mercoledì 4 giugno 2008

LA BOMBA ATOMICA (a fissione)

La bomba atomica a fissione si basa sul fatto che se un neutrone colpisce un atomo di un materiale pesante quest'ultimo di fraziona in due parti e in più libera due neutroni che mantengono la reazione a catena e soprattutto libera un'energia enorme. Nel uranio che si trova in natura questa reazione avviene naturalmente ma viene frenata del fatto che, essendo l'uranio non completamente puro, la reazione si ferma immediatamente e solo pochi atomi si trasformano in energia. Poi c'è da considerare il fatto che molti neutroni riescono a sfuggire dalla pezzo di uranio (questa reazione dà la radioattività).
Nelle bombe nucleari si ha uranio purissimo e parzialmente modificato da precedenti reazioni nucleari, c'è anche da contare il fatto che quest'uranio deve avere un volume abbastanza grosso da tamponare la dispersione di neutroni e, anche se dopo ripetuti interventi, l'uranio mantiene sempre un po' di scorie che impedisco la reazione. Quando la massa del nostro materiale radioattivo sale abbastanza da assicurare un equilibrio tra le reazioni avvenute e quelle fallite si dice che la massa è critica, cioè che può provocare una reazione a catena capace di far esplodere l'oggetto. Nelle bombe nucleari i due pezzi dello stesso oggetto si trovano distanti tra loro e solo nel momento in cui viene innescata le due parti si uniscono dando luogo a un'esplosione nucleare.Ci sono due modi di trasformare una massa subcritica in una critica o anche ipercritica:
Il metodo "balistico": le due metà del materiale esplosivo sono ai capi di un cilindro in mezzo a loro c'è il vuoto. Quando la bomba viene innescata esplodono due cariche di esplosivo convenzionale che scagliano le due metà una contro l'altra. Di colpo le due meta compongono una massa ipercritica compressa che automaticamente esplode. Questo metodo si può utilizzare solo se si utilizza uranio-235. Questo tipo di bomba è stata usata nella seconda guerra mondiale Hiroshima e Nagasaki.
Il secondo metodo si basa sul fatto che una massa subcritica, se fortemente compressa, può trasformarsi in una massa critica o ipercritica. Questo tipo di bomba è di forma sferica, nel centro di essa c'è il materiale fissile (uranio-235 o plutonio), nello strato sotto la corazza c'è invece dell'esplosivo chimico. Quando viene innescata l'esplosivo esplode creando una onda d'urto verso il centro della bomba che comprime molto rapidamente il materiale fissile finché non raggiunge una massa ipercritica e quindi esplode.Le armi nucleari differiscono dalle armi da fuoco convenzionale per i seguenti motivi:
l'energia liberata varia da migliaia a milioni di volte di quella emessa dalle bombe a esplosivo chimico;
all'atto della detonazione emettono radiazioni luminose, termiche e radioattive, capaci di provocare danni alle persone e alle cose a distanze molto rilevanti;
le sostanze che restano dopo l'esplosione insieme con quelle che vengono eventualmente strappate al terreno o all'acqua sono fortemente radioattive, e quindi, ricadendo sulla terra, possono produrre contaminazioni su zone la cui ampiezza può raggiungere le decine di migliaia di kmq. Si possono distinguere quattro tipi di esplosioni: aerea, superficiale, subacquea, sotterranea.Nelle esplosioni aeree i prodotti di reazione, l'involucro della bomba, le altre parti dell'arma e l'aria circostante sono riscaldate fino a raggiungere temperature estremamente elevate, dell'ordine di parecchi milioni di gradi (le temperature delle normali bombe al tritolo non superano i 5000°C).Le grandi quantità di calore prodotte dall'esplosione trasformano tutti i materiali presenti nella bomba in gas, con conseguente sviluppo di pressioni molto elevate dell'ordine delle centinaia di migliaia di atm.Pochi milionesimi di secondo dopo l'esplosione della bomba atomica , i gas estremamente caldi e compressi appaiono come una massa di forma pressoché sferica, dotata di una straordinaria luminosità, che viene comunemente chiamata sfera di fuoco.Subito dopo la formazione, la sfera di fuoco comincia a espandersi; tale sviluppo è accompagnato da una diminuzione della temperatura e della pressione e, quindi, anche della luminosità.Quando la sfera di fuoco è ancora luminosa, la temperatura che regna nel suo interno è ancora così elevata, che i materiali componenti la bomba sono allo stato di vapore. Tali vapori sono composti da prodotti di fissione (estremamente radioattivi), dall'uranio (o plutonio o altri composti esplosivi), che non hanno partecipato all'esplosione, dall'involucro e dagli altri materiali componenti la bomba. Quando la temperatura scende a valori più bassi, detti vapori si condensano e formano una nube, contenente particelle solide (detriti) e piccole gocce d'acqua, provenienti dall'aria succhiata durante l'ascensione della sfera di fuoco. In relazione all'altezza di scoppio e alla natura del terreno sottostante, all'atto dell'esplosione si genera un forte risucchio nelle immediate vicinanze; questo fenomeno provoca l'aspirazione di vari quantitativi di polvere e macerie, che vengono così inglobati nella nube atomica.
In una prima fase i residui materiali della bomba atomica trasportano queste particelle verso l'alto, ma dopo un certo tempo esse cominciano cadere lentamente a causa della forza di gravità, con velocità dipendente dallo loro grandezza. Quando la nube atomica ha raggiunto una quota in cui la sua densità è uguale a quella dell'aria circostante, oppure quando essa raggiunge la base della stratosfera, una parte della nube cessa d'innalzarsi e incomincia ad espandersi orizzontalmente, dando così luogo alla formazione della nuvola a forma di fungo, che è la caratteristica delle esplosioni nucleari.Nel caso di esplosioni superficiali, la sfera di fuoco, nel corso della sua espansione, viene rapidamente a contatto con la superficie terreste; in conseguenza di ciò, un considerevole quantitativo di terreno e altri materiali, situati nella zona di contatto, vengono vaporizzati e inclusi nella sfera di fuoco.La differenza tra l'esplosione aerea e quella superficiale consiste, pertanto, principalmente nel fatto che in questo secondo caso la nube atomica è molto più carica di detriti solidi.L'aspetto più importante dell'esplosione superficiale è la genesi del cosiddetto fall-out (pioggia radioattiva). Tale pioggia è dovuta al fatto che il numero di particelle solide, presenti nella nube atomica, è talmente elevato che una fortissima percentuale dei prodotti di fissione viene incorporata, nel corso del raffreddamento, nelle particelle fuse di terra e di altri materiali solidi. La pressione esercitata sull'aria circostante dai materiali gassosi che formano la sfera di fuoco, genera un'onda esplosiva che è la causa degli effetti meccanici della bomba atomica.Il contorno esterno dell'onda esplosiva si chiamo fronte d'urto. All'inizio la superficie della sfera di fuoco e del fronte d'urto coincidono; poi. quando la velocità di espansione della sfera di fuoco diminuisce (alcuni decimilionesimi di secondo dopo l'esplosione), il fronte d'urto si stacca dalla sfera di fuoco e prosegue con una velocità superiore a quella del suono nell'aria.Quando un'onda esplosiva tocca la superficie terrestre, essa viene riflessa in modo analogo a ciò che accade quando un'onda sonora produce un'eco; l'onda riflessa, come quella diretta, può causare danni materiali.In una certa regione dello spazio, la cui posizione dipende principalmente dall'altezza di scoppio e dall'energia liberata dalla bomba, l'onda diretta e quella riflessa si fondono; questo fenomeno di fusione è chiamato effetto Mach.
Nelle esplosioni subacquee si ha pure la formazione di una sfera di fuoco, l'acqua circostante viene fortemente illuminata dalla sfera di fuoco per un periodo di pochi millesimi di secondo; la luminosità scompare quando la sfera di fuoco raggiunge la superficie dell'acqua. La bolla di gas caldissima, che costituisce la sfera di fuoco nell'acqua, nel corso della sua espansione, genera un'onda d'urto. In caso di esplosione con acqua calma, la traccia di detta onda è visibile in superficie, sotto forma di cerchi che si espandono rapidamente, apparentemente più chiari dell'acqua circostante. Subito dopo l'apparizione di tali tracce, una colonna d'acqua e di schiuma emerge sopra la zona dove è avvenuta l'esplosione.La velocità iniziale con cui l'acqua si innalza è proporzionale alla pressione dell'onda d'urto diretta e, perciò, è più grande nella direzione perpendicolare al punto di scoppio. Di conseguenza l'acqua situata attorno alla superficie verticale passante per il punto di scoppio si innalza più rapidamente.L'ascensione della colonna d'acqua termina quando la spinta è equilibrata dall'effetto congiunto della gravità e della resistenza dell'aria.La durata e l'altezza dell'ascesa dipendono dalla potenza della bomba e dalla profondità di scoppio. L'enorme quantità d'acqua che viene lanciata in aria comincia a ricadere molto presto, e, essendo già minutamente suddivisa, finisce per essere completamente polverizzata; pertanto, durante la caduta si forma, alla base della colonna, un densissimo banco di nebbia a forma di ciambella, che si mette in moto allargandosi radialmente come una grande ondata.La formazione di questo banco di nebbia è importante perché, con ogni probabilità, esso è fortemente radioattivo a causa dei prodotti di fissione condensati in seno alle singole gocce d'acqua.La radioattività diffusa del banco di nebbia si somma alla pioggia radioattiva (rainout), dovuta alla nube atomica e insieme costituiscono la radiazione nucleare residua susseguente a un'esplosione subacquea. La quasi totalità della radiazione termica emessa dalla sfera di fuoco viene assorbita dall'acqua circostante.Nelle esplosioni sotterranee, se lo scoppio si manifesta a piccole profondità, si può verificare fuoriuscita della sfera di fuoco, in questo caso la bomba provoca lo strappamento di grandi quantità di terreno, così da formare una colonna analoga a quella che si forma nell'esplosione subacquea.A causa dei materiali asportati dall'esplosione, si forma un cratere di considerevole ampiezza. Il volume del cratere e la massa di materiali strappati dal suolo aumentano in modo pressoché proporzionale all'energia liberata dalla bomba.Le particelle di terreno incominciano a ricadere sul terreno pochi secondi dopo l'esplosione e formano una nuvola di polvere alla base della colonna, che si sposta verso l'alto. La rapida espansione della sfera di fuoco nel terreno provoca la formazione di onde sismiche, simili a quelle dei terremoti. Una parte dell'energia liberata viene trasmessa all'aria circostante sotto forma di onda esplosiva; l'intensità del fronte d'onda dipende essenzialmente dalla profondità a cui avviene l'esplosione e della potenza della bomba.L'esplosione sotterranea, strappando un volume di terreno maggiore che non quella superficiale, provoca l'immissione di un grandissimo quantitativo di pulviscolo nella nube atomica e di conseguenza le esplosioni di questo tipo sono sempre accompagnate da un'abbondante pioggia di polvere radioattiva (fallout).Le particelle più pesanti ricadono subito in zone vicino al cratere, Quelle più leggere rimangono più a lungo in aria e possono essere trasportate a grande distanza dai venti.

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