Il Tulio 171 ( Tm171 ) è un nuclide INTERESSANTISSIMO !

Dalla tabella che allego il Tulio 171 ( peso atomico 170.9364294(28) vedere http://en.wikipedia.org/wiki/Thulium ) è classificato ovviamente pericoloso ma meno pericoloso dello Stronzio 90 e del Cesio 137... e questo vuol dire che, nel suo decadimento, emette raggi γ meno energetici di quelli emessi dagli altri due nuclidi ...famosi per essere prodotti di fissione e caratterizzati da una emivita circa trentennale.
Il Tullio 171 decade emettendo una particella β- con emivita di 1.92 anni ossia di circa 701 giorni ossia 60.6 milioni di secondi ed emette una energia di 96 keV ( vedere http://www.radiochemistry.org/periodictable/frames/isotopes_kaeri/index.htm )

Il Tm171 si ottiene irraggiando l'Er170 stabile, presente nell'Erbio naturale alla percentuale del 14.93 %

(Ytterby, a town in Sweden) Erbium, one of the so-called rare-earth elements on the lanthanide series, is found in the minerals mentioned under dysprosium. In 1842 Mosander separated "yttria" found in the mineral gadolinite, into three fractions which he called yttria, erbia, and terbia. The names erbia and terbia became confused in this early period. After 1860, Mosander's terbia was known as erbia, and after 1877, the earlier known erbia became terbia. The erbia of this period was later shown to consist of five oxides, now known as erbia, scandia, holmia, thulia and ytterbia. By 1905 Urbain and James independently succeeded in isolating fairly pure Er2O3. Klemm and Bommer first produced reasonably pure erbium metal in 1934 by reducing the anhydrous chloride with potassium vapor. The pure metal is soft and malleable and has a bright, silvery, metallic luster. As with other rare-earth metals, its properties depend to a certain extent on the impurities present. The metal is fairly stable in air and does not oxidize as rapidly as some of the other rare-earth metals. Naturally occurring erbium is a mixture of six isotopes, all of which are stable. Nine radioactive isotopes of erbium are also recognized. Recent production techniques, using ion-exchange reactions, have resulted in much lower prices of the rare-earth metals and their compounds in recent years. The cost of 99+% erbium metal is about $650/kg. Erbium is finding nuclear and metallurgical uses. Added to vanadium, for example, erbium lowers the hardness and improves workability. Most of the rare-earth oxides have sharp absorption bands in the visible, ultraviolet, and near infrared. This property, associated with the electronic structure, gives beautiful pastel colors to many of the rare-earth salts. Erbium oxide gives a pink color and has been used as a colorant in glasses and porcelain enamel glazes.

Proprietà neutroniche dell'Erbio naturale

Dati tratti da: http://www.ncnr.nist.gov/resources/n-lengths/index.html

Isotopo%sigma scattering
barn		sigma cattura
barn
Er 162 0.149.719
Er 164 1.568.413
Er 166 33.414.119.6
Er 167 22.91.2659
Er 168 27.16.92.74
Er 170 14.911.65.8

Dunque solo il 15% circa dell'Erbio è trasformabile in Erbio 171 con cattura di un neutrone. L'Erbio 171 poi diventa velocemente Tulio 171 ( ha una emivita di circa 7 ore e mezza ) ossia nel giro di poche ore decade ed il Tulio 171 è chimicamente estraibile con metodi chimici il più velocemente possibile per evitare che, stando pigramente nel reattore nucleare usato per irraggiare l'Erbio, catturi a sua volta un neutrone e diventi inutilizzabile.
Meriterebbe uno studio la possibilità di arricchire preliminarmente l'Erbio facendolo diventare Erbio pesante ed in questo modo diminuire il numero complessivo di neutroni necessari per ottenere il Tulio 171.

Potenza generata da una mole di Tm107: 106 W

La si ottiene dalla espressione:

1.602176487e-19*96.0e3*6.0221415e23*log(2)/60.6e6 = 105.9461988

E dunque, usando il peso atomico 170.9364294 in un kg sono presenti 5.850128 moli per cui la potenza liberata da un kg è di 619.6 W ...
Dopo 701 giorni questa potenza sarà scesa a 309.8 W e dopo 1402 giorni ossia 3 anni e 10 mesi sarà diventata 154.9 W e questa non è una quantità modesta. Con 20 kg sarebbe possibile alimentare una stazione spaziale per quasi 4 anni con produzione ininterrotta di circa 3 kW alla fine del periodo ossia disponendo all'inizio di oltre 12 kW !!!

Costi irrisori per una fonte di energia imponente !

Non so quanto costi spedire in orbita o sulla Luna un kg di materiale ma penso che questo costo sia nettamente maggiore del seguente: acquistare 10 kg di Erbio al costo... arrotondiamo, di 10000 $, irraggiarlo ed ottenere il kg di Tulio che serve...
Il Tulio andrebbe trasferito in capsule di tungsteno a sua volta ricoperte di un materiale ceramico capace di impedire danni alla capsula anche in caso di incidente astronautico con ricaduta sulla Terra del carico utile trasportato dal missile vettore.
Noto che lo Shuttle http://en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle era realizzato con materiali di gran lunga meno resistenti alle alte temperature del tungsteno ( fonde ad oltre 3000 °C ) di cui attualmente c'è una sovraproduzione dato che c'è la tendenza a non utilizzarlo più come filamento delle lampadine. La pancia dello Shuttle era fatta da piastrelle di materiale ceramico capaci di resistere alle fortissime temperature del rientro dall'orbita per cui ritengo concretissima ossia attuabilissima l'idea di fare capsule capaci di resistere al peggiore incidente ipotizzabile.
Le capsule di Tulio potrebbero essere inviate sulla Luna o su Marte con un certo anticipo sulla effettuazione della missione e, per esempio, un robot atterrato su Marte potrebbe essere progettato per ... andarsi a prendere le capsule e quindi rialimentare la sua riserva di energia...
Su Marte il Sole splende poco dato che la luminosità del Sole decresce col quadrato della distanza per cui il Sole marziano è luminoso circa 1/3 di quello che sorge Libero e Giocondo sulla Terra...
La tecnica di spedire capsule di Tulio potrebbe essere applicata anche a creare giacimenti di energia interplanetaria ben posizionati usando anche i prodotti di fissione che spontaneamente vengono inevitabilmente generati dagli, per ora circa ed oltre, grossi 400 reattori nucleari di potenza attivi nel mondo...
Una volta riprocessato il combustibile irraggiato ed estratti i transuranici, ossia i nuclei giganteschi capaci di fissionare più e meglio dell' uranio... si potrebbe mettere in quarantena, per... un paio d'anni, la massa delle scorie nucleari costituite dagli odiati ma energeticamente generosi prodotti di fissione e poi... spedirle sulla Luna non per sperperare la preziosa energia da loro liberata ma per utilizzarla vantaggiosamente come fonte di energia pluriennale per le basi spaziali.
Insomma, sarebbe un modo di prendere due piccioni con una fava: scaricare in qualche lontano cratere lunare le scorie nucleari e ... rendere abitabile la Luna... ovviamente ai costi che costerà la gestione delle eventuali basi spaziali... Basi usabili per l'esplorazione dell'intero sistema solare.

Classificazione ufficiale della pericolosità degli isotopi radioattivi

Estratto di un interessante ed utilissimo documento storico che ho trovato in rete e che fornisce una larghissima panoramica dei nuclidi radioattivi. Peccato che, a fianco di ogni dato non sia stata precisata l'emivita, il tipo di decadimento ( pericoloso solo se associato all'emissione di radiazione elettromagnetica a meno che uno inali o mangi il nuclide che, anche se mite emettitore soltanto di particelle α o β, diventerebbe uno spietato killer ) e l'energia rilasciata. Sono comunque dati facilmente reperibili ma sarebbe comodo averli a portata di mano...

Il presente decreto sarà pubblicato nella Gazzetta Ufficiale della Repubblica Italiana.

Roma, addì 19 luglio 1967

Nuova " tabella di raggruppamento dei principali nuclidi radioattivi in relazione alla radiotossicità" (relativa al decreto del 27 luglio 1966, Gazzetta Ufficiale del 14 novembre 1966, n. 285)

Gruppo I - Nuclidi di radiotossicità molto elevata:

Attinio 227 (Ac); Americio 241 (Am); Americio 242m (Am); Americio 243 (Am); Californio 249 (Cf); Californio 250 (Cf); Californio 251 (Cf); Californio 252 (Cf); Californio 254 (Cf); Curio 242 (Cm); Curio 243 (Cm); Curio 244 (Cm); Curio 245 (Cm); Curio 246 (Cm); Curio 248 (Cm); Einstenio 254 (Es); Einstenio 255 (Es); Nettunio 237 (Np); Proattinio 231 (Pa); Piombo 210 (Pb); Polonio 210 (Po); Plutonio 238 (Pu); Plutonio 239 (Pu); Plutonio 240 (Pu); Plutonio 241 (Pu); Plutonio 242 (Pu); Radio 223 (Ra); Radio 226 (Ra); Radio 228 (Ra); Torio 227 (Th); Torio 228 (Th); Torio 230 (Th); Uranio 230 (U); Uranio 232 (U); Uranio 233 (U); Uranio 234 (U);

Gruppo II - Nuclidi di radiotossicità elevata:

Attinio 228 (Ac); Argento 110m (Ag); Americio 242 (Am); Astato 211 (At); Bario 140 (Ba); Bismuto 207 (Bi); Bismuto 210 (Bi); Berchelio 249 (Bk); Calcio 45 (Ca); Cadmio 115m (Cd); Cerio 144 (Ce); Californio 253 (Cf); Cloro 36 (Cl); Curio 247 (Cm); Cobalto 56 (Co); Cobalto 60 (Co); Cesio 134 (Cs); Cesio 137 (Cs); Einstenio 253 (Es); Einstenio 254m (Es); Europio 152 (Eu 13 anni); Europio 154 (Eu); Fermio 255 (Fm); Fermio 256 (Fm) ; Afnio 181 (Hf); Iodio 124 (I); Iodio 126 (I); Iodio 131 (I); Iodio 133 (I); Indio (114m (In); Iridio 192 (Ir); Manganese 54 (Mn); Sodio 22 (Na); Protoattinio 230 (Pa); Piombo 212 (Pb); Plutonio 244 (Pu); Radio 224 (Ra); Rutenio 106 (Ru); Antimonio 124 (Sb); Antimonio 125 (Sb); Scandio 46 (Sc); Stronzio 89 (Sr); Stronzio 90 (Sr); Tantalio 132 (Ta); Terbio 160 (Tb); Tellurio 127m (Te); Tellurio 129 (Te); Torio 234 (Th); Tallio 204 (Tl); Tulio 170 (Tm); Uranio 236 (U); Yttrio 91 (Y); Zirconio 95 (Zr);

Gruppo III - Nuclidi di radiotossicità moderata:

Argon 41 (A); Argento 105 (Ag); Argento 111 (Ag); Americio 244 (Am); Arsenico 73 (As); Arsenico 74 (As); Arsenico 76 (As); Arsenico 77 (As); Oro 196 (Au); Oro 198 (Au); Oro 199 (Au); Bario 131 (Ba); Berillio 7 (Be); Bismuto 206 (Bi); Bismuto 212 (Bi); Berchelio 250 (Bk); Bromo 82 (Br); Carbonio 14 (C); Calcio 47 (Ca); Cadmio 109 (Cd); Cadmio 115 (Cd); Cerio 141 (Ce); Cerio 143 (Ce); Cloro 38 (Cl); Cobalto 57 (Co); Cobalto 58 (Co); Cromo 51 (Cr); Cesio 131 (Cs); Cesio 136 (Cs); Rame 64 (Cu); Disprosio 165 (Dy); Disprosio 166 (Dy); Erbio 169 (Er); Erbio 171 (Er); Europio 152 (Eu 9 ore); Europio 155 (Eu); Fluoro 18 (F); Ferro 52 (Fe); Ferro 55 (Fe); Ferro 59 (Fe); Fermio 254 (Fm); Gallio 72 (Ga); Gadolinio 153 (Gd); Gadolinio 159 (Gd); Mercurio 197 (Hg); Mercurio 203 (Hg); Olmio 166 (Ho); Iodio 130 (I); Iodio 132 (I); Iodio 134 (I); Iodio 135 (I); Indio 115m (In); Iridio190 (Ir); Iridio 194 (Ir); Potassio 42 (K); Potassio 43 (K); Cripton 85m (Kr); Cripton 87 (Kr); Lantanio 140 (La); Lutezio 177 (Lu); Manganese 52 (Mn); Molibdeno 99 (Mo); Sodio 24 (Na); Niobio 93m (Nb); Niobio 95 (Nb); Neodimio 147 (Nd); Neodimio 149 (Nd); Nichel 65 (Ni); Nettunio 239 (Np); Osmio 185 (Os); Osmio 191 (Os); Osmio 193 (Os); Fosforo 32 (P); Protoattinio 233 (Pa); Piombo 203 (Pb); Palladio 103 (Pd); Palladio 109 (Pd); Promezio 147 (Pm); Promezio 149 (Pm); Prascodimio 142 (Pr); Prascodimio 143 (Pr); Platino 191 (Pt); Platino 193 (Pt); Platino 197 (Pt); Plutonio 243 (Pu); Rubidio 86 (Rb); Renio 183 (re); Renio 186 (Re); Renio 188 (re); Rodio 105 (Rh); Radon 220 (Rn); Radon 222 (Rn); Rutenio 97 (Ru); Rutenio 103 (Ru); Rutenio 105 (Ru); Zolfo 35 (S); Antimonio 122 (Sb); Scandio 47 (Sc); Scandio 48 (Sc); Selenio 75 (Se); Silicio 31 (Si); Samario 151 (Sm); Samario 153 (Sm); Stagno 113 (Sn); Stagno 125 (Sn); Stronzio 85 (Sr); Stronzio 91 (Sr); Stronzio 92 (Sr); Tecnezio 96 (Tc); Tecnezio 97 (Tc); Tecnezio 97m (Tc); Tecnezio 99 (Tc); Tellurio 125m (Te); Tellurio 127 (Te); Tellurio 129 (Te); Tellurio 131m (Te); Tellurio 132 (Te); orio 231 (Th); Tallio 200 (Tl); Tallio 201 (Tl); Tallio 202 (Tl); Tulio 171 (Tm); Uranio 240 + Nettunio 240 (U + Np); Vanadio 48 (V); Tungsteno 181 (W); Tungsteno 185 (W); Tungsteno 187 (W); Xenon 135 (Xe); Yttrio 90 (Y); Yttrio 92 (Y); Yttrio 93 (Y); Itterbio 175 (Yb); Zinco 65 (Zn); Zinco 69m (Zn); Zirconio 97 (Zr);

Gruppo IV - Nuclidi di radiotossicità debole:

Argon 37 (A); Curio 249 (Cm); Cobalto 58m (Co); Cesio 134m (Cs); Cesio 135 (Cs); Germanio 71 (Ge); Idrogeno 3 (H); Iodio 129 (I); Indio 113m (In); Indio 115 (In); Cripton 85 (Kr); Niobio 97 (Nb); Neodimio 144 (Nd); Nichel 59 (Ni); Ossigeno 15 (O); Osmio 191m (Os); Platino 193m (Pt); Platino 197m (Pt); Rubidio 87 (Rb); Renio 187 (re); Rodio 103m (Rh); Samario 147(Sm); Stronzio 85m (Sr); Tecnezio 96m (Tc); Tecnezio 99m (Tc); Torio naturale (Th nat.); Torio 232 (Th); Uranio naturale (U nat.); Uranio 235 (U);Uranio impoverito; Uranio 238 (U); Xenon 131m (Xe); Xenon 133 (Xe); Ittrio 91m (Y); Zinco 69 (Zn); Zirconio 93 (Zr).

La lettera m, apposta a taluni simboli indica metastabile.

Giampaolo Bottoni
gpbottoni@gmail.com
6 aprile 2012

http://www.alumni.polimi.it/it/Wall
( ing. nucleare 1972 )