Incontro con i maestri della metrologia
Da oltre 25 anni il Centro comune di ricerca della Commissione europea fornisce sostegno all'Agenzia internazionale per l'energia atomica nelle iniziative volte a garantire l'attuazione del Trattato di non proliferazione nucleare. Buona parte di tale attività di salvaguardia nucleare riguarda la misurazione dei livelli di vari isotopi radioattivi in campioni prelevati, tra l'altro, da installazioni nucleari. Gli isotopi sono versioni diverse del medesimo elemento con un numero differente di neutroni, e l'analisi della quantità relativa di isotopi può dire molto agli scienziati sulla provenienza di una sostanza e sulla modalità di produzione. L'accuratezza di tali misurazioni è garantita dall'unità «Misurazione degli isotopi» dell'Istituto dei materiali e misure di riferimento (IMMR) del CCR, la cui sede è nella periferia della cittadina fiamminga di Geel, nel Belgio settentrionale. Il Notiziario CORDIS ha visitato i laboratori dell'unità in compagnia di Roger Wellum, coordinatore per le salvaguardie presso l'IMMR. «In campo nucleare è necessaria un'accuratezza fino a una frazione di percentuale», ha spiegato il dottor Wellum. «La misurazione dev'essere calibrata, per cui i materiali di riferimento costituiscono una parte fondamentale del sistema di misurazione». La produzione di materiali certificati di riferimento è una funzione chiave dell'IMMR. L'ingresso nei laboratori presuppone un'autorizzazione della sicurezza e l'utilizzo di sovrascarpe in plastica e di un camice da laboratorio. Un dosimetro infilato nella tasca del camice completa l'equipaggiamento e, così abbigliati, procediamo lungo il corridoio. Nel primo laboratorio in cui entriamo c'è una soluzione verde smeraldo in una bottiglia di vetro posizionata all'interno di una cella a guanti. Il liquido rappresenta la prima fase della produzione di una «Large Sized Dried (LSD) Spike». Pezzi adeguatamente caratterizzati di metallo di uranio e plutonio vengono dissolti in acido nitrico, un processo che può durare varie settimane. La soluzione viene poi suddivisa in circa 1 000 fiale e lasciata asciugare. Il prodotto finale viene utilizzato dagli ispettori per le salvaguardie nucleari e da altri per misurare la quantità di combustibili dissolti di reattori presenti presso gli impianti di ritrattamento quali Sellafield, La Hague e Rokkasho in Giappone. Un'area che sta assumendo sempre più importanza per gli ispettori delle salvaguardie nucleari è il campionamento ambientale. Molto spesso ciò significa effettuare «prelievi» all'interno di una centrale nucleare, vale a dire strofinare le superfici con un panno di cotone e poi esaminarlo per vedere quali particelle nucleari ha raccolto. Il profilo nucleare di tali particelle di polvere può essere poi analizzato e raffrontato con le particelle previste in base all'attività ufficialmente dichiarata della struttura. Gli scienziati dell'IMMR stanno sviluppando un metodo per produrre particelle di riferimento con quantità certificate di diversi isotopi di uranio, un'attività urgentemente necessaria. In un altro laboratorio assistiamo alla creazione di particelle realistiche di uranio dal gas esafluoruro di uranio (UF6) da parte degli scienziati della camera di reazione. Il lavoro dell'unità «Misurazione degli isotopi» non si limita al campo nucleare. Un altro progetto in corso riguarda il tentativo di definire il chilogrammo. Nel corso degli anni, gli scienziati hanno definito le unità di misura sulla base di misurazioni «pure». Ad esempio, un metro equivale alla distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo pari a 1/299 792 458 di secondo». Tuttavia, il riferimento per il chilogrammo continua a essere un blocco di metallo di platino/iridio conservato presso l'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure nella periferia di Parigi. Definire il chilogrammo in base a una misura «pura» si sta rivelando estremamente difficile, ma la questione sta diventando urgente, in quanto i confronti tra il chilogrammo ufficiale e le copie di riferimento conservate in altri paesi suggeriscono che l'originale potrebbe essere in fase di cambiamento. L'IMMR è coinvolto nell'International Avogadro Constant Project, che sta cercando di definire il chilogrammo esaminando il numero di atomi in un chilo di silicone puro. Tuttavia, gli scienziati sono ancora abbastanza lontani dal ritrovamento di tale «sacro Graal» della metrologia. Il dottor Wellum organizza inoltre confronti tra laboratori, in cui il medesimo materiale di riferimento viene inviato a una serie di laboratori di misurazione che conducono i test del caso e inoltrano i propri risultati all'IMMR. Alcuni laboratori sono in grado di misurare i materiali con un elevato livello di accuratezza; per il resto, l'IMMR fornisce ai laboratori consulenza su come migliorare le tecniche di misurazione.