Nucleare

nucleare

nucleare [agg. Der. di nucleo] [FTC] [FNC] Armi n., o bombe n.: ordigni per uso bellico, di straordinaria potenza distruttiva e capacità letale (considerando anche gli effetti radioattivi a breve e a lungo termine), basati su una reazione n. esplosiva di fissione di isotopi dell'uranio o di elementi transuranici oppure di fusione dell'idrogeno (in tale ultimo caso, armi termonucleari o bombe H; una variante della bomba H è la bomba a neutroni, o bomba N, per la quale v. oltre). Le armi n. (all'inizio, e ancora oggi popolarmente, chiamate bombe atomiche) sono state impiegate per la prima volta sul finire della seconda guerra mondiale, dagli SUA contro il Giappone. Il 6 agosto 1945 fu sganciata da un aereo americano e fatta esplodere a circa 600 m di quota sopra la città giapponese di Hiroshima una bomba a fissione di uranio 235, che liberò un'energia pari a quella della detonazione di 20 000 tonnellate di tritolo; tre giorni dopo, il 9 agosto 1945, si ebbe l'esplosione di una bomba a fissione di plutonio sulla città di Nagasaki. Questi due eventi furono il coronamento di un gigantesco programma scientifico-tecnico-militare americano (il cosiddetto "Manhattan District Project"), che aveva riunito il fior fiore degli esperti angloamericani di fisica n., nonché un cospicuo gruppo di scienziati europei antinazisti. Tale programma prese sostanzialmente le mosse da alcuni risultati ottenuti da E. Fermi nel 1934 a Roma che mostravano la possibilità di produrre reazioni n. di fissione a catena controllate dell'uranio, possibilità poi ampiamente dimostrata dallo stesso Fermi negli SUA, con la realizzazione del primo reattore n. (Chicago, 1942); poiché nella fissione di un nucleo di uranio 235 (il nuclide fissile più importante) si libera in media un'energia di circa 200 MeV (circa 3 10-11 J), la fissione a catena degli atomi di una quantità anche relativ. modesta di materiale fissile dà luogo alla liberazione di enormi quantità di energia; rimovendo il controllo della reazione, cioè facendo avvenire quest'ultima in modo incontrollato, la liberazione dell'energia anzidetta avviene in forma esplosiva, con effetti enormemente maggiori di quelli ottenibili con la detonazione di esplosivi convenzionali. Le eventuali applicazioni belliche della fissione n. a catena furono esposte da A. Einstein al presidente americano F.D. Roosevelt, in una famosa lettera, nell'estate del 1939; già nel 1940 furono stanziate le prime somme per ricerche in tal senso, e dopo il successo del reattore di Fermi fu avviato il Manhattan District Project. I lavori di ricerca, condotti nella più grande segretezza, culminarono nella riuscita esplosione di una bomba sperimentale, il 16 luglio 1945, in una località desertica del Nuovo Messico. Già prima di tale esplosione, ponendosi ormai in tutta evidenza il problema del-l'impiego bellico, il gruppo degli scienziati che avevano realizzato queste nuove, terribili armi s'era nettamente diviso tra coloro che sostenevano l'uso indiscriminato di esse, anche su località abitate, e coloro che viceversa sostenevano l'opportunità di un uso puramente dimostrativo, facendole esplodere su una zona poco abitata del territorio nemico oppure in mare sotto costa; quasi tutti questi ultimi fisici dissidenti abbandonarono clamorosamente queste ricerche e qualcuno (L. Szilard) abbandonò addirittura la ricerca fisica, segno della pro-fonda crisi morale in cui l'uso che si fece di queste armi fece precipitare una parte dei realizzatori di esse. È ancora oggi materia di discussione se il raggiungimento dell'obiettivo che il presidente americano H. Truman si proponeva nell'ordinare il bombardamento atomico delle due città giapponesi, e cioè la resa a breve scadenza del Giappone, richiedesse necessariamente un così alto prezzo di vittime civili (sul momento, circa 100 000 morti e circa altrettanti feriti). Diversa è invece la valutazione sul piano della strategia globale, a lungo termine: le nuove armi ponevano nelle mani degli SUA un potere distruttivo quale nessuno aveva ed esigevano una dimostrazione terrificante, diretta anche verso l'alleato sovietico, che per molti versi già si appalesava come l'avversario di domani. Il monopolio americano in realtà durò piuttosto poco, e precis. sino al 29 agosto 1949, data in cui l'URSS fece esplodere la sua prima bomba atomica sperimentale. Aveva così inizio una grande corsa agli armamenti n., resa più complessa sia dal-l'entrata in scena di altre potenze n., e cioè, in ordine di tempo, Gran Bretagna (prima esplosione sperimentale: 1952), Francia (1960), Cina (1964), sia dalla constatazione che tutte le nazioni sufficientemente industrializzate sono virtualmente potenze n., nel senso che sono in grado, se ne hanno la volontà politica, di costituirsi un arsenale di armi nucleari. La tendenza all'aumento del numero dei paesi detentori di armi n. coinvolge questioni complesse e di fondamentale importanza, relative sia alla sicurezza mondiale dal rischio di guerra n., sia al problema della cristallizzazione di situazioni di superiorità militare tra i vari paesi; al riguardo va ricordato che il 10 luglio 1968 è stato aperto alla firma di tutti gli stati, a Londra, Mosca e Washington, un "Trattato contro la proliferazione nucleare", al quale hanno aderito moltissimi paesi, fra cui SUA, URSS (e i paesi che sono nati dalla dissoluzione di questa) e Gran Bretagna, ma non la Francia e la Cina, né altre nazioni potenzialmente "nucleari"; questo trattato era stato preceduto da un accordo (1963) fra le tre dette potenze al fine di limitare gli esperimenti di esplosione n. nell'atmosfera, e poi anche sotterranee. Passando a qualche notizia tecnica, lo schema di un'arma n. a fissione comprende una carica, cioè una certa quantità di materiale fissile, e un meccanismo d'innesco della reazione esplosiva di fissione; nella bomba di Hiroshima la carica, di massa maggiore di quella critica per l'innesco della reazione di fissione dell'U 238 (circa 5 kg), era divisa in due parti, una delle quali era letteralmente sparata contro l'altra (fig. 1), mentre nella bomba di Nagasaki si attuava un'implosione della massa fissile, inizialmente molto porosa, che ne portava la densità al valore d'innesco (fig. 2); nei due casi, i neutroni necessari erano forniti da una sorgente a berillio. Nelle armi a fissione termonucleare l'innesco di quest'ultima reazione è dovuta all'esplosione di una bomba a fissione, generalm. nello schema f-f-f (fissione-fusione-fissione), in quanto il dispositivo a fissione è racchiuso da un rivestimento addizionale di uranio 238 che ne aumenta la potenza esplosiva, grazie ai processi di fissione che in esso vengono innescati dai neutroni veloci liberati dalle reazioni di fusione (fig. 3). Nella variante nota come bomba a neutroni, l'energia deriva sempre da reazioni di fusione innescate da una piccola bomba a fissione, ma opportuni accorgimenti costruttivi (in partic., l'assenza dell'involucro esterno di uranio 238) consentono di minimizzare la liberazione di energia meccanica (onda d'urto) e termica, e di massimizzare la liberazione di energia di radiazione (costituita principalmente dai neutroni veloci originati nel processo di fusione), con conseguente riduzione degli effetti distruttivi sulle cose e notevole incremento degli effetti letali immediati sugli esseri viventi. Per valutare la potenza delle cariche n. s'è introdotta l'unità kiloton (kton) e il suo multiplo megaton (Mton), riferite alla potenza esplosiva, rispettiv., di mille o di un milione di tonnellate di tritolo. Quanto agli effetti di un'arma n., ci limitiamo a ricordare che l'85 % circa dell'energia sviluppata si estrinseca inizialmente sotto forma di energia cinetica a causa dell'istantanea grande espansione dell'aria per l'enorme riscaldamento, come capita, peraltro su una scala enormemente minore, per gli esplosivi ordinari (questi danno temperature nel fuoco dell'esplosione dell'ordine di poche migliaia di gradi, contro i milioni di gradi dell'esplosione n.); solamente una parte di questa energia "meccanica", e cioè circa il 50 % del totale, determina la formazione dell'onda d'urto a cui sono attribuiti effetti distruttivi di natura meccanica, analoghi a quelli delle esplosioni convenzionali; del rimanente, il 35 % si manifesta sotto forma di radiazioni termiche, luminose e ultraviolette, a cui sono imputabili effetti di carbonizzazione della materia organica e incendi di materiali infiammabili in genere. Il restante 15 % circa dell'energia totale sviluppata viene emesso sotto forma di radiazioni n. varie, tutte con enorme capacità di danneggiamento biologico: raggi γ, frammenti n., particelle cariche, neutroni; di esso, si può assumere che 1/3 circa si manifesti all'atto dell'esplosione e pertanto interessi, unitamente all'onda d'urto e alla radiazione termica, la zona circostante il punto di scoppio. Questa radiazione n., detta radiazione iniziale, ha origine dalle reazioni n. che avvengono all'atto dell'esplosione. Gli altri 2/3 delle radiazioni vengono invece emessi in un lungo periodo di tempo dopo l'esplosione e vengono indicati come radiazione n. residua; questa è dovuta quasi completamente alla radioattività dei prodotti di fissione o di fusione che, inglobati nella cosiddetta nube radioattiva, ricadono sulla superficie terrestre più o meno rapidamente a seconda della granulometria delle particelle e della quota raggiunta dalla nube, prendendo il nome di fall-out radioattivo. Il fall-out si divide in tre porzioni: locale, che raggiunge la superficie entro poche ore dall'esplosione e che interessa la zona sovrastante al punto di scoppio; troposferico, che raggiunge la superficie entro qualche mese dall'esplosione e che interessa una fascia di superficie terrestre situata a cavallo della latitudine del punto di scoppio; stratosferico, che raggiunge la superficie entro alcuni anni e interessa prevalentemente l'emisfero in cui è situato il punto di scoppio. La radiazione residua estende nello spazio e nel tempo gli effetti di un'esplosione n., differenziandola, anche sotto questo aspetto fondamentale, da quella di armi convenzionali. Le tabb. 1 e 2 riportano alcuni dati di massima sui danni a manufatti nelle esplosioni n. di Hiroshima e Nagasaki, mentre la tab. 3 dà un quadro sintetico dei danni biologici (v. anche radiazioni ionizzanti, effetti biologici delle); si tenga presente che nell'esplosione termonucleare sperimentale effettuata dagli SUA nell'atollo di Bikini nel 1954, con una potenza di 15 Mton, l'esposizione alle radiazioni da fall-out locale misurata in un atollo distante 160 km da Bikini fu tra 40 e 850 mC/kg. ◆ [CHF] [FNC] Chimica n.: disciplina che s'occupa delle questioni chimiche inerenti alle reazioni n., spec. dell'identificazione chimica dei prodotti di tali reazioni e delle manipolazioni chimiche di essi: → radiochimica. ◆ [FTC] [FNC] Combustibile n.: qualsiasi materiale dal quale sia possibile liberare energia, soprattutto nel caso in cui contenga nuclei fissionabili in proporzioni sufficienti a sostenere una reazione n. a catena (nella quale cioè alla cattura di un neutrone da parte di un nuclide segue l'emissione di diversi neutroni che a loro volta colpiscono altri nuclidi). ◆ [FSN] [ASF] Componente n. attiva: dei raggi cosmici: v. radiazione cosmica: IV 656 a. ◆ [FTC] [FNC] Energia n.: propr., l'energia di legame delle particelle che costituiscono il nucleo degli atomi e di cui una parte si libera se questi ultimi partecipano a una reazione n. di fissione, sotto forma di energia cinetica dei frammenti di fissione e di particelle instabili e di energia raggiante nel decadimento di queste, complessivamente pari alla trasformazione in energia, secondo l'equazione di Einstein, del difetto di massa dei frammenti di fissione rispetto al nucleo originario; in termini analoghi, è l'energia che si libera in una reazione n. di fusione, per es. liberata da atomi di idrogeno che si fondono per formare atomi di elio; per tutto ciò, v. reattori nucleari a fissione, fisica dei per la fissione e, per la fusione, v. fusione nucleare catalizzata da muoni e fusione termonucleare controllata. ◆ [FNC] Fisica n.: la branca della fisica che, studiando le proprietà dei nuclei atomici, permette da un lato di indagare la struttura della materia, e dall'altro di realizzare numerose applicazioni di tale conoscenza, quali la produzione di nuclidi radioattivi (radionuclidi o radioisotopi) e la produzione di energia mediante reazioni n. di fissione o di fusione, mediante reattori nucleari: v. fisica nucleare. ◆ [FNC] Forze n.: le forze responsabili della coesione dei nuclei atomici che, in termini di interazioni elementari, costituiscono una manifestazione dell'interazione forte: v. forze nucleari. ◆ [FTC] [FNC] Impianti n.: complessi di apparecchiature destinati a ricerche sperimentali relative al nucleo atomico o alla produzione di energia n. su scala industriale, e costituiti essenzialmente da reattori, o pile, n. (→ reattore) e dagli impianti per la conversione dell'energia termica sviluppata; gli impianti industriali sono anche chiamati centrali nucleotermoelettriche (→ nucleotermoelettrico) o elettronucleari (più brevem., nell'uso comune, centrali n.). ◆ [FNC] Legame n.: quello fra i nucleoni, dovuto alle forze nucleari. ◆ [FME] Medicina n.: settore della medicina, recentemente sviluppatosi fino a diventare oggetto di specializzazione e d'insegnamento universitario, costituito dal complesso di conoscenze, ricerche e tecniche (sperimentali, diagnostiche e terapeutiche) che riguardano l'impiego di energia n., e segnatamente di radioisotopi, nelle indagini biologico-mediche: v. fisica medica: II 610 d. ◆ [FNC] Reazione n.: le trasformazioni relative ai nuclei atomici che comportano un mutamento degli elementi chimici che vi partecipano, sia spontanee (per es., il decadimento radioattivo), sia provocate artificialmente: v. reazioni nucleari.