separazióne (tecnologia nucleare)

ogni procedimento inteso a sceverare i materiali in lavorazione. In particolare in tecnologia nucleare, la separazione riguarda gli isotopi di uno stesso elemento. Il processo di separazione degli isotopi pone differenti problemi: per quanto riguarda gli isotopi naturali dell'uranio, infatti, l'uranio 235 può subire il processo di fissione nucleare, mentre l'uranio 238, che predomina nella miscela isotopica naturale, non solo non può subire la fissione, ma rallenta o impedisce quella dell'uranio 235; di conseguenza, per l'alimentazione dei reattori nucleari occorre disporre di uranio 235 puro o quanto meno di un uranio arricchito di questo isotopo rispetto all'elemento naturale. Lo spettrometro di massa e gli apparecchi basati sullo stesso principio consentono una perfetta separazione degli isotopi, ma possono operare solo su quantità minime. I metodi utilizzati per separare quantità più consistenti di isotopi, o per realizzarne l'arricchimento, utilizzano per lo più minime differenze nelle proprietà fisiche, o anche nella velocità di reazione chimica dei singoli isotopi o dei loro composti. Esistono sostanzialmente due metodi di separazione: il metodo della diffusione gassosa e il metodo della distillazione frazionata dell'acqua. Il metodo detto della diffusione gassosa si basa sul fatto che una molecola allo stato gassoso diffonde attraverso un setto poroso tanto più rapidamente quanto più essa è leggera. Questo metodo viene tra l'altro usato per la separazione degli isotopi dell'uranio, operando sul fluoruro UF₆ allo stato di vapore. Le molecole del fluoruro che deriva dall'isotopo uranio 236 sono un po' più leggere di quelle del fluoruro che deriva dall'isotopo uranio 238 e diffondono quindi un poco più rapidamente. Ripetendo per un gran numero di volte la diffusione attraverso un sistema di setti porosi si giunge all'arricchimento e anche a una separazione quasi totale dei due isotopi. La separazione del deuterio dall'idrogeno è stata invece realizzata anche su grande scala utilizzando il fatto che nell'elettrolisi dell'acqua gli ioni D⁺ del deuterio, più voluminosi, migrano verso il catodo e quindi si scaricano più lentamente degli ioni H⁺; di conseguenza, decomponendo una forte percentuale dell'acqua in idrogeno e ossigeno per elettrolisi, l'acqua residua si arricchisce gradualmente nelle molecole DHO e D₂O che contengono rispettivamente uno o due atomi di deuterio. Il secondo metodo si basa sulla distillazione frazionata dell'acqua: le molecole dell'acqua pesante, e cioè le molecole contenenti deuterio, presentano un punto di ebollizione un poco più elevato di quello delle molecole H₂O. La differenza è però minima, dell'ordine di 1 ºC, e per ottenere la separazione si deve ricorrere ad apparecchi con un potere rettificante altissimo, molto superiore a quello richiesto per le normali distillazioni frazionate. I metodi per termodiffusione sfruttano invece il fatto che in un recipiente nel quale una parete venga mantenuta calda e l'altra fredda le molecole più pesanti di una miscela gassosa tendono a concentrarsi verso la parete fredda. Su tale fenomeno è basato un ingegnoso dispositivo dovuto (1938) a Clunius e Dickel (tubo di Clunius) efficacissimo per la separazione isotopica e conveniente per la costruzione di piccoli apparecchi di laboratorio.