Invenzioni ww2_bomba atomica

INVENZIONI SECONDA GUERRA MONDIALE

Ricostruzione di "little boy"

Foto originale di Fat Man

Una bomba atomica sfrutta la reazione a catena di fissione dei nuclei, che avviene in forma incontrollata in una massa di "materiale fissile", in pratica uranio 235 o plutonio 239 con sufficiente grado di purezza. Questi particolari materiali, elementi radioattivi dal nucleo instabile hanno la proprietà di generare una reazione nucleare a catena, cioè un fenomeno a cascata in cui lo spezzarsi di un nucleo atomico produce come effetto la scissione (rottura di un legame fisico) di altri nuclei di atomi vicini. Ciò avviene statisticamente solo quando il numero di atomi è sufficientemente grande cioè la quantità di materiale supera una certa "massa critica". Nell'istante in cui la massa viene resa "super-critica" essa libera una quantità di energia enorme in un tempo brevissimo. L'esplosione è devastante proprio per le enormi quantità di energia liberate nelle reazioni nucleari, dell'ordine di milioni di volte superiori a quelle in gioco nelle reazioni chimiche. 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 in linea di principio 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. 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 preoccupò del possibile sviluppo militare del principio. Nel 1939, gli scienziati 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 ed era probabile che il governo tedesco avesse già disposto delle ricerche in materia. 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 sua realizzazione tecnica richiedeva però enormi finanziamenti. Gran parte dell'investimento sarebbe servito per produrre uranio sufficientemente "arricchito" del suo isotopo 235, o una quantità sufficiente di plutonio 239. I calcoli indicavano infatti che per produrre una massa critica occorreva una percentuale di arricchimento, cioè una concentrazione di isotopo fissile, molto più alta di quella necessaria per un reattore nucleare (superiore al 90% del totale). La prima bomba atomica fu realizzata con un progetto sviluppato segretamente dal governo degli Stati Uniti. Il programma assunse scala industriale nel 1942 (Progetto Manhattan). Per produrre i materiali fissili, l'uranio 235 e il plutonio 239, 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 l'uranio prodotto nei laboratori di Oak Ridge) e i dispositivi tecnici, principalmente il detonatore a implosione, furono prodotti nei laboratori di Los Alamos, un centro creato apposta nel deserto del Nuovo Messico. Il progetto era diretto da Robert Oppenheimer e includeva i maggiori fisici del mondo, molti dei quali profughi dall'Europa. La prima bomba al plutonio (nome in codice "The Gadget") fu fatta esplodere nel "Trinity test" il 16 luglio 1945 nel poligono di Alamogordo, in Nuovo Messico. 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. Questi sono stati gli unici casi d'impiego bellico di armi nucleari, nella forma del bombardamento strategico. L'Unione Sovietica recuperò abbastanza rapidamente il ritardo e sperimentò la prima bomba a fissione il 29 agosto 1949, ponendo così fine al monopolio degli Stati Uniti d'America.