Armi atomiche e nucleari

armi atomiche e nucleari

Reazioni a catena con conseguenze devastanti

Le armi atomiche e nucleari rappresentano uno dei più terribili strumenti di guerra posseduti dall’uomo. Sfruttando il legame fra massa ed energia, e scegliendo fra il processo a fissione o a fusione, gli scienziati sono riusciti a innescare una reazione a catena dalle conseguenze devastanti. Negli arsenali militari di diversi paesi del mondo sono conservati bombe e missili in grado di distruggere ogni forma di vita, utilizzando l’incredibile energia dell’atomo

L’equazione di Einstein

Le armi nucleari sfruttano il legame tra la massa e l’energia. La massa, vale a dire la quantità di materia di un corpo, è anch’essa una forma di energia. Se, alla fine di una determinata reazione, la massa totale dei prodotti è inferiore a quella dei reagenti iniziali, significa che una parte si è trasformata in energia. In altre parole, il difetto di massa, cioè la differenza tra la materia esistente all’inizio e quella con cui ha termine la reazione, si è convertito in energia. Tale conversione avviene sulla base dell’equazione di Albert Einstein e=mc², dove e rappresenta l’energia, m la massa e c è il simbolo utilizzato per indicare la velocità della luce. Senza entrare nel dettaglio di questa formula e delle unità di misura coinvolte, è importante sottolineare come per passare dalla massa all’energia si usi un fattore moltiplicativo molto grande. La costante c, infatti è pari a circa 300.000.000 m/s, mentre il suo quadrato è pari a 90 milioni di miliardi. In altre parole, è sufficiente un minimo difetto di massa per avere grandissime quantità di energia in gioco.

Fissione e fusione

Vi sono due tipi fondamentali di armi atomiche: quelle che funzionano con reazioni nucleari a fissione e quelle a fusione. La bomba A. Nella reazione di fissione si suddivide un atomo in frazioni più piccole, creando un difetto di massa. Questo tipo di bomba è chiamato bomba A, ed è spesso indicata come la bomba atomica per antonomasia. Nella fissione si utilizzano normalmente isotopi di uranio, ossia l’uranio 235 o l’uranio 233, o il plutonio 239. Gli isotopi sono atomi che, pur contenendo lo stesso numero di protoni (nel caso dell’uranio sono 92, del plutonio 94), hanno un numero differente di neutroni: così l’uranio 233 contiene 141 neutroni, mentre l’uranio 235 ne contiene 143. Come si noterà, si tratta di atomi che hanno un numero estremamente alto di protoni e neutroni, quindi con massa elevata. Questa loro pesantezza li rende instabili, vale a dire che è facile scinderli in frammenti più piccoli. Le prime bombe nucleari sperimentate e costruite furono quelle sganciate sulle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki nell’agosto del 1945, che provocarono oltre 150.000 morti e che costrinsero il Giappone alla resa, ponendo così termine alla Seconda guerra mondiale. Queste bombe furono costruite dai maggiori scienziati atomici di quegli anni negli Stati Uniti nell’ambito del cosiddetto Progetto Manhattan, che fu accelerato dal timore che gli scienziati nazisti stessero effettuando ricerche simili.

La bomba H. Nel secondo tipo di bomba atomica, quella a fusione, si sfrutta una reazione analoga a quella che avviene all’interno del Sole. Nella fusione il difetto di massa si ottiene fondendo insieme più atomi, con il risultato di avere un prodotto con una massa inferiore alla somma di quella dei reagenti. Questo tipo di bomba è indicato anche come bomba a idrogeno o termonucleare Generalmente si utilizzano atomi di idrogeno – con un nucleo formato da un protone –, oppure isotopi dell’idrogeno, come il deuterio – il cui nucleo è formato da un protone e un neutrone – o il trizio – che ha invece un nucleo composto da un protone e due neutroni. Tali atomi vengono fatti collidere, ossia scontrare, a elevata energia, e producono un atomo di elio – con un nucleo avente due protoni – o un suo isotopo. La prima bomba a fusione fu realizzata dal gruppo del fisico di origine ungherese Edward Teller nei laboratori di Los Alamos, negli Stati Uniti, nel 1952.

Reazione a catena

Perché una bomba possa funzionare occorre un sistema che inneschi la reazione a catena. Nel caso della fissione, l’uranio o il plutonio si suddividono in atomi più leggeri quando vengono colpiti da un neutrone con un’energia sufficiente. Durante la divisione di un atomo si producono altri neutroni, che a loro volta colpiscono altri atomi di uranio, innescando la reazione a catena. Tale reazione avviene in tempi estremamente rapidi, attorno al millesimo di miliardesimo di secondo. La concentrazione dell’uranio o del plutonio deve però essere tale che ogni atomo suddiviso emetta a sua volta neutroni capaci di innescare altre fissioni. Normalmente si conserva il materiale radioattivo in aree distinte in modo tale da evitare che sia raggiunta la concentrazione critica. Poi, al momento dell’innesco, si fanno collidere tali masse, utilizzando un sistema che, sparando neutroni, dia inizio alla reazione a catena. In fondo, si tratta dello stesso meccanismo utilizzato nelle centrali nucleari, con la differenza che questa volta non si ha a che fare con una reazione controllata.

Le bombe a fusione presentano una maggiore efficienza ma, affinché la reazione abbia inizio, occorre che il deuterio e il trizio urtino tra loro a temperature e pressioni elevate. Inoltre, questi materiali si presentano sotto forma di gas, e il trizio decade spontaneamente – ossia si trasforma in altri elementi – in tempi brevi. Una soluzione è quella di innescare una reazione di fissione, più facile da ottenere, in modo tale che i suoi sottoprodotti, come i raggi X, consentano a loro volta di innescare la reazione di fusione.

Missili, silos e sommergibili

Le armi atomiche sono state installate durante il periodo della Guerra fredda, iniziata negli anni Cinquanta e terminata con il crollo dell’Unione Sovietica, su missili a lunga gittata, capaci quindi di attraversare gli oceani e di colpire potenzialmente ogni città del globo terrestre. Altre armi di questo tipo sono state installate su postazioni fisse, magari nascoste nel sottosuolo e mascherate da silos per il grano, in modo tale da essere difficilmente individuabili dai satelliti. Un utilizzo particolare è stato poi quello a bordo dei sottomarini, in quanto queste imbarcazioni sono difficilmente individuabili e, soprattutto quelli nucleari, possono rimanere in navigazione sottomarina per mesi. Queste postazioni mobili di armi nucleari sono considerate tra le minacce più pericolose nel caso di una guerra atomica. Recentemente si è aggiunto il timore che gruppi terroristici possano utilizzare la cosiddetta bomba sporca, ossia una bomba tradizionale in cui il materiale esplosivo è confezionato assieme a sostanze radioattive. Non si tratterebbe quindi di una bomba atomica, ma di un ordigno che spargerebbe attorno a sé materiale radioattivo.

Orologio atomico

Vi sono stati momenti, nella storia recente, in cui il mondo è stato sull’orlo di una guerra atomica. Dal 1947 esiste The bulletin of the atomic scientists («Bollettino degli scienziati atomici»), con un orologio che misura il tempo che manca alla mezzanotte atomica, l’ora in cui un conflitto nucleare cancellerebbe la nostra civiltà dalla Terra. Si tratta di un espediente per misurare quanto il nostro pianeta sia vicino a una catastrofe di questo genere. Quandofu inaugurato, l’orologio era stato posizionato a sette minuti dalla mezzanotte. Nel 1949 segnava tre minuti a mezzanotte, quando l’Unione Sovietica sperimentò anch’essa la sua prima bomba. Nel 1963, dopo altre variazioni, la mezzanotte distava 12 minuti, perché per la prima volta le due superpotenze avevano firmato un parziale trattato per la non proliferazione di questi armamenti. Nel 2002, ancora una volta, le lancette sono state riportate a sette minuti dalla mezzanotte.

Chilotoni e megatoni

Spesso, soprattutto nei paesi di lingua inglese, la potenza esplosiva di una bomba atomica è espressa in chilotoni. Un chilotone equivale alla potenza esplosiva di 1.000 t di tritolo o di un esplosivo ad alto potenziale. La bomba utilizzata su Hiroshima sviluppò un’energia di circa 14,5 chilotoni, ma aveva solo un’efficienza attorno all’1,5%. In altre parole, quasi il 99% della massa non riusciva a raggiungere la fissione prima che l’esplosione allontanasse definitivamente tutto il materiale che costituiva la bomba. Multiplo dei chilotoni è il megatone; ogni megatone corrisponde a 1.000 chilotoni, ossia un milione di tonnellate equivalenti di tritolo.