NUCLEARE, ENERGIA

NUCLEARE, ENERGIA

. Nel suo significato più generale: ogni forma di energia connessa con processi nucleari (v. nucleo, in questa App.). Negli ultimi tempi è invalso l'uso di designare col nome di energia nucleare, l'energia liberata nelle reazioni nucleari a catena. Reazioni di questo tipo ci producono nella bomba atomica (v. in questa App.), nelle pile atomiche o reattori nucleari (v. pila atomica, in questa App.) e, presumibilmente, nelle stelle. Si fa qui riferimento soltanto ad alcuni aspetti relativi alla produzione di energia nucleare nelle pile, alle sue principali applicazioni ed infine ad alcuni fra i molti problemi che tale nuova forma di energia ha fatto sorgere.

L'utilizzazione a scopi pacifici della pila consiste essenzialmente nel trasformare l'energia nucleare in altre forme di energia che siano utilizzabili industrialmente, come, per es., energia termica, energia elettrica, ecc. A questo proposito ricordiamo che tale conversione può essere effettuata sulla base del seguente schema di massima: il calore prodotto in un reattore nucleare viene utilizzato per azionare una turbina (o altra macchina termica) accoppiata con un generatore elettrico. Per uno schema più dettagliato di tale trasformazione si veda pila atomica; qui basti ricordare che 1 kg. di uranio 235 sviluppa la stessa quantità di calore di 3000 t. circa di carbone.

È opportuno premettere che allo stato attuale non si ha notizia siano in funzione impianti per la produzione di energia elettrica utilizzanti l'energia sviluppata nelle pile nucleari. Tali impianti sarebbero tuttavia abbastanza convenienti perché, in base ai costi attuali del combustibile uranio, e stando ai computi di una commissione di tecnici americani appositamente creata per indagare sulla economia di questa nuova forma di energia, il costo del kWh elettrico così prodotto varia da 0,8 a 1 centesimo di dollaro: tale costo è dunque comparabile a quello del kWh termico.

La maggiore difficoltà per questo modo di utilizzazione della energia nucleare risiede nel fatto che i reattori nucleari vengono attualmente fatti funzionare a temperature più basse di quelle dei comuni impianti termici e pertanto la loro utilizzazione riesce particolarmente difficile, soprattutto quando si vogliano ottenere dei rendimenti abbastanza elevati.

Trascurando gli usi bellici dell'energia nucleare (produzione di plutonio per la fabbricazione di bombe atomiche, utilizzazione dei prodotti di scissione per la costituzione di scorte di gas radioattivi, ecc.), ecco in breve alcune dirette applicazioni pacifiche dell'energia nucleare oltre a quella già ricordata e fondamentale della produzione di energia elettrica (o termica): a) produzione di plutonio per la fabbricazione di piccole unità reagenti ad elevato livello di potenza; b) studî di fisica nucleare e in particolare di reazioni prodotte da neutroni e da raggi gamma di grande intensità; c) applicazioni nel campo medico e biologico; in particolare studî sull'azione delle radiazioni su tessuti animali e vegetali (tumori, mutazioni, ecc.); terapia mediante radiazioni; studî sulla protezione contro le radiazioni; d) applicazioni alla chimico-fisica, come: nuove reazioni chimiche (polimerizzazioni, ecc.); studio del legame chimico e della stabilità molecolare sotto l'azione di intense radiazioni; indagine, mediante neutroni, sulla struttura cristallina; e) applicazioni industriali: radiografie di leghe metalliche in forti spessori mediante i raggi gamma, in sostituzione dei raggi X. A queste applicazioni dirette dell'energia nucleare si aggiunge un altro gruppo notevolissimo derivante dalla possibilità di produrre in una pila forti quantitativi di isotopi radioattivi: sia per cattura di neutroni da parte di nuclei stabili, sia direttamente per ricupero dei prodotti (instabili) di scissione. Attualmente si conoscono oltre 500 isotopi radioattivi artificiali; i campi in cui hanno finora trovato le principali applicazioni sono: a) in biologia: permeabilità dei tessuti e delle cellule, coagulazione del sangue, vita dei globuli sanguigni, anemia; studio dei muscoli, dei nervi e dei tessuti ossei; fisiologia dei diversi organi (fegato, reni, tiroide) e delle ghiandole endocrine; studio del metabolismo organico, in particolare effettuato con fosforo, zolfo, sodio, potassio, cloro, bromo, rame, oro, arsenico radioattivi, e infine, studî sul cancro; b) in medicina: particolarmente incoraggiante la terapia della policitemia con radiofosforo, dell'ipertiroidismo e del cancro della tiroide con radioiodio; c) in chimico-fisica: studio del meccanismo delle reazioni chimiche con il metodo degli indicatori radioattivi (v. radioattività, in questa App.), dosaggio molto sensibile di alcuni composti, diffusione e assorbimento di sostanze in diversi mezzi; d) in metallurgia: controlli delle leghe, diffusibilità mutua dei diversi metalli; studio sull'attrito tra metalli diversi e sulla lubrificazione; controlli sulla purezza dei prodotti di fabbricazione, ecc.

In sostanza, la maggior parte di queste applicazioni si basa sulla tecnica degli indicatori radioattivi. Essa consiste nel "marcare" per così dire, l'atomo di un elemento che entra in uno dei processi considerati; gli atomi cosi "marcati" (radioattivi) sono poi seguiti con contatori, lastre fotografiche o altri rivelatori di radioattività.

Tra le numerose altre applicazioni dei radioelementi si ricordano inoltre: la possibilità di apprezzare, mediante l'assorbimento delle radiazioni, variazioni molto piccole di spessore di lamine sottili (fogli di cellulosa, materie plastiche, tubi e laminati, ecc.) e, in tutt'altro campo, la costruzione, mediante sorgenti radioattive galleggianti e contatori fissi sulla vòlta dei serbatoi, di precisi e semplici indicatori di livello per serbatoi e cisterne, col vantaggio dell'eliminazione di tubi, raccordi e condotte, ciò che è particolarmente comodo nel caso di liquidi corrosivi o molto volatili: si ha inoltre la possibilità di effettuare controlli a grande distanza dai serbatoi.

I campi di applicazioni degli isotopi radioattivi nell'industria divengono di giorno in giorno più numerosi: ciò è dovuto, principalmente al bassissimo costo degli elementi radioattivi artificiali prodotti nei reattori, mentre le sostanze radioattive naturali adatte per gli stessi usi (radio) sono tuttora costosissime.

Effetti biologici delle radiazioni neutroniche. - Il comportamento delle radiazioni neutroniche sulle cellule e sui tessuti-viventi è analogo a quello delle altre radiazioni ionizzanti (raggi X, γ): hanno effetto mutagenico, agiscono sui tessuti emopoietici, sugli epitelî germinativi delle gonadi, sui tessuti neoplastici e inibiscono lo sviluppo dei tessuti embrionali animali e vegetali; però la loro azione non è perfettamente sovrapponibile a quella delle altre radiazioni, differendone per intensità di effetti. Infatti, nella Drosophila, K.G. Zimmer e coll., esperimentando con dosi equivalenti di radiazioni neutroniche e raggi X, hanno ottenuto per le prime un effetto mutagenico inferiore del 35 ÷ 40% a quello delle seconde; d'altra parte E. O. Lawrence nei topi, a parità di ionizzazione totale nei tessuti, ha trovato variazioni della formula ematica superiori con i neutroni che con i raggi X. Altri ricercatori (R.E. Zirkle e I. Lampe) che hanno saggiato l'effetto inibente sullo sviluppo di uova di Drosophila, hanno ottenuto una riduzione del 50% con dosi di raggi X e di neutroni che stavano tra loro in rapporto di 1,9-3, 2-2,8 a seconda che l'esperimento era stato eseguito a ore 1¹/₂-4¹/₂-6 dalla deposizione delle uova, cioè allo stadio di blastula (h. 1¹/₂) o di gastrula (h. 4¹/₂ e 6). Nello stesso senso parlano i risultati ottenuti dagli studiosi citati sui tessuti embrionarî del frumento, quelli di Dempster sulle spore di felce e quelli di C. Packard sulle radici della fava cavallina.

Ai neutroni rapidi, secondo alcune vedute, sarebbe imputabile l'allargamento del raggio di azione della bomba atomica alle zone relativamente distanti dal punto di scoppio, perché a spese degli atomi di O, C, N dell'atmosfera e di Ca, P e Na del terreno formerebbero una nube di nuovi corpi radioattivi, che, trasportata dal vento nelle suddette zone, provocherebbe accidenti tardivi anche negli scampati agli effetti immediati dello scoppio (deflagrazione, spostamento d'aria, irradiazione termica, ecc.). In questa categoria di colpiti a Hiroshima e a Nagasaki sono state osservate imponenti alterazioni del sangue (riduzione del numero di emazie a 500.000, dei globuli bianchi a 500), delle gonadi (azoospermia, amenorrea), degli occhi (disepitelizzazione della cornea, inizio di cataratta, emorragie retiniche), della cute (petecchie emorragiche) e degli annessi cutanei (alopecia). V. anche genetica e isotopismo in questa App.

Bibl.: vedi pila atomica e, per gli effetti biologici: S. Orestano, Nozioni elementari sui neutroni e possibili applicazioni biologiche (con accurata bibliografia), in Radiologia, 1948; L. Mallet, in Presse Médicale, 1946; J.S.P. Beck e W. A. Meissner, in Am. Journ. Clin. Path., 1946; K.B. Benkwith, in Am. Journ. Ophthalmology, 1946; T.F. Schlaegel jr., ibid., 1947.