Eistein e OppenheimerDunque dal nucleo proviene un sacco di energia. Possiamo usarla? Se sì, come? Sappiamo dalla precedente puntata che la reazione che interessa è la fissione nucleare. Per riprendere brevemente la questione, ricordo che un neutrone entra in un nucleo di Uranio (o altro materiale fissile) rompendolo in nuclei più leggeri; come prodotti di uscita ci sono anche alcuni neutroni (due o tre) e una quantità notevole di energia. Sono proprio quei “due o tre” neutroni ad aver dato il primo problema all''utilizzo dell''energia nucleare. Infatti, ogni urto ne innesca altri “due o tre”, ognuno di questi, altri “due o tre” e così via, in un''amplificazione dell''effetto che in brevissimo tempo coinvolge una quantità davvero sterminata di nuclei. Questo processo prende il nome di “reazione a catena”. Certo è possibile limitarla, in modo da controllare la produzione di neutroni e quindi di energia. Ma di questo parleremo la prossima volta.
Quando ero bambino si parlava spesso della bomba atomica e dell''uso che i comunisti avrebbero potuto farne per distruggere il mondo, dopo aver sistemato i propri cavalli nelle chiese e mangiato un succulento spezzatino di bambini. Nel mondo contadino e bigotto in cui vivevo questa era la verità. Crescendo ho capito, ma quella della “bomba atomica che distrugge il mondo" è un concetto che non mi sono mai tolto dalla mente. Oggi so che le bombe atomiche sono in realtà ordigni nucleari (tanto per restare sul tema della differenza tra reazioni atomiche-chimiche e nucleari) e che tutti i paesi che contano ne hanno possedute in quantità talmente elevate da poter distruggere il nostro pianeta milioni di volte.
E'' stato il leit motiv di tutta la vita di chi ha attraversato la guerra fredda; un alibi per una corsa agli armamenti. E ancora oggi paesi improbabili come la Corea del Nord si propongono di entrare nel club dei possessori di questi ordigni, come se ciò fosse un merito paragonabile a sfamare la propria gente o garantirne la libertà. Detto questo va anche sottolineato che le lezioni morali che arrivano da grandi paesi (come gli USA, ma è solo un esempio) si scontrano inevitabilmente con i loro arsenali, tuttora strapieni di armi nucleari.nucleareCercherò di raccontare di seguito la storia delle armi nucleari a fissione (bombe A), vale a dire dell''uso non pacifico, non civile, non intelligente dell''energia che deriva dalla reazione di fissione. Ci sono armi che sfruttano anche la fusione nucleare (bombe H) come vedremo brevemente alla fine di questo articolo.
Tutto comincia in Italia nel 1934. Enrico Fermi e la sua equipe (i ragazzi di via Panisperna) ottengono la prima fissione dell''Uranio ma sfugge loro il vero significato e l''enorme importanza di quanto osservato. Quattro anni dopo, nel 1938, i chimici Hahn e Strassmann verificano in laboratorio, elaborata da Ida Noddack, della fissione nucleare dell''Uranio 235 quando assorbe un neutrone. Comincia da qui l''idea di sfruttare questo processo per produrre energie e, appunto, bombe.
In quest''ultimo caso la reazione a catena non desta alcun pensiero, anzi è proprio quella che consente la produzione di energia in modo improvviso, concentrato, devastante.
Gli elementi che vengono utilizzati sono due: l''Uranio 235 e il Plutonio 236. Del primo abbiamo ricordato nelle precedenti puntate le quantità davvero minime presenti in natura rispetto agli altri isotopi (in particolare il 238), del secondo va invece sottolineato il fatto che è un prodotto di scarto della fissione dell''Uranio così come viene realizzata nelle centrali nucleari, le quali diventano automaticamente fornitrici dell''industria bellica di bombe A.
Torniamo un attimo ancora sulla reazione a catena: in quanto tempo avviene una reazione di fissione? Il tempo massimo è di 10-12 s, cioè un millesimo di miliardesimo di secondo; un tempo così breve che non riusciamo neppure ad immaginarlo. Nel successivo istante si verificano altre “due o tre” fissioni per ogni neutrone e così nell''istante successivo e nell''altro ancora. In un secondo dunque ci sono mille miliardi di questi “gradini” in ognuno dei quali (ammettendo la produzione media di 2,5 neutroni “figli”) viene liberata l''energia di 1 – 2,5 – 6,25 – 15,63 – 39,06 – 97,66 ... reazioni nucleari. In 20 passaggi (cioè 20x10-12 s) sono un miliardo. In un batter d''occhio sono molti miliardi di miliardi di miliardi. E si ha un bel dire che l''energia prodotta da ogni fissione è poca cosa (200 MeV) perché questo piccolo valore va moltiplicato per il numero infinito delle reazioni.
Ma questo non basta. Per avere un''alta probabilità che la reazione inizi, occorre fare le cose con cura: si devono avere molti nuclei vicini tra loro, nuclei che si lascino spezzare. Un blocco di Uranio qualsiasi quindi non funziona. Occorre che in esso sia presente una concentrazione sufficiente di quell''isotopo fissile che è l''U235 (analogamente per il Plutonio). Bisogna allora giocare sul rapporto superficie/volume: più questo è basso e meglio va. E'' così che si realizza la massa critica necessaria perché il fenomeno avvenga. Non esiste un valore predefinito di massa critica: esso dipende dal tipo di materiale usato, dall''arricchimento, dalla forma e anche dal materiale che si mette attorno a quello fissile. Tuttavia si può approssimare in alcuni chilogrammi.
Nella pratica non si usa mai una massa critica, ma diverse masse sub-critiche per evitare una esplosione anzi tempo. Queste vengono poi avvicinate facendo scoppiare una piccola bomba tradizionale. In queste armi inoltre si fa uso di un rivestimento di Berillio, il cui scopo è quello di rimandare al lavoro nel materiale fissile i neutroni che cercano di “scappare via”.
Ci sono sistemi differenti per costruire una bomba A e per farla detonare; in rete si trovano ottimi siti (anche Wikipedia) che descrivono questi processi così tecnici, che esulano dagli scopi di queste righe.
Appare importante il fatto che per ottenere il nocciolo servono masse sub-critiche di materiale fissile molto arricchito: al 93% sia che si tratti di Uranio (235) che di Plutonio (239). Questo implica naturalmente la capacità di effettuare questa operazione che non è semplicissima. Per questo i paesi emergenti (ho citato la Corea) vengono visti con molto sospetto proprio quando sono in grado di provvedere all''arricchimento dell''Uranio.
Le ricerche sulla realizzazione della bomba A vennero finanziate negli USA nel 1939, grazie anche ad una famosa lettera di Albert Einstein al presidente Roosevelt, nella quale, non solo si sottolineava la possibilità di realizzarla, ma si adombrava il sospetto che la Germania nazista fosse più avanti nella ricerca in questo settore. Lo scoppio della guerra mise le ali ai piedi a scienziati e politici: un''arma terribile in mano al nemico avrebbe potuto decidere i destini del mondo, cosa che puntualmente avvenne alcuni anni dopo.
In seguito alle leggi razziali in Germania e Italia molti scienziati europei erano migrati negli USA e lavorarono alacremente alla elaborazione teorica (Oppenheimer, giugno 1942) e alla realizzazione di prototipi di reattori nucleari (il gruppo di Fermi, dicembre 1942). La bomba venne realizzata grazie ad un costoso progetto segreto del governo americano, chiamato “progetto Manhattan”, diretto da Robert Oppenheimer. Vennero spesi circa 2 miliardi di dollari dell''epoca, una cifra astronomica, aree attrezzate per la produzione del combustibile (Hanford, Washington) e la realizzazione dei dispositivi (Los Alamos, New Mexico).
Il 16 luglio 1945 la prima bomba esplose: era solo una prova, ma chi vide gli effetti di “The Gadget” al poligono di Almagordo (New Mexico) rimase esterrefatto dalla potenza spaventosa dell''ordigno.
Il 6 agosto e tre giorni dopo vennero sganciate due bombe “per terminare la guerra”: la prima sulla città giapponese di Hiroshima, la seconda su Nagasaki. “Per terminare la guerra” vennero impiegate due bombe differenti: una all''Uranio e l''altra al Plutonio, con due differenti detonatori … chissà perché?
Da allora non ci sono stati altri usi “militari" di bombe A, ma molti esperimenti (alcuni anche in anni recenti) hanno mostrato quale terrificante potenza una bomba A possa contenere e sprigionare.
Ci furono da centomila a duecentomila morti immediati a Hiroshima e Nagasaki in quell''estate del 45. Tanti? Pochi?
Una guerra fa sempre troppi morti, con o senza le armi nucleari. Non è questo il punto.

(1) emivita (o tempo di dimezzamento): è il tempo necessario a ridurre a metà la quantità di nuclei radioattivi. Così se abbiamo 1 kg di Plutonio 239 da “smaltire”, esso si ridurrà a mezzo kg in una emivita, cioè in circa 25 mila anni (il Cesio 137 impiegherà “solo” 30 anni); si ridurrà a un quarto di kg in un''altra emivita, cioè in altri 25 mila anni, e così via. Per avere solo 1 g di Plutonio sono necessari più di 250 mila anni. Per il Cesio le cose vanno un po'' meglio: servono solo 330 anni!