Continuiamo la serie di approfondimenti sugli usi della scienza e tecnologia nucleare. Mentre nell’immaginario comune la parola nucleare richiama quasi esclusivamente l’uso energetico o, nei casi peggiori, bellico di questa tecnologia, essa trova in realtà impiego nei settori più disparati. In questo articolo scopriremo i molteplici usi della tecnologia nucleare in campo industriale.

La tecnologia nucleare trova svariati impieghi nel settore industriale, quali lo studi delle proprietà dei materiali, il monitoraggio dei livelli di inquinamento, la sterilizzazione e la disinfezione dei componenti, il monitoraggio e l’ottimizzazione dei processi industriali, la manipolazione delle proprietà chimiche, fisiche e biologiche al fine di produrre nuovi materiali.

1. Radiografia industriale e test non distruttivi

La radiografia industriale consente di usare raggi X, raggi gamma e neutroni per verificare l’integrità di una vasta gamma di materiali, dal cemento armato alle giunture metalliche, identificando anche fratture microscopiche che non sarebbero visibili con altri metodi d’indagine. Questo tipo di test non-distruttivi dei materiali ricopre un ruolo di primo piano nel controllo qualità, nella sicurezza e nell’affidabilità dei materiali industriali.

2. Calibri nucleonici (nucleonic gauges)

I calibri nucleonici (o regoli nucleari, dall’inglese nucleonic gauges) sono strumenti di misura ed analisi che sfruttano l’interazione tra radiazione e materia. Questa tecnologia permette di esaminare materiale in movimento, non accessibile (ad esempio in containers o in ambienti ad alta temperatura) senza un contatto diretto col materiale stesso. La sorgente della radioattività utilizzata può essere artificiale o naturale (proveniente dal materiale stesso). I sistemi di misura possono inoltre essere combinati con tomografia computerizzata al fine di produrre immagini ad alata risoluzione della struttura interna del materiale analizzato. Centinaia di migliaia di questi strumenti trovano applicazione in svariati processi industriali in tutto il mondo.

3. Sterilizzazione di materiale sanitario

La radiazione gamma è un metodo efficace ed economico per sterilizzare materiale sanitario monouso (es. guanti e siringhe). Le radiazioni infatti neutralizzano i batteri ed altri agenti patogeni. L’irraggiamento gamma consente inoltre di sterilizzare materiali già imballati in grandi quantità, facilitando il processo produttivo. Nel mondo operano oltre 160 impianti di sterilizzazione tramite irraggiamento gamma, per un volume trattato di 12 milioni di metri cubi annui, pari a oltre il 40% del materiale sanitario monouso.

4. Manipolazione dei materiali

Sono molteplici le sorgenti di radiazione che possono essere utilizzate per la modifica o l’innesto di materiali, ad esempio radioisotopi ad elevata intensità, acceleratori ad elettroni e raggi X da questi ottenuti.

Una delle principali applicazioni commerciali di questa tecnica è la reticolazione di catene polimeriche, processo utilizzato nella produzione di cavi, pneumatici o lattice per materiale sanitario, idrogel per usi farmacologici.

Il processo di degradazione controllata dei polimeri tramite irraggiamento (chain scission) migliora le proprietà e la compatibilità di polimeri naturali e sintetici, trovando applicazione nella produzione di additivi per inchiostri e rivestimenti.

L’innesto tramite irraggiamento (radiation grafting) consente di modificare le proprietà volumetriche e superficiali dei materiali e trrova applicazione commerciale nella produzione di batterie, filtri purificatori, superfici biocompatibili, etc.

Infine l’irraggiamento consente di modificare solo porzioni di superfici (surface patterning) ed è utilizzato nella produzione di circuiti microelettronici.

5. Radio-traccianti

Un tracciante è una sostanza che grazie alle sue proprietà consente di identificare o osservare determinati processi fisici, chimici o biologici. Un radio-tracciante è un composto chimico nel quale uno o più atomi sono stati sostituiti da isotopi radioattivi. Il monitoraggio del decadimento di questi radioisotopi consente di esplorare i meccanismi delle reazioni chimiche. Attraverso l’uso di tecnologie quali la Tomografia Computerizzata ad Emissione di Singolo Fotone (SPECT), la Tomografia ad Emissione di Positroni (PET), i radio-traccianti possono essere utilizzati per visualizzare i flussi fisici.

Trovano vasto impiego in molti settori industriali per diagnosticare cause specifiche di inefficienze dei processi produttivi, specialmente nei settori dove l’ottimizzazione delle inefficienze porta elevati benefici economici (ad esempio nel settore dell’esplorazione di idrocarburi).

6. Recupero ambientale

Come abbiamo già visto, le radiazioni ad alta energia hanno la capacità di modificare le proprietà chimiche e fisiche dei materiali. Tale peculiarità è utile anche nel trattamento di molti inquinanti dispersi nell’ambiente al fine di procedere al recupero ambientale del sito. Le radiazioni infatti producono radicali reattivi che agiscono sugli inquinanti presenti nel suolo, nei fluidi o in atmosfera, rendendoli meno pericolosi e più facili da trattare con metodi convenzionali.

Le tecnologie nucleari di recupero ambientale vengono sempre più impiegate nel trattamento degli inquinanti industriali, grazie all’impegno e al supporto della IAEA. Ad esempio, sono utilizzate per trattare gli ossidi di azoto (NO_x) e di zolfo (SO_x) presenti nei gas di scarico delle centrali termoelettriche o negli scarichi liquidi dell’industria dei coloranti per il settore tessile.

 

Nel prossimo articolo della serie parleremo degli usi della tecnologia nucleare applicati alle risorse idriche.

Per ulteriore approfondimento:

https://www.iaea.org/topics/industrial-applications