Creato da tiodioetiodio il 18/12/2008

bombatomica

Politica & Società

 

 

Russia: morto scienziato Vitaly Ginzburg

Post n°4 pubblicato il 12 Novembre 2009 da tiodioetiodio
 

Premio Nobel, lavoro' a progetto della bomba atomica.

Vitaly Ginzburg, lo scienziato russo che nel 2003 ottenne il Premo Nobel per la fisica, e' morto a Mosca all'eta' di 93 anni.


Vitaly Ginzburg, che era ebreo e membro dell'Accademia delle scienze russa, aveva lavorato al progetto di bomba nucleare dell'Urss con Andrei Sakharov. Nel 1951 fu estromesso dalle ricerche in conseguenza della campagna di antisemitismo lanciata da Stalin. Con tutta probabilita', Ginzburg sara' sepolto nel grande cimitero monumentale di Novodievici a Mosca.

 
 
 

Video storico (Hiroshima, Nagasaki e le Armi Atomiche Nucleari)

Post n°3 pubblicato il 25 Ottobre 2009 da tiodioetiodio
 
Tag: Video




 
 
 

Bomba al Neutrone

Post n°2 pubblicato il 11 Ottobre 2009 da tiodioetiodio
 
Foto di tiodioetiodio

La bomba al neutrone (detta anche bomba N) è un arma nucleare che affida il suo potenziale distruttivo non a effetti termici o meccanici, come la bomba atomica o la bomba all'idrogeno bensì ad un enorme flusso di neutroni.

    - Storia

La creazione della bomba al neutrone viene in genere attribuita a Samuel Cohen del Lawrence Livermore National Laboratory, che sviluppò il concetto nel 1958. Anche se all'inizio del suo sviluppo vi si oppose il Presidente John Fitzgerald Kennedy, i primi test di quest'arma vennero autorizzati ed eseguiti nel 1962 in un poligono del Nevada. Il suo sviluppo venne in seguito cancellato dal Presidente Jimmy Carter nel 1978, ma nuovi fondi per questa ricerca vennero stanziati dal presidente Ronald Reagan nel 1981. Si pensa che gran parte dell'arsenale nucleare degli USA sia stato smantellato dall'amministrazione del presidente Bush padre. Le armi a "radiazione aumentata" vennero prodotte anche dalla Francia nei primi anni ottanta, anche se si pensa che abbia poi distrutto queste sue bombe. Il "Cox Report" del 1999 indica che la Cinaè in grado di produrre la bomba al neutrone,anche se non si conosceesattamente se qualche Paese le abbiadispiegate abitualmente nelproprio arsenale o se le abbia in effettiimpiegate.



    - Caratteristiche tecniche

Introduzione


Nella bomba al neutrone l'emissione del fascio di particelle è innescato dall'esplosione di un ordigno termonuclearedipotenza relativamente limitata, che impiega la maggiorpartedell'energia liberata per rilasciare i neutroni, i quali, essendoprividi carica elettrica, riescono ad attraversare la materia congrandefacilità, non causandole danni se inanimata (ad eccezionedeivulnerabili circuiti integrati dei processori), ma causando mutazioni e rotture del DNA, potenzialmente o invariabilmente letali per la vita organica. Nellaversione americana della bomba al neutrone, dopo l'esplosione adaltezzeinferiori ai 2 km, gli effetti termici e meccanici dell'ordignosisviluppano fino ad un raggio 0,6 km, mentre le radiazioni hannoeffettoimmediato entro un raggio di 1,3 km. I neutroni velocigenerati,interagiscono poco con l'atmosfera, ma per esempio, quandocolpiscono lestrutture in acciaio della torretta di un carro armatointeragiscono coni nuclei atomici del ferro della corazza (per l'alta densità di nuclei di ferro presenti, che contengono anche molti neutroni e protoni) e così generano raggi gamma con grande capacità di penetrazione della corazza e letalità per gli esseri umani al suo interno. Alsuolo non si produce alcuna nube incandescente di fuoco, néledevastanti ondate di vento, e non esiste alcun falloutradioattivo,perché soltanto gli strati profondi del suolo assorbono ineutroni,rilasciando subito l'energia ricevuta dai neutroni come raggigamma.Questi strati non vengono sollevati e quindi non si producononuvole dipolvere radioattiva.


Queste caratteristiche fanno della bomba Nun'arma ad impiegotattico, specialmente adatta a colpire esseri viventidentro strutturemetalliche e/o interrate. Come ad esempio per arrestareun'avanzatamassiccia di mezzi terrestri (carri armati) o per colpire personale asserragliato in ricoveri sotterranei o in massicci edifici cittadini in cemento armato. Bisognatenere presente che fenomeni di emissione di neutroni avvengonoanchenelle deflagrazioni di ordigni nucleari e termonucleari: la loroportataè però assai esigua, dato che essa viene superataabbondantemente daglieffetti termici e dall'onda d'urto. Dettagli costruttiviLe bombe al neutrone, note in inglese come enhanced radiation bombs (armi ER), sono armi termonucleari relativamente piccole nelle quali il lampo di neutroni liberi generato dalla reazione di fusione nuclearevienelasciato libero di fuggire dalla struttura della bomba (in queipochimicrosecondi in cui la bomba ancora esiste). I riflettori internidi raggi X ed il contenitore della bomba sono fatti in cromo o nichel in modo che ai neutroni sia consentito "sfuggire". Esattamente l'opposto avviene nella bomba al cobalto,nota anche come "bomba ai sali", oppure "ordigno fine del mondo".Questo intenso lampo di neutroni ad alta energia è ilprincipalemeccanismo distruttivo che viene sfruttato in questa bomba.Il termine"radiazione aumentata" (enhanced radiation) si riferiscesoltanto allampo iniziale di radiazione ionizzante rilasciato al momento della detonazione, non ad un qualsiasi incremento dei residui radioattivi né al fallout. Una bomba al neutrone richiede una quantità considerevole di trizio, che ha una emivitadi12,3 anni, cosa che rende impossibile immagazzinare in efficienzal'armaper periodi più lunghi. Le bombe al neutrone cheesistevanonell'arsenale degli USA in passato erano varianti delle bombenucleari W70 e W79. Unatecnologia alternativa è quella di incrementare lapotenzadell'emissione di raggi X della bomba. Fino alla detonazionevienepermesso ad un grande campo di elettroni di riuscire a colpireunbersaglio in tungsteno,sagomatocome una piastra metallica che viene "sparata" e compressa daesplosivicontro il nucleo in uranio o plutonio. Si pensa che traqueste armi a"radiazione aumentata" sia compreso anche un dispositivoad emissione di"pure radiazioni di neutroni" (come l'ipotetica bombasovietica al mercurio rosso) con capacità di causare danni soltanto ai circuiti elettronici oppure l'uccisione di esseri viventi per irraggiamento.


    - Tattiche d'impiego delle bombe al neutrone

L'ideacomune della bomba al neutrone, quella di una bomba cheucciderebbe lepersone lasciando gli edifici senza danni, èconsiderevolmenteesagerata. Nel raggio convenzionale di combattimento(690 m) infatti, loscoppio di una bomba al neutrone da 1 chilotonefarebbecrollare quasi tutti gli edifici civili. Quindi l'uso di bombe al neutrone per fermare un attacco nemico, che richiede l'esplosione di diverse testate per azzerare le forze nemiche, distruggerebbeanchetutti gli edifici nell'area.
Le bombe al neutrone potrebbero essere utilizzate come armi anti-missile ICBM strategico, oppure come armi tattiche per l'utilizzo contro colonne di veicoli corazzati e blindati. Come arma anti-missile, le bombe ER vennero sviluppate per proteggere i silos missilistici degli Stati Uniti, dalle incombenti testate nucleari dell'Unione Sovietica (di potenza 1-2 megatoni,capacidi distruggere ad 1 km di distanza un silos corazzatosotterraneo incemento armato con anima in acciaio), tramite il danneggiamento delle componenti elettroniche di guida e di detonazione, senza far scoppiare ne distruggere la testata. Questo grazie ad unintenso flusso neutronico (bombe al neutrone montate in missili-antimissile iper-veloci come lo Sprint ABM).
Lebombe al neutrone tattiche sono principalmente intese comearmidestinate ad uccidere soldati protetti nei loro mezzi corazzati.Iveicoli corazzati del tipo AFVsonoestremamente resistenti al calore ed all'esplosione causatidalladetonazione di armi nucleari al suolo, questo determina che ilraggioefficace di un'arma nucleare contro i tank sia determinato dal raggio entro il quale la radiazione ionizzanteèletale (ma la radiazione gamma ricevuta dall'equipaggio vieneridottadel 50% per ogni centimetro di spessore di piombo). Emettendoenormiquantità di radiazione immediatamente letale, e del tipopiùpenetrante, le testate ER massimizzano il raggio letale diognideterminato tipo di testata nucleare che possa colpirebersaglicorazzati.


Un problema con l'utilizzo delle radiazioni ionizzanti come arma tattica (anti-personnel weapon)èche per incapacitare rapidamente il suo obiettivo, la dose diradiazioni somministrata deve essere di molte volte il livello che siconsidera invaribilmente letale nell'arco di poche settimane. Una dosediradiazioni pari a 6 Gyvienenormalmente considerata letale. Ucciderà almeno la metà diquelliesposti ad essa, ma non si vedrà alcun effetto notevole peralcune ore,né gli impedirà di combattere in questo lasso. Le bombe alneutronevenivano proposte per irradiare gli equipaggi dei tank con unadose dicirca 80 Gy, in modo da produrre una loro immediata epermanenteincapacità. Una testata ER da 1 chilotone può produrre questo livello di Gy, dentro un tank T-72 alla distanza di 690 m, in confronto ai 360 m di una bomba a fissione nucleare"pura".Per causare una dose di 6 Gy, le distanze dallo scoppiosonorispettivamente 1100 m e 700 m, e per i soldati non protetti dentroitank le esposizioni pari a 6 Gy avvengono a 1350 m e 900 m. Ilraggioletale causato dalla sola radiazione, prodotto da armi tattichealneutrone, eccede il raggio letale dello scoppio e del calore ancheperle truppe non protette. Il flusso di neutroni può indurre quantitàsignificative diradioattività secondaria di breve durata nell'ambiente,nella regionead alto flusso vicina al punto di scoppio. Le legheutilizzate nellecorazzature in acciaio possono produrre radioattività che resta pericolosa per 24-48 ore. Se un carro armato esposto a una bomba al neutrone da 1 chilotonea690 m (il raggio di efficacia per l'immediata messa fuoricombattimentodell'equipaggio) viene immediatamente occupato da unnuovo equipaggio,questo riceverà una dose letale di radiazioni nelgiro di 24 ore. Un importante svantaggio dell'arma è che non tutte le truppe prese dimiramoriranno o verranno messe fuori combattimento immediatamente.Dopo unbreve attacco di nausea, molti dei colpiti con 5-50 Sv diradiazionesperimenteranno un temporaneo recupero che può durare dagiorni asettimane. È stato suggerito che queste truppe, sapendo didovercomunque morire presto, potrebbero combattere fanaticamente, senza l'usuale riguardo per la propria integrità. Alcune autorità dicono che a causa della rapida attenuazione dell'energia deineutronida parte dell'atmosfera (esse sostengono che si riduca di unfattore 10ogni 500 metri a causa dell'assorbimento da partedell'ambiente, oltreagli effeti della dispersione tridimensionale) learmi a neutroni sonoefficaci solo su breve distanza, e quindi sonopratiche solo con reserelativamente basse. Queste testate ER si dicesiano progettate perminimizzare la quantità di energia da fissione egli effetti delloscoppio prodotto, rispetto alla resa dei neutroni. Laragione principalesarebbe quella di poterle impiegare vicino a forzeamiche.


Esiste anche un'altra visione della bomba al neutrone e del suo impiego tattico. Il suo inventore, Samuel Cohen,scrisseun libro nel quale dichiarava che il raggio d'azione effettivodi unabomba al neutrone (quasi pura) superava i 10 km di altitudine. Cohen dichiarò esplicitamente che armi a "radiazioni potenziate" dispiegate in Germania durante la Guerra Fredda erano un compromesso politico, progettate per avere uno scoppioconsiderevole(sotto forma di luce, incandescenza, e sovrapressioned'aria), coneffetti delle radiazioni deliberatamente ridotti pereliminare qualsiasipossibilità di lasciare strutture intatte. Egliprevedeva anche unrilascio di radiazioni pari a 1 kGy a terra da una bomba al neutrone pura esplosa a 10 km di altezza. Lospettro di assorbimento dei neutroni da parte dell'aria è disputato,epuò dipendere in parte dall'assorbimento da parte dell'idrogenodelvapore acqueo. Potrebbe quindi variare esponenzialmente conl'umidità,rendendo le bombe al neutrone da alta altitudine più letalinei climidesertici che in quelli umidi. Questo effetto varia ancheconl'altitudine. Secondo Cohen, una tattica possibile di utilizzodella "vera" bomba alneutrone è quindi di lanciarla coma arma difensivacontro attacchicorazzati. I civili si riparano in rifugi antiatomici(conrivestimento in piombo e situati molti metri sotto terra) e labombaviene fatta esplodere 10 km sopra l'attacco corazzato. Si diceche lacorazzatura non sia in grado di schermare gli equipaggi di carriarmatied aerei. In un tale evento, alberi e piante di una cittàverrebberouccisi dalle radiazioni, ma gli edifici rimarrebbero intattiper ilriutilizzo da parte dei civili (che comunque dovrebberoaspettarediversi giorni perché decadano certi isotopiavita breve). Tali bombe al neutrone sarebbero potenti armi antinave,capaci di uccidere i marinai di un'intera squadra navale. Unimportantesostenitore della ricerca di Cohen fu la U.S. Navy.

 
 
 

Bomba Atomica

Post n°1 pubblicato il 07 Gennaio 2009 da tiodioetiodio
 
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La bomba atomica o bomba A è il nome comune della bomba a fissione nucleare. È un ordigno esplosivo, appartenente al gruppo delle armi nucleari, la cui energia è prodotta dal fenomeno della fissione nucleare cioè la scissione, spontanea o indotta, del nucleo atomico di un elemento pesante in due o più frammenti. La reazione a catena avviene in forma "incontrollata" e rapidissima in una massa di uranio 235 o di plutonio 239 altamente concentrati, nell'istante in cui la massa viene resa "super-critica".
Nell'uso comune talvolta il nome "bomba atomica" è esteso ad altre armi nucleari di potenza simile o superiore, includendo così anche le bombe che utilizzano l'altro tipo di reazione nucleare, la fusione dei nuclei di elementi leggeri. Il termine bomba atomica nella classificazione originaria di bomba A indicava propriamente solo le bombe a fissione. Quelle che invece utilizzano la fusione sono chiamate bombe H o bombe all'idrogeno, o anche raggruppate nella definizione di armi termonucleari.



- Principio di funzionamento
Il principio della bomba Atomica o bomba A è la reazione a catena di fissione nucleare, il fenomeno fisico per cui il nucleo atomico di certi elementi con massa atomica superiore a 230 si può dividere (fissione) in due o più nuclei di elementi più leggeri quando viene colpito da un neutrone libero. La fissione si può innescare in forma massiccia, cioè come reazione a catena, se i nuclei fissili sono tanto numerosi e vicini fra loro da rendere probabile l'ulteriore collisione dei neutroni liberati con nuovi nuclei fissili. Gli isotopi che è possibile utilizzare nella pratica sono l'uranio 235 e il plutonio 239. Questi metalli pesanti sono i materiali fissili per eccellenza. Quando un neutrone libero colpisce un nucleo di U235 o di Pu239, viene catturato dal nucleo per un tempo brevissimo, rendendo il nucleo composto instabile: questo si spezza entro 10-12 secondi in due o più nuclei di elementi più leggeri, liberando contestualmente due o tre neutroni e circa l'uno per cento della sua massa viene convertita in energia sotto forma principalmente di fotoni ed energia cinetica dei nuclei leggeri residui e dei neutroni liberi, per un totale di circa 200 MeV. I neutroni liberati dal processo possono urtare a loro volta altri nuclei fissili presenti nel sistema, che quindi si fissionano liberando ulteriori neutroni e propagando la reazione a catena in tutta la massa di materiale. Come già detto però la reazione a catena avviene se e solo se la probabilità di cattura dei neutroni da parte dei nuclei fissili è sufficientemente alta, cioè in parole povere se questi nuclei sono numerosi, molto vicini fra loro e le perdite per fuga dal sistema sono opportunamente ridotte. Questo si ottiene, tipicamente, mettendo insieme in una geometria a basso rapporto superficie/volume una certa quantità di uranio (o plutonio) metallico arricchito, in cui cioè l'isotopo fissile sia presente in concentrazione più alta di quella presente in natura, ottenendo la cosiddetta massa critica. Il valore esatto di questa massa dipende dall'elemento scelto, dal grado del suo arricchimento e dalla forma geometrica scelta: orientativamente è di alcuni kg. Nella testata di una bomba atomica, il materiale fissile è tenuto separato in più masse subcritiche, oppure foggiato in forme geometriche non favorevoli al bilancio neutronico per le elevate fughe (gusci sferici cavi). La bomba viene fatta detonare concentrando insieme il materiale fissile per mezzo di esplosivi convenzionali, che portano istantaneamente a contatto le varie masse, o fanno collassare il guscio sferico. La testata è eventualmente rivestita di uno schermo di berillio, che riflette parzialmente i neutroni che altrimenti verrebbero persi all'esterno.



- Storia
Il fondamento teorico è il principio di equivalenza massa-energia, espresso dall'equazione E=mc² prevista nella teoria della relatività ristretta di Albert Einstein. Questa equivalenza generica suggerisce che, in linea di principio, potrebbe esserci la possibilità di trasformare direttamente la materia in energia o viceversa. Einstein non vide applicazioni pratiche di questa scoperta. Intuì però che il principio di equivalenza massa-energia poteva spiegare il fenomeno della radioattività, ovvero che certi elementi emettono energia spontanea, e una qualche reazione che implicasse l'equivalenza poteva essere la fonte di luminosità che accende le stelle. Successivamente, si avanzò l'ipotesi che alcune reazioni che implicano questo principio potevano effettivamente avvenire all'interno dei nuclei atomici. Il "decadimento" dei nuclei provoca un rilascio di energia. L'idea che una reazione nucleare si potesse anche produrre artificialmente e in misura massiccia, sotto forma cioè di reazione a catena, fu sviluppata nella seconda metà degli anni trenta in seguito alla scoperta del neutrone. Alcune delle principali ricerche in questo campo furono condotte in Italia da Enrico Fermi. Un gruppo di scienziati europei rifugiatisi negli Stati Uniti d'America (Enrico Fermi, Leo Szilard, Edward Teller ed Eugene Wigner) si preoccuparono del possibile sviluppo militare del principio. Nel 1939 Fermi e Szilard, in base ai loro studi teorici, persuasero Albert Einstein a scrivere una lettera al presidente Roosevelt per segnalare che c'era la possibilità ipotetica di costruire una bomba utilizzando il principio della fissione. Il governo statunitense cominciò così a interessarsi alle ricerche. Enrico Fermi proseguì poi negli Stati Uniti nuove ricerche sulle proprietà di un isotopo raro dell'uranio, l'uranio 235, fino a ottenere la prima reazione artificiale di fissione a catena autoalimentata: il 2 dicembre 1942, il gruppo diretto da Fermi assemblò a Chicago la prima pila atomica o reattore nucleare a fissione che raggiunse la condizione di criticità, costituito da una massa di uranio naturale e grafite disposti in maniera eterogenea. Pochi mesi prima, nel giugno del 1942, in base ai calcoli fatti in una sessione estiva di fisica all'università della California guidata da Robert Oppenheimer, si era giunti alla conclusione che era teoricamente possibile costruire una bomba che sfruttasse la reazione di fissione a catena. La realizzabilità tecnica però richiedeva enormi finanziamenti. La prima bomba atomica fu realizzata con un progetto sviluppato segretamente dal governo degli Stati Uniti. Il programma assunse scala industriale nel 1942 (cfr. Progetto Manhattan). Per produrre i materiali fissili, l'uranio e il plutonio, furono costruiti giganteschi impianti con una spesa complessiva di due miliardi di dollari dell'epoca. I materiali, escluso il plutonio prodotto nei reattori dei laboratori di Hanford nello stato del Washington, e i dispositivi tecnici, principalmente il detonatore a implosione, furono prodotti nei laboratori di Los Alamos, un centro creato apposta nel deserto del New Mexico. Il progetto era diretto da Robert Oppenheimer e includeva i maggiori fisici del mondo. La prima bomba al plutonio (nome in codice "Gadget") fu fatta esplodere nel "Trinity test" il 16 luglio 1945 nel poligono di Alamogordo, in New Mexico. La prima bomba all'uranio ("Little Boy") fu sganciata sul centro della città di Hiroshima il 6 agosto 1945. La seconda bomba al plutonio, denominata in codice "Fat Man", fu sganciata invece su Nagasaki il 9 agosto 1945.



- La fissione nucleare
La reazione nucleare a catena indotta da neutroni, in una massa di 235U avviene secondo uno schema di questo tipo:

    235U + n → 236U instabile → 144Ba + 89Kr + 2/3 n + 211,5 MeV

Si hanno perciò i seguenti prodotti di fissione:

    * Elementi più leggeri. La formula esprime ciò che succede ad un nucleo di uranio (235U) quando viene colpito da un neutrone (n). L'effetto della cattura da parte del nucleo è la trasformazione di quest'ultimo in un nuovo elemento (236U) che però dura solo un tempo brevissimo dopodiché l'elemento instabile si spezza formando due nuovi elementi. Gli elementi indicati nella seconda parte della formula sono il risultato relativamente più frequente della scissione, ma si possono formare anche elementi diversi a seconda del modo del tutto casuale in cui il nucleo si divide. La maggior parte di questi elementi a loro volta sono spesso isotopi instabili, perciò sono radioattivi e soggetti a ulteriore decadimento (detti frammenti di fissione). Alcuni di questi risultano estremamente pericolosi per l'ambiente e la salute umana (particolarmente frequenti sono il cesio 137, lo stronzio 90 e lo iodio 131) data la facilità con cui tendono ad accumularsi nei tessuti degli esseri viventi.
    * Neutroni liberi. Ai nuovi elementi prodotti dalla reazione si aggiungono sempre due o tre neutroni liberi, che a loro volta possono venire catturati da altri nuclei fissili che si trovano all'interno della massa, e perciò li rendono instabili e contribuiscono a proseguire la reazione di fissione.
    * Energia. Per ciascun nucleo che si scinde, nel modo indicato dalla formula, si producono circa 211,5 MeV di energia, di cui circa 160 MeV sotto forma di energia cinetica dei frammenti di fissione. Questa rilevante produzione di energia è legato al fatto che la somma delle masse risultanti (frammenti di fissione e neutroni) è leggermente inferiore alla massa iniziale del nucleo e del neutrone che ha generato la fissione: una piccolissima percentuale di questa massa risulta perduta, "trasformata" in energia.

La quantità di energia rilasciata dalle reazioni nucleari è molto più grande di quella delle reazioni chimiche in rapporto alla quantità di materia coinvolta. L'energia di legame all'interno dei nuclei (interazione forte) è molto più intensa di quella che lega tra loro gli elettroni esterni di due atomi. L'energia di legame all'interno dei nuclei è una misura di massa. Nel principio di equivalenza E=mc², poiché "mc²" è una grandezza enorme (a causa del valore della costante "c", la velocità della luce nel vuoto, pari a 299 792 458 m/s) l'energia E risulta enorme in confronto ad una piccola massa m.
Per confronto, in una molecola d'acqua il legame degli atomi di idrogeno può produrre una energia di circa 16 eV, dieci milioni di volte inferiore a quella liberata dal nucleo di uranio. Un grammo di U 235 che subisce interamente la fissione produce circa 8 x 1010 joule, ossia quanto la combustione di circa 3 tonnellate di carbone.



- Materiale fissile
I materiali fissili utilizzati nelle bombe atomiche sono il plutonio 239 o l'uranio arricchito, che possono essere prodotti solo in paesi altamente industrializzati, essendo richiesta a monte l'esistenza di un ciclo di arricchimento dell'uranio o di reattori nucleari o altri sistemi capaci di produrre plutonio 239 a partire dall'isotopo uranio 238 attraverso la reazione nucleare di fertilizzazione. L'uranio presente in natura è una miscela del 99,3% circa di isotopo a numero di massa 238 e dello 0,7% circa di isotopo a numero di massa 235; dei due, solo l'ultimo è fissile. Per poterne accumulare una quantità sufficiente occorre quindi "arricchire" l'uranio del proprio isotopo 235. Il nocciolo di una bomba all'uranio deve cioè essere composto di una massa composta in gran parte di uranio 235, ovvero di uranio altamente arricchito. Tale "arricchimento" avviene con la separazione dell'isotopo 235 dall'isotopo 238, per ottenere una concentrazione via via maggiore del primo elemento. Il ciclo di arricchimento industriale ha inizio con la conversione dell'uranio naturale in esafluoruro di uranio (UF6), una sostanza gassosa che permette di sfruttare successivamente la diversa velocità di diffusione che contraddistingue 235UF6 da 238UF6 per separare i due isotopi. L'identico processo si può compiere anche con il tetracloruro di uranio (UCl4). Queste sostanze si possono portare allo stato gassoso a basse temperature, ciò consente di separare i due isotopi meccanicamente. La sostanza viene centrifugata ad altissima velocità, in speciali ultra-centrifughe montate in serie (a "cascata"). Queste concentrano progressivamente l'isotopo 235 separandolo dall'omologo chimico 238, sfruttando la piccolissima differenza di peso specifico tra i due. L'uranio arricchito per le testate atomiche è composto per il 97% circa di U 235. È possibile separare l'isotopo 235 anche con altre metodologie, su scala minore o con tecnologie molto più sofisticate (come il laser). Il prodotto di scarto del processo di arricchimento è uranio, in grande quantità, composto quasi totalmente dall'isotopo 238 perciò inutile per la reazione nucleare, con una percentuale di U 235 bassissima. È il cosiddetto uranio impoverito, cioè uranio con una frazione di U 235 inferiore allo 0,2%. È classificato come scoria radioattiva, ma viene usato per costruire proiettili e bombe in sistemi d'arma convenzionali. La tossicità dell'uranio impoverito, di origine chimica e radiologica, è oggetto di una controversia legata al suo uso, ma è stata accertata, come quella degli altri metalli pesanti come per esempio il piombo, nel caso esso venga inalato o ingerito. All'interno di masse inferiori a quella critica, purché concentrate in piccoli volumi, nell'uranio e nel plutonio le fissioni sono più frequenti di quelle che si hanno nei minerali naturali, dove gli isotopi fissili sono meno concentrati. Dopo un certo periodo di tempo, a causa di questa perdita di isotopi fissili, il materiale fissile non è più utilizzabile per la presenza di un'elevata quantità di frammenti di fissione.

- Caratteristiche costruttive
Una bomba atomica è formata da un nocciolo metallico di alcune decine di chilogrammi di uranio arricchito oltre il 93% (uranio "weapon grade"), oppure di qualche chilogrammo di plutonio contenente almeno il 93% dell'isotopo 239 (plutonio "weapon grade"). È possibile anche costruire una bomba utilizzando pochissimi chilogrammi di uranio, seguendo i principi costruttivi messi a punto per le bombe al plutonio; è altresì possibile, oggi, costruire bombe con mini-nocciolo che impiegano poche centinaia di grammi di plutonio. La massa del nocciolo è sempre, comunque, sub-critica (se così non fosse la bomba esploderebbe anzi tempo). Il nocciolo è inserito in un contenitore di metallo pesante, come l'uranio 238, a formare uno spesso guscio detto tamper ("tampone" o borraggio) che limita la fuga all'esterno dei neutroni, utili alla reazione nel momento dell'esplosione, e soprattutto ha la funzione di trattenere, mediante l'azione inerziale e la pressione esercitata dalla sua espansione termica, il nocciolo per il tempo necessario alla reazione, circa 1 microsecondo. Il tempo a disposizione per la reazione aumenta moltissimo l'efficienza, cioè la percentuale di materiale che subisce la fissione. L'esplosione viene innescata con l'uso di esplosivi convenzionali che avvicinano fra loro parti del nocciolo o lo modificano in modo da rendere la massa super-critica. Mediante sistemi di detonatori (che possono essere complessi e di tipo diverso) il nocciolo viene modificato nella forma e concentrazione in modo da portarlo a uno stato super-critico. Vi sono essenzialmente due tecniche alternative, dal punto di vista ingegneristico, per produrre questo effetto.

Le due soluzioni sono:

   1. il sistema a blocchi separati o detonazione a proiettile (gun-triggered fission bomb). Il nocciolo è cioè diviso in due parti, due masse sub-critiche che, al momento dell'esplosione, vengono proiettate l'una contro l'altra in modo da unirsi a formare un'unica massa super-critica;
   2. il sistema a implosione. È molto più efficiente, ed estremamente complesso da progettare. L'esplosivo circonda un nocciolo a forma di sfera cava con una massa di pochissimi chilogrammi. Il sistema di detonatori esplosivi e contenitori intorno al nocciolo servono per produrre l'implosione di questo, cioè "schiacciare" la massa e a ridurre le fughe di neutroni in modo da portarlo a uno stato super-critico. La detonazione modifica la forma e la concentrazione del materiale ed elimina la cavità in modo tale da rendere la massa super-critica.

I due modelli costruttivi contengono entrambi un "iniziatore" della reazione nucleare, cioè una sorgente di neutroni che è un dispositivo costruito di solito in berillio, e contenente un materiale radioattivo come il polonio 209 o 210. Questa sostanza entra in contatto con il materiale fissile e libera neutroni al momento della detonazione. L'iniziatore è posto al centro del nocciolo, e viene attivato dalla pressione esercitata da questo.

L'iniziatore da luogo in sequenza a questi effetti:

   1. il suo involucro in berillio viene sfondato quando la massa implode, il polonio emette radiazione alfa;
   2. la radiazione alfa interagisce con il berillio 9 producendo berillio 8 e neutroni liberi;
   3. i neutroni liberati da questo dispositivo sono in quantità enorme e scatenano la fissione in una massa che ora è super-critica.



- Il sistema di detonazione a blocchi separati
L'innesco a blocchi separati è detto bomba con "detonazione a proiettile" o gun-triggered fission bomb. È la più semplice da costruire, richiede una tecnologia rudimentale. Funziona però bene solo con l'uranio 235. Il plutonio infatti, a causa delle tracce non eliminabili dell'isotopo 240, è più instabile e dunque il dispositivo richiederebbe accorgimenti con cui diventerebbe troppo ingombrante per poi poter essere utilizzato. La bomba atomica sganciata su Hiroshima ("Little Boy") era un ordigno di questo tipo. Il principio è che due masse sub-critiche di uranio vengono proiettate ("sparate") l'una contro l'altra. L'ordigno è costituito da un tubo ad un'estremità del quale c'è un proiettile costituito da un blocco di uranio 235 di forma conica, all'altro capo un blocco sferico di U 235 con massa maggiore, dove è collocato anche il generatore di neutroni (iniziatore). La detonazione avviene quando il proiettile viene lanciato, per mezzo di una carica esplosiva, e colpisce la massa attivando l'iniziatore. I neutroni liberati in grande quantità scatenano la reazione nella massa di uranio che ora ha dimensioni super-critiche. Questi ordigni hanno un'efficienza molto scarsa. Per costruire una bomba occorre qualche decina di chilogrammi di uranio 235, un isotopo naturale estremamente raro, ma la gran parte di questa massa (il 98,5%) viene sprecata, non dà luogo cioè a nessuna reazione nucleare. L'ordigno Little Boy conteneva 63 kg di uranio di cui appena l'1,5% subì la fissione nucleare. La scarsa efficienza è dovuta al fatto che manca l'effetto di concentrazione e di contenimento inerziale del nocciolo compiuto dal sistema a implosione. Il contenitore tamper, nel meccanismo a blocchi separati, è meno efficace dovendo contenere una massa troppo grande. L'assemblaggio di una massa tanto grande è anche piuttosto pericoloso. Inoltre gli ordigni a blocchi separati non possono avere una potenza esplosiva molto più grande di 20 chilotoni perché la quantità di uranio non si può aumentare a piacimento. Per tutte queste ragioni, in linea di massima le armi basate su questo sistema non vengono costruite. Sono stati costruiti poche decine di ordigni come questo nel primo dopoguerra, principalmente da Gran Bretagna e Unione Sovietica. Queste sono state smantellate negli anni '50. Negli anni '70 il solo Sudafrica costruì cinque bombe come questa, anch'esse poi smantellate.



- Sistema di detonazione a implosione
Questo sistema era utilizzato nella bomba esplosa su Nagasaki ("Fat Man"). Il nocciolo è una sfera cava di pochi chilogrammi di plutonio 239. È posto all'interno di più sfere concentriche di metalli diversi e circondato da un complesso sistema di cariche esplosive e detonatori elettronici. Al centro della sfera cava è collocato l'innesco in polonio-berillio. Quando l'esplosivo che circonda il nocciolo viene fatto brillare, l'onda d'urto concentrica produce l'implosione perfettamente simmetrica della massa di plutonio. La cavità centrale scompare, il materiale schiacciato dall'onda d'urto viene concentrato di un fattore 2 o più, la massa diventa super-critica, l'iniziatore centrale si attiva. La bomba di Nagasaki aveva un'efficienza intorno al 15%, e conteneva meno di 7 kg di plutonio. Sistemi diversi e molto più complessi, costruiti sullo stesso principio, possono portare a efficienze maggiori. Sono quelli usati nella costruzione delle moderne bombe a fissione.

 
 
 

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ULTIMI COMMENTI

auguri esplosivi! barbara
Inviato da: ba_rm
il 31/12/2009 alle 13:49
 
buone feste esplosive... ma con neve!!!! ciaoooo!
Inviato da: ba_rm
il 26/12/2009 alle 18:29
 
ahò!!!! ma ho stai a rompe er mazzo pure qui?!?! mamma mia,...
Inviato da: ba_rm
il 20/12/2009 alle 12:43
 
Che paradosso, un governo areligioso come l'Unione...
Inviato da: Spitama
il 15/12/2009 alle 22:52
 
certo però a chiamasse vitaity e poi fa le bombe è proprio...
Inviato da: ba_rm
il 17/11/2009 alle 18:54
 
 
 
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