Uranio e Plutonio L'uranio è l'elemento chimico di numero atomico 92. Il suo simbolo è U. Trova impiego come combustibile nei reattori nucleari e nella.

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1 Uranio e Plutonio L'uranio è l'elemento chimico di numero atomico 92. Il suo simbolo è U. Trova impiego come combustibile nei reattori nucleari e nella realizzazione di armi nucleari. Caratteristiche e storia Applicazioni Ricerca ed estrazione Disponibilità in natura Precauzioni Il Plutonio è l'elemento chimico di numero atomico 94. Il suo simbolo è Pu. È l'elemento oggi più usato nelle bombe nucleari a fissione. Caratteristiche e Storia Applicazioni Precauzioni Disponibilità Produzione

2 Caratteristiche e Storia dell’Uranio
È un metallo bianco-argenteo, tossico e radioattivo ed appartiene alla serie degli attinoidi. Tracce di uranio sono presenti ovunque: nelle rocce, nel suolo, nelle acque, persino negli organismi viventi. È malleabile, duttile e debolmente paramagnetico. È un metallo molto denso . L'uranio si estrae da due minerali estremamente redditizi: l'uraninite e la carnotite. L'uso dell'uranio risale ad almeno al 79 a.C.L'uranio è stato scoperto nel 1789 dallo scienziato tedesco Martin Heinrich Klaproth, che lo individuò in un campione di uraninite. L'elemento prese il nome dal pianeta Urano. L'uranio fu isolato come metallo nel 1841 da Eugène-Melchior Péligot ed è del 1850 il primo impiego industriale dell'uranio nel vetro.

3 Applicazioni dell’Uranio
Applicazioni civili: L'uranio è un metallo molto denso e pesante. Nonostante la sua radioattività naturale, grazie al suo elevato peso specifico, trova impiego come materiale di zavorra e contrappesi di equilibratura in aerei, elicotteri, e in alcune barche a vela da regata. A volte è impiegato anche per costruire schermature di sorgenti altamente radioattive Applicazioni militari: La principale applicazione militare dell'uranio è, nella sua forma molto arricchita nell'isotopo 235U, all'interno delle bombe atomiche o come innesco per le bombe termonucleari. La prima bomba atomica con 235U, Little Boy. È utilizzato per rendere le corazzature dei carri armati particolarmente resistenti e per costruire munizioni anticarro

4 Ricerca ed Estrazione dell’Uranio
L'esplorazione e l'estrazione di minerali radioattivi iniziò negli Stati Uniti al principio del XX secolo . La domanda di uranio crebbe durante la seconda guerra mondiale, durante la corsa delle nazioni in guerra alla realizzazione della bomba atomica. Ascesa, stagnazione e nuovo boom dell'estrazione dell'uranio – Costi La ricerca dell'uranio nel mondo trovò un grande impulso all'inizio della guerra fredda; gli Stati Uniti, al fine di garantirsi adeguate forniture di uranio da destinare alla produzione di armi, crearono nel 1946 la Atomic Energy Commission , incaricata di esplorare potenziali giacimenti per conto dello stato e di intervenire sul prezzo di mercato dell'uranio. Giacimenti furono scoperti nello Utah nel Il prezzo dell'uranio continuò a declinare, per una serie di fattori concomitanti. I principali fattori furono il disastro di Chernobyl e la crisi e la dissoluzione dell'Unione Sovietica. L'esplosione dell'impianto di Chernobyl ebbe un forte impatto psicologico in tutto il mondo . Rischi associati all'estrazione Dato che l'uranio emette radon, un gas radioattivo, nonché altri prodotti di decadimento altrettanto radioattivi, l'estrazione mineraria di uranio presenta pericoli ulteriori che si sommano a quelli già esistenti nell'attività del minatore. Le miniere di uranio che non siano "a cielo aperto" richiedono adeguati sistemi di ventilazione per disperdere il radon.

5 Disponibilità dell’Uranio in natura
L'uranio è un elemento che si rinviene nella crosta terrestre, in basse concentrazioni, praticamente in tutte le rocce, in tutti i terreni e nelle acque. In Italia, a partire dagli anni '50 e poi più assiduamente nei '60, furono effettuate ricerche di giacimenti sfruttabili di uranio estese a buona parte del territorio nazionale.

6 Precauzioni A dosi non letali, la tossicità chimica dell'uranio può comunque produrre danni all'organismo: inalato in genere sotto forma di ossido l'uranio si discioglie nei liquidi delle mucose polmonari, ed entra rapidamente nel sangue. Nonostante gran parte dell'uranio assorbito venga espulso con le urine, la parte che non è eliminata si accumula nelle ossa e soprattutto nei reni; le conseguenze di questo accumulo producono effetti tipici dell'avvelenamento da metalli pesanti: dermatiti, gravi degenerazioni dei reni, necrosi delle arterie. I danni da radiazione sono permanenti; l'uranio fissato nelle ossa e nei vari organi attraversati irraggia le cellule circostanti, con effetti particolarmente gravi sul midollo osseo.

7 Caratteristiche e Storia del Plutonio
Il plutonio puro è un metallo argenteo, ma ingiallisce quando si ossida. Curiosamente, il plutonio subisce una contrazione di volume all'aumentare della temperatura. Il plutonio in forma metallica mostra alcune proprietà particolari, a differenza degli altri metalli conduce male il calore, mostra forti variazioni di volume per modeste variazioni di temperatura o pressione e non è magnetico. Queste proprietà sono state spiegate nel 2007 tramite un modello che ipotizza che gli elettroni di valenza fluttuino tra gli orbitali, questo modello è in contrasto con i precedenti modelli che ipotizzavano un numero di elettroni fisso degli orbitali di valenza negli orbitali.

8 Il plutonio fu osservato per la prima volta quando venne sintetizzato nel 1940 presso l'Università di Berkeley, in California, ma la scoperta fu tenuta segreta. Fu considerato il primo elemento sintetizzato artificialmente e non presente sulla Terra, finché negli settanta lo si trovò in alcune pechblende del Canada. Prese il nome dal pianeta nano Plutone, all'epoca classificato come pianeta.Durante il Progetto Manhattan furono realizzati grandi reattori nucleari per produrre il plutonio con cui sarebbero poi state costruite due bombe: The Gadget fu collaudata al Trinity site, Fat Man venne sganciata sulla città giapponese di Nagasaki Sia gli Stati Uniti che l'Unione Sovietica accumularono grandi scorte di plutonio durante gli anni della guerra fredda; si stima che le scorte ammontassero nel 1982 a 300 tonnellate. Dalla fine della guerra fredda queste scorte sono oggetto di preoccupazione per un'eventuale incontrollata proliferazione di armi nucleari nel mondo

9 Applicazioni Per via della sua facile fissione è un componente fissile fondamentale delle moderne armi nucleari. La massa critica per una sfera di plutonio è di 16 chilogrammi, che può essere ridotta a 10 chilogrammi attraverso l'uso di una schermatura che le rifletta contro i neutroni da essa emessi. Una tale quantità corrisponde circa ad una sfera di 10 centimetri di diametro che per completa detonazione libera un'energia di 200 chilotoni. Questa sua caratteristica lo rende adatto per produrre generatori di corrente per dispositivi destinati a lavorare senza manutenzione diretta per un tempo paragonabile a quello di una vita umana; viene per questo usato nei generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG). Versioni precedenti della stessa tecnologia hanno fornito energia a dispositivi per condurre esperimenti sismologici sulla superficie della Luna durante le missioni del Programma Apollo.Il plutonio è stato usato anche per alimentare alcuni modelli di cuore artificiale, in modo da ridurre i rischi dovuti a ripetute operazioni chirurgiche. È stato ampiamente rimpiazzato da batterie al litio ricaricabili per induzione, ma si calcola che negli Stati Uniti, nel 2003, tra 50 e 100 pace-maker al plutonio fossero impiantati in pazienti ancora in vita.

10 Disponibilità Benché la quasi totalità del plutonio sia di origine sintetica, tracce molto tenui si trovano in natura nei minerali dell'uranio. Dal 1945 si calcola che le esplosioni nucleari abbiano rilasciato in atmosfera circa 10 tonnellate di plutonio

11 Produzione L'isotopo 239Pu è il prodotto fissile fondamentale per la maggior parte delle armi nucleari: la sua produzione è quindi importante per le nazioni con programmi di sviluppo del nucleare militare.239Pu viene normalmente prodotto nei reattori nucleari esponendo 238U a un flusso di neutroni. Al termine dell'esposizione il 239Pu formatosi risulta mescolato ad una ingente residua quantità di 238U e a tracce di altri isotopi dell'uranio, nonché di eventuali prodotti di fissione; viene purificato quindi per via chimica.Se 239Pu cattura a sua volta un neutrone, si trasforma però in 240Pu, un isotopo che ha rispetto al precedente una probabilità volte maggiore di fissione spontanea, aumentando corrispondentemente il rischio di detonazione non innescata; per questo motivo un plutonio ricco del suo isotopo 240 risulta inutilizzabile nelle armi nucleari perché emette costantemente neutroni, rendendone problematica la manipolazione, e rischiando di far detonare parte dell'arma prima dell'innesco. Inoltre è impossibile distinguere chimicamente 239Pu da 240Pu, sarebbe quindi necessario separarli per via fisica, un processo difficile e costoso (simile a quello impiegato per l'arricchimento dell'uranio). Per questa ragione nel caso si voglia ricavare il plutonio-239 l'irraggiamento di 238U non va mai protratta oltre una certa soglia oltre la quale la concentrazione di plutonio-240 diventa inaccettabilmente alta.Un reattore commerciale ad acqua richiede per la sostituzione del combustibile il fermo completo per giorni o anche per settimane, durante il cambio degli elementi di combustibile: perciò è scoraggiata una programmazione del ciclo per la produzione plutonio; rimane comunque possibile anche se molto meno conveniente economicamente separare i minori quantitativi nel combustibile esausto. Per questo motivo, cioè per evitare la proliferazione nucleare, la IAEA ispeziona periodicamente tutti i reattori nucleari in attività nel mondo.Un reattore appositamente per la produzione di plutonio richiede invece dei macchinari di ricambio continuo del combustibile, o un reattore più flessibile soprattutto in arresto e avviamento. In particolare i requisiti di flessibilità rendevano impossibile nel progetto una adeguata struttura di contenimento, fatto che ha drasticamente aggravato il disastro di Chernobyl. La maggior parte del plutonio prodotto nel mondo proviene da reattori di ricerca o da reattori militari come il reattore a gas inglese dell'incidente di Windscale. La produzione di plutonio è stata anche condotta con reattori autofertilizzanti al sodio attraverso l'impiego del mantello radiale nel nocciolo.

12 Precauzioni Tutti gli isotopi e i composti del plutonio sono tossici e radioattivi.Il plutonio è comunque estremamente pericoloso se non manipolato adeguatamente. Le particelle alfa che emette non penetrano la pelle, ma possono danneggiare gravemente gli organi interni se il plutonio viene inalato o ingerito. Particolarmente a rischio sono lo scheletro, sulla cui superficie il plutonio è assorbito, ed il fegato, dove viene raccolto e concentrato. Particelle finissime di plutonio (dell'ordine dei microgrammi) causano il cancro ai polmoni per inalazione.Oltre ai problemi connessi alla tossicità, vanno presi accorgimenti per evitare l'accumulazione di plutonio in quantità vicine alla massa critica, ovvero alla quantità capace di innescare e auto-propagare una reazione di fissione nucleare. In queste condizioni, anche se non confinata, la massa di plutonio si surriscalda e, rompendosi, danneggia ciò che le sta attorno. La forma è rilevante; vanno evitate forme compatte come quella sferica. Un'esplosione nucleare dell'ordine di una bomba atomica non può avvenire accidentalmente, dato che richiede una grande massa supercritica, tuttavia una massa critica può produrre dosi letali di radiazioni, come è accaduto in alcuni incidenti in passato.Sono avvenuti diversi incidenti del genere sia negli Stati Uniti sia in Unione Sovietica, in alcuni casi con conseguenze letali. La manipolazione incauta di una sfera di plutonio di 6,2 kg ha procurato un'esposizione letale allo scienziato Harry Daghlian a Los Alamos il 21 agosto 1945, causandone la morte quattro settimane dopo. Nove mesi dopo un altro incidente simile sempre a Los Alamos causò la morte di Louis Slotin. Ancora a Los Alamos nel 1958, durante un processo di purificazione del plutonio, si formò una massa critica in un reattore, causando la morte di un operatore alla gru. Incidenti simili sono avvenuti anche in Unione Sovietica, in Giappone e in altre nazioni.