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I due involucri delle bombe B28 recuperate a Palomares dopo l'incidente, in mostra al National Atomic Museum di Albuquerque

La bomba all'idrogeno, o arma termonucleare, è un ordigno esplosivo la cui energia è in gran parte prodotta da una reazione a catena di fusione nucleare, ovvero quel processo di reazione nucleare per il quale due nuclei di elementi leggeri, come l'idrogeno, ai quali viene fornita sufficiente energia, possono fondersi formando un unico nucleo più pesante, ed emettendo a loro volta una notevole quantità di energia.

Appartiene al gruppo delle armi nucleari, e costituisce, sul piano costruttivo, una evoluzione della bomba atomica, l'ordigno basato sul principio della fissione nucleare dei nuclei pesanti. La bomba a fusione nucleare fu prodotta per la prima volta dagli Stati Uniti all'inizio degli anni '50, al tempo delle prime sperimentazioni divenne nota al pubblico come 'bomba all'idrogeno' o 'bomba H' (o chiamata, in gergo mediatico, la "superbomba"), mentre nel linguaggio di oggi si usa di solito il termine proprio di arma termonucleare. Questo tipo di ordigni costituisce la grande maggioranza di tutte le testate che compongono gli arsenali nucleari moderni.

Indice

1 Storia

2 Descrizione
- 2.1 Caratteristiche
- 2.2 Bombe di tipo Teller-Ulam
- 2.3 Danni

3 Alcuni modelli di bomba all'idrogeno
- 3.1 Stati Uniti d'America
- 3.2 Unione Sovietica

4 Note

5 Voci correlate

6 Altri progetti

7 Collegamenti esterni

Storia |

Nell'aprile del 1946, nel corso di un incontro scientifico a Los Alamos, Edward Teller sostenne la fattibilità della bomba all'idrogeno e si dichiarò favorevole della sua realizzazione; altri scienziati manifestarono invece il loro scetticismo sulla possibilità di realizzare l'arma o, come Robert Oppenheimer, si dichiararono contrari alla sua costruzione per motivi etici. Nel gennaio del 1950, qualche mese dopo il test positivo della prima bomba atomica sovietica, il presidente statunitense Harry Truman ordinò di realizzare un programma per la costruzione della bomba all'idrogeno. Sotto la guida di Teller, un gruppo di scienziati comprendente il matematico Stanislaw Ulam si radunò a Los Alamos per lavorare al programma^[1]^[2].

La prima bomba H statunitense fu sperimentata nel novembre del 1952, mentre l'Unione Sovietica sperimentò il suo primo ordigno (alla cui realizzazione molto contribuì Andrej Dmitrievič Sacharov) nell'agosto del 1953. Seguirono il Regno Unito, la Repubblica Popolare Cinese e la Francia rispettivamente nel 1957, 1967 e 1968. Nel 1961, in una serie di test nucleari, l'Unione Sovietica fece esplodere la più potente bomba mai realizzata che liberò un'energia pari a 3.125 volte la bomba a fissione Little Boy lanciata su Hiroshima^[3].
Il 4 settembre 2017 la Corea del Nord ha annunciato di aver fatto esplodere una bomba termonucleare, fatto verificato dai sismografi che hanno percepito un terremoto di 6.8 gradi della scala Richter nella penisola coreana.

Descrizione |

In questo tipo di bomba l'energia liberata deriva oltre che dalla fissione nucleare anche dalla fusione termonucleare fra nuclei di isotopi diversi dell'idrogeno: il deuterio e il trizio. Nel caso della bomba al deuterio e trizio, tale processo avviene secondo una reazione nucleare del tipo:

²H + ³H → ⁴He + n + 17,6 MeV

Il trizio non è di per sé presente nella composizione iniziale della bomba ma viene prodotto dall'urto di neutroni veloci contro nuclei dell'isotopo del litio avente numero di massa 6 e nuclei di deuterio secondo queste due reazioni nucleari:

⁶Li + n → ³H + ⁴He + 4,8 MeV

e

²H + n → ³H + 6,2 MeV

La temperatura e la pressione elevatissime necessarie affinché avvenga la fusione termonucleare nonché i neutroni veloci indispensabili per generare l'idrogeno 3 vengono forniti, come già detto, da una bomba A.

A differenza della bomba atomica, per la quale le dimensioni massime sono vincolate dal fatto che le singole masse di uranio o plutonio prima dell'innesco devono essere tutte inferiori alla massa critica, con quella H non vi è alcuna limitazione teorica di potenza: tale potenza è una funzione a scalino di un certo numero di variabili. Inoltre la bomba termonucleare non necessita di una massa critica a differenza della bomba A, anche se, essendo necessaria quest'ultima per attivare il processo di fusione termonucleare, rimane ugualmente la necessità a monte di una massa critica.

Analogamente alla bomba A, la bomba H può essere installata su diversi sistemi d'arma: aerei, missili balistici, missili lanciati da sottomarini, ma a differenza della bomba A la bomba H non è mai stata impiegata in operazioni belliche.

Caratteristiche |

La bomba all'idrogeno è un ordigno esplosivo a due stadi, cioè un assemblaggio che contiene una bomba a fissione montata insieme a un fusto contenente un preparato a base di un isotopo dell'idrogeno (solitamente trizio). La bomba atomica fornisce l'energia necessaria all'innesco della fusione nucleare della massa di idrogeno presente nel contenitore, la cui geometria costruttiva di solito include all'interno ulteriori elementi di materiale fissile (come cilindri cavi di uranio). La fusione nucleare, infatti, è un processo che può essere innescato solo portando l'idrogeno a temperature dell'ordine di molti milioni di gradi centigradi e da pressioni altissime, e la bomba atomica è l'unico dispositivo in grado di fornire tale energia in modo istantaneo. L'innesco della fusione nucleare è termico, da ciò deriva il nome dell'ordigno.

L'ideazione e la realizzazione di questo tipo di arma, che furono affidate al fisico statunitense Edward Teller tra la fine degli anni quaranta e l'inizio degli anni cinquanta, all'epoca erano motivate dall'intenzione di produrre un tipo di ordigno di potenza superiore alla bomba atomica, poiché a differenza di ciò che avviene con una bomba a fissione, non c'è un limite di progettazione intrinseco alla potenza di una bomba a fusione. Le bombe all'idrogeno però non sono necessariamente progettate per essere ordigni più potenti delle bombe atomiche, in effetti le armi termonucleari presenti negli arsenali moderni sono per la maggior parte ordigni con una potenza contenuta che si potrebbe ottenere anche utilizzando la sola fissione. Il principale motivo per cui si sceglie di produrre testate termonucleari anziché a semplice fissione, al giorno d'oggi, è che ciò consente di utilizzare meno materiale fissile per ottenere la stessa potenza, e perché ciò favorisce l'efficienza e la miniaturizzazione delle testate.

Bombe di tipo Teller-Ulam |

Il classico tipo di bombe a fusione fu progettato da Edward Teller e Stanislaw Ulam impiegando un'esplosione a tre stadi (fissione-fusione-fissione): viene spesso applicato ai missili balistici intercontinentali con testata nucleare di elevato potenziale. In questo tipo di ordigno la fissione è provocata da una bomba ad implosione e in più è presente un involucro esterno (detto tamper) costituito da un cilindro di uranio 238 contenente il solido composto da litio e deuterio (deuteruro di litio) oltre a una canna vuota di plutonio 239 posta al centro del cilindro. La necessaria separazione tra la bomba a fissione e il cilindro è permessa da uno scudo in uranio 238 e da una schiuma che riempie in sicurezza gli spazi vuoti rimasti.

Una volta che la bomba a fissione viene fatta brillare si verifica una serie complessa di eventi:

i raggi X dovuti allo scoppio della bomba a implosione riscaldano l'intero nucleo, mentre le protezioni prevengono una detonazione prematura;

il riscaldamento provoca un forte aumento di pressione che comprime il deuterio solido;

nel frattempo comincia un processo di fissione nella canna di plutonio, il che provoca emissione di radiazioni e di neutroni;

l'urto fra questi neutroni e il litio porta alla formazione di trizio;

a questo punto si verifica la vera e propria fusione;

all'enorme energia e calore appena sviluppati si aggiungono quelli della fissione indotta nei frammenti di uranio 238 interni all'ordigno (provenienti da cilindro e scudo);

le energie prodotte da fissione e fusione si sommano dando vita ad una potentissima esplosione nucleare, dell'ordine di grandezza di numerosi megatoni.

L'intero processo dura 600 ns.

Danni |

Esplosione della prima bomba termonucleare della storia: il test Ivy Mike

Sono quattro i fattori distruttivi dovuti all'esplosione di un ordigno nucleare:

onda di calore fino a 20 milioni di gradi Celsius in corrispondenza del punto di detonazione;

onda d'urto;

emissione di radiazioni (direttamente con l'esplosione e tramite successivo fallout radioattivo);

effetto EMP (Electro Magnetic Pulse), questo scoperto solo a partire da alcuni test nucleari dei primi anni sessanta.

Le esplosioni nucleari possono essere a loro volta classificate in cinque tipi:

aero-alte: esplosione nella stratosfera, con forte rilascio di particelle alfa e beta e scarso rilascio di radiazioni gamma, che però vengono fermate dall'atmosfera; nessun danno agli esseri umani ma viene rilasciato un gigantesco impulso elettromagnetico (EMP) che distrugge qualunque apparecchiatura elettronica non protetta da adeguata schermatura o funzionante con valvole termoioniche; inoltre vengono azzerate le comunicazioni radio per un certo periodo a causa dei disturbi;

aero-basse: esplosione nell'atmosfera a poche centinaia di metri di altezza, con forte rilascio di particelle alfa e beta e scarso rilascio di radiazioni gamma, letali nel raggio di diversi chilometri in un tempo breve. Scarso fall-out nucleare;

superficiali: esplosione a terra, con forte rilascio di radiazioni gamma, e scarso rilascio di particelle alfa e beta; elevata ricaduta radioattiva dovuta alle polveri sollevate, pesantemente contaminate. Danni anche di tipo sismico alle cose, ma minori effetti immediati sulle persone;

sotterranee: nessun rilascio di particelle, che vengono schermate dal terreno, e di onde elettromagnetiche. Forte onda sismica, proporzionale alla potenza dell'arma. È usata principalmente nei test per le armi nucleari;

sottomarine.

Alcuni modelli di bomba all'idrogeno |

Stati Uniti d'America |

Bomba termonucleare Mark 17

Bomba termonucleare Mark 21

B41

Bomba termonucleare B53

B61

B83

Unione Sovietica |

Bomba Zar

Note |

^ Gregg Herken, Brotherhood of the Bomb:The Tangled Lives and Loyalties of Robert Oppenheimer, Ernest Lawrence and Edward Teller, Henry Holt and Company, New York, 2002

^ (EN) Edwan Teller, "On Heterocatalytic Detonations I. Hydrodynamic Lenses and Radiation Mirrors" (PDF), su nuclearnonproliferation.org.

^ La bomba H, fino al mille volte più potente di Hiroshima

Voci correlate |

Arma nucleare

Bomba atomica

Bomba al neutrone

Test nucleare

Fusione nucleare

Triade nucleare

Effetti delle esplosioni nucleari

Carl Brashear

Altri progetti |

Altri progetti

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Collegamenti esterni |

(EN) Video della prima esplosione di una bomba all'idrogeno, su youtube.com.

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[1] Gregg Herken, Brotherhood of the Bomb:The Tangled Lives and Loyalties of Robert Oppenheimer, Ernest Lawrence and Edward Teller, Henry Holt and Company, New York, 2002

[2] (EN) Edwan Teller, "On Heterocatalytic Detonations I. Hydrodynamic Lenses and Radiation Mirrors" (PDF), su nuclearnonproliferation.org.

[3] La bomba H, fino al mille volte più potente di Hiroshima

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