Armi nucleari

Bomba atomica

Le bombe atomiche o bombe A sono state le prime armi nucleari realizzate e sfruttavano solamente la fissione nucleare. Il loro innesco era dovuto all’assemblaggio di una massa supercritica di materiale fissile il quale poteva avvenire attraverso due sistemi: la detonazione balistica (“gun-triggeredfissionbomb”) e l’implosione.

Nel sistema della detonazione balistica nella bomba erano presenti due masse di uranio subcritiche, un “proiettile” ed un “bersaglio”. Nel momento dell’innesco il primo veniva sparato ad alta velocità, grazie all’uso di esplosivi, contro il secondo in modo da formare una massa supercritica. Questo sistema era però il meno efficiente in quanto la velocità di assemblaggio della massa supercritica non era abbastanza breve per precludere al ²³⁹Pu la possibilità di iniziare la reazione prima che le due masse si scontrassero riducendo drasticamente in tal modo la potenza raggiungibile dall’esplosione. Per questo motivo il materiale fissile doveva essere obbligatoriamente l’²³⁵U.

Il metodo dell’implosione invece era caratterizzato dalla presenza di una sfera subcritica cava di materiale fissile che veniva compressa da un esplosivo in modo da eliminare gli spazi presenti al suo interno e farla aumentare di densità rendendola così supercritica. Questo sistema al contrario del primo poteva essere usato anche per il ²³⁹Pu oltre che per l’²³⁵U e in alcuni casi sfruttava anche un misto di entrambi gli elementi come materiale fissile. Un altro vantaggio di questo sistema era dato dal fatto che rispetto al primo aveva dimensioni minori.

Entrambi i sistemi presentavano invece una fonte di neutroni per innescare le reazioni a catena di fissione. Essa consisteva in un dispositivo costituito di berillio (⁹Be) contenente materiale radioattivo quale il polonio (²¹⁰Po). Questo dispositivo era situato al centro del materiale fissile ed al momento dell’innesco il suo involucro veniva rotto dalla pressione esercitata dal materiale fissile stesso. A questo punto la radiazione α

particella α o elione, ovvero un nucleo di elio ⁴He, prodotta dal decadimento α di elementi con nuclei aventi un elevato numero di nucleoni (Z > 82 e A > 200))

prodotta dal ²¹⁰Po reagiva con il rivestimento di 9Be formando ⁸Be (che essendo instabile decade in due atomi di He) e dei neutroni liberi che davano inizio alla reazione a catena.

Successivamente fu anche sviluppato un sistema di amplificazione (“boosting”) il quale ha permesso di aumentare l’efficienza della bomba. Esso consiste nell’utilizzo delle reazioni di fusione come fonte ulteriore di neutroni per la fissione nucleare inserendo all’interno del materiale fissile del deuterio e del trizio. Con questo metodo inoltre la quantità di materiale fissile richiesta risulta minore.

Un altro elemento importante di queste bombe, ma anche di quelle moderne, è il cosiddetto “tamper”, costituito solitamente da un metallo pesante, il quale ha il compito di limitare la fuga di neutroni utili per la reazione, ma soprattutto quello di trattenere la pressione prodotta dalla fissione per un certo tempo in modo che la reazione duri più a lungo evitando che il materiale fissile si disperda. In tal modo la quantità di materiale che subisce la fissione aumenta incrementando notevolmente l’efficienza della bomba. Spesso per il tamper si usa l’²³⁸U il quale viene urtato dai neutroni che sarebbero altrimenti scappati, producendo così ancora più energia (il suo contributo energetico è superiore alla metà dell’energia totale rilasciata).

Bomba termonucleare

Oggi le armi nucleari sfruttano sia processi di fissione che di fusione e vengono definite come termonucleari in quanto sviluppano temperature estremamente alte per innescare le reazioni di fusione nucleare. Il modello base è quello Teller-Ulam che consiste a grandi linee in due componenti. La prima è costituita da un piccolo dispositivo atomico nel quale avviene la fissione che di solito è amplificata (con deuterio e trizio). La seconda parte è formata invece sia da materiale fissile che da combustibile per la fusione nucleare. Grazie al gran numero di neutroni e alla pressione generata dalla prima esplosione il materiale fissile della componente secondaria si fissiona a sua volta generando temperature ancora più elevate (paragonabili a quelle del sole) necessarie per attivare il processo di fusione. Queste bombe vengono anche chiamate bombe H poiché la fusione avviene tra due isotopi dell’idrogeno: il deuterio ²H e il trizio ³H. Quest’ultimo, non essendo presente all’interno della bomba, si forma dalla reazione del ⁶Li con i neutroni emessi dalle due fissioni.

Anche in queste bombe è fondamentale la presenza di un “tamper” di metallo pesante in grado di resistere alle alte pressioni e temperature prodotte, dando così tempo per lo sviluppo delle reazioni aumentandone in tal modo la potenza. In media le bombe termonucleari sprigionano un’energia dell’ordine di grandezza di qualche decina di megatoni

1 MT equivale alla potenza sprigionata dall’esplosione di mille tonnellate di tritolo che è di 4,184 x 10¹⁵J

. Una caratteristica particolare di queste bombe consiste nel fatto che esse non hanno un limite teorico alla loro potenza in quanto il secondo stadio (la seconda serie di reazioni nucleari) potrebbe accendere un terzo stadio, il quale ne accenderebbe a sua volta un quarto e così via. Tuttavia vi è un limite pratico a causa delle dimensioni e del peso che la bomba non deve superare per poter essere utilizzabile.

Bomba al neutrone

Bomba al cobalto

La bomba al cobalto al momento è stata solamente teorizzata e non ci sono prove che una di esse sia mai stata costruita. Consiste anch’essa in una modifica del modello Teller-Ulam come la bomba al neutrone per quanto riguarda il tamper, ovvero il guscio di contenimento della bomba. In questo caso però esso sarebbe realizzato con il cobalto (⁵⁹Co), il quale reagirebbe con i neutroni veloci prodotti dalla fusione trasformandosi in ⁶⁰Co che si disperderebbe in seguito all’esplosione (“fallout”). Essendo instabile il ⁶⁰Co decade in un tempo relativamente breve (il suo tempo di dimezzamento è di 5,27 anni) per decadimento β^- in nichel (⁶⁰Ni) che successivamente si diseccita emettendo raggi γ. L’effetto finale è quello di massimizzare la ricaduta di materiale radioattivo portando così ad una maggiore contaminazione. Poiché il modello Teller-Ulam non ha un limite teorico di potenza sarebbe possibile costruire una bomba al cobalto abbastanza potente da contaminare l’intero pianeta ponendo così fine ad ogni forma di vita presente su di esso.