Nucleare: il problema delle scorie radioattive (I)

In realtà la reazione descritta dalla formula non costituisce il risultato certo della fissione nucleare, ma solo quello più probabile: la distruzione degli atomi di ²³⁵U mostra infatti elevata dipendenza dalle modalità di impatto del neutrone alimentante con l’atomo stesso, e a seconda della collisione possono prodursi coppie di prodotti di fissione che spaziano per un’ottantina di tipologie di nuclei differenti, con masse da 73 a 159 UA.
Tra i principali e più pericolosi prodotti di fissione si evidenziano ¹²⁶Sn, ⁹⁰Sr e ¹³⁷Cs tra quelli a media/lunga durata, e ¹³¹I tra quelli con vita breve.

• ¹²⁶Sn viene prodotto nello 0,02% delle fissioni nucleari, ha un tempo di dimezzamento pari a 230.000 anni ed emissioni di tipo β e γ. L’energia di decadimento è dell’ordine di circa 4 MeV, rendendo questo isotopo dello Stagno uno dei più pericolosi, al netto della scarsa quantità prodotta, a causa della semplice potenza delle radiazioni emesse;
• ⁹⁰Sr ha uno yield del 4,51%, fattore che lo rende uno dei prodotti secondari di fissione più comuni, ha un tempo di dimezzamento di poco meno di trent’anni, un tipo di decadimento β ed energia di decadimento di poco meno di 3 MeV. Lo Stronzio è un noto bone seeker, ovvero un elemento con elevatissima capacità di fissarsi alle ossa, al punto che il corpo umano riesce a fissarlo meglio ancora del calcio. Se da un lato questo permette di utilizzare gli isotopi stabili di questo materiale per le cure contro l’osteoporosi, dall’altro la capacità di dello ⁹⁰Sr di legarsi alle ossa e da lì emettere radiazioni lo rende una fonte pericolosissima da un lato di tumori alle ossa, e dall’altro, contaminando il midollo, di leucemia;
• ¹³⁷Cs è il risultato di circa il 6,01% delle fissioni, ha un tempo di dimezzamento stimabile in circa 30 anni, con decadimento di tipo β ed energia di circa 1,1 MeV. Il risultato del decadimento del ¹³⁷Cs è il ^137mBa, un materiale a sua volta instabile che emette raggi gamma. Il Cesio si fissa facilmente ai tessuti muscolari del corpo, ed esperimenti condotti sugli animali hanno mostrato come una concentrazione di ¹³⁷Cs superiore a circa 45 μg/kg sia da ritenersi mortale;
• ¹³¹I si forma nello 2,88% delle fissioni nucleari, ha tempo di dimezzamento di 8 giorni, decadimento β ed energia fotonica a circa 190 keV. Lo Iodio, a causa delle caratteristiche del suo decadimento, ha alto impatto sulle cellule, provocandone mutazioni o, in caso di esposizione a dosi elevate, l’apoptosi. Questo fenomeno, unito alla sua capacità di interazione con la tiroide, rende l’¹³¹I una delle principali cause di tumore alla tiroide, specialmente nel caso di cellule esposte a piccole dosi di radiazione, sufficienti a scatenare la mutazione ma non a provocarne la morte. Dato il decadimento molto breve,¹³¹I diventa un elemento di pericolosità più nel caso di incidenti o fughe di materiale radioattivo che nel consueto processo di gestione delle scorie.

I neutroni liberati dal processo di fissione nucleare possono andare incontro a tre destini differenti: perdersi senza ulteriori collisioni; collidere con un nuovo atomo di materiale fissile, propagando la fissione; collidere con un elemento inerte.
Il secondo ed il terzo caso meritano tuttavia approfondimenti ulteriori.
Tra i vari modi in cui può risolversi la reazione tra ²³⁵U ed ul neutrone, è possibile, qualora l’impatto avvenga a bassa energia, che non si verifichi una vera e propria fissione, quanto un assorbimento:

²³⁵U + n → ²³⁶U + γ
²³⁶U + n → ²³⁷U → ²³⁷Np + β^–

Il ²³⁷Np è forse il più pericoloso transuranico che si possa formare a seguito di una reazione di fissione nucleare: ha un tempo di dimezzamento superiore ai due milioni di anni, un decadimento di tipo α ad alta energia (circa 5 MeV) verso altre forme altamente instabili, che necessitano di circa altri 200.000 anni per arrivare all’isotopo stabile ²⁰⁹Bi. In realtà il tempo di smaltimento del ²³⁷Np è molto più lungo di quanto possa far pensare il suo tempo di dimezzamento, perché quanto decade viene rimpiazzato da altre reazioni: ²³⁷Np è infatti il risultato del decadimento di ²⁴¹Am, anch’esso un prodotto transuranico di fissione, venendo quindi rimpiazzato nel tempo e mantenendo inalterata la sua pericolosità.

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