FISICA/MENTE

 

ORDIGNI NUCLEARI

Roberto Renzetti

 

       

            Nell'articolo su Fermi, ho fornito una traccia delle tappe principali che hanno portato alla costruzione delle prime bombe atomiche. Parlavo lì del susseguirsi degli eventi, di coloro che erano impegnati in essi, del sottofondo storico: Hitler, USA, Giappone, URSS, ... Dato quanto ho  detto di fisica del nucleo, sui reattori nucleari a fissione,e sui reattori nucleari a fusione, credo sia ora utile dare un cenno schematico delle principali armi atomiche e nucleari. Non si creda che la cosa sia così segreta e servano particolari conoscenze. Ricordo solo che una rivista fai da te di Tokyo, nei primi anni '70, fornì tutti i piani completi al dettaglio di una bomba H, il problema allora come ora era solo legato alla materia prima, all'esplosivo. Gli effetti delle radiazioni e delle esplosioni nucleari (con la galleria fotografica), anche in scenari di guerra li discuterò in un successivo articolo.

ALCUNI DATI

        Abbiamo già visto la relazione di Einstein dell'Equivalenza massa-energia, E = m.c2 , che, lo ricordo, vuol dire una cosa semplice: se riusciamo a far scomparire della massa, alla sua scomparsa corrisponde la creazione di una immensa quantità di energia; e ciò proprio perché energia e massa sono la stessa cosa potendosi dire che la massa è energia estremamente concentrata. La relazione di Einstein, abbiamo visto, è alla base del funzionamento dei reattori nucleari, con la dicitura uso pacifico dell'energia nucleare. Vi è poi l'uso non pacifico ed è di quello che andiamo a discutere.

        Secondo la relazione di Einstein, se riuscissimo a disintegrare 1 grammo di materia, otterremmo l'energia sufficiente per elevare di 20 °C la temperatura della massa di un milione di tonnellate d'acqua. Si può quindi intuire quali siano le potenzialità distruttive di una tale energia. L'uranio ed il plutonio, nella loro fissione, liberano una energia venti milioni di volte maggiore della stessa quantità di tritolo. Sto dicendo che 1 chilogrammo di materiale fissile, nell'ipotesi che sia tutto fissionato, è equivalente a 20.000 tonnellate di tritolo, il carico di 20 treni merci ciascuno dei quali di cinquanta vagoni con 20 tonnellate di tritolo per ogni vagone.

        Tanto per dare un riferimento, gli arsenali nucleari  disponibili e noti nel mondo corrispondono a circa un vagone di tritolo per abitante della Terra, quantità sufficiente a far scomparire la vita superiore sulla Terra per almeno 20 volte successive. Infatti, gli ordigni nucleari delle grandi potenze sono circa 60.000. Le grandi potenze (USA e Russia) hanno i seguenti potenziali distruttivi:

A questo armamento, considerato strategico (si parla di testate e non di bombe in quanto è previsto essere sistemato su missili balistici intercontinentali ICBM), occorre aggiungere quello tattico, armi nucleari leggere anche se più potenti di svariate volte quella di Hiroshima, che porta il potenziale distruttivo delle due superpotenze a circa 20.000 Mton.

IL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UNA BOMBA ATOMICA (BOMBA A)

       

            Abbiamo visto nelle sezioni ricordate in apertura che l'arricchimento dell'Uranio per il funzionamento di un reattore nucleare doveva essere intorno al 2 ÷ 4 %. Abbiamo anche accennato al fatto che per ottenere effetti esplosivi della reazione a catena, occorreva un arricchimento molto maggiore (oltre il 7 %). E questo è un primo elemento da tenere presente. Vi è poi il problema della massa critica necessaria a permettere l'esplosione dell'esplosivo nucleare o carica nucleare. Al di sotto di una certa massa, anche se l'arricchimento è quello adeguato, non vi può essere esplosione. Ora, una bomba a fissione è costruita tenendo conto di questi elementi:
  • si ha una carica nucleare arricchita opportunamente;

 

       

La figura 1 mi aiuta a spiegare.

Figura 1

       

Le quattro parti colorate in rosso sono esplosivo nucleare, ciascuna di esse non raggiunge la massa critica (hanno massa subcritica). Per il raggiungimento di tale massa deve essere azionato il dispositivo 1 di innesco dell'esplosione di un esplosivo convenzionale (2). Ciò permette ai 4 pezzi di esplosivo nucleare di congiungersi e di raggiungere la massa critica (in realtà è una massa supercritica) che permette l'esplosione atomica di una primitiva bomba a fissione. Il resto del disegno è accessorio al miglioramento delle prestazioni: i gusci gialli sono dei riflettori di neutroni che servono per avere il massimo numero di neutroni che provocano fissione ed aumentare quindi la potenza dell'esplosione; l'involucro nero è di metallo duro, tipo acciaio; l'involucro tratteggiato è quello che si vede dall'esterno, sembra una ordinaria bomba che viene sganciata da un aereo, forse un poco più grande ma non per il materiale esplosivo che contiene (vi sono anche dei dispositivi di sicurezza che impediscono che l'esplosione avvenga prima che essa venga comandata). Un ordine di grandezza delle dimensioni delle prime bombe costruite a Los Alamos e poi sganciate su Hiroshima e Nagasaki lo si può avere con la figura

Figura 2

2. A sinistra vi è il disegno di come si presentava la bomba usata su Hiroshima, la Chico realizzata con U 235 e del peso di 4 tonnellate, e a destra quella utilizzata su Nagasaki, la Gordo realizzata con Pu 239 e del peso di 4,5 tonnellate. Per un confronto, al centro vi è la dimensione di un uomo medio. Ricordo solo che delle masse delle due bombe solo una piccolissima frazione era di esplosivo nucleare.

       

Armi di questo tipo  possono avere potenze che vanno da decine di migliaia fino a centinaia di migliaia di tonnellate equivalenti di tritolo. C'è da notare che la potenza dipende moltissimo dalla durata del processo di fissione. Infatti, la reazione a catena provoca l'esplosione ad un dato momento, quando ancora non tutta la massa di carica è stata interessata. Evidentemente se si potesse far durare di più la reazione contenendo la massa in un recipiente più resistente (il guscio nero di cui prima), la potenza crescerebbe sempre più. Di fatto nelle esplosioni che si sono susseguite si è usata solo l'1,5  ÷ 3 % della massa di carica nucleare disponibile (il resto di essa si disperde con l'esplosione).   

LA BOMBA ALL'IDROGENO (BOMBA H)

       

            L'idea di tale bomba fu del più gerrafondaio di tutti gli scienziati presenti a Los Alamos, di un  personaggio abietto, consigliere militare di Reagan e grande amico del nostro Zichichi, tal Edward Teller. L'idea era quella di utilizzare la fusione nucleare mediante fissione, per ottenere così un rendimento esplosivo di gran lunga maggiore delle piccole bombette atomiche. Qui, contrariamente a quanto avviene per l'uso pacifico, è possibile usare un innesco esplosivo a fissione per realizzare la fusione. Una esplosione di una bomba a fissione produce le temperature necessarie alla fusione, basta organizzare il tutto come mostrato in figura 3.

Figura 3

Come si vede, al centro della figura vi è una ordinaria bomba atomica (quella a fissione), tale bomba serve solo da innesco per l'esplosione nucleare, per la fusione cioè dell'idrogeno ( o deuterio, o trizio, o le miscele più opportune) contenuto in un recipiente che circonda la bomba atomica (carica termonucleare). Data la prima esplosione, segue contestualmente (un milionesimo di secondo dopo) la seconda che rappresenta circa l'80 ÷ 90 % dell'energia esplosiva totale. Noto solo che la carica termonucleare non ha problemi di massa critica ed è quindi pensare di costruire bombe di questo tipo grandi a piacere, compatibilmente con le difficoltà tecniche connesse. Esse hanno potenze equivalenti da alcune migliaia a decine di milioni di tonnellate di tritolo.

ANCORA PIU' DIFFICILE (BOMBE A-H-A)

       

            La figura 4 rappresenta schematicamente uno degli sviluppi dell'industria (fiorentissima) delle armi nucleari.

Figura 4

       

Ormai credo si sia capito come funziona: alla struttura precedente che prevedeva esplosione da fissione, quindi esplosione da fusione, ora si aggiunge una ulteriore esplosione da fissione. E' il successivo involucro disegnato di rosso-quadrettato. Tale involucro è di uranio 238 perché tale materiale è fissionabile dai neutroni veloci, prodotti in enorme quantità dall'esplosione termonucleare sottostante.

       

Questa bomba è anche nota come superbomba. L'energia preponderante che si libera è quella dell'uranio 238 fissionato.

       

A questo punto mi fermo perché si dovrebbe essere capito che la fantasia di chi costruisce queste cose può fare ciò che crede. Le bombe possono essere infatti pulite o sporche (a seconda di quanta radioattività comportano). Possono danneggiare persone e cose o solo persone (bomba al neutrone). Insomma, fate voi ...

COMPLEMENTI

       

            Solo un cenno ai complementi di questi ordigni. Essi possono essere sganciati con aerei ordinari, con bombardieri, ...; possono essere sparati con cannoni; possono essere sistemati sulla testata di missili a varie gittate e sistemati su rampe fisse o mobili in terra, su autocarri, su navi, su aerei; possono essere lanciati su missili in dotazione a sommergibili. Ultimamente si sono anche miniaturizzate le cose in modo che un ordigno nucleare può entrare in una valigetta tipo 24 ore e del peso di circa 6 chilogrammi. Ce n'è per tutti i gusti al mercato del terrore.

 

BIBLIOGRAFIA

Mihajlo Velimirovic - ATLANTE ATOMICO - Capitol, Bologna 1970.

Alwyn McKay - THE MAKING OF ATOMIC AGE - Oxford University Press. 1984.

 

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