La bomba atomica

Caratteristiche tecnologiche

La bomba atomica si basa sui processi della fissione e della fusione nucleari. Le bombe costruite secondo il principio di fissione sono denominate bombe A. Le bombe H, o bombe all'idrogeno, o bombe termonucleari si basano sul processo di fusione nucleare. Entrambi i tipi sono in grado di sviluppare energie molto elevate mediante la trasformazione di quantità molto piccole di materia.

Secondo la relazione di Einstein, E=mc2, in cui m è la massa trasformata in energia e c la velocità della luce, la quantità di energia ottenibile dalla materia è immensa: esprimendo la massa in chilogrammi e la velocità della luce in metri/secondo, per ogni chilogrammo di materia integralmente trasformata si ottengono 9×109 joule. 

La bomba atomica tipo è basata sulla fissione dell'isotopo 235 dell'uranio mediante bombardamento con neutroni n; questi danno luogo a una reazione a catena in cui il numero di quelli prodotti nelle singole reazioni, e che danno luogo ad altre reazioni, è in media 2,5 volte quello dei neutroni che hanno originato le reazioni stesse. La reazione che si sviluppa quando la massa dell'uranio raggiunge un valore ben determinato, detto massa critica, è del tipo seguente:

Nella formula di cui sopra X e Y sono i prodotti della fissione. L'esplosione di una bomba atomica di questo tipo, con la fissione completa di un chilogrammo di uranio, sviluppa una quantità di energia pari a quella prodotta dalla combustione di 2.450 tonnellate di carbone.

 

L'innesco della reazione a catena da parte di neutroni avviene portando in uno stato critico la massa che subisce la fissione nell'istante dell'esplosione. Prima dell'innesco la massa critica è divisa in due o più parti non critiche che vengono riavvicinate al momento voluto mediante una carica di esplosivo convenzionale all'interno dell'involucro della bomba atomica. durante l'esplosione di innesco l'involucro esterno della bomba non si deve rompere altrimenti il materiale fissile si disperderebbe prima di costituire una massa critica. Questa procedura può avere diverse varianti. Si può, ad esempio, costituire la massa critica già in partenza, aggiungendo assorbitori di neutroni che vengono espulsi dalla esplosione di innesco.

Nell'esplosione di una bomba atomica, solo una piccola parte della massa critica subisce la fissione liberando comunque un'enorme quantità di energia. Per misurare la potenza delle bombe atomiche si utilizza come metro di paragone il trinitrotoluene (TNT). 1 megaton = 1 milione di tonnellate di TNT. Durante l'esplosione, i prodotti della fissione vengono espulsi violentemente,  perdendo la loro energia cinetica negli urti con l'atmosfera. A questo punto l'energia cinetica si trasforma in energia termica provocando un innalzamento di temperatura oltre 10 milioni di gradi. Il fenomeno è accompagnato da emissione di luce accecante ( visibile a centinaia di chilometri), e propagazione di una violentissima onda d'urto nell'atmosfera. Nella bomba A, il carattere esplosivo della reazione è determinato dal tempo brevissimo in cui essa avviene, dell'ordine del milionesimo di secondo. Anziché uranio 235 può essere impiegato anche il plutonio, elemento che si ottiene nelle pile atomiche bombardando con neutroni l'isotopo 238 dell'uranio. Per quanto riguarda la potenza dell'esplosione, il rendimento reale è sempre inferiore al teorico e dipende dalla concentrazione del materiale fissile della carica.

La bomba H  produce l'energia dalla formazione, e non dalla scissione, di un nucleo atomico. Il principio fisico consiste nella sintesi di un atomo di elio mediante la fusione nucleare di due isotopi dell'idrogeno, il deuterio o il trizio. Utilizzando il primo si ha la seguente reazione: Come alternativa si può impiegare anche un isotopo del litio:  Questo tipo di bomba ha una potenza, a parità di massa, sette volte superiore a quella sviluppata da una bomba a fissione. Nella fusione termonucleare non esistendo alcun problema di massa critica, non c'è limite alla quantità di sostanze reagenti, quindi la potenza ottenibile è pressoché illimitata. Per realizzare una reazione di fusione è necessario raggiungere una temperatura di circa 200 milioni di gradi, cosa che si ottiene facendo esplodere al centro della massa una bomba del tipo a fissione.

La bomba al cobalto è invece una bomba H di tipo particolare. Essa è particolarmente micidiale, ed è costituita da una bomba H rivestita di un involucro di cobalto 59 non radioattivo. Al momento dell'esplosione, i neutroni rapidi prodotti nella fusione termonucleare bombardano il cobalto e vengono catturati dando luogo a formazione di cobalto 60 radioattivo, emettitore di raggi gamma e avente un periodo di dimezzamento che è pari a cinque anni.

La bomba N è nata invece come arma tattica, e permette di eliminare l'avversario producendo solo limitate devastazioni del territorio, e riducendo l'inquinamento radioattivo. In questo modo è possibile il recupero dei mezzi bellici e industriali del nemico. La bomba N è una bomba a neutroni. Si tratta di una bomba termonucleare di modesta potenza che concentra l'energia sviluppata nella reazione nucleare principalmente nell'emissione di neutroni veloci e meno negli effetti di scoppio e di calore, al contrario di ciò che avviene con le bombe A a fissione anche di piccole potenze. La bomba N è praticamente una bomba a fusione di piccole dimensioni e di limitata potenza, probabilmente inferiore a un kiloton, ma dotata di opportuni accorgimenti tecnici che consentono una notevole diffusione di neutroni entro un raggio molto superiore a quello distruttivo dell'ordigno che dovrebbe essere di 200-300 m. I neutroni possono penetrare attraverso notevoli spessori di materia e quindi per un grande raggio di azione essi possono uccidere tutti gli esseri viventi senza distruggere costruzioni e materiali.

Effetti delle bombe nucleari 

L'esplosione di una bomba nucleare avviene con formazione di una sfera luminosa e caldissima di gas compressi, cui fa seguito una nube a forma di fungo. Le esplosioni sottomarine generano, invece, una sfera di acqua e vapore sormontata da un anello fortemente radioattivo. Al momento dell'esplosione si producono un'onda di pressione (onda d'urto), un'onda di calore e un'onda radioattiva. Con una bomba simile a quella di Hiroshima, dall'epicentro dell'esplosione si ha: distruzione completa di una zona di 1.000 m di diametro, distruzioni gravi per 1.400 m e leggere fino a 2.800 m.

Gli effetti delle bombe più potenti si possono calcolare moltiplicando i diametri di tali zone per la radice cubica del rapporto delle potenze. Una bomba H 50 volte più potente di quella A la zona di distruzione completa avrà un diametro di 3,7 km; ancora maggiore sarà quello di una bomba da 50 megaton. L'onda radioattiva è costituita prevalentemente da raggi gamma e si esaurisce in circa 90 secondi, ma il suo effetto è terrificante per ogni essere vivente. Oltre a questo effetto immediato si genera una radioattività residua dovuta alla formazione di isotopi radioattivi più o meno stabili. Questa provoca immensi danni alla popolazione (cancro, leucemia, mutazioni genetiche, ....) e costituisce un ostacolo all'occupazione militare delle zone colpite. Per ridurre la radioattività residua occorre anzitutto evitare le esplosioni sottomarine e quelle a bassa altezza; inoltre si pensa di “schermare” la bomba con sostanze tali da ridurre al minimo la formazione di radioisotopi a lunga vita (bombe cosiddette pulite) che rendono inabitabile la zona colpita anche a distanza di decenni (come è avvenuto per il poligono atomico di Bikini). Anche nelle esplosioni in quota si ha la formazione di una certa quantità di isotopi radioattivi, derivanti dai materiali costituenti la bomba e da reazioni nucleari secondarie. I più comuni sono il cesio 137 e lo stronzio 90, che hanno periodi di dimezzamento di 29,4 e 28,5 anni. Questi isotopi, inoltre, si ritrovano nel pulviscolo radioattivo (fallout) stratosferico che, dopo un certo tempo, può giungere a contaminare vaste zone o addirittura l'intero pianeta. Gli inquinanti radioattivi, anche se sono presenti in percentuale trascurabile, hanno la caratteristica di accumularsi negli organismi viventi, azione questa che viene altresì facilitata dal ciclo biologico della catena alimentare. Particolarmente insidioso è lo stronzio 90, per la sua capacità di sostituire il calcio nelle strutture ossee degli animali e dell'uomo. Le esplosioni sotterranee, se effettuate a profondità sufficiente, sembra che non costituiscano un pericolo poiché non danno ricaduta radioattiva; tuttavia provocano microsismi i cui effetti sulla dinamica terrestre della zona sono sconosciuti.

Storia e sviluppo

Lo sviluppo della bomba nucleare inizia nel 1934 ed è il risultato di studi e scoperte di numerosi scienziati, per primi E. Fermi ed Einstein. Successivamente contribuirono agli studi I. Curie, P. Savitch, O. Hahn, F. Strassmann, L. Meitner, per finire con la realizzazione pratica a cui parteciparono J. R. Oppenheimer, L. Szilard, K. Compton, H. C. Urey e G. H. Briggs. Il primo prototipo fu fatto esplodere ad Alamogordo, in cima a un traliccio di acciaio di 30 m, il 16 luglio 1945; seguirono i lanci su Hiroshima (6 agosto 1945), su Nagasaki (9 agosto 1945) e gli esperimenti di Bikini del 1º luglio 1946 e del 25 luglio 1946, quest'ultima esplosione a 10 m sotto il livello del mare.

La bomba di Hiroshima aveva una potenza di 20 kiloton, equivalente a 20.000 tonnellate di tritolo, una carica di 62 kg di uranio 235 divisa in due emisferi collocati alle estremità di un cilindro d'acciaio di 80 centimetri di diametro e tre metri di lunghezza, pieno di gas atto ad assorbire e rallentare i neutroni. L'esplosione era determinata da una carica di tritolo che, comandata da una spoletta a tempo, lanciava un emisfero contro l'altro, portando così alla massa critica. Le bombe di Alamogordo e di Hiroshima avevano una carica di uranio, le successive di plutonio. Il lancio su Hiroshima distrusse circa il 70% della città e causò circa 100.000 morti. La bomba lanciata su su Nagasaki fece danni inferiori: 40% di distruzione, 40.000 morti, e ciò per via della conformazione collinare della zona. 

La prima bomba termonucleare fu sperimentata dagli Stati Uniti d'America nel 1950; nel 1952 veniva raggiunta la potenza di 7 megaton; nel 1953 l'U.R.S.S. fece esplodere la sua prima bomba H da 10 megaton. Nel 1957 furono realizzate le prime bombe nucleari della Gran Bretagna; a queste seguirono quelle della Francia e, più tardi, della Repubblica Popolare Cinese e dell'India. Successivamente la potenza di tali ordigni è andata aumentando mentre la diffusione dei reattori nucleari ha messo molte nazioni in grado di produrre proprie bombe nucleari.

Hiroshima	Hiroshima 6 agosto 1945 9:35	Nagasaki 9 agosto 1945 ore 12:00
1945	1945	vettore atomica 1945
	bomba Fat Man 9/8/1945	bomba Little Boy 6/8/1945

Last Update 05/08/2004

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