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Bomba atomica

Ordigno bellico costituito da un involucro metallico di spessore relativamente sottile (di solito acciaio), contenente una grande carica di esplosivo, munito di un dispositivo che ne provoca l'esplosione.
Esistono diversi tipi di bombe atomiche, raggruppabili in due categorie principali: a fissione nucleare (bomba Atomica) e a fusione nucleare o a idrogeno (bomba Hiroshima).
Le prime utilizzano come componenti uranio arricchito e plutonio; le seconde utilizzano le reazioni degli isotopi dell'idrogeno, il deuterio e il trizio. Di più recente creazione (la produzione industriale ha avuto ufficialmente inizio nel 1981) è la cosiddetta bomba Nucleare, che utilizza la potenza neutronica.
Gli effetti della bomba atomica sono potentemente distruttivi, sia per l'elevatissimo calore che essa sprigiona, sia per la violentissima onda d'urto che crea, sia infine per la letalità delle radiazioni, la cui efficacia perdura nel tempo anche dopo l'esplosione. Le ricerche sulla bomba atomica si svilupparono intensamente negli USA durante la seconda guerra mondiale e portarono alla realizzazione delle due bombe atomiche che vennero sganciate sui centri giapponesi di Hiroshima e di Nagasaki il 6 e il 9 agosto 1945. L'impiego dei due ordigni, che distrussero completamente le città, provocarono decine di migliaia di vittime fra i civili e contaminarono una vasta area, venne giustificata dal governo statunitense con la necessità di porre fine alla guerra nel modo più rapido e meno dispendioso, sia in termini di vite umane, sia in termini economici: tale risultato fu pienamente raggiunto, in quanto il Giappone si arrese un mese più tardi.
Dopo gli sganci sul Giappone nei paesi più industrializzati del mondo c'è stata una corsa agli armamenti.
Tale fatto si è verificato quando molti paesi come gli Stati Uniti, l'URSS, la Gran Bretagna, la Francia, la Cina e via via altri hanno incominciato a  dotarsi della bomba atomica (e, poco dopo, di quella all'idrogeno, ben più potente).
Per fortuna importanti trattative, come quella bilaterale tra USA e URSS iniziata nel 1969 sulla limitazione delle armi strategiche (denominata SALT I e SALT II), e quella della NATO che ha portato ad un'importante intesa nel 1987 tra il presidente americano Reagan e l'ex segretario del Partito comunista sovietico M.S. Gorbacëv, hanno consentito la riduzione dei missili atomici a medio e corto raggio, lo smantellamento di basi militari nucleari e quindi un vero processo di disarmo.

La scoperta

Dopo la scoperta del neutrone da parte di Chadwick nel 1932, i fisici compresero di avere la chiave per manipolare il nucleo atomico. Infatti, il neutrone non possiede carica ed è capace di penetrare fin dentro il nucleo senza interagire con le cariche delle altre particelle (protoni ed elettroni). Vari nuclei furono bombardati con neutroni dai fisici, e tra loro c'era anche Enrico Fermi che scoprì per primo circa trentasei nuovi isotopi radioattivi. Fermi, inoltre, scoprì che se il neutrone che è sparato contro il nucleo viene rallentato fino a raggiungere la velocità termica, la normale velocità del moto degli atomi, ha una maggiore probabilità di venir assorbito da un nucleo, perché resta più a lungo nelle sue vicinanze. La probabilità che una data specie di nucleo catturi un neutrone è chiamata sezione d'urto, termine che descrive il nucleo come un bersaglio di determinata grandezza. Quando un nucleo cattura un neutrone, il suo numero atomico rimane invariato perché la carica del nucleo non viene alterata, mentre il peso atomico sale di un'unità. L'energia conferita al nucleo dall'ingresso del neutrone può eccitare il nucleo, cioè accrescere il suo contenuto energetico. Questo surplus di energia viene poi emesso sotto forma di raggio gamma, ma il nuovo nucleo che si è formato spesso è instabile. Dato che il bombardamento con i neutroni è un facile metodo per convertire un elemento in quello successivo, Fermi pensò di bombardare un atomo di uranio per vedere se si sarebbe creato in modo artificiale un nuovo elemento. Ci volle un po' di tempo da parte dei fisici di tutto il mondo per capire che il prodotto del bombardamento dell'uranio non era in realtà un nuovo elemento ma due elementi con peso atomico uguale alla metà di quello dell'uranio ; in parole povere il bombardamento aveva spezzato in due l'atomo, era avvenuta una fissione nucleare. La fissione liberava una quantità straordinaria di energia, di gran lunga superiore della semplice radioattività, e durante la reazione venivano liberati due o tre neutroni. Quest'ultimo fatto era estremamente importante, poiché ciò rendeva possibile la realizzazione di una reazione nucleare a catena che permetteva la produzione di notevoli quantità di energia. Ma in quel periodo il mondo si trovava a dover affrontare la Seconda Guerra Mondiale, e subito fu compresa la possibilità di utilizzare quell'energia per scopi bellici.

La bomba

Poiché questo lavoro è incentrato sulla bomba atomica, e poiché una bomba per principio è progettata per creare il massimo effetto distruttivo e caotico, nelle righe e pagine seguenti non tratterò alcun argomento riguardante i reattori nucleari o qualsiasi altro dispositivo del genere, perché essi invece sono costruiti in modo tale da aver una reazione nucleare a catena controllata. E' comunque importante ricordare la pila di Fermi in quanto primo esempio di reattore nucleare e modello stesso di riferimento per la costruzione della bomba atomica. Intanto i fisici avevano scoperto un altro combustibile adatto per la fissione : l'uranio 238, dopo aver assorbito un neutrone termico, diventa uranio 239, che decade in nettunio 239, il quale a sua volta decade beta con analoga rapidità dando origine al plutonio 239.
Il plutonio 239, avendo nel nucleo un numero dispari di neutroni ed essendo più complesso dell'uranio 235, dovrebbe essere molto più instabile. Dal 1943 a Oak Ridge e ad Hanford furono costruiti speciali reattori per preparare plutonio, così che nel 1945 erano già disponibili quantità di uranio e plutonio sufficienti per costruire delle bombe. Per costruire una bomba era necessario accelerare il più possibile i tempi della reazione a catena, il che richiedeva l'uso di neutroni veloci per ridurre l'intervallo tra una fissione e l'altra. Venne pertanto eliminato il moderatore e la bomba venne chiuso in un massiccio involucro per tenere insieme l'uranio finchè buona parte di esso subisse la fissione. Dato che una massa critica di materiale fissile sarebbe esplosa spontaneamente, innescata dai neutroni vaganti presenti nell'aria, il combustibile per la bomba venne suddiviso in due o più sezioni. Il meccanismo di innesco era un esplosivo convenzionale, che provocava il contatto delle varie sezioni al momento della detonazione : un dispositivo era chiamato "Thin Man"- un tubo con due pezzi di uranio agli estremi - mentre l'altro, detto "Fat Man", era un guscio composto di materiale fissile che implodeva verso il centro ; per effetto dell'implosione e di un pesante involucro esterno, detto tamper, veniva allora a formarsi momentaneamente una densa massa critica. L'involucro aveva anche la funzione di riflettere i neutroni rinviandoli nella massa in cui era in corso la fissione, riducendo in tal modo le dimensioni critiche. Questa è chiamata comunemente bomba atomica, o bomba A.

Fusione

Nel frattempo la bomba a fissione è diventata un'arma superata : gli uomini riuscirono ad innescare un'altra reazione nucleare capace di produrre bombe ancora più devastanti. A temperature molto alte, nell'ordine dei milioni di gradi, l'energia dei protoni è abbastanza sufficiente per consentire la loro fusione : così due protoni di due atomi di idrogeno si possono unire, e dopo aver emesso un positrone e un neutrino (processo che converte uno dei protoni in un neutrone) costituiscono un nucleo di deuterio, un isotopo dell'idrogeno. Questo, a sua volta, può fondersi con un protone dando origine a un nucleo di trizio, che può fondersi con un altro protone formando un nucleo di elio 4 ; oppure i nuclei di deuterio e di trizio possono combinarsi in altri modi, formando sempre elio 4.
Queste reazioni avvengono solo in presenza di altissime temperature, per questo vengono chiamate reazioni termonucleari. Negli anni trenta si credeva che queste temperature fossero raggiunte soltanto all'interno delle stelle, ma con la bomba basata sulla fissione dell'uranio l'uomo fu capace di raggiungere le temperature necessarie anche sulla terra. La fissione poteva così innescare nell'idrogeno una reazione di fusione nucleare a catena.

 

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