Un milione di facce

Capita che stiamo vedendo un vecchio episodio della serie tv Senza Traccia quando, prima in sottofondo e poi in primo piano, si distingue un motivo musicale molto appropriato. La melodia è affascinante e in pochi secondi sono completamente catturato da quelle note. La scena finisce e con lei il tema musicale, ma quella canzone mi resta conficcata nella testa, tanto che decido di cercala e risentirla. Ma come?

Decido di chiedere aiuto all'oracolo dei tempi moderni. Non avevo prestato attenzione alle parole, ma ero sicuro di aver sentito il cantante pronunciare "milion faces", ovvero un milione di facce. Ma questo è troppo poco, allora cerca disperatamente di associare la voce al nome di un cantante o per lo meno ad un gruppo. Non so perché, mi vengono in mente i REM. Allora apro Google, scrivo "song million faces rem" e clicco su Mi sento fortunato.

Risultato è una pagina di un forum di un fan club dei mitici REM in cui un utente disperato è alla ricerca del titolo di una canzone nel cui testo si dice appunto un "milione di facce". La risposta è subito sotto: primo non sono i REM, ma Tears for Fears e secondo nella canzone non si dice milion faces ma familiar faces e il titolo è Mad World di cui ne esiste anche una cover acustica utilizzata come colonna sonora nel film Donnie Darko. Insomma, google è veramente un mago, anche dandogli tutti gli indizi sbagliati, il risultato è sempre quello giusto.

Ah dimenticavo questa è decisamente la canzone del giorno...

Senza parole

Un'altra settimana

Sembra ieri che vi scrivevo dell'oro e delle altre amenità e invece un'altra intera settimana è trascorsa con tutte le sue attività che l'hanno fatta letteralmente volare via. Non vorrei ridurmi a pubblicare un resoconto settimanale delle cose fatte e delle belle nuove esperienze, ma al momento sembra l'unica cosa che riesco a fare, almeno fino a quando non riuscirò ad organizzarmi meglio.

In settimana sono andato alla bibliteca centrale del JRC, principalmente perché un libro che avevo richiesto in prestito interbibliotecario era arrivato e mi aspettava comodamente adagiato su uno scaffale. La biblioteca è in un edificio non particolarmente grande, ma è ben organizzata con parecchi scaffali allineati, indicazioni chiare su dove trovare i volumi, ampli tavoli da lettura, un religioso silenzio e, come in tutte le biblioteca che si rispettino, quell'odore che emanano i libri che da troppo tempo attendono di essere sfogliati. Prima di ritirare il mio librio, mi sono volutamente distratto e messo a curiosare tra gli scaffali delle riviste; mi ha stupito il fatto che nonostante il centro non sia più da anni ormai un sito nucleare, ci siano ancora così tante riviste del settore. Mi sono concesso 5 minuti di lettura nei quali ho approfondito la mia conoscenza sul torio come possibile combustile nucleare e sostituto dell'uranio. A detta di alcuni: il torio sarà il combustile del futuro, a detta di altri, forse la maggioranza, resterà un qualcosa di secondario che non riuscirà mai a prendere il giusto slancio. È un po' la stessa diatriba tra i sostenitori dell'arseniuro di gallio (GaAs) come semiconduttore del futuro che presto rimpiazzerà il ben più comune silicio.

Il mio libro, Introduction to physics and nuclear engineering, me lo immaginavo polveroso e stantio, invece si tratta di una nuovissima edizione finita di stampare nel 2008 e completamente rivista e corretta dagli autori alla luce degli enormi passi in avanti in conoscenza e tecnologia avvenuti negli ultimi anni. Sulla strada di ritorno al mio laboratorio, apro il libro in una pagina a caso e lo sguardo mi cade su una foto a colori, che pensate un po', è un ciclotrone prodotto da GE, grande come una cella frigorifera e utilizzato in molti ospedali per la produzione di radioisotopi. La cosa interessante è che il primo centro italiano di GE per la produzione di questi radiofarmaci è stato proprio il nostro ciclotrone e che ancora continua ad essere centro di riferimento italiano anche grazie al supporto tecnico e scientifico offerto dalla nostra unità.

Altro fatto degno di nota si è verificato proprio ieri mattina: uno dei nostri campioni di nanoparticelle di biossido di titanio, radiomarcate con vanadio 48, è partito alla volta di Monaco in Germania dove verrà utilizzato in un esperimento di assimilazione in una linea cellulare e un susseguente studio di tossicità. L'ossido di titanio è la sostanza a cui si deve il colore bianco brillante delle creme solari ad altissima protezione, usate dai bambini e anche dai surfisti. Le industrie cosmetiche si stanno orientando a sostituire o aggiungere ai loro prodotti del TiO2 anche in forma di nanoparticelle, ma nessuno ancora al mondo sa dire con certezza, se queste possono avere degli effetti indesiderati sulla salute umana.

L'oro e le altre amenità

Un post per riassumere una settimana di lavoro e non solo. Cominciamo dall'oro, quel metallo giallo e tanto desiderato dalle creature umane specie quelle di sesso femminile. Mercoledì abbiamo in parte realizzato il sogno degli antichi alchimisti: ovvero creare l'oro dal piombo. Noi ci siamo limitati a trasformare dell'oro comune in oro radioattivo e la cosa, apparentemente semplice, ci è riuscita solo al terzo tentativo. Nel primo non siamo riusciti a cavare nemmeno un ragnetto dal buco: niente di niente. Nel secondo siamo riusciti a creare mercurio dall'oro (!) e anche il terzo sembrava essere cominciato con una brutta piega. Infatti pochi minuti dopo aver iniziato a spare il fascio di protoni contro la soluzione contenente oro, la pressione all'interno della capsula bersaglio ha cominciato a salire. Questo è normale, in genere, perché l'interazione con le particelle provoca un riscaldamento della soluzione e conseguentemente un innalzamento della sua pressione. La cosa strana è che la pressione non scendeva nemmeno dopo aver interrotto l'irraggiamento. Fatto sta che abbiamo dovuto lavorare mantendo la pressione della capsula sempre vicina, anche troppo, a quella di rottura e interrotto l'irraggiamente dopo nemmeno un'ora.

Ci aspettavamo il terzo insuccesso di fila, invece quando abbiamo aperto la capsula, con sommo stupore, abbiamo individuato subito la presenza di quell'isotopo radioattivo dell'oro che stavamo cercando. Per farlo abbiamo eseguito una spettroscopia gamma: ovvero abbiamo piazzato la soluzione sopra un rivelatore al germanio e osservato quali radiazioni emettesse. Questa tipologia di radiazioni prende il nome di raggi gamma - fotoni di altissima energia - emessi dal nucleo dell'atomo quando si rilassa in una posizione più comoda dopo essere stato eccitato.

L'aspetto interessante è che l'energia di questi raggi gamma è caratteristica di un ben preciso nucleo, ovvero non ci sono due nuclei differenti che emettono raggi gamma con la stessa energia. È chiaro allora che se il nostro rivelatore è in grado di misurare in modo sufficientemente accurato e preciso l'energia dei raggi gamma emessi, è possibile risalire a quali radioisotopi sono presenti nel campione. Fondamentale è avere una tabella con tutte le energie emesse da tutti gli isotopi, che fortunamente, ora esiste in un fantastico sito web che vi raccomando.

Altro evento interessante della mia settimana è stata la presa di confidenza con Access, l'applicativo per database di casa Microsoft. Dopo anni di lontananza dal sistema operativo con la finestra e i suoi applicativi, sono ripiombato indietro nel tempo e mi ritrovo a doverlo usare. Volendo, come mio solito, trarre il massimo da ogni cosa, visto che non avevo mai avuto nessuna esperienza pregressa con Access, ho deciso di costruire la base dati contenti tutti i componenti elettronici in uso nella mia unità proprio con questo strumento.

Nel passato avevo già utilizzato Database, e ne avevo persino creato uno tutto mio, il (poco) famoso TotoDB, ma questa era la mia prima volta con il mostro di Bill Gates. Devo dire che dopo una prima fase di completo disorientamente, ho cominciato a intravedere qualche punto fermo, e ieri pomeriggio, con l'aiuto di Giulio, abbiamo anche aggiunto le prime funzionalità aggiuntive programmando in Visual Basic for Applications. Dopo anni di programmazione avanzata in C++ è stato come tornare all'asilo, ma la cosa ci ha comunque richiesto parecchie ore prima di vedere la fine.

Avrei altre cose da dirvi, tipo il mio stupore quando ho visto che il Premio Nobel per la fisica è stato assegnato a tre praticoni come me, e quello ancora più grande quando ho visto assegnato quello per la pace al presidente americano. Ma questa è un'altra storia che vi racconterò un altro giorno...

Io lodo, tu lodi, egli loda: essi esultano

L'atmosfera è quella che precede un calcio di rigore nella finale di coppa del mondo. Lo stadio è tutto un fermento, una metà aspetta in silenzio il concretizzarsi del loro sogno bisbigliando preghiere a bassa voce, mentre l'altra metà lancia fischi di paura che sembrano squarciare il cielo. Il pallone è posizionato con cura, la rincorsa è breve, ma il tiro è secco, deciso senza ripensamenti. Il pallone gonfia la rete alle spalle del portiere sconfitto e la folla esulta, grida, si abbraccia: la consulta ha detto no, basta lodo, basta ingiustizie, l'Italia è ancora una democrazia! Manca solo che qualcuno gridi: crocifiggilo!, o a piazzale Loreto! per richiamare scene ancora più tristi. Sale ancora l'urlo degli sconfitti: avete imbrogliato! Noi andiamo avanti, non è ancora finita la partita.

Non è mia intenzione impegolarmi in un dibattito politico che non saprei gestire e forse nemmeno capire fino in fondo. Volevo solo riportare l'atmosfera che si respirava e si continua a farlo nella blogosfera intorno alla decisione della consulta di bocciare il famigerato lodo Alfano. Finalmente non ci saranno più ingiustizie! Finalmente avremo una giustizia giusta, veloce, che manda in prigione i cattivi e assicura ai buoni una vita tranquilla. Finalmente quel dittatore non avrà più privilegi e sarà trattato come tutti. Forse, finalmente, metà degli italiani si renderà conto di quanto sono stati cretini a metterlo al governo.

La mia domanda è: ma abbiamo veramente vinto?

Ma quanto è ricco questo uranio?

Mi è venuto in mente di scrivervi di questo argomento dopo che nelle ultime settimane l'arricchimento dell'Uranio è diventato argomento di discussione comune, come le previsioni del tempo e le ultime affermazioni di Mourinho. Come al solito è mia intenzione darvi una descrizione del problema fondata su una basa squisitamente scientifica senza però utilizzare troppo linguaggio tecnico e incomprensibile. Prima di parlare di uranio arricchito e del perché è così importante e allo stesso tempo temuto, facciamo un po' di chiarezza.

Cos'è l'Uranio?

L'uranio è l'elemento chimico con 92 protoni nel nucleo e altrettanti elettroni che gli girano attorno. In condizioni normali, si prensenta in forma solida e di colore grigio metallico come potete ammirare nella foto qui a fianco.

Da notare l'elevata densità dell'elemento, circa il doppio di quella del piombo e 19 volte più denso dell'acqua. Questo significa che se una bottiglia da un litro d'acqua pesa un chilogrammo, lo stesso peso in uranio lo si ottiene riempiendo un bicchierino da grappa.

Nella crosta terrestre circa 3 parti ogni milione sono costitutite da uranio. Potrebbe sembrarvi un numero piccolo, ma se lo confrontate con l'argento che è 40 volte meno abbondante, vi rendete subito conto di quanto l'uranio sia particolarmente diffuso.

In natura esistono tre differenti isotopi dell'uranio: 234, 235 e 238. Questi numeri identificano il numero totale di protoni e neutroni nel nucleo. Il numero dei primi infatti definisce il tipo di elemento (92 per l'Uranio) mentre il secondo contribuisce alla stabilità del nucleo stesso. In genere quando un nucleo ha troppi neutroni, tenderà a perderli, mentre quando ne ha troppo pochi cercherà di prenderli o comunque di cambiare la configurazione protoni / neutroni per cercare la massima stabilità. Se prendo un campione di uranio da una miniera, questo sarà formato al 99.3% da uranio 238, ovvero quello formato da 92 protoni e 146 neutroni. Solo lo 0.7% circa del campione sarà uranio 235 e piccolissime tracce saranno di U-234.

Ma l'uranio è radioattivo?

Sì tutti e tre gli isotopi naturali dell'uranio sono radioattivi, ovvero emettono delle radiazioni e cambiano il loro stato e hanno una vita media lunghissima. Per esempio l'U-238 ha un tempo di dimezzamento di 4.5 miliardi di anni: il che significa che se prendo un kilogrammo di uranio (il nostro grappino all'uranio per intenderci) e aspetto 4.5 giga anni, nel bicchiere ci sarà solo 1/2 chilo di uranio e il resto sarà diventato qualcosa d'altro. Che cosa di preciso è difficile dirlo, infatti, l'U-238 decade principalmente in Th-234 che però a sua volta decade dopo pochi giorni in proattinio-234 e così via sulla scala dei decadimenti riportata nella bella figura qui a destra. La catena dei decadimenti si arresta definitivamente, dopo 15 scalini, quando si raggiunge l'isotopo 206 del piombo che è stabile, ovvero non radioattivo.

È radioattivo, quindi pericoloso. È per questo che tutti ne hanno paura?

Mi si permetta di spezzare una lancia a favore del povero uranio. Si è radioattivo, ma questo non significa che sia pericolo, anzi è decisamente molto meno pericoloso di parecchi altri elementi radioattivi. Innanzitutto perché decade emettendo una particella alfa che ha uno scarsissimo potere penetrante. Questo significa che se non lo si inala o ingerisce e si evita di toccarlo a mani nude, allora è completamente innocuo. Però nella sua catena di decadimenti ci sono anche modi un po' più pericolosi di cui è meglio stare alla larga, ma in definitiva non è poi così cattivo come lo si dipinge. La paura dell'uranio è più che altro psicologica e ne entreremo nel dettaglio nei prossimi paragrafi.

Ma quanto è ricco questo uranio?

Torniamo alla domanda iniziale che ha scatenato anche tutte le altre. L'uranio-238, quello più comune per intenderci, non è particolarmente prezioso perché non può essere utilizzato negli impianti nucleari. Quello buono è l'uranio-235 che purtroppo, anzi per fortuna, è presente solo nello 0.7% della disponibilità. Quindi possiamo dire che l'uranio naturale è ricco allo 0.7% e necessita di un processo di arricchimento in modo da far aumentare la percentuale di 235 rispetto al 238.

Aspetta, però. Com'è questa storia dell'uranio buono e quello cattivo?

In una domanda precedente, vi avevo detto che l'uranio decade diventando torio emettendo una particella alfa, ma questa non è la fine della storia. Infatti essendo un nucleo molto grosso (ben 238 condomini nella stessa abitazione!) tende a spaccarsi letteralmente in due in un processo noto come fissione spontanea. Fissione significa appunto divisione del nucleo in due parti dette nuclei figli e un certo qual numero di neutroni. Attenti però perché prima della parola fine, ci sono anche i titoli di coda: ovvero la fissione indotta, che si differenza da quella spontanea per il fatto che la spaccatura avviene se il nucleo subisce un urto con una particella esterna, per esempio un neutrone. Se prendo un atomo di uranio-238 e lo bombardo con neutroni molto energetici (si dicono veloci), allora questo si spaccherà in due parti ed emetterà altri neutroni che però saranno troppo lenti per spaccare altri atomi e contiuare la reazione. Per dirla in parole molto povere è come se per tener acceso il motore della macchina, dovessi sempre tenere girata la chiave, oppure sempre tener acceso l'accendino per mantenere vivo il fuoco nel caminetto. Si capisce subito che questo carburante fatto solo da U-238 ha qualcosa che non va.

La situazione è ben diversa con l'U-235, infatti, questo si spacca molto facilmente e anche, anzi meglio, con neutroni lenti. In questo modo, una volta che la reazione è partita continuerà ad autosostenersi fin tanto che tutto l'uranio sarà esaurito.

Ma quindi il combustibile nucleare è fatto solo da uranio-235?

In realtà no, ne basta una percentuale relativamente piccola per innescare e mantenere la reazione a catena. La percentuale minima si aggira intorno al 6%, ovvero 10 volte superiore a quella presente in natura, ma questo numero può variare di parecchio a seconda della disposizione geometrica e dalla presenza di altri elementi. In definitiva possiamo dire che un arricchimento al 20% dovrebbe essere sufficiente per qualunque tipo di reattore nucleare per la produzione di energia.

Ma allora perché tutti hanno paura dell'arricchimento in Iran?

I timori degli occidentali verso il nucleare Iraniano è che non sia per scopi civili, di ricerca o per produzione di energia. Ovviamente si teme che gli scopi degli impianti di arricchimento siano militari in particolare per la produzione di ordigni atomici. In questo caso però, un arricchimento al 20% sarebbe troppo basso! La regola è che per una bomba, più alto è l'arricchimento, maggiore sarà la sua potenza deflagrante. Se dal punto di visto militare più alto è l'arricchimento meglio è, dal punto di vista civile la situazione è ben diversa. Al fine di poter controllare la combustione nucleare, questa deve procedere piuttosto lentamente perché sia sempre possibile interromperla e spremere al massimo tutto il combustibile.


L'arricchimento dell'uranio avviene attraverso tecniche di ultracentrifugazione. Ma questo non è l'unico modo per produrre combustibile nucleare.


E il plutonio?

Ovvero quelle barrette verdi luminiscenti che maneggia Homer Simpson nella centrale di Springfield. L'isotopo 239 del plutonio è un ottimo combustibile nucleare, nel senso che come l'U-235 può sostenere una reazione a catena. Il Pu-239 viene generato a partire dall'uranio 238 (quello comune e disponibile in grandi quantità). Il processo è molto semplice: si prende U-238 e lo si espone a neutroni piuttosto lenti in modo da favorirne la cattura anziché la fissione indotta. Il risultato è che l'U-238 diventa U-239 che però è instabile e decade abbastanza velocemente diventando Neptunio 239 e questo a sua volta decade finalmente nel desiderato plutonio.


La produzione di plutonio è decisamente molto efficace se si ha a disposizione un reattore nucleare già in funzione, perché tutti i neutroni in eccesso generati nella reazione primaria possono essere inviati su barre di uranio naturale (non arricchito) per produrre nuovo combustibile. In realtà i reattori per produzione di energia sono poco adatti a questo genere di processo, ma particolari reattori da ricerca, detti breeder, sono in grado di produrre altissime quantità di plutonio a partire dal comunissimo uranio.


E' ovvio che se un Paese volesse cominciare a sviluppare una sua tecnologia nucleare, dovrebbe innanzitutto partire da piccoli reattori di ricerca, quindi arricchire uranio e poi, volendo, anche prodursi ottimo combustibile a basso costo partendo da uranio non arricchito.



Ma con il plutonio si possono fare anche le bombe?



Purtroppo sì! Delle uniche due bombe atomiche mai usate in guerra (Hiroshima e Nagasaki), la seconda fu realizzata con plutonio.




E con l'uranio impoverito?



Se ne esiste uno arricchito, ne deve esistere anche uno impoverito... Adesso dovrebbe esservi immediatamente chiaro di cosa si parla: uranio in cui la percentuale di 235 è stata notevolmente ridotta. Questo materiale potrebbe essere utilizzato nella manifattura del plutonio, oppure, ancora una volta, nella produzione di armi. L'enorme densità dell'uranio lo rende ideale per costruire proiettili che riescono a penetrare parecchio in profondità anche gli strati di roccia più dura. L'uso di uranio impoverito per applicazioni belliche è controverso perché, anche se il livello di radiazione emessa è inferiore a quello dell'uranio naturale, non sono ancora chiari gli effetti a lungo termine.


Dopo questa lunga discussione, che spero non abbiate trovato troppo noiosa, credo vi sarete fatti un'idea del ruolo che gioca l'uranio e in generale i combustibili nucleari nell'economia mondiale e nei rapporti tra Paesi.

Ma facebook si è rotto?

Ho sentito tanti lamentarsi delle prestazioni, decisamente scarse, del social network per antonomasia, ma oggi le ho toccate con mano. Dopo un'intera giornata in cui gli aggiornamenti dai miei virtual-amici mi arrivavano e poi misteriosamente sparivano, questo è quello che mi è apperso questa sera al login:

Ovvero, mi dovrei cercare qualche nuovo amico perché gli oltre 400 che popolano il mio profilo sul faccia libro sono così pigri da non fare assolutamente nulla. Vista la situazione, vi avviso tramite blog che domani prevedo una domenica tranquilla con il solito tran-tran. Poi visto che l'Inter ha vinto contro l'Udinese, anche calcisticamente sarà una domenica normalissima.