Il 25 agosto 2012 , a circa 11 miliardi di miglia (18 miliardi di chilometri) di distanza dal sole, la sonda della NASA Voyager 1 ha lasciato l' eliosfera , andando coraggiosamente dove nessun oggetto era mai arrivato prima. Attraversando quel confine, Voyager 1 ha viaggiato oltre il sistema solare ed è entrato nello spazio interstellare , una novità storica.
Guarda la riga inferiore di una tavola periodica (tradizionale) e troverai l'elemento che ha reso possibile questa avventura cosmica: il plutonio.
Che cos'è il plutonio?
Identificato per la prima volta negli anni '40, il plutonio è stato utilizzato per scopi sia creativi che distruttivi. Il defunto fisico John Goffman una volta definì il plutonio "l'elemento del signore dell'inferno". Un linguista potrebbe essere incline ad essere d'accordo.
Ma prima un po' di più su questo elemento. Ogni atomo di plutonio contiene 94 protoni. Al contrario, ci sono solo 92 protoni per atomo di uranio e 93 in ogni atomo di nettunio.
Poiché questi due elementi prendevano entrambi il nome dagli antichi dei - e dai pianeti - Urano e Nettuno , il plutonio ricevette lo stesso trattamento.
"Il plutonio è stato scoperto da Glenn Seaborg e dai suoi collaboratori al Berkeley Laboratory (CA) alla fine del 1940", afferma in una e-mail Peter C. Burns, chimico dell'Università di Notre Dame.
Dieci anni prima , gli astronomi avevano osservato un nuovo pianeta nano vicino a Nettuno. Per onorare il dio romano degli inferi, fu soprannominato "Plutone". E il plutonio deriva il suo nome da quel corpo celeste.
Originariamente, Seaborg e la società erano in grado di produrre plutonio utilizzando un acceleratore di particelle a ciclotrone a Berkeley. Con questo dispositivo, particelle chiamate "deuteroni" sono state sparate su un campione di uranio. L'esperimento ha creato una piccola quantità di nettunio, che poi è diventato plutonio attraverso un processo di decadimento .
Il primo campione di plutonio pesabile fu creato all'Università di Chicago il 20 agosto 1942. A quel punto, alcune parti avevano riconosciuto il potenziale militare dell'elemento.
Gli atomi di plutonio hanno sempre 94 protoni. Ma il conteggio dei neutroni può variare ei chimici si riferiscono a queste variazioni come " isotopi ". Anche l'uranio ha isotopi. Uno di questi, chiamato uranio-235 (U-235), fu presto identificato come potenziale fonte di combustibile per le bombe atomiche. Poco dopo la sua scoperta, il plutonio è entrato nella conversazione come un altro modo per alimentare le armi nucleari. L'era atomica stava per iniziare.
Oggi, per tutti gli scopi pratici, ci sono due tipi di plutonio: per reattori e per armi. Il plutonio era l'ingrediente chiave dietro "Fat Man", la bomba nucleare che decimò Nagasaki, in Giappone, nel 1945, uccidendo decine di migliaia di persone e ponendo effettivamente fine alla seconda guerra mondiale.
Plutonio e armi
Il plutonio utilizzato per scopi militari viene recuperato dall'uranio combustibile che è stato irradiato per due o tre mesi in un reattore per la produzione di plutonio. Ci vogliono circa 22 libbre (10 chilogrammi) di isotopo quasi puro di plutonio-239 (Pu-239) per fare una bomba. Secondo la World Nuclear Association, quel tipo di bomba richiede 30 megawatt-anno di funzionamento del reattore nucleare, con continui cambi di combustibile e ritrattamento del combustibile "caldo" . Ecco perché il plutonio "per armi" viene prodotto in speciali reattori che aumentano la concentrazione degli isotopi superiori del plutonio.
La prima esplosione di una bomba atomica sulla Terra avvenne il 16 luglio 1945. Era nel New Mexico, ed era abbastanza forte da essere avvertita a 100 miglia (160 chilometri) di distanza. Faceva parte del " Test nucleare Trinity " top-secret del Progetto Manhattan al campo di bombardamento di Alamogordo. Il dispositivo in questione aveva un nucleo di plutonio; nessuna bomba nucleare a base di uranio è stata impiegata per l'esperimento.
Successivamente, gli Stati Uniti sganciarono una bomba nucleare U-235 sulla città giapponese di Hiroshima il 6 agosto 1945. Tre giorni dopo, gli Stati Uniti sganciarono una seconda bomba soprannominata "Fat Man" su Nagasaki. Proprio come l'arma testata nel New Mexico quell'estate, la bomba di Nagasaki si basava sul plutonio.
"[Non] si saprà mai con certezza quante persone sono morte a causa dell'attacco atomico a Nagasaki", riporta il sito ufficiale del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti . Secondo la loro migliore stima, "inizialmente morirono 40.000 persone, con altre 60.000 ferite". Nei prossimi mesi e anni, il totale delle morti potrebbe essere salito a 140.000 o più. Il Nagasaki Peace Park ospita una cerimonia annuale per onorare i loro ricordi ogni agosto.
Il problema più grande oggi con le scorte di plutonio per uso bellico è cosa farne. Si stima che gli Stati Uniti abbiano attualmente 96,6 tonnellate (87,7 tonnellate) di plutonio e un problema di stoccaggio. Gran parte di essa è attualmente conservata in un edificio presso il Savannah River Site in South Carolina.
Plutonio e Potenza
Oggi più di un terzo dell'energia prodotta nelle centrali nucleari proviene dal plutonio . Gli Stati Uniti, tuttavia, non hanno strutture che si affidano al plutonio per l'energia.
L'isotopo di plutonio più comune formato in un reattore nucleare è il Pu-239, creato dalla cattura di neutroni dall'uranio impoverito (U-238). Quando fissione, il Pu-239 può avere la stessa energia dell'uranio arricchito (U-235), che viene utilizzato anche nelle armi nucleari .
Storicamente, un altro isotopo di plutonio, Pu-238, è stato utilizzato per alimentare le batterie in alcuni pacemaker commerciali . Quei dispositivi medici sono passati di moda quando le alternative alimentate al litio hanno colpito il mercato.
Ma nell'ultima frontiera, il plutonio rimane un bene prezioso.
Plutonio e spazio profondo
"L'uso più significativo e meno noto del plutonio è per la generazione di energia durante l'esplorazione dello spazio", afferma Burns. "Il plutonio-238 emette molto calore quando subisce un decadimento radioattivo e questo calore può essere utilizzato in un generatore termoelettrico per produrre elettricità".
Pu-238 ha molte qualità che rendono l'isotopo molto attraente per gli ingegneri che lavorano per le agenzie spaziali. Per cominciare, non è necessario molto per generare molto calore, che può quindi essere convertito in elettricità.
Poi c'è l' emivita , una metrica che ti dice quanto tempo impiegherà metà degli atomi in un dato isotopo radioattivo a decadere e trasformarsi in qualcos'altro. Con una rispettabile emivita di 88 anni, Pu-238 può far funzionare rover e sonde spaziali per decenni.
Lontani dal sole, in luoghi in cui i raggi della stella sono deboli e fiochi, i satelliti a energia solare non funzioneranno così bene. Nel frattempo, i rover su Marte che dipendono dalla luce solare (come l'ormai defunto Opportunity Rover) devono fare i conti con la polvere delle tempeste in transito che può soffocare i loro pannelli e impedire il funzionamento della batteria.
Per questi motivi, Pu-238 è perfetto sia per l'esplorazione marziana che per quella dello spazio profondo. Finora, il Pu-238 ha alimentato almeno 30 veicoli spaziali statunitensi . Il Perseverance Rover che è atterrato sul Pianeta Rosso nel febbraio 2021 ha un generatore alimentato da Pu-238. Così fanno i veicoli spaziali lontani come Voyager 1 e Voyager 2 , che hanno fatto il giro del sistema solare ( e oltre ) dal 1977.
Plutonio e tossicità
Il plutonio è radioattivo, anche se probabilmente non sarai mai esposto ad esso. Robert M. Hazen del Carnegie Institution for Science afferma che "non esistono fonti naturali" di plutonio. "Deve essere prodotto attraverso reattori autofertilizzanti, quindi tutto il plutonio in uso sulla Terra è prodotto dall'uomo", spiega via e-mail.
Può essere rilasciato nell'ambiente, però, tramite un impianto industriale, o da un contenitore, tuttavia i livelli di plutonio nell'aria, nell'acqua, nel suolo e negli alimenti sono estremamente bassi. Tuttavia, se sei esposto, probabilmente sarebbe attraverso la respirazione di aerosol irradiati o il contatto con la pelle. E molti fattori determineranno se l'esposizione ti danneggerà, incluso quanto, per quanto tempo e come sei entrato in contatto con il plutonio.
Quando lo inspiri, un po' di plutonio rimarrà intrappolato nei polmoni e si sposterà alle ossa e al fegato. Se lo ingerisci attraverso il cibo, una traccia può anche diffondersi alle ossa e al fegato. Se tocchi il plutonio, molto poco – se del caso – entrerà nel tuo corpo, ma può bruciare la pelle che è entrata in contatto con esso. Quindi, mentre è un elemento radioattivo, il plutonio è lungi dall'essere "la sostanza più tossica conosciuta dall'uomo", come una volta proclamò l' attivista Ralph Nader .
ORA È INTERESSANTE
Glenn Seaborg è diventato la prima persona ad avere un nuovo elemento che porta il suo nome durante la sua vita quando il seaborgium - Elemento 106 sulla tavola periodica - è stato battezzato negli anni '90 .
