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Bomba atomica: come funziona e quali sono i suoi effetti

Bomba atomica: come funziona? Ecco cosa succede subito dopo l'esplosione della bomba atomica ed ecco le conseguenze nel tempo sulle persone coinvolte.

Categorie Fisica · Guerra Russia-Ucraina · Scienza e Scienziati
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Sono passati 74 anni da quel tragico evento, che stravolse le vite di milioni di persone innocenti. Il 6 e il 9 Agosto, gli Stati Uniti cancellarono dalla faccia della Terra vite umane in pochi secondi con l’utilizzo della bomba atomica. Molte persone morirono senza nemmeno accorgersene, come se non fossero mai nate. Probabilmente furono anche fortunate, se consideriamo che coloro che sopravvissero per qualche giorno, andarono incontro alla morte tra atroci sofferenze.

Oggi lo spettro della bomba atomica torna a incutere paura, questa volta in Europa.
Putin minaccia di utilizzare tutta la potenza militare russa contro l’Ucraina
e chiunque mostri anche solo un minimo di ostilità verso di lui o che intenda appoggiare il suo nemico. Più volte Putin ha ricordato alla Nato e all’Europa intera che possiede un arsenale bellico di tutto rispetto, comprendente anche il nucleare, e non si farà scrupoli ad usare la bomba atomica, se sarà necessario. Anche se resta un’ipotesi molto improbabile perché comporterebbe la distruzione dell’intero pianeta.

Gli Stati Uniti misero insieme un team di scienziati per realizzare quello che è passato alla storia con il nome di progetto Manhattan. Era il 1939 e il presidente Roosvelt aveva formato una squadra di ricerca esclusiva, composta dalle menti dei più brillanti scienziati dell’epoca, tra i quali anche l’italiano Enrico Fermi.

Inventore della bomba atomica: principio di equivalenza di Einstein e la fissione nucleare

bomba atomica

Grazie al lavoro di quegli scienziati, oggi siamo in grado di dividere gli atomi. L’energia che ne possiamo ricavare può essere usata per soddisfare la domanda, sempre crescente, delle attuali società energivore. Eppure abbiamo scelto di destinarla a fini bellici. Esistono due tipi di questi ordigni: la bomba a fissione e quella a fusione. Quelle lanciate su Hiroshima e Nagasaki erano a fissione nucleare. Il funzionamento della bomba atomica si basa sulla reazione di fissione nucleare. Si tratta del processo di divisione del nucleo atomico, che deve avvenire all’interno di un elemento pesante (fissile), in due o più nuclei di massa inferiore. La divisione del nucleo è conseguente alla collisione con un neutrone libero.

Tale rottura produce a sua volta elementi più leggeri, unitamente ad alcuni neutroni liberi e a una quantità molto significativa di energia (milioni di volte superiore a quella chimica). In particolare, se il materiale fissile presenta un grado di concentrazione e una massa sufficientemente grandi, cioè raggiunge la cosiddetta “massa critica”, i neutroni liberi, prodotti dalla scissione, sono, a loro volta, in grado di colpire altri nuclei di elemento fissile. Quando si verificano queste circostanze, i neutroni danno vita a una reazione a catena, che non è possibile controllare, ma si propaga per l’intera massa di materiale, liberando un’enorme quantità di energia in un arco temporale brevissimo.

La base teorica, su cui poggia la tecnologia della bomba atomica, è il principio di equivalenza massa-energia. Possiamo esprimere questa affermazione tramite un’equazione molto nota: E=mc². Semplicissima nella sua forma, nota a molti, anche non addetti ai lavori, rappresenta il cardine della teoria della relatività ristretta, enunciata da Albert Einstein. Questa formula ci dice che con poca massa si può produrre una quantità elevata di energia.

Nel dettaglio, l’esplosione della bomba atomica si realizza tramite l’uso di esplosivi convenzionali. I sistemi di detonazione possono essere complessi e di tipo diverso. Per la detonazione, si può procedere in due modi. Si avvicinano le parti del nocciolo o si modificano in modo da raggiungere la massa supercritica. Il nocciolo viene modificato nella forma e nella concentrazione, in modo da portarlo a uno stato supercritico. Abbiamo disponibili due tecniche alternative.

La bomba atomica a blocchi separati

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Vector version by Dake., CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons.

Il primo è il sistema a blocchi separati, o detonazione balistica, chiamata anche “a proiettile” o “a cannone” (gun-triggered fission bomb). In questo tipo di bomba atomica, il nocciolo di materiale fissile si compone di due parti, un “proiettile” di massa subcritica e un “bersaglio”, più grande, ma sempre con massa subcritica. All’atto dell’esplosione, una carica esplosiva lancia il proiettile ad elevata velocità in una canna, fino a raggiungere il bersaglio. in questo modo modo, proiettile e bersaglio si uniscono per formare un’unica massa supercritica.

Questo tipo di bomba atomica è più semplice da costruire, perché richiede una tecnologia rudimentale. Bisogna anche tener presente che funziona bene solo con l’uranio-235. Il plutonio è più instabile e richiederebbe accorgimenti costruttivi tali che l’ordigno sarebbe troppo ingombrante per poter essere utilizzato.

In particolare, la bomba atomica ha un tubo alla cui estremità c’è un proiettile. Si tratta di un blocco di uranio-235 a forma di cilindro cavo. Al lato opposto si trova il “bersaglio” (altro blocco cilindrico di uranio-235), con le stesse dimensioni della cavità del proiettile e massa minore. Il generatore di neutroni si trova all’estremità occupata dal bersaglio. Nel momento in cui si colpisce il bersaglio, il proiettile attiva anche l’iniziatore neutronico. In questo tipo di ordigno il generatore di neutroni è superfluo per via della sua configurazione “a cannone”. La fissione avviene spontaneamente una volta creata la massa e la densità supercritica.

Questa bomba atomica ha un’efficienza molto scarsa. Per costruire quest’arma occorrono alcune decine di chilogrammi di uranio-235, ma la gran parte di questa massa, circa il 98,5% non dà luogo alla reazione nucleare. La scarsa efficienza dipende dal fatto che manca l’effetto di concentrazione messo in atto dal sistema a implosione sul nocciolo. In pratica, il contenimento inerziale è affidato soltanto alle masse del contenitore. Quest’ultimo, detto tamper, è, a sua volta, anche meno efficace, perché deve contenere una massa molto grande.

L’assemblaggio di una massa così grande è operazione piuttosto pericolosa. Inoltre, la bomba atomica a blocchi separati non può avere una potenza esplosiva molto grande, perché la quantità di uranio non può essere aumentata a piacimento. Questi sono i motivi per cui, in linea di massima, le armi basate su questo sistema non vengono costruite.

La bomba atomica a implosione

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Il sistema a implosione è, certamente, molto più efficiente del sistema a blocchi separati. Per contro, è estremamente più complesso da progettare. Si basa sull’esplosione simultanea di molti detonatori. I dispositivi si trovano ubicati sulla superficie di una corona di materiale esplosivo, che circonda il nocciolo. A sua volta, il nocciolo è a forma di sfera cava di massa subcritica, per ottenere un’elevata pressione su quest’ultimo.

L’aumento di pressione comprime il materiale fissile ed elimina la cavità. Si modifica la forma e si incrementa la densità dello stesso materiale fissile, in modo da portarlo a uno stato supercritico. Questa tecnologia è coadiuvata da un sistema di contenitori, detti “tamper” e intelaiatura, intorno al nocciolo. Le funzioni del sistema coadiuvante sono di ridurre le fughe di neutroni, trattenere l’espansione termica del nocciolo e rendere uniforme l’onda d’urto di implosione.

La bomba zar

La bomba atomica è stata inventata dagli statunitensi, ma sono stati i sovietici a produrre quella più potente. Si chiama Bomba Zar ma è conosciuta anche come Tsar Bomba o RDS-220. L’ordigno è una bomba H di tipo Teller-Ulam da 50 Mt che sarebbe capace di produrre 3125 volte l’energia emanata da una bomba a blocchi separati. Si tratta di un’arma ad idrogeno a tre stadi, dei quali il primo è a fissione, per innescare il secondo, a cui è affidata una fusione nucleare di atomi leggeri. L’energia liberata innesca, infine, il terzo stadio, portatore di un’altra fissione nucleare.

Una versione depotenziata fu sganciata il 30 ottobre 1961 in una regione a nord del Circolo polare artico. Il raggio di distruzione fu di 35 km e le radiazioni prodotte furono così potenti da ionizzare l’aria e interrompere le comunicazioni radio per quasi un’ora.

Effetti e conseguenze della bomba

Hiroshima oggi. Foto di Samuele Schirò da Pixabay

Gli elementi radioattivi, che compongono la bomba, si mescolano con la materia vaporizzata nel fungo atomico. Tutto viene scagliato ad altezze incredibili. Si può arrivare anche oltre i 10 km di quota. A tali altezze, il materiale si raffredda e si condensa, per tornare ad avere di nuovo una consistenza solida. Si formano piccole particelle che ricadono sulla terra (fallout).

Dato che il materiale risulta fine e leggero, viene facilmente trasportato sulle lunghe distanze, sia dalle correnti del vento sia dai corsi d’acqua. Così avviene la contaminazione di tutto quello che, accidentalmente, viene a contatto. Nulla viene risparmiato, neppure piantagioni, animali domestici e d’allevamento o scorte d’acqua.

La ricaduta del materiale dell’esplosione nucleare comincia in pochi minuti. I detriti e le polveri più pesanti cadono nella zona circostante (fallout primario), mentre il materiale più fine, già menzionato sopra, precipita in un tempo molto più lungo. Si stima che la caduta avvenga non prima di 1-2 ore dopo l’esplosione (fallout secondario). Per comprendere le dimensioni del fenomeno, basti pensare che la coda del fallout secondario può estendersi per decine di chilometri per le esplosioni più potenti e la pioggia di materiale può proseguire anche per due o più giorni.

Un’esplosione in Ucraina potrebbe anche interessare l’Italia. Per esempio, gli effetti del disastro di Chernobyl, città situata proprio nell’attuale Ucraina, raggiunsero anche il nostro paese. Le nubi radioattive arrivarono in pochi giorni a toccare l’Europa orientale (compresa l’Italia). Bisogna tener conto che i primi materiali a ricadere sono anche quelli più radioattivi, dunque i più pericolosi. Dopo circa due giorni, il livello di radioattività del fenomeno si stabilizza su un valore, quindi le prime 48 ore, successive alla detonazione della bomba, sono quelle più “calde”, soprattutto per chi vive nella zona contaminata.

Quali sono i danni e sintomi da esposizione?

Diversi sono i danni causati dall’esplosione della bomba atomica:

  • Lesioni fisiche, traumi o morte immediata a causa della forza dell’onda d’urto;
  • Ustioni, derivanti dal calore sprigionato e dagli incendi innescati;
  • Cecità, temporanea o permanente, causata dall’intensa luce sprigionata dall’esplosione;
  • Avvelenamento da radiazione.

L’avvelenamento da radiazione, derivante dall’esplosione della bomba atomica, porta:

  • ·Immediata degenerazione dei tessuti, che si manifesta in pochi minuti;
  • Aumento della probabilità di sviluppare tumori, anche a distanza di anni;
  • Danni genetici, anche a carico delle generazioni successive (figli non ancora nati o non ancora concepiti).

Altrettanto pericolosa è l’esposizione interna a fonti radioattive, generate dall’esplosione della bomba atomica, (bere acqua o mangiare alimenti contaminati, respirare aria contenente pulviscolo radioattivo). Gli effetti delle radiazioni sulla salute dipendono, in particolare, da:

  • Dose e tempo di esposizione;
  • Tipo di materiale radioattivo;
  • Modalità di esposizione (contatto esterno o interno).

L’esposizione a grandi quantità di radiazioni, anche per un breve periodo temporale, può causare la malattia acuta da radiazione. I sintomi della malattia acuta da radiazioni, causata dalla bomba atomica, sono:

  • Nausea e vomito;
  • Mal di testa
  • Diarrea.

I sintomi compaiono in pochi minuti o in alcuni giorni dopo l’esposizione, dipendendo dalla dose cui si viene esposti oltre che dalla durata. I disturbi possono anche essere intermittenti. Dopo una fase iniziale è possibile osservare un miglioramento. In realtà, spesso, si cela un successivo peggioramento. Altri sintomi dell’esposizione all’esplosione della bomba atomica possono essere:

  • Perdita di appetito;
  • Affaticamento;
  • Febbre;
  • Sintomi neurologici (convulsioni e coma).

La bomba atomica è, a ragione, considerata un’arma di distruzione di massa. Per tale motivo la comunità internazionale limita e sanziona la produzione di questo genere di armi, tramite il trattato di non proliferazione nucleare.