LaBomba Zar conosciuta anche con icodici alfanumerici diRDS-220[2] oAN602[3], è stato il più potenteordigno all'idrogeno mai sperimentato. La bomba, il cuinome in codice eraBig Ivan[2] oVanya[4], fu progettata inUnione Sovietica da un gruppo di fisici coordinati daAndrej Sacharov tra luglio e fine ottobre del 1961. L'energia che avrebbe dovuto liberare, stando alla fase progettuale, doveva essere di 100Mt, cioè circa420 PJ, ma per il test venne utilizzata una versione depotenziata da 50 Mt (o 57 a seconda delle stime effettuate in passato, corrispondenti a 238,5 PJ).
Il test venne eseguito il 30 ottobre 1961, con effetti devastanti: fu osservato un raggio di distruzione totale di 55 km.
Una bomba ad idrogeno a tre stadi possiede il primo afissione per innescare il secondo, caratterizzato a sua volta da unafusione nucleare di atomi leggeri quali l'idrogeno. L'energia sviluppata innesca così il terzo stadio, composto da un'altra fissione nucleare.
Nel progetto iniziale dellaBomba Zar, i primi tre stadi avrebbero dovuto sviluppare un'energia pari a 100 Mt, ma ciò avrebbe provocato successivamente troppe ricadute di materiale radioattivo sulle zone circostanti, in maggioranza appartenenti al territorio sovietico.[5] Per limitare tale fenomeno, dettofallout, il terzo stadio venne modificato sostituendo lo strato diuranio 238 con delpiombo, in modo tale da rallentare i processi di fusione rapida e di conseguenza sviluppare un'energia inferiore ai 100 Mt previsti originariamente. La Bomba Zar venne quindi ridotta a 50 Mt e produsse circa il 97% dell'energia totale solamente con la fusione nucleare del secondo stadio, diventando in questo modo una delle bombe nucleari più "pulite" mai create, in quanto determinò una quantità molto bassa di ricadute rispetto al suorendimento.
Il 10 luglio 1961 il premier sovieticoNikita Chruščëv diede il via al progetto nella versione a piena potenza da 100 megatoni e il 9 agosto 1961 dichiarò che l'Unione Sovietica era in grado di costruire e far esplodere una bomba da 100 megatoni. La dichiarazione scatenò forti proteste internazionali, in quanto un ordigno di tale potenza avrebbe determinato un'elevata ricaduta di materiale radioattivo. Per questo motivo la versione che fu poi fatta esplodere fu da 50 megatoni e con fallout ridotto.
All'inizio di ottobre, Sacharov giunse aMosca per discutere i calcoli teorici effettuati per la bomba da 100 megatoni, ma dopo il suo ritorno adArzamas-16 (lacittà chiusa sede del programma nucleare militare sovietico, oggiSarov), nacquero seri dubbi circa la progettazione, nonostante il dispositivo fosse quasi pronto per la spedizione. Secondo lo stesso Sacharov la bomba avrebbe avuto delle caratteristiche rischiose, mentre Evsej Rabinovich si convinse che l'ordigno non avrebbe funzionato. Nacque un dibattito fra Sacharov e Rabinovich, che infine diede ragione a quest'ultimo. Tuttavia, entrambe le parti utilizzarono calcoli statistici e approssimazioni per avvalorare le proprie tesi, e fu quindi difficile determinare con certezza quale argomentazione fosse quella corretta.[6]
A partire da quel giorno il progetto venne completamente rivisto, finché il 24 ottobre (solo 6 giorni prima della prova vera e propria) la relazione finale venne completata e le specifiche vennero inviate ai costruttori della bomba. All'interno del rapporto era presente la seguente dichiarazione:[7]
«Un risultato positivo del test apre la possibilità di creare un dispositivo di potenza praticamente illimitata.»
Dopo il completamento della bomba, l'officina venne smantellata ed il pianale su cui era stata costruita venne camuffato come un normale treno merci.[6] Successivamente l'ordigno venne portato fino all'aeroporto dove venne caricato su unTupolev Tu-95 pilotato dalmaggiore Andrej E. Durnovcev: l'aereo fu opportunamente modificato poiché la bomba era così grande e pesante (27 tonnellate racchiuse in 8 m di lunghezza e 2,1 m di diametro) che fu necessario rimuovere i portelloni del vano bombe e i serbatoi secondari della fusoliera, inoltre quasi tutta la superficie esterna fu rivestita con una speciale vernice riflettente per evitare il surriscaldamento del velivolo a detonazione avvenuta. Durante il volo, il Tu-95 venne accompagnato da unTupolev Tu-16 dotato di strumenti scientifici e di videocamere per l'analisi del test. L'ordigno, invece, venne equipaggiato con un grande paracadute in modo tale da rallentare la discesa e permettere la fuga del bombardiere dal luogo di detonazione.
L'aereoTupolev Tu-95V n. 5800302, carico della bomba, decollò dallabase aerea Olenja nellapenisola di Kola e volò al sito di test statale n.6 del Ministero della Difesa situato la baiaMitjušicha, sull'arcipelago diNovaja Zemlja a circa1000 km dalla base con un equipaggio di nove persone:
Al test ha partecipato anche l'aereo da laboratorioTupolev Tu-16, n. 3709, attrezzato per il monitoraggio delle prove e del suo equipaggio:
Capo pilota collaudatore: tenente colonnello Vladimir Fëdorovič Martynenko
Secondo pilota: il tenente senior Vladimir Ivanovič Muchanov
Navigatore principale – Maggiore Semën Artem'evič Grigorjuk
Navigatore-operatore del radar – Maggiore Vasilij Timofeevič Muzlanov
Operatore radio-artigliere – Sergente maggiore Michail Emel'janovič Šumilov
Entrambi gli aerei sono stati verniciati con una speciale vernice riflettente per ridurre al minimo i danni dovuti al calore. Nonostante ciò, Durnovcev e il suo equipaggio avevano solo il 50% di possibilità di sopravvivere al test. Fu fatta esplodere a 4 000 metri dal suolo (4.200 dal mare) e, dopo un lampo molto intenso di luce, si generò una palla di fuoco che si espanse fino a un diametro di quasi 8 chilometri: si avvicinò al suolo per poi risalire e raggiungere l'altitudine alla quale ilTu-95 si era trovato al momento del rilascio dell'ordigno. Nel frattempo incominciò a sollevarsi ilfungo, mentre l'onda d'urto cominciò a propagarsi circolarmente.
La pressione dello scoppio raggiunse un picco di circa 21bar (300psi), sei volte quella di Hiroshima, e il "fungo" causato raggiunse l'altezza di 64 chilometri. Nonostante il cielo fosse nuvoloso, il lampo venne visto a 1 000 chilometri di distanza. Uno dei testimoni riferì di aver percepito l'abbagliamento (anche attraverso gli occhiali protettivi) e il surriscaldamento della pelle alla distanza di 270 km.[2]
L'onda d'urto venne registrata nell'insediamento diDikson a 700 km, mentre vennero danneggiate le imposte in legno delle case sino a 900 km dall'ipocentro fino inFinlandia. Tutti gli edifici presenti sull'isola Severnyj, realizzati con mattoni e legno, situati a 55 km di distanza dall'impatto vennero completamente distrutti. In alcuni distretti posti a centinaia di chilometri, le case in legno vennero rase al suolo, mentre quelle in pietra persero il tetto, le finestre e le porte.[2]In alcuni casi, l'irregolare propagazione dell'onda d'urto in esplosioni atmosferiche di eccezionale potenza può provocare danni sino e oltre 1000 chilometri di distanza.[2]
Le radiazioni prodotte ionizzarono l'aria e interruppero le comunicazioni radio per quasi un'ora. Il pilota del Tupolev diede immediatamente al comando situato nellapenisola di Kola l'informazione che l'esplosione era avvenuta, ma per i successivi 40 minuti i progettisti non poterono sapere alcuna informazione sull'esito del test. Solo quando il contatto radio con la base diNovaja Zemlja venne ristabilito i fisici poterono chiedere informazioni sulla quota della nube e capire che tutto era andato come previsto.[2]Andrej Durnovcev fu promosso al grado ditenente colonnello e insignito del titolo diEroe dell'Unione Sovietica per il suo comportamento durante la missione.[5] L'onda sismica generata dall'esplosione fece tre volte il giro della Terra. Nonostante l'esplosione fosse stata innescata nell'atmosfera, l'U.S. Geological Survey misurò unamagnitudo sismica compresa tra 5,0 e 5,25 con un'onda d'urto propagata e percepita in tutto il mondo. Se fosse stato lasciato il terzo stadio in uranio per ulteriori 50 Mt, la bomba avrebbe da sola aumentato del 25% il totale dei residui fissili rilasciati nell'atmosfera dal 1945.[2]
Da parte dellaRosatom State Atomic Energy Corporation venne realizzato un documentario sulla bomba Zar e sul suo test tramite registrazioni dirette delle varie fasi. Il documento rimase secretato fino al 20 agosto 2020.[8]
Simulazione della zona di distruzione totale della Bomba Zar su una mappa diRoma
Poco dopo il test del 30 ottobre, gli Stati Uniti misurarono l'energia liberata come circa 57 megatoni, cioè 240 PJ. Questo valore circolò per 30 anni come il dato effettivo del dispositivo, citato da fonti occidentali e dallo stesso governo sovietico. Tuttavia, a partire dal 1991 è stato possibile verificare i documenti dell'URSS, tra i quali lista ufficiale sovietica di tutti i test nucleari,[9] il registro dei progetti realizzati dal laboratorio Arzamas-16 (al tempo diretto da Julij Chariton)[10] e i racconti personali dei fisici che progettarono la bomba, qualiViktor Adamskij e Jurij Smirnov.[7] In tutti i documenti compare sempre la cifra di 50 megatoni, cioè 210 PJ, e non 57 Megatoni - 240 PJ.
Gli Stati Uniti poterono misurare con buona precisione gli effetti della bomba in quanto, grazie all'annuncio del test da parte di Chruščёv, venne rapidamente organizzata l'operazioneSpeedlight con a capoHebert Scoville (presidente della Joint Atomic Energy Intelligence Committee) e Gerald Johnson (assistente delsegretario della difesa per l'energia nucleare). UnKC-135 Stratotanker venne modificato per trasportare equipaggiamenti elettromagnetici a banda larga e speciali sistemi ottici, tra i quali unfotometro. Le modifiche vennero effettuate da una speciale unità alWright-Patterson Air Force Base e completate il 27 ottobre. Il giorno del test, volando sopra l'Artico,Speedlight poté avvicinarsi abbastanza al punto di detonazione dell'ordigno.[11]
Il profilo di emissione della luce raccolto dal fotometro sarebbe stato utilizzato per calcolare l'energia emessa, mentre gli apparecchi di monitoraggio elettromagnetico avrebbero captato i segnali emessi da ogni differente fase della bomba, permettendo la misurazione dei singoli interstadi.
La differenza tra 50 e 57megatoni non è una deviazione così insolita tra energia liberata nominale e misurata. Per esempio, i calcoli effettuati sulla bomba di Hiroshima diedero risultati variabili tra i 12 kt (50 TJ) e i 16 kt (65 TJ).
Viktor Adamskii e Yuri Smirnov,Moscow's Biggest Bomb: the 50-Megaton Test of October 1961, Cold War International History Project Bulletin, 1994, ISBN non esistente.
Paolo Cacace,L'atomica europea, Fazi Editore, 2004,ISBN88-8112-526-9.
Robert Hutchinson,Le armi di distruzione di massa, Newton & Compton, 2003,ISBN88-8289-895-4.
Maurizio Orlandi,"La società - Forze armate e difesa - Bombe", in "Il Guinnes dei primati 1994", Arnoldo Mondadori Editore, 1993,ISBN88-04-37412-8.
Pavel L. Podvig (a cura di),Russian Strategic Nuclear Forces, Cambridge Massachusetts: The MIT Press, 2004,ISBN0-262-66181-0.
Jeffrey T. Richelson,Spying on the Bomb, New York: W.W. Norton & Company, 2006, ISBN non esistente.
Russian Federal Nuclear Center-VNIIEF,USSR Nuclear Weapons Tests and Peaceful Nuclear Explosions: 1949 through 1990, Ministero della Federazione Russa per l'Energia Nucleare, 1996,ISBN5-85165-062-1.
Andrei Sacharov,Il mio paese e il mondo, Bompiani, 1984,ISBN88-452-1089-8.
Ivanov Sergey,Russia's Arms and Technologies. The XXI Century Encyclopedia: Volume I, Strategic Nuclear Forces, Moscow: Oruzhie i tekhnologii, 2000,ISBN5-93799-001-3.
