L'industria nucleare racchiude una molteplicità di risultati scientifici e tecnologici raggiunti dall'uomo: con la fissione nucleare, l'uranio ha distrutto Hiroshima ma può anche azionare un macinino elettrico o un videoregistratore.
Quando nel 1905 il fisico Albert Einstein concepì l'equivalenza tra massa ed energia, la sua formula E=mc² venne ignorata perché non corrispondeva all'economia europea del periodo, dominata dalle industrie dell'acciaio, dalle ferrovie e dalla chimica di base. La fisica teorica viene combinata con l'ingegneria e attraverso complessi processi tecnologici l'energia E=mc² di Einstein viene "banalizzata" nella vita quotidiana.
La formula teorica di Einstein venne confermata nel 1932 dagli esperimenti di Cockcroft e Walton nei laboratori inglesi di Rutherford, e trovò la sua applicazione pratica nel 1945 nella costruzione delle prime bombe atomiche.
Nel caso dell'uranio 235 (U-235) il processo di trasformazione della materia in energia avviene attraverso la scissione (o fissione) dell'atomo.
L'U-235 si trova nell'uranio naturale U-238 nella proporzione di circa 0.7 parti su 100. L'U-238 non è fissionabile; per questo al fine di sfruttare l'energia dell'U-235 è necessario aumentare la percentuale dell'U-235 sul totale dell'uranio utilizzato, con un processo tecnologico di "arricchimento".
L'arricchimento dell'uranio
Nella Seconda Guerra mondiale l'arricchimento dell'uranio richiese l'installazione di impianti al costo, in prezzi attuali, di miliardi di dollari e con un consumo enorme di energia elettrica, prodotta dai grandi fiumi del Tennessee (impianto nucleare di Oak Ridge) e dello Stato di Washington (impianto di Hanford). Fu uno sforzo industriale gigantesco reso possibile dalle enormi quantità di energia elettrica fornite dalle centrali idroelettriche costruite durante il New Deal. È dubbio che gli altri Paesi coinvolti nella guerra potessero fare questo sforzo senza distrarre risorse dagli altri settori ritenuti più importanti, come la produzione di aerei e di carri armati. Un progetto simile alla Tennessee Valley Authority venne realizzato sul Reno, da Basilea a Colonia, solo dopo la Seconda Guerra mondiale.
La storia dell'energia nucleare, e della fisica nucleare, rientra nel lungo ciclo dell'elettrificazione dei Paesi industriali nel XX secolo.
L'arma nucleare che distrusse Hiroshima conteneva 60 kg di U-235 ed ebbe un potere esplosivo di 13 kilotoni (un kilotone corrisponde a 1000 tonnellate di esplosivo tradizionale ad alto potenziale), perché solo 0.8 kg di U-235 su 60, cioè l'1.3 %, venne fissionato, mentre il resto si disperse nell'atmosfera.
La bomba all'uranio arricchito di Hiroshima non venne mai sperimentata prima: la bomba che venne fatta esplodere per prova ad Alamogordo, nel New Mexico, era al plutonio, o Pu-239, sostanza fissile derivata dall'U-238. Nelle armi nucleari il plutonio è più efficace, anche se richiede l'uso di tecniche di costruzione della bomba più complesse. La bomba che venne sganciata su Nagasaki conteneva 6 kg di plutonio, cioè pesava solo 1/10 della bomba di Hiroshima, ed ebbe un potere esplosivo di pari a 22 kilotoni, corrispondenti alla fissione di 1.3 kg di plutonio, con un'efficienza del 20 % rispetto all'1.3 % di quella di Hiroshima.
Diffusione gassosa e centrifugazione
Essendo l'isotopo U-235 (fissile) chimicamente uguale all'isotopo U-238 (non fissile), i due isotopi di uranio non possono essere separati da procedimenti chimici. Si pensò di sfruttare la piccola differenza di peso, pari all'1.5 %, tra i due isotopi. Nel Progetto Manhattan gli USA utilizzarono sia la separazione elettromagnetica che la separazione per diffusione gassosa, procedimenti non chimici basati sulle piccole differenze di dimensioni e di peso dei due isotopi di uranio; tutto ciò con grande dispendio di energia. Dopo la guerra gli USA abbandonarono il metodo elettromagnetico e si concentrarono sulla diffusione gassosa, utilizzata pure dalla Francia.
Un altro metodo è quello della centrifugazione gassosa. Un impianto nucleare che produce 7000 GWh all'anno richiede 250 GWh all'anno di energia elettrica per l'arricchimento dell'uranio con la diffusione e 6.3 GWh all'anno con la centrifugazione. In Europa occidentale la tecnologia dell'arricchimento per centrifugazione è stata sviluppata dall'Urenco, una compagnia costituita nel 1971 e controllata al 33 % dallo Stato olandese, al 33 % dal gruppo britannico pubblico BNFL e al 33 % dalla compagnia elettrica tedesca RWE.
La centrifugazione è semplice in teoria, difficilissima in pratica. La precisione necessaria a tenere intatto il rotore che ruota a 100.000 giri al minuto è ai limiti dell'ingegneria moderna. La forza centrifuga creata dall'altissima velocità separa le molecole di esafluoruro di uranio che contengono l'U-238, che si addensano in periferia, dalle molecole che contengono l'U-235, che si addensano al centro. In un impianto di arricchimento sono necessarie migliaia di queste centrifughe.
Reattori nucleari ad uso civile e militare
Dopo la Seconda Guerra mondiale le prime applicazioni non distruttive dell'energia atomica furono nella propulsione di navi militari. I reattori ad acqua pesante, come quelli canadesi CANDU, possono funzionare con uranio naturale, dove l'U-235 è solo lo 0.7 %. Gli USA però si indirizzarono alla costruzione di reattori ad uranio arricchito al 4 % (cioè su 100 kg di uranio naturale 4 kg sono di uranio fissile U-235) perché ciò permetteva di costruire reattori più compatti, di dimensioni di circa quattro volte inferiori, più facilmente montabili su navi e sommergibili. Il 21 gennaio 1954 venne varato il Nautilus, il primo sommergibile nucleare statunitense. La prima portaerei a propulsione nucleare fu la Enterprise nel 1961.
La tecnologia dei reattori ad uranio arricchito, che è della Westinghouse e della General Electric, venne poi trasferita nella costruzione di reattori ad uso civile. Gli USA potevano così sfruttare i giganteschi impianti che producevano uranio arricchito contemporaneamente sia per i sommergibili, le navi, le bombe atomiche e i reattori civili. Anche la Francia, la Gran Bretagna e l'URSS si mossero nella stessa direzione. Nel nucleare l'intreccio tra industria militare e industria civile è impossibile da sciogliere.
Fino alla crisi petrolifera del 1973 la ricerca nucleare si indirizzò principalmente al settore bellico e, secondo Richard L. Garwin fisico del Council on Foreign Relations, e Georges Charpak, del CERN di Ginevra, dopo Hiroshima e Nagasaki vennero fatte esplodere a scopo sperimentale 1030 testate nucleari dagli Stati Uniti, 715 dall'URSS, 204 dalla Francia, 45 dalla Gran Bretagna, 43 dalla Cina, 6 dall'India e 6 dal Pakistan, per un totale di 528 esplosioni nucleari fatte nell'atmosfera, che avrebbero provocato, in seguito alle ricadute radioattive, ben 300000 morti civili. Anche queste sono vittime delle armi di distruzione di massa utilizzate a scopo sperimentale dalle nazioni "civili" nel periodo della "coesistenza pacifica".
Oggi le due prime potenze nucleari civili sono gli USA e la Francia. Questa è il Paese più nuclearizzato del mondo, ma in Europa Paesi come la Svezia, la Spagna, la Svizzera, il Belgio e la Germania mostrano un'altissima dipendenza dal nucleare, e quindi un'altissima potenzialità, anche se non ancora espressa, in campo militare-nucleare.
In Asia oggi tutta l'attenzione è rivolta alla Nord Korea, al Pakistan e all'Iran, ma è da rilevare che sia la Sud Korea che il Giappone hanno una forte industria nucleare. Pure l'India con 14 centrali, la Cina con 7 e Taiwan con 6 hanno un loro peso nucleare, seppure la loro dipendenza energetica dal nucleare sia attualmente inferiore.
Nell'età dell'imperialismo e della competizione mondiale tra le grandi potenze capitalistiche, la prima grande applicazione pratica della scoperta geniale del pacifista Einstein fu un'arma la cui capacità di distruzione era di milioni di volte superiore agli esplosivi tradizionali.
