Energia nucleare

Materie:	Tesina
Categoria:	Multidisciplinare
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Data:	01.12.2004
Numero di pagine:	20
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L’ENERGIA NUCLEARE
(e le sue applicazioni in campo bellico ed energetico)
di Giopato A.
Liceo scientifico

INDICE:
L’energia nucleare
• La fissione nucleare
• Le centrali nucleari
• Enrico Fermi
• La fusione nucleare
La fusione nucleare nelle stelle
La seconda guerra mondiale
• Come fu che si giunse alla creazione della bomba atomica
• La Germania
• Gli Stati Uniti
• L’evento
• Ore 8.16 nei cieli del Giappone

L’ENERGIA NUCLEARE
La protagonista indiscussa della seconda metà del nostro secolo è l’energia nucleare, una costante minaccia per la tranquillità della terra e dell’uomo
ENERGIA NUCLEARE
L’atomo che costituisce la materia è un insieme complesso di protoni e neutroni, che formano il nucleo, e di elettroni, che gravitano intorno a quest’ultimo. La materia, a livello infinitamente piccolo, non si lascia manipolare facilmente poiché le forze che tengono insieme i differenti componenti dell’atomo sono molto tenaci. Vi sono però alcuni elementi, come l’uranio fissile, che si trasformano spontaneamente liberando una considerevole energia sotto forma di calore.
1. La fissione nucleare
La fissione o scissione nucleare consiste nella disintegrazione del nucleo di un atomo mediante il bombardamento per mezzo di piccolissime particelle (neutroni) che lo colpiscono e lo spezzano in due nuclei più leggeri. La somma dei prodotti della scissione ha una massa più piccola di quella del nucleo originale: ciò significa che durante il processo una parte della materia si è trasformata in energia secondo la celeberrima equazione E=mc2.
Se la quantità di materiale fissile è sufficiente, durante la fissione si liberano altri neutroni capaci, a loro volta, di colpire nuovi nuclei e così via; si innesta una reazione a catena che può essere tenuta sotto controllo mediante determinati accorgimenti. Infatti un atomo di uranio-235 colpito da queste particelle crea un nucleo di uranio-236 eccitato, soggetto a violente vibrazioni che lo deformano come la goccia di un liquido, così da far aumentare la distanza tra i protoni e, di conseguenza, la forza di repulsione elettrica (ricordo che gli effetti dell’interazione nucleare forte, che tiene uniti i protoni, cessano per distanze superiori a 10-15 metri). Per far aumentare la probabilità che un isotopo fissile sia colpito dalle particelle(sezione d’urto),i neutroni devono avere energia cinetica minore a 1 eV. A causa dell’aumento dell’energia di legame per nucleone(in quanto gli atomi sono più stabili), che segue la scissione in 2 atomi più leggeri, da 7.8 MeV da 8.8,si libera una quantità di energia pari a 234 MeV(poco più di 3*10-11J).Per far sì, perciò, che la fissione sia economicamente vantaggiosa, è necessario far reagire un enorme numero di nuclei(possibile con la reazione a catena)e, per far ciò, è necessaria una massa minima(massa critica)di materiale fissile.
Gli elementi fissili usati per la produzione di energia sono gli isotopi 238U e 235U.L’uranio naturale presenta una concentrazione di 235U dello 0.7%.Il restante 99.3% è costituito da 238U, che può assorbire neutroni, impedendo una fissione incontrollata. Per produrre energia elettrica, perciò, esso va arricchito di 235U fino al 3-5%, mentre, per fabbricare bombe atomiche fino al 99%
L’uranio 235 costituisce il combustibile che, introdotto nei reattori, svilupperà, mediante la fissione nucleare, una notevole quantità di energia.
Nei reattori auto-fertilizzanti, ancora di limitata diffusione, non solo viene prodotta energia, ma anche nuovo combustibile nucleare. Durante la fissione si ottiene infatti il 239Pu, un materiale fissile non presente in natura secondo la seguente reazione:
PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP
Esso però risulta altamente reattivo e, se inalato, provoca il cancro: perciò rimuovere le barre di combustibile per trasferirle in altri reattori è piuttosto complicato e pericoloso.
Perché i nuclei più stabili hanno un numero pari sia di neutroni che di protoni?
In quanto sembra che neutroni e protoni tendano ad accoppiarsi, cioè i protoni tendano a formare coppie tra loro e così pure i neutroni. L’instabilità, comunque, è meno probabile se rimane spaiato solo un nucleone(combinazioni dispari-pari e pari-dispari) Ecco, quindi, i criteri generali relativi alla stabilità nucleare:
- tutti gli isotopi con un numero di protoni maggiore a 83 sono instabili.
- la maggior parte di nuclei con combinazione pari-pari è stabile.
- molti nuclei con combinazioni di nucleoni dispari-pari sono stabili
- i nuclei stabili con numero di massa minore di 40 hanno all’incirca lo stesso numero di protoni e neutroni
- i nuclei stabili con numero di massa maggiore di 40 hanno più neutroni che protoni
Le centrali nucleari
Principio di funzionamento Il principio di funzionamento di una centrale nucleare è abbastanza semplice: nel reattore o core, dove si trova il combustibile nucleare, avviene la fissione controllata e da questo processo si sviluppa una grande quantità di energia sotto la forma di calore, che viene sottratto al reattore dall’acqua che circola attorno alle barre di combustibile. Essa è mantenuta allo stato liquido da una pressione di 100-200 atmosfere(con temperature di 300°C).A questo punto l’acqua è pompata in uno scambiatore di calore, dove l’energia termica da essa trasportata è trasferita all’acqua di un generatore di calore. Si noti che l’acqua che raffredda il reattore e quella che fa funzionare la turbina sono contenuti in 2 sistemi chiusi e separati. Il calore generato viene utilizzato per la produzione di vapore che, espandendosi in una turbina, fa ruotare un alternatore ad essa collegato ottenendo quindi energia elettrica.
La prima centrale fu costruita nel 1957 in Pennyslavia. Le barre di combustibile sono tubi di metallo pieni di ossido di uranio, collocati nel nocciolo con, attorno, un liquido di raffreddamento, talvolta acqua, che cattura neutroni secondo la reazione:
iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii n+238U →→239U →→239Np →→239Pu
L’emissione di energia, poi, è regolata dalle barre di controllo di borio o cadmio che rimuovono i neutroni in eccesso. L’acqua, poi, oltre che fungere da liquido di raffreddamento è anche un moderatore: i neutroni emessi durante la reazione, infatti, hanno un’energia media di 2 MeV, che viene dissipata(in parte) dagli atomi d’idrogeno dell’acqua. Altri moderatori, poi, possono essere l’acqua pesante(che permette l’uso di uranio non arricchito) o la grafite.
sicurezza nelle centrali nucleari Attualmente nel mondo ci sono più di 400 centrali nucleari. Uno dei pericoli legati a queste industrie è la fusione del nocciolo: se il liquido moderatore fuoriesce, il reattore si spegne per la mancanza di neutroni lenti, ma le reazioni nucleari residue possono far aumentare di temperatura il nocciolo. Surriscaldandosi le barre di combustibile, la materia fuoriuscita può entrare in contatto con l’acqua di raffreddamento, immettendo nell’aria gas radioattivo. La massa fusa può inoltre aprirsi un varco attraverso il pavimento e penetrare nell’ambiente(la cosiddetta sindrome cinese)
.
L’installazione delle centrali nucleari provoca forti opposizioni da parte di larghi strati dell’opinione pubblica di numerosi Paesi temendone la pericolosità sia durante il funzionamento sia per lo smaltimento delle scorie radioattive.
E proprio il problema delle scorie risulta essere il più scottante specialmente dopo l’entrata in funzione dei reattori auto-fertilizzanti. Le soluzioni finora adottate finora, come il seppellimento dei materiali radioattivi racchiusi in contenitori di piombo in fosse marine o in miniere di sale abbandonate, non sono certo soddisfacenti.
disastri nucleari I gravi incidenti nelle centrali nucleari di Three Mile Island (USA 1979 con fusione parziale del nocciolo del reattore) e Chernobyl (ex URSS 1986 con fusione totale del nocciolo per un errore umano), hanno indotto ad una riflessione molto critica anche coloro i quali, pur essendo contrari in linea di principio alle centrali nucleari, erano disposti ad accettarle come un male necessario (mancanza di emissioni atmosferiche inquinanti).
In Italia, fortunatamente, grazie a un referendum, la popolazione si è pronunciata contro l’energia nucleare, nonostante i numerosi vantaggi che questo tipo di industrie avrebbe portato al nostro paese
ENRICO FERMI
ALCUNE TAPPE DELLA RICERCA:
1932 Chadwick scopre il neutrone nella struttura dell’atomo
1934 Fermi conduce esperimenti di bombardamento del nucleo dell’uranio
1939 Hahn e Strassman ottengono la disintegrazione del nucleo atomico
1942 Fermi costruisce il primo reattore nucleare
1950-1960 Costruita la bomba H e la prima centrale nucleare
1968 Vengono realizzati i primi Tokamak per la fusione nucleare controllata
1970-1980 Grande sviluppo delle centrali nucleari
Prima di parlare di Enrico Fermi e della sua grande intuizione sulla reazione a catena nucleare (lo stesso meccanismo della fissione), è necessario fare un passo indietro e scoprire quali sono gli elementi costitutivi dell’atomo. Innanzi tutto l’isotopia fu una notizia alquanto difficile da interpretare per il mondo fisico: perché atomi dello stesso elemento avevano masse diverse? A questa domanda risposero Chadwick e i Joliot; infatti, benché il primo sia stato insignito del Premio Nobel per la scoperta del neutrone, fu la coppia francese a svolgere per primi l’esperimento rivelatore. Controversie a parte, dopo la scoperta del neutrone, che ha una massa pressoché uguale a quella di un protone, la struttura del nucleo sembrava chiara: protoni e neutroni al centro con gli elettroni in orbita attorno ad essi. Enrico Fermi
Ai Joliot andò invece un merito, per certi versi, molto più importante di quello del fisico inglese: scoprirono la radioattività artificiale. Questo fenomeno è molto semplice: se una sostanza viene irradiata da una sorgente di particelle , essa comincia a emettere positroni (elettroni con carica elettrica positiva), ma, se viene rimossa la sorgente, l’emissione non cessa immediatamente. La sostanza rimane radioattiva e decade esponenzialmente come per un’ordinaria sostanza radioattiva. Per lo sfruttamento della grande scoperta della radioattività artificiale occorreva però un complemento: l’uso dei neutroni come proiettili. Negli esperimenti dei Joliot per ogni milione di particelle N si aveva una disintegrazione del nucleo della sostanza. Questo basso rendimento è dovuto al fatto che il nucleo respinge elettrostaticamente la particella incidente, e quindi impedisce a queste di avvicinarsi a sufficienza per interagire. Fermi pensò che se avessero usato neutroni questa repulsione sarebbe venuta a mancare, e quindi il rendimento sarebbe stato vicino a uno.
ENRICO FERMI Nacque a Roma il 29 settembre 1901. Il padre era un ispettore delle Ferrovie e la madre era stata maestra elementare. La famiglia era relativamente povera, infatti il nonno di Fermi aveva zappato la terra nel Piacentino. Enrico crebbe a Roma; frequentò il Ginnasio Liceo Umberto ed era uno scolaro modello. Fin da bambino aveva una grande passione per la matematica e ancor più per la fisica. A dieci anni capì da sé, dopo averlo sentito dire in una conversazione, che cosa significasse che l’equazione del cerchio era x2 + y2 = r2.
Un amico del padre fece conoscenza con Enrico quando questi aveva circa 14 anni e si accorse subito che era un ragazzo fuori del comune. Gli prestò in successione molti libri di matematica della sua biblioteca personale e ne guidò un po’ gli studi. Il giovane Enrico assimilò rapidissimamente le nozioni fondamentali dell’algebra, dell’analisi e della geometria tutto da sé. Verso la fine del Liceo Enrico decise di concorrere per un posto alla Scuola Normale Superiore di Pisa. Naturalmente vinse il concorso. Negli archivi della Scuola Normale si conserva il compito di concorso di Fermi.
Alla Scuola Normale Fermi studiò soprattutto per conto suo, usando come maestri i libri della biblioteca. Già dopo un anno di soggiorno a Pisa egli era considerato come la massima autorità in relatività e teoria dei quanti. Fermi divenne, con il passare del tempo, la massima autorità in Italia nel campo della fisica, ed era anche destinato a monopolizzare la scena mondiale. Torniamo ora alle sue scoperte sulla radioattività: per avere qualche elemento di studio, lo scienziato italiano cominciò a irradiare qualsiasi sostanza, fino a quando non irradiò anche l’elemento più pesante noto allora: l’uranio. Questa tecnica portò, oltre che all’approfondimento del decadimento radioattivo, anche alla creazione di elementi transuranici. Nel 1934, per una serie di casi fortuiti, il gruppo di ricerca di Fermi scoprì che i neutroni rallentati, tramite della paraffina, erano molto più efficaci di quelli provenienti direttamente da una sorgente radioattiva. Benché queste scoperte possano sembrare a prima vista inutili o di scarso interesse, esse saranno la chiave per la liberazione dell’energia nucleare. Siamo così giunti al 1938. La situazione politica precipitava con l’asservimento dell’Italia a Hitler e Fermi ricevette la notizia di una probabile premiazione con il Nobel. Vista la situazione europea, colse l’occasione e decise di proseguire, da Stoccolma, fino a New York, dove alla Columbia University lo accolsero a braccia aperte. Era appena giunto in America, che la notizia della scissione dell’uranio era già al centro del mondo scientifico. L’esperimento era stato portato a termine da due fisici tedeschi: Hahn e Strassmann. A questo punto il passo concettuale dalla scissione ad una reazione nucleare a catena non è lungo. Infatti nella scissione vengono a crearsi dei frammenti, che possono liberare neutroni a loro volta. Per ottenere la reazione a catena è sufficiente che tali neutroni siano in numero maggiore a quelli utilizzati per innescarla: si ottiene così una reazione divergente. Nel caso la divergenza sia repentina avremo una bomba, mentre, se viene controllata, può essere utilizzata come fonte d’energia. Così divenne chiaro che esplosivi nucleari di potenza inimmaginabile, fino a quel momento, non fossero solo fantasie, ma realtà da prendersi molto sul serio, soprattutto quando potevano venire utilizzati da una persona come Adolf Hitler. Di fronte a questa incredibile minaccia, si assistette ad una mobilitazione volontaria degli scienziati un po’ in tutto il mondo. Einstein stesso, a nome di un nutrito gruppo di uomini di scienza, firmò una lettera per il Presidente Roosevelt, nella quale lo informava della situazione dei possibili vantaggi/svantaggi che essa comportava:
Signor Presidente,
la lettura di alcuni recenti lavori… comunicatimi sotto forma di manoscritto, mi induce a ritenere che, tra breve, l’uranio possa dare origine a una nuova e importante fonte di energia. Alcuni aspetti del problema, prospettati in tali lavori dovrebbero consigliare all’amministrazione la massima vigilanza e, se necessario, un tempestivo intervento…
In tal modo si potrebbe giungere alla creazione di bombe che -è da supporre- saranno di tipo nuovo ed estremamente potenti. Uno solo di questi ordigni, trasportato via mare e fatto esplodere in un porto, potrebbe distruggere l’intero porto e parte del territorio circostante…
Distintamente, Albert Einstein
Purtroppo, però, questa fu la risposta che ottenne:

Mio caro professore,
La ringrazio per la Sua recente lettera e per l’interessantissimo e immportante allegato.
Ho trovato questi dati di una tale rilevanza che ho convocato una commissione in proposito…
La prego di accettare i miei più sentiti ringraziamenti,
cordiali saluti
Franklin Roosevelt

Nel frattempo, Bohr, scoprì che la fissione nucleare per mezzo di neutroni lenti era possibile solo sull’isotopo raro dell’uranio con numero di massa 235, presente in 1 parte su 140 di sostanza. Ora si sapeva che per creare una bomba bisognava disporre di quantità sufficienti di un particolare isotopo, cosa che prevedeva l’immane compito di separare tali atomi da quelli più comuni; ma proprio quando tutto sembrava perduto, ecco che un gruppo di fisici, sfruttando il ciclotrone di Berkeley, scoprirono che anche il Plutonio 239 può servire allo scopo di combustibile nucleare. L’interesse del Governo e dei maggiorenti della fisica statunitense, occupatissimi con il radar, crebbe fino al realizzarsi del Manhattan Project che aveva lo scopo di preparare un’arma atomica che potesse essere utile nella guerra che si stava combattendo. La metodologia di preparazione fu la più efficiente che si potesse immaginare: preparazione del plutonio attraverso un reattore e separazione per via chimica, in quanto la produzione attraverso gli acceleratori sarebbe stata troppo lenta e infruttuosa. Fermi, forte dell’esperienza accumulata in Italia, si occupò principalmente di analizzare la reazione a catena, miscelando i vari isotopi in modo da eliminare qualsiasi perdita di neutroni o assorbimento parassita. Sembra incredibile, ma il gruppo di scienziati riuscì ad ottenere il combustibile necessario nel tempo previsto; le motivazioni di quest’incredibile impresa vanno ricercate sia nella situazione tecnologica favorevole, sia nell’odio che molti fisici provavano per Hitler. Questo sentimento era tale che molti lasciarono le proprie occupazioni per fermare la sua follia. Quando il materiale fissile fu pronto, ci fu da progettare la bomba vera e propria, ed a questo scopo venne creato il laboratorio di Los Alamos, nel Messico. A dirigere questo laboratorio ci fu J.R. Oppenheimer, uno dei personaggi più controversi nella storia dell’era nucleare. Questo scienziato infatti, pur partecipando alla costruzione della bomba a fissione, divenne uno degli oppositori alla bomba all’idrogeno e per questo fu perseguito politicamente.
Nel laboratorio di Los Alamos comunque, ci furono alcune gravi crisi che sembrarono mettere in dubbio la possibilità di costruire una bomba; per superare tali crisi servirono delle vere e proprie invenzioni tecniche che consentissero la progettazione. Il compito originale di Los Alamos si esaurì con la detonazione della prima bomba atomica a Jornada del Muerto, vicino ad Alamogordo (New Mexico), all’alba del 16 luglio 1945, data di nascita dell’attuale era nucleare.
La fusione nucleare
La fusione nucleare consiste nell’unione di nuclei di atomi leggeri per formare nuclei più pesanti; in un certo senso è il processo inverso di quello precedentemente descritto della scissione nucleare. Quando due nuclei leggeri (ad esempio l’idrogeno) sono spinti con forza l’uno contro l’altro, possono saldarsi o fondersi insieme e formare un solo nucleo il quale però risulta un po’ meno pesante della somma degli altri due. La quantità di materia mancante risulta trasformata in energia, come illustrato dalla seguente reazione:
H+H→D+e+++
Questa reazione avviene con continuità sul Sole e sulle altre stelle ad una temperatura di alcuni milioni di gradi; la luce ed calore che giungono a noi ne sono gli effetti visibili. Il vantaggio di questa reazione sta nell’enorme quantità di energia liberata: la completa fusione nucleare di una data massa d’idrogeno libera quasi il triplo dell’energia che viene liberata a seguito della completa fissione nucleare della stessa quantità d’uranio.
Gli scienziati sono finora riusciti a realizzare la fusione nucleare lenta e controllata solamente in laboratori sperimentali (esempi di fusione nucleare non controllata sono le bombe ad idrogeno).
La causa principale sta nell’identificazione di un materiale solido capace di resistere alle altissime temperature (alcuni milioni di °C) occorrenti alla reazione.
Il problema continua ad essere oggetto di appassionata ricerca da parte di scienziati di tutto il mondo: se e quando verrà risolto si potrà disporre di enormi quantità di energia derivante da materiali, come l’idrogeno, abbondanti in natura e, quel che più conta, senza il pericolo di scarichi e scorie inquinanti.
L’alternativa al processo di fusione nucleare sopra descritta è la fusione a freddo che alcuni ricercatori affermato di aver sperimentato ma siamo ancora lontani dal poterne parlare come applicazione sperimentale (in Italia è stato dichiarato di aver ottenuto la fusione a freddo nel laboratorio del Gran Sasso).
la fusione nucleare nelle stelle

Soltanto nel nostro secolo i fisici sono riusciti a capire quali processi avvenissero all’interno delle stelle che permettessero loro di emanare quantità di energia nell’ordine di miliardi di joule al secondo(per quanto riguarda il sole si è calcolato sia di 33,9*1026 joule). Osservando il sole, perciò,
si è scoperto che le reazioni più semplici sono quelle che comportano la trasformazione di 3 nuclei di idrogeno in un nucleo di elio: esse avvengono con la perdita dello 0,7% della massa, che è rilasciata sotto forma di energia secondo l’equazione E=mc2.La trasformazione dell’idrogeno in elio può avvenire secondo 2 modalità:
- il ciclo protone-protone;
- il ciclo carbonio-azoto;
Si ritiene che nel sole il processo prevalente sia quello protone-protone e che il 3% dell’energia venga emesso sotto forma di neutrini e il 97% sotto forma di raggi S..Grazie alla legge di Stefan-Boltzmann E=E*S*T4, poi, che mette in relazione l’energia irradiata con la quarta potenza della temperatura si può calcolare la temperatura superficiale delle varie stelle.
Ecco le reazioni tipiche del ciclo protone-protone:
H++H+→H2+e+++
H++H2→He3++
He3+He3→He4+2H+
Tali reazioni nel sole avvengono nel nucleo che rappresenta una minima parte dell’intero volume del sole(1,5%),dal momento che il suo raggio è circa ¼ dell’intero raggio solare. In esso, però, si concentra metà della massa del sole. L’energia che si libera a seguito delle reazioni nucleari viene emessa prevalentemente sotto forma di raggi . e, solo in parte di neutrini. Poiché i primi interagiscono fortemente con la materia e per arrivare alla superficie del sole possono impiegare anche 10 milioni di anni, mentre i secondi non interagiscono con la materia e viaggiano alla velocità della luce
COLLEGAMENTI: Il sole e la sua composizione interna
Le stelle: vita ,evoluzione e morte
La seconda guerra mondiale
COME FU CHE SI GIUNSE ALLA CREAZIONE DELLA BOMBA ATOMICA
LA GERMANIA
I tedeschi erano animati da uno spirito ben diverso da quello americano: avevano una fede cieca in tutto ciò che c’era di nuovo: strade, automobili, macchinari e, perché no, conquiste.
La ricerca nel campo della distruzione atomica aveva ormai raggiunto un livello che si poteva ottenere il massimo con il minimo sforzo. La figura più importante della ricerca tedesca era Heisenberg, diffamato e perseguitato, però, dal settimanale delle SS per scarso patriottismo. In seguito ottenne protezione da Himmler a patto che disapprovasse pubblicamente Einstein e gli altri fisici ebrei. Nel dicembre del 1939 Heisenberg aveva già elaborato la prima parte di uno studio sulla bomba atomica.
I primi test ebbero luogo a Berlino presso la “casa dei virus”. I quantitativi di uranio erano facilmente reperibili, dato che la Germania aveva conquistato la Polonia. Per far avvenire la reazione, però, era necessario un moderatore di velocità per i neutroni: l’acqua pesante: si predisposero, quindi, dei laboratori a Lipsia. Quando tutto fu pronto, si chiusero l’acqua pesante e l’uranio in una sfera di materiale con un foro sul fondo in cui era inserito del materiale radioattivo che avrebbe rilasciato i neutroni. Nei primi milionesimi di secondo, secondo Heisenberg, sarebbero avvenute circa 2000 esplosioni, poi 4000,8000 e così via. L’uranio utilizzato, però, non era abbastanza puro da innescare la reazione.
Lavorare l’uranio in modo da renderlo utilizzabile era inoltre una procedura complessa, senza contare che si produceva una polvere dannosissima per gli operai, problema però facilmente risolvibile facendo lavorare i deportati dei campi di sterminio. Nel 1942 l’esperimento ebbe infine successo. Einstein ne ebbe notizia ed avvertì Roosevelt, che però non lo ascoltò. Altro problema per la costruzione della bomba tedesca era la forma da dare all’uranio. Quella migliore era certamente la sfera, ma Heisenberg scelse dei fogli piani, per semplicità di calcoli. Ora si trattava solo di aspettare che il materiale necessario per la bomba fosse prodotto ed in questo erano avvantaggiati i tedeschi, visto che gli USA erano reduci della Grande Depressione.
GLI STATI UNITI
Prima di procedere al progetto della bomba atomica, si sarebbe dovuto costruire un enorme reattore, accanto ad un grande fiume dove riversare l’acqua del sistema di raffreddamento.; ci sarebbe stato bisogno di fabbriche estese migliaia di metri quadrati per filtrare le nubi tossiche di uranio. Groves, direttore del centro di ricerche a Los Alamos riuscì a realizzare tutto questo a tempo di record, per l’aprile del 1943. Oppenheimer fu scelto come coordinatore delle ricerche. Egli reclutò per primi gli scienziati più anziani e famosi: i giovani vi si unirono presto.
In America, comunque, si stavano costruendo due bombe distinte. Un gruppo, guidato da Lawrence, nel Tenessee, aveva adottato un approccio brutale, tentando di estrarre la componente più esplosiva dell’uranio naturale. Gli scienziati dell’altro gruppo, nello stato di Washington, avevano adottato un approccio più sottile. Erano partiti dall’uranio comune, sperando di convertirlo in un elemento completamente nuovo: il PLUTONIO.
Al Pentagono Lawrence e il suo gruppo del Tennessee piacevano, ma alla fine risultò che il progetto di Washington, gestito da stranieri, aveva ottenuto i migliori risultati: gli scienziati del primo gruppo, infatti, avevano ottenuto uranio purificato sufficiente per riempire solo una busta. Lo staff di Los Alamos, però, si rese anche conto che il plutonio prodotto sarebbe stato inutilizzabile perché sarebbe esploso fin troppo facilmente. A questo punto Oppenheimier intuì che l’unico modo per utilizzare questo materiale era usarne una massa a bassa densità, che non sarebbe esplosa. Però, poi, vi si sarebbe dovuto avvolgervi intorno dell’esplosivo da far scoppiare nello stesso istante. In questo modo il plutonio sarebbe collassato verso l’interno così velocemente da non disperdersi prima di scoppiare.
Intanto la situazione stava precipitando: il 21 agosto del 1943 arrivò un dispaccio:
è possibile che i tedeschi…abbiano, poniamo, una produzione di due gingilli al mese. Ciò metterebbe la Gran Bretagna in una situazione estremamente grave ma ci sarebbe la speranza di una nostra risposta…a patto che il nostro programma…venga drasticamente accelerato.
Con l’arrivo di Bohr a Los Alamos, giunsero voci secondo le quali il potente ciclotrone dell’istituto di Copenaghen sarebbe stato portato in Germania e con esso si poteva produrre plutonio. Inoltre le fabbriche tedesche avevano iniziato a produrre acqua pesante. Fu il trasporto di questa sostanza, insomma, la ragione che spinse gli Americani ad affondare, il 20 febbraio del 1944 alle 10.45, un traghetto partito da Vemork e diretto alle coste tedesche.
Fu solo, però, nell’agosto del 1945 che i lavori vennero completati. In precedenza, sempre nel 1945 le armate alleate in avanzamento avevano trovato intere fabbriche con file e file di aviojet e aviorazzi. L’affondamento del traghetto dell’anno precedente aveva garantito che solo una piccolissima parte dei progetti atomici tedeschi fossero portati a termine
Oggi si sente spesso ripetere che il bombardamento atomico del Giappone era giustificato in quanto l’unica alternativa sarebbe stata un’invasione. Ma all’epoca il quadro della situazione non sembrava così chiaro. Il grosso delle truppe giapponesi non rappresentava un problema per gli USA: era bloccato in Cina dai sottomarini americani che ne impedivano la traversata verso la madrepatria e minacciato dal peso delle truppe sovietiche. La maggior parte della capacità industriale giapponese era finita in fumo.
MAC ARTHUR non pensava si sarebbe arrivati ad un’invasione, il capo dello stato maggiore, LEAHY disse che non c’era stata alcuna necessità di usare la bomba.
EISENHOWER, poi si opponeva fermamente per due ragioni:
1)i Giapponesi erano pronti alla resa.
2)non voleva usare per primo un’arma così terribile.
Il più influente consigliere di Truman, Byrnes, però, era a favore del suo utilizzo.
Oppenheimer accettò questa decisione, anche se parta di lui continuava a nutrire qualche dubbio.
Americani ed Inglesi con due grandi battaglie aeronavali avevano iniziato l’accerchiamento del Giappone. Ma la casta militare giapponese ed un fanatismo di tipo razziale li spingevano a non arrendersi. Anzi i giovani piloti addestrati al suicidio, i “Kamikaze” si gettavano con i loro aerei contro le navi americane per affondarle. Il 26 luglio gli Alleati inviano un ultimatum al Giappone per una resa incondizionata. Ricevuto il rifiuto come risposta il presidente americano Truman ordinò di sperimentare una nuova arma: la bomba atomica che fu sganciata il 6 agosto su Hiroshima e il 9 agosto su Nagasaki.
L’EVENTO
Alle ore 8.15 del 6 agosto il B-29 Enola Gay appare sul cielo di Hiroshima, scende in picchiata, sgancia la bomba atomica e si allontana a tutta velocità.
Dopo appena un minuto e mezzo la bomba esplode in aria producendo una sfera di fuoco di sessanta metri di diametro che raggiunge una potenza di calore di trecentomila gradi.
Sul suolo cadono fiamme caldissime e nel cielo a causa dell’immenso calore appare una colonna di fumo bianco dalla inquietante forma di fungo che raggiunge i novemila metri. Dall’apparizione degli aerei a quella del fungo trascorrono circa otto minuti.
La pressione esercitata dallo scoppio disintegra tutti gli edifici compresi nel raggio di due chilometri e mezzo e un quarto d’ora dopo l’esplosione inizia una pioggia, prima densa poi minutissima, che porta a terra le particelle radioattive di cui la nuvola è carica.
Il 75% degli edifici fu distrutto o gravemente danneggiato.
Sul momento muoiono più di 80.000 persone e ne rimangono ferite 40.000, i dispersi sono migliaia. Le vittime in seguito salirono a 150.000 (su una popolazione di circa 350.000 abitanti), infatti la nuova bomba condanna alla morte anche i sopravvissuti allo scoppio, poichè le radiazioni nucleari sono micidiali e altre centinaia di persone moriranno dopo pochi giorni, dopo qualche mese, a volte anche dopo alcuni anni.
Il 9 agosto con gli stessi effetti terrificanti una seconda bomba viene sganciata sulla città di Nagasaki.
Dopo la distruzione di queste due città il 15 agosto 1945 l’imperatore Hirohito si arrese, decidendo di porre fine alla guerra. La resa verrà firmata il I settembre 1945:
la seconda guerra mondiale era finita.
ORE 8.16, NEI CIELI DEL GIAPPONE
La bomba impiegò 43 secondi per cadere dal B-29 che l’aveva lanciata e centrare l’obiettivo. Il corpo centrale era circondato da piccoli fori da cui uscivano alcuni cavi di collegamento che vennero strappati al momento del lancio: questa manovra aveva azionato il dispositivo a orologeria del suo primo sistema di innesco. Accanto alle alette stabilizzatrici, poi, c’erano delle antenne radio che servivano per calcolare quanti metri mancavano all’impatto col suolo. A circa 580 metri di altezza giunse l’ultimo segnale di ritorno. L’altezza ideale si era calcolato fosse di poco meno di 610 metri.
Un impulso elettrico avrebbe fatto brillare un certo quantitativo di cordite, producendo un’esplosione di normale artiglieria. A quel punto una piccola parte dell’uranio totalmente purificato sarebbe stata sospinta in avanti, attraverso la canna di un’arma da fuoco. Il primo segmento d’uranio si spostò di circa un metro e venti, per poi scontrarsi con la massa di uranio rimanente dando luogo alla reazione a catena sopra descritta.
La sequenza completa delle emissioni a catena terminò in pochi milionesimi di secondo. La reazione a catena passò attraverso 80 “generazioni” di duplicazioni prima di concludersi. Alla settantanovesima ogni azione di E=mc2 ebbe termine. Non scomparve altra massa né si formò nuova energia. L’energia cinetica dei nuclei venne semplicemente convertita in calore. L’attrito e gli urti, poi, iniziarono a scaldare i metalli interni alla bomba, i quali in brevissimo tempo, dagli iniziali 37°C, passarono alla temperatura di ebollizione dell’acqua e poi a quella di fusione del piombo(560°C). Poiché la generazione di reazioni a catena proseguiva, però, si arrivò prima ai 6.000°C (superficie solare) fino a parecchi milioni di gradi.
Iniziò dunque l’emissione di raggi X in grande quantità. Poi, dopo un decimillesimo di secondo si riversò verso l’esterno una sfera di calore. A quel punto l’eruzione centrale si rese visibile. I comuni fotoni di luce non potevano attraversare il flusso di raggi X, solo quelli che avvolgevano esternamente tale fascio si rendevano visibili.
L’oggetto soprannaturale bruciò a piena potenza per circa mezzo secondo, poi iniziò ad affievolirsi impiegando due o tre secondi per affievolirsi del tutto. Quest’ultimo fenomeno fu accompagnato, in gran parte, da emissione di energia sotto forma di calore. Iniziò l’incendio, quasi istantaneamente: la pelle esplodeva, staccandosi a brandelli da chiunque si trovasse là sotto.
Almeno un terzo dell’energia prodotta dalla reazione a catena si tradusse in bagliore. L’onda d’urto si spostava più velocemente di un uragano, al punto da essere silenziosa perché più veloce del suono. Vi fu quindi una seconda onda d’urto, di poco più lenta e poi l’atmosfera ebbe una ripercussione all’indietro, per riempire il vuoto che si era creato. Tutto ciò abbassò la pressione atmosferica praticamente a zero. A una certa distanza dall’esplosione, le forme di vita che erano sopravvissute avrebbero ora iniziato a esplodere.
Bibliografia:
FISICA 3 Jerry D. Wilson e Anthony J. Buffa p.395-405

ASTROGEO A. F. Gimigliano e G. Gonnella p.138-161
E=mc2 David Bodanis p.142-167
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