Quanta chimica c’è nelle bombe atomiche? (1 parte)

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Claudio Della Volpe

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fatta ad Hiroshima da Antonio Fabbro

Quasi 70 anni fa, il 6 agosto 1945 un aereo bombardiere americano B-29, sganciò la prima bomba atomica della storia per uso bellico su Hiroshima e il 9 agosto una seconda fu sganciata su Nagasaki (una effettiva prima bomba sperimentale era stata fatta esplodere presso Alamogordo, in USA il 16 luglio 1945); nell’immediato morirono circa 100.000 persone ad Hiroshima e 40.000 a Nagasaki, (a Nagasaki a causa delle condizioni atmosferiche ci fu un errore di sgancio e la città fu parzialmente difesa da una collina; Nagasaki non era nemmeno l’obiettivo primario, che era invece Kokura, troppo coperto di nuvole) ma nel conteggio complessivo le due bombe provocarono all’incirca 300.000 morti, considerando i morti successivi per radiazione.

bomba2Hiroshima dopo l’eplosione di Little Boy.

bomba3Nagasaki prima e dopo l’esplosione di Fat Man.

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fatta a Hiroshima da Antonio Fabbro

Quando si parla di bomba atomica il pensiero va (oltre che prima di tutto ai 300.000 morti) ai fisici che hanno scoperto e messo a punto l’energia atomica e i dispositivi che la sfruttano per motivi pacifici o bellici; sono storie che sono state raccontate molte volte; qua vorrei invece notare un aspetto che di solito viene trascurato, ossia il contributo dei chimici in particolare allo sviluppo della bomba atomica. Non ho certo uno scopo di rivendicazione orgogliosa, al contrario; mi vergogno come scienziato di far notare che la Scienza nel suo complesso è stata usata per mettere a punto la più potente arma che conosciamo. Si tratta proprio di capire quale è stato il ruolo specifico della chimica.

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Dopo il 1945 nel mondo sono state costruite migliaia di bombe atomiche, ma nessuna è stata usata per motivi bellici; si calcola che nel 1985 ce ne fossero 65000; nel 2000 ce ne erano oltre 31500, ridotte nel 2012 a 17300; il grosso sono detenute da pochi stati: Russia 8500, USA 7700, Regno Unito 225, Francia 300, Cina 240, India 100, Pakistan 110, Corea del Nord 10, Israele 80.

Fino al 1963, anno in cui gli esperimenti atomici furono messi al bando, almeno da alcuni stati, i soli USA avevano condotto oltre mille esplosioni di cui 278 in atmosfera.

E’ da considerare che esistono parecchi tipi di bombe atomiche; oltre la tipologia di bombe cosiddette a fissione usate a Hiroshima e Nagasaki ci sono le più potenti bombe termonucleari o bombe a fusione, inventate e sperimentate al principio degli anni 50 da Edward Teller in USA e le bombe sporche, ossia esplosivi convenzionali che distribuiscono nell’ambiente isotopi a vita più o meno breve in grado di uccidere molte persone. Le bombe a fusione hanno un meccanismo esatto mai descritto pubblicamente in modo totale ed ancora, almeno parzialmente, coperto da segreto in praticamente tutti gli stati del mondo. E’ difficile quindi sapere con esattezza quali paesi hanno effettivamente a disposizione bombe termonucleari a fusione e non semplicemente bombe a fissione e quali meccanismi siano implicati nella loro costruzione.

Come è fatta una bomba atomica e quanto c’entra la chimica nella sua costruzione? Dato che i dettagli delle moderne bombe sono coperte tutte da segreto militare, può essere di aiuto considerare come erano fatte le due bombe sganciate su Hiroshima e Nagasaki, denominate rispettivamente Little Boy e Fat Man e la prima bomba o impianto termonucleare, Ivy Mike, costruita sull’atollo di Enewetak e fatta brillare il 1 novembre 1952.

Schema Foto
bomba6bomba7Sequenza di accensione del meccanismo a schiuma di plasma.A.  Testata prima dell’esplosione; primario (bomba a fissione) parte alta, secondario (combustibile per la fusione) parte bassa, tutto sospeso in schiuma di polistirene (PS).B.   Alto-esplosivo nel primario, comprime il cuore di plutonio alla supercriticità iniziando la reazione di fissione.C.  La fissione del primario emette raggiX irradiati nel contenitore trasformano in plasma la schiuma di PS.D.  La schiuma di PS diventata plasma, comprime il secondario e causan la fissione dell’innesco di plutonioE.   Il combustibile deuteruro di litio-6 (6LiD) compresso e riscaldato produce trizio e innesca la reazione di fusione. Il flusso di neutroni porta a fissione il tappo di U-238. Si forma una iniziale palla di fuoco.
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Little Boy, 6 agosto 1945 Hiroshima 13-18 chilotoni

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Fat Man, 18-23 kilotoni 9 agosto 1945 Nagasaki

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La prima bomba termonucleare fu un impianto piuttosto che un dispositivo; notate le dimensioni dell’uomo in basso a destra. Nel tempo le dimensioni sono state molto ridotte. Ivy Mike, 10-12 Megatoni, Enewetak, 1 Novembre 1952; l’atollo di Enewetak è ancora radioattivo e rimarrà inabitabile fino almeno al 2026.

bomba11 bomba12Ivy Mike aveva una potenza esplosiva pari a 10-12 Megatoni, ossia quasi 1000 volte quella di Little Boy; questa immagine mostra parte dell’atollo Enewetak, prima e dopo l’esplosione di Ivy Mike. In alto la parte grigiastra corrisponde ai bassi fondali dell’atollo, mentre quelle evidenziate in chiaro sono le zone affioranti di esso. In basso si noti la completa scomparsa di Elugelab, l’isola dove fu fatta esplodere.

Come si vede dallo schema dei tre ordigni ci sono molti passaggi in cui la chimica è essenziale; prima di tutto occorrono degli isotopi ben precisi degli elementi da usare e quindi c’è una fase di preparazione dei composti, una fase di arricchimento del combustibile nuleare che può riguardare qualunque degli isotopi necessari, dall’uranio 235 all’idrogeno 2 o 3; poi c’è l’uso di esplosivi molto potenti per mettere in criticità la massa di materiale fissile, esplosivi che debbono essere capaci di una formidabile spinta meccanica istantanea; infine ci sono alcuni materiali innocui come la schiuma di polistirene (o come il Teflon, che non sono qui esplicitamente nominati) che sono essenziali e seppur non sviluppati appositamente per il progetto Manhattan, ossia per la costruzione della prima bomba atomica, furono una condizione sine-qua-non per costruire le bombe; per esempio senza il Teflon, inventato da Plunkett, un chimico della DuPont nel 1938, sarebbe stato impossibile contenere o isolare o trasportare o manipolare l’esafluoruro di Uranio, che è altamente corrosivo, nei modi che servivano alla costruzione della bomba.

Vedremo nella prossima puntata alcuni singoli aspetti delle tre fasi del contributo della Chimica in maggiore dettaglio.

Ribadisco che questi contributi vanno visti come l’analisi di un fenomeno, non come la rivendicazione di un merito; contribuire allo sviluppo delle armi è una attività altamente non-etica. Proprio per questo, non la semplice rivendicazione di estraneità, ma la comprensione dei meccanismi di coinvolgimento chiarisce cosa è possibile evitare e cosa invece no. (Continua)

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