energetici leggermente differenti a seconda della massa dell'uranio. La differenza è minima, ma grazie all'accuratezza e la precisione della luce laser è possibile selezionare l'energia esatta per stimolare questa transizione energetica. A questo punto un campo magnetico può essere utilizzato per separare le due famiglie di molecole. Il costo dell'apparato di separazione è minimo e altrettanto è il consumo di energia.

Ma allora dov'è il problema?

C'è sempre un ma nella vita. E questa volta arriva dai rischi legati al possibile uso per scopi non civili di questa tecnica di arricchimento. Le varie agenzie internazionali, in primo luogo IAEA, ha messo sotto controllo il commercio degli impianti per l'arricchimento, in particolare le centrifughe. Così se tu compri una centrifuga per l'arricchimento dell'hex, dovrai essere in grado di giustificare davanti alle autorità che cosa ne vuoi fare. Fin qui, diciamo che è tutto ok, anche se so che a qualcuno questa forma di controllo già sembra ingiusta.

Il problema è con il laser e il cosiddetto dual use. Per costruire un sistema di arricchimento basato sul laser non serve nulla di speciale se non il laser appunto e questo è un prodotto abbastanza comune perché trova applicazioni in svariati ambiti. E qui c'è il rischio che qualcuno compri un laser dichiarando di volerlo utilizzare per scopi medicali, ad esempio, e poi utilizzarlo per arricchire in segreto l'uranio.

Insomma, se da un lato, questa tecnica è più efficiente e più economica, dall'altro richiederà maggiore controllo per evitare di avere un ritorno alla corsa agli armamenti.