Little BoyFat manComparazione del raggio iniziale della "sfera di fuoco" prodotta da varie armi nucleariIl fungo atomico, causato da "Fat Man" suNagasaki, raggiunse i 18 km di altezza, 9 agosto 1945
Il primo ordigno nucleare della storia era una bomba a implosione che venne fatta detonare nel corso delTrinity test, condotto a 56 km a sud-est diSocorro,Nuovo Messico, presso l'Alamogordo Bombing and Gunnery Range il 16 luglio 1945. Nel team, guidato daRobert Oppenheimer, lavorava anche lo scienziato italianoEnrico Fermi. Il capo dei militari era il generaleLeslie Groves. Durante laseconda guerra mondiale furono sviluppati due tipi di bomba atomica. Fu realizzata una relativamente semplicegun-type fission weapon usando l'uranio-235, unisotopo contenuto solo per lo 0.7% nell'uranio naturale. Dal momento che è chimicamente identico all'isotopo più comune, l'uranio-238, ed ha quasi la stessa massa, è risultato difficile da separare. Furono utilizzati tre metodi per l'arricchimento dell'uranio: elettromagnetico, gassoso e termico. Gran parte di queste attività ebbero luogo aOak Ridge, nelTennessee.
Le prime armi di questo tipo, ovveroLittle Boy, una bomba gun type, eFat Man, una bomba a implosione, furono rispettivamente usate per bombardare le città giapponesi diHiroshima e Nagasaki. Negli anni dell'immediato secondo dopoguerra, il Progetto Manhattan condusse test nucleari sull'atollo di Bikini nell'ambito dell'Operazione Crossroads, sviluppò nuove armi, promosse lo sviluppo del United States Department of Energy national laboratories, sostenne la ricerca medica nel campo dellaradiologia e gettò le basi della marina nucleare. Mantenne inoltre il controllo delle armi nucleari statunitensi sino alla creazione, nel gennaio 1947, dellaUnited States Atomic Energy Commission.
IlProgetto Manhattan venne ritenuto fondamentale per vincere la guerra contro laGermania nazista, che erroneamente si supponeva stesse continuando a portare avanti un programma militare analogo sotto la guida diKurt Diebner (nel 1944, a guerra ancora in corso, gli alleati scoprirono che i tedeschi, dopo due anni di lavoro dal 1939 al 1941 per cercare di produrre una bomba atomica, si erano poi fermati ritenendo il progetto irrealizzabile e ripiegando sulla costruzione di un semplice reattore). La prima bomba di prova fu fatta esplodere a terra il 16 luglio 1945 nel deserto del Nuovo Messico in un luogo noto ora come Trinity Site. Le prime bombe atomiche furono sganciate sulle cittàgiapponesi diHiroshima eNagasaki (si vedaBombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki) rispettivamente il 6 e il 9 agosto del 1945, provocando laresa del Giappone e ponendo fine alsecondo conflitto mondiale.
Nel secondo dopoguerra l'arma atomica fu acquisita da tutte le principali potenze mondiali: l'URSS l'ottenne nel 1949, ilRegno Unito nel 1952, laFrancia nel 1960 e laCina nel 1964. In seguito a questa situazione si venne a creare un clima cosiddetto di "guerra fredda", in cui i due blocchi erano consapevoli di potersi distruggere a vicenda con il solo utilizzo delle armi atomiche (dottrina delladistruzione mutua assicurata, si veda ancheEquilibrio del terrore). Inoltre le armi nucleari divennero sempre più complesse, dando origine ad una notevole varietà di ordigni. Per controllare lo sviluppo degli arsenali atomici nel 1957 venne inoltre creata l'Agenzia internazionale per l'energia atomica (con sede aVienna), nell'ambito del progetto americano "atomi per la pace".
Dal 1956 al 1961 vennero approfonditi gli studi sullafusione nucleare e venne fabbricata dall'URSS labomba Zar, conosciuta anche come Big Ivan. Il 30 ottobre 1961 venne fatta detonare con un test nei dintorni dell'arcipelagoNovaja Zemlja. La bomba venne fatta detonare a circa 4 km dal suolo e nonostante questa distanza, provocò un cratere di distruzione di oltre 35 km di raggio. La sua potenza raggiungeva i 50megatoni, cioè 3125 volteLittle Boy, la bomba sganciata su Hiroshima. La tecnologia che le permise di essere così distruttiva era quella di una fissione nucleare, che innescava una fusione nucleare diatomi di idrogeno, la quale innescava a sua volta una fissione nucleare ulteriore. Questa tecnologia le valse il nome dibomba all'idrogeno.
Nel 1968 venne ratificato ilTrattato di non proliferazione nucleare mentre nel corso degliottanta, sotto l'amministrazioneReagan e con la collaborazione del presidente sovieticoGorbačëv, si arrivò alla firma dei trattatiStart I eStart II, che prevedevano la progressiva riduzione dell'arsenale atomico in possesso alle due principali superpotenze, che era cresciuto fino ad una potenza sufficiente a distruggere più volte il pianeta.
Attualmente i principali Paesi che dichiarano di possedere armi atomiche, facendo parte del cosiddetto "club dell'atomo", sono:Stati Uniti,Russia,Cina,Francia,Regno Unito,Pakistan,India, eCorea del Nord; a parte si collocaIsraele, che ufficialmente non ha mai né confermato né negato di possedere armi nucleari, ma è certo che disponga invece di un arsenale, composto da un minimo di 150[1] a circa 400[2] testate, delle quali non ha mai annunciato ufficialmente una dottrina d'impiego, riservandosi il diritto di esercitare pressioni unilaterali su chiunque. Cinque Stati aderiscono al programma di "condivisione nucleare" dellaNATO, ospitando sul territorio armi nucleari statunitensi al fine di ricevere addestramento al loro impiego in caso di conflitto:Belgio,Germania,Italia,Paesi Bassi eTurchia.[3]
LaCorea del Nord ha un programma nucleare dichiarato ufficialmente e il 9 ottobre 2006 ha fatto il suo primo test di esplosione sotterranea, mentre altre nazioni, prima fra tutte l'Iran, sono fortemente sospettate di perseguire un programma di armamento nucleare. Gli unici Paesi al mondo che hanno pubblicamente e volontariamente rinunciato agli arsenali nucleari di cui disponevano sono ilSudafrica e, nell'ambito dei paesi dell'ex-Unione Sovietica, l'Ucraina, laBielorussia ed ilKazakistan.
Anche dopo la fine della guerra fredda, le armi nucleari sono un elemento importante della politica estera di molti Stati all'interno della cosiddettaTeoria del pazzo.
Esistono diversi tipi di ordigni nucleari, e sono quasi tutti delle bombe. La loro potenza esplosiva è devastante, superiore a quella di qualunque esplosivo chimico convenzionale: la potenza delle armi nucleari si misura infatti inKilotoni (Kt) e inMegatoni (Mt), rispettivamente migliaia e milioni di tonnellate ditritolo necessarie per liberare la stessa energia.
Labomba atomica obomba A, la prima ad essere costruita, sfrutta una reazione difissione diuranio oplutonio e può raggiungere potenze variabili da 0,5 kilotoni a 1,5 megatoni, con una soglia critica individuata attorno ai 10 megatoni.
Labomba all'idrogeno obomba H obomba termonucleare, invece sfrutta lafusione fra nuclei dideuterio etrizio, riuscendo così a sprigionare molta più energia: questo tipo di bombe è il più potente in assoluto e arriva a sprigionare potenze pari a 100 megatoni.
Labomba al neutrone obomba N, come la bomba H è una bomba a fissione-fusione-fissione ma, a differenza di questa, è studiata per sprigionare la maggior parte della sua energia come radiazioni (neutroni veloci). Lo scopo dell'ordigno è uccidere gli esseri viventi lasciando la maggior parte delle strutture nemiche intatte.
Labomba al cobalto, obomba gamma obomba G, è una particolare bomba H nella quale, al momento dell'esplosione, i neutroni prodotti dalla fusione termonucleare si uniscono al cobalto, forte emettitore diraggi gamma. Essa può essere definita anche come una "bomba termonucleare sporca".
Learmi radiologiche sono una classe di bombe nucleari solamente teorizzate, anche dette bombe sporche: costituite da materiale radioattivo non fissile (che quindi non può esplodere con reazione nucleare, ma potrebbe incendiarsi se metallico) trattato per renderlo molto volatile ed associato ad una carica esplosiva convenzionale, di potenza anche modesta, con il compito di disperdere il materiale radioattivo nell'ambiente, contaminando oggetti e persone.
LaFederazione degli Scienziati Americani sostiene che la "bomba sporca" sia una minaccia esagerata o falsa: lo stesso uranio usato per l'alimentazione delle centrali atomiche non è che debolmente radioattivo se non trattato in modo da innescare una reazione di fissione. Il lentissimo decadimento dell'uranio (l'isotopo 238, prevalente in natura, ha untempo di dimezzamento di circa 4,5 miliardi di anni) garantisce infatti una bassa contaminazione in caso di dispersione ambientale, pur restando la sua tossicità, paragonabile a quella di metalli pesanti comemercurio ecadmio. Il reale pericolo radioattivo di questi ordigni risulterebbe essere molto basso.[senza fonte]
Il riconoscimento delle armi a bassa radioattività quali parte della classe delle armi atomiche potrebbe portare all'inclusione in tale categoria delle armi all'uranio impoverito. Non esiste ad oggi un trattato internazionale sulle armi all'uranio impoverito.
Prima esplosione nucleare al sito Trinity nelNuovo MessicoFilmato di esplosioni nucleari
Una esplosione nucleare è molto diversa, sia quantitativamente che qualitativamente, da una convenzionale. Il primo effetto chiaramente visibile è il cosiddetto fungo atomico: una colonna di vapore, residui e detriti che si solleva per molti km dal luogo dell'esplosione. Oltre al calore e all'onda d'urto, comuni a tutte le esplosioni, vi sono quattro caratteristiche che sono peculiari delle esplosioni nucleari:
Il lampo: l'innesco della reazione nucleare genera una quantità enorme difotoni di luce visibile, che creano un lampo istantaneo, intensissimo, visibile perfettamente anche da migliaia di chilometri: la sua intensità è tale da accecare permanentemente chiunque sia rivolto verso l'esplosione.
L'impulso elettromagnetico: durante la reazione nucleare avviene una temporanea separazione di cariche elettriche che genera un campo elettromagnetico istantaneo, contemporaneo al lampo: a distanza di alcuni chilometri dal sito dell'esplosione, si possono ancora avere tensioni indotte nei circuiti elettrici di molte migliaia divolt, che portano in genere alla immediata distruzione degli stessi se non sono appositamente schermati. Tale effetto può essere preso in considerazione per inattivare gli apparati elettronici del nemico paralizzandone le comunicazioni.
Laradioattività: parallelamente al lampo, si verifica anche un fortissimo irraggiamento di fotoni gamma (raggi gamma): il limite di sopravvivenza per irraggiamento radioattivo diretto da esplosione nucleare varia da 500-700 metri per una bomba A di media potenza a 5,5 km per le bombe H più potenti. Dopo l'esplosione, la materia coinvolta nello scoppio, che è stata resa radioattiva dalle reazioni nucleari e scagliata o risucchiata in aria, inizia a ricadere (fallout nucleare) creando una zona di forte radioattività centrata nel punto dell'esplosione: questa radioattività va attenuandosi col tempo, ma può permanere a livelli pericolosi per decenni, rendendo la zona inabitabile.
Effetto NIGA (Neutron Induced Gamma Activity): se la sfera primaria, cioè la zona dove avvengono le reazioni nucleari, viene a contatto con il suolo, lo irraggia con neutroni rendendolo fortemente radioattivo, perattivazione neutronica.
Metodi di innesco ed esplosione delle bombe a fissione
Tutte le armi nucleari esistenti traggono parte della loro energia esplosiva dalle reazioni difissione nucleare. Le armi la cui potenza esplosiva derivaesclusivamente da queste reazioni, sono comunemente chiamate bombe atomiche. Questo è stato a lungo considerato un termine improprio, poiché la loro energia proviene dalnucleo dell'atomo, proprio come avviene con altre armi nucleari.
Una bomba a fissione nucleare può detonare seguendo 2 metodi:
Quelloa blocchi separati, in cui l'involucro metallico riveste più camere, nelle quali sono alloggiati i materiali fissili e gli esplosivi. La quantità di materiale fissile, che solitamente èuranio arricchito, è tale da raggiungere unamassa sub-critica, cioè una massa leggermente sotto la criticità, ovverosia una quantità insufficiente affinché le reazioni nucleari a catena si alimentino autonomamente. La criticità viene raggiunta quando le diverse masse sub-critiche entrano in collisione a seguito di una detonazione dell'esplosivo convenzionale contenuto nella bomba. Per questo motivo, la detonazione è nota comedetonazione balistica, oa proiettile (in inglese "gun-type"). L'origine della detonazione è elettronica, l'esplosione comprime le molteplici masse sub-critiche e le porta alla criticità. In questo stato il decadimento naturale dell'uranio-235 innesca la fissione nucleare e la bomba esplode.
Quelloa implosione, in cui l'involucro metallico riveste un'unica camera in cui sono alloggiati i detonatori (sul perimetro) e una sfera di materiale fissile (al centro). La sfera di materiale fissile, solitamente composta diplutonio, è cava e dotata di una massa sub-critica. La detonazione simultanea da tutte le direzioni comprime la sfera, aumentando la sua densità e facendole raggiungere uno stato super-critico. In questa condizione, il decadimento naturale del plutonio-239 innesca la fissione nucleare e la bomba esplode.
La quantità di energia rilasciata dalle bombe a fissione può variare da poco meno di4×109 J per le bombe a blocchi separati, corrispondente a circa 1tonnellataequivalente in TNT, a circa2×1015 J per le bombe ad implosione, cioè 500.000 tonnellate equivalenti di TNT.[5]
Tutte le reazioni di fissione generano prodotti di fissione, molti dei quali sono altamente radioattivi (ma con un decadimento breve) o moderatamente radioattivi (ma con un decadimento lungo) e, in quanto tali, sono una grave forma di contaminazione radioattiva. I prodotti di fissione sono il principale componente radioattivo delfallout nucleare.
L'altro tipo fondamentale di arma nucleare trae energia dalle reazioni difusione nucleare. Tali armi sono generalmente indicate come bombe termonucleari o più colloquialmente come bombe all'idrogeno, poiché basano le reazioni di fusione sugliisotopi dell'idrogeno (deuterio etrizio). Tutte queste armi usano delle reazioni di fissione per innescare quelle di fusione, le quali possono innescare esse stesse ulteriori reazioni di fissione.[6]
Le moderne armi a fusione consistono di un involucro metallico contenente due compartimenti: uno in cui sono alloggiati i materiali fissili (235U o239Pu) che daranno inizio ad un primo stadio di detonazione, ovvero una fissione nucleare, e uno in cui sono alloggiati i materiali fusibili (gli isotopi dell'idrogeno:deuterio etrizio, o nelle moderne armi, ildeuteruro di litio) che daranno inizio ad un secondo stadio, una fusione nucleare. I due compartimenti (uno sopra e l'altro sotto nello schema sottostante, punto A) sono separati da uncanale di radiazione spesso riempito con schiuma dipolistirene (in giallo).
L'esplosione di un'arma a fusione inizia con la detonazione del compartimento primario, il quale innesca una reazione di fissione nucleare (punto B). La sua temperatura supera i 100 milioni diK circa, facendola brillare intensamente conraggi X termici. Questi raggi inondano il canale di radiazione, il quale confina l'energia dei raggi X e resiste alla sua pressione verso l'esterno (punto C). La distanza che separa i due compartimenti assicura che i frammenti di detriti derivati dalla fissione (che si muovono molto più lentamente dei fotoni a raggi X) non possano danneggiare il compartimento secondario prima che la fusione sia completata.
Il compartimento secondario, costituito da una camera di alloggio del carburante da fusione e unacandela centrale alplutonio, viene compresso dall'energia dei raggi X, aumentando la densità della candela centrale (punto D). La densità del plutonio aumenta a tal punto che la candela viene portata in uno statosuper-critico e inizia una reazione a catena di fissione nucleare. I prodotti di fissione di questa reazione a catena riscaldano il combustibile termonucleare altamente compresso che circonda la candela a circa 300 milioni di K, innescando dunque le reazioni di fusione (punto E).
L'intero processo dura all'incirca600 ns. L'energia prodotta da questo tipo di esplosioni può variare da 2 x 1016 J di energia, ottenuta durante il primo test di una bomba termonucleare (Ivy Mike) a 2,4 x 1017 J di energia, ottenuta durante il test dellabomba Zar.
Poiché le armi termonucleari rappresentano il progetto più efficiente per la resa energetica[non chiaro], tutte le armi nucleari sono regolamentate da un trattato internazionale noto cometrattato di non proliferazione nucleare.
Secondo l'Istituto internazionale di ricerca sulla pace, al gennaio 2024 esistono nel mondo circa 12.251 testate nucleari, di cui circa 9.585 a disposizione nelle scorte militari per un potenziale utilizzo. Circa 3.904 di queste testate sono schierate a bordo di missili e aerei, 60 in più rispetto al gennaio 2023, mentre le rimanenti si trovano stoccate in deposito. Circa 2.100 delle testate schierate sono conservate in uno stato di massima allerta operativa a bordo di missili balistici.[7]
Secondo il Rapporto della campagna internazionale Ican (International Campaing to Abolish Nuclear Weapons), "Surge: 2023 Global nuclear weapons spending", nel 2023 sono stati spesi complessivamente 91,3 miliardi di dollari (oltre 85 miliardi di euro) per gli arsenali atomici, 10,7 miliardi di dollari in più per le armi nucleari rispetto al 2022. La spesa maggiore spetta agli Stati Uniti, pari a 51,5 miliardi di dollari, che è superiore a quella di tutti gli altri Paesi dotati di armi nucleari messi insieme.[8]
Alwyn McKay.The making of atomic age. Oxford University Press, 1984.
Lorenzo Striuli. 'La prospettiva militare odierna su disarmo e non proliferazione nucleare', in Chiara Bonaiuti (a cura di).Disarmo e non proliferazione nucleare tra retorica e realtà. Pisa, Edizioni Plus, 2011.
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