Fissile Material Basics

Cosa sono i materiali fissili?

I materiali fissili sono composti da atomi che possono essere divisi dai neutroni in una reazione a catena autosufficiente per rilasciare enormi quantità di energia. Nei reattori nucleari, il processo di fissione è controllato e l’energia viene sfruttata per produrre elettricità. Nelle armi nucleari, l’energia di fissione viene rilasciata tutto in una volta per produrre una violenta esplosione. Le materie fissili più importanti per l’energia nucleare e le armi nucleari sono un isotopo di plutonio, plutonio-239, e un isotopo di uranio, uranio-235. Uranio-235 si verifica in natura. Per tutti gli scopi pratici, il plutonio – 239 no.

Che cos’è il plutonio-239?

Il plutonio-239 (di seguito “plutonio”) è un elemento pesante costituito da 94 protoni e 145 neutroni. Può avere un numero di forme chimiche. Le armi nucleari usano metallo plutonio. Il biossido di plutonio è usato come componente di alcuni combustibili nucleari. Il plutonio ha un’emivita di oltre 24.000 anni (un’emivita è il tempo necessario per la metà di una data quantità di materiale radioattivo per decadere in altri elementi).

Come viene prodotto il plutonio?

Per ottenere il plutonio sono necessarie due strutture chiave. Innanzitutto, in un reattore nucleare, l’uranio-238 assorbe un neutrone. Questo porta a reazioni nucleari che lo convertono in plutonio. Il plutonio finisce nel combustibile nucleare esaurito insieme all’uranio inutilizzato e ai prodotti di fissione altamente radioattivi. Essenzialmente tutti i reattori nucleari del mondo producono plutonio in questo modo, ma il plutonio nel combustibile esaurito non è utilizzabile per l’energia nucleare o le armi nucleari. Per ottenere il plutonio in una forma utilizzabile, è necessario un secondo impianto chiave, un impianto di ritrattamento, per separare chimicamente il plutonio dagli altri materiali presenti nel combustibile esaurito. Il ritrattamento è generalmente considerato come uno dei legami chiave tra la capacità di energia nucleare civile e la capacità di produzione di armi nucleari (l’altro è l’arricchimento dell’uranio — vedi sotto).

Per che cosa si usa il plutonio?

Una volta che il plutonio è separato, può essere elaborato e modellato nel nucleo di fissione di un’arma nucleare, chiamato “fossa”. Le armi nucleari in genere richiedono da tre a cinque chilogrammi di plutonio. Il plutonio può anche essere convertito in ossido e miscelato con biossido di uranio per formare combustibile ad ossido misto (MOX) per reattori nucleari.

A partire dal 1995, c’erano circa 270 tonnellate di plutonio separato negli inventari militari e circa 180 tonnellate di plutonio separato negli inventari civili in tutto il mondo.

Dove viene prodotto il plutonio?

Gran Bretagna, Francia, Russia, India, Giappone, Israele e Cina gestiscono impianti di ritrattamento per ottenere plutonio (gli ultimi due solo per scopi militari). Altri paesi dell’Europa occidentale possiedono plutonio che è stato separato in Gran Bretagna e / o in Francia. La Corea del Nord ha anche gestito un impianto di ritrattamento.

Negli Stati Uniti, il ritrattamento per armi nucleari è avvenuto presso la riserva di Hanford, Washington e il sito del fiume Savannah, nella Carolina del Sud. Tra il 1966 e il 1972 a West Valley, nello stato di New York, si verificarono anche alcuni ritrattamenti civili e militari. UNITI. i reattori per la produzione di plutonio sono stati chiusi nel 1988 e l’arresto del ritrattamento per scopi militari è stato codificato nella politica formale nel luglio 1992. Gli Stati Uniti non sostengono il ritrattamento a causa dei suoi pericoli di proliferazione, ma in pratica gli Stati Uniti sono stati selettivi nell’opporsi al ritrattamento in altri paesi

Che cos’è l’uranio altamente arricchito?

L’altro importante materiale fissile utilizzato per le armi nucleari è l’uranio altamente arricchito (HEU), solitamente definito come uranio la cui percentuale di uranio-235, l’isotopo fissile dell’uranio, è stata aumentata a oltre il 90%. L’uranio naturale estratto dalla terra è costituito da circa 0,7% uranio-235 (U-235), e circa 99,3% uranio-238 (U-238),, e l’arricchimento è il processo di aumentare il rapporto di U-235 a U-238. L’emivita dell’uranio-235 è di 704 milioni di anni, mentre l’emivita dell’U-238 è di circa 4,5 miliardi di anni.

È importante notare che la maggior parte dei reattori nucleari funzionano su uranio a basso arricchimento (LEU), che di solito è 3% -5% uranio-235. LEU non può essere utilizzato in armi nucleari.

Come viene prodotto l’uranio altamente arricchito?

Tradizionalmente, l’uranio è stato estratto dalle miniere sotterranee e a cielo aperto. Questo uranio naturale viene elaborato e quindi arricchito. Numerose tecnologie sono state sviluppate per arricchire l’uranio, come la diffusione gassosa, le centrifughe e la separazione elettromagnetica. Tutte queste tecnologie richiedono un grande investimento iniziale e grandi quantità di energia per funzionare.

Per che cosa si usa HEU?

HEU è stato sviluppato per l’uso in armi nucleari. Può essere combinato con il plutonio per formare il “pozzo”, o nucleo di un’arma nucleare, o può essere usato da solo come esplosivo nucleare. La bomba sganciata su Hiroshima ha usato solo HEU. Circa 15-20 kg di HEU sono sufficienti per fare una bomba senza plutonio.

HEU ha anche usi non armi. È usato come combustibile nei reattori di ricerca e nei reattori nucleari che alimentano alcune navi navali.

Circa 2300 tonnellate di HEU sono state prodotte per scopi militari in tutto il mondo, principalmente dagli Stati Uniti e dall’Unione Sovietica. Circa 20 tonnellate di HEU sono state utilizzate in reattori di ricerca in tutto il mondo.

Dove viene prodotta la HEU?

HEU può, in teoria, essere prodotto in qualsiasi impianto di arricchimento. Diversi paesi gestiscono impianti di arricchimento per produrre LEU per reattori nucleari, ma non tutti questi paesi hanno utilizzato i loro impianti per produrre uranio altamente arricchito. L’Agenzia internazionale per l’energia atomica, un’agenzia delle Nazioni Unite, ha il compito di garantire che l’uranio proveniente da programmi nucleari civili non sia dirottato verso scopi di armi solo negli stati non nucleari che sono firmatari del Trattato di non proliferazione. HEU è stato prodotto negli Stati Uniti a Oak Ridge, Tennessee e Portsmouth, Ohio. Gli Stati Uniti non producono più HEU. Continua ad utilizzare HEU dal suo stockpile per reattori di ricerca e propulsione navale.

Questa scheda informativa prodotta in collaborazione con i medici per la responsabilità sociale.