GLI ANTEFATTI
Berlino, Dicembre 1938; nell’istituto Kaiser Wilhelm Otto Hahan scoprì quello che ben presto venne chiamato “processo di fissione” (decadimento spontaneo o indotto di nuclei di elementi pesanti come Uranio 235 o Plutonio 239 con enorme rilascio di energia) e dopo soltanto un mese che Hahan ebbe descritto i propri esperimenti, i fisici di tutto il mondo cominciarono a chiedersi se fosse stato possibile mettere a punto una bomba atomica. Ma le difficoltà di carattere tecnologico apparvero subito immense ed aumentarono sensibilmente non appena si resero conto che soltanto un isotopo dell’uranio era fissile ed esattamente l’U con numero atomico 92 e numero di massa 235, e che la sua abbondanza nel pianeta era solo dello 0,7%. Dai primi calcoli era risultato che sarebbero state necessarie alcune tonnellate di questo elemento e che non era sicuro che l’effetto sarebbe stato esplosivo e che la cosa poteva risolversi in in un semplice “schiocco”! Per tutta l’estate del 1939, mentre l’Europa si preparava alla guerra, gli ostacoli per la realizzazione di un’arma nucleare continuavano ad apparire enormi; tuttavia, negli Stati Uniti, in Francia ed in gran Bretagna, si compirono altri passi che avrebbero portato alla realizzazione della bomba.Negli Stati Uniti, Enrico Fermi, (che aveva avuto da Ettore Majorana i calcoli che indicavano la massa critica dell’isotopo U235 in pochi kg anziché tonnellate), ripetè gli esperimenti di Hahan ai quali trasferì le proprie conoscenze,e, unendo i suoi sforzi a quelli di Leo Szilard ed Eugene Wigner, altri due scienziati fuggiti dalla Germania, convinse Einstein a scrivere una lettera al presidente Rooswelt. “Questo nuovo fenomeno” scrisse Einstein a proposito del processo della fissione nucleare, “potrebbe anche condurre alla costruzione di una bomba, ed è concepibile, anche se tutt’altro che certo, che in questo modo si potrebbero realizzare bombe di tipo nuovo ed estremamente potenti. Un’unica bomba di questo tipo, trasportata da un’imbarcazione e fatta esplodere in un porto potrebbe agevolmente distruggere l’intero porto nonché buona parte del territorio circostante”. Un nuovo impulso alle ricerche fu dato dalla relazione del danese Otto Frisch e dall’inglese Rudolf Peierls i quali, fra l’altro affermavano: ”l’energia liberata dallo scoppio di una superbomba di questo genere, è pressapoco uguale a quella prodotta dallo scoppio di 1000 tonnellate di tritolo. Questa energia viene liberata in un volume molto esiguo, all’interno del quale essa, necessariamente, anche se per un solo istante dovrà produrre una temperatura uguale a quella esistente all’interno del sole. La conseguente esplosione distruggerebbe ogni traccia di vita su una vasta area. É difficile valutare l’estensione di quest’area, ma è possibile che possa essere pari a quella di una grande città”. Questo fatto era già molto importante, ma l’aspetto sensazionale dei calcoli di Frisch e Peierls era la dimostrazione che la massa critica di U 235 necessaria per dare luogo ad una reazione a catena, non era una questione di tonnellate né di quintali, ma di chili. La produzione di centinaia di kg di U 235 richiesta con metodi non ancora messi a punto ma che non potevano che essere costosissimi, era al di là del regno delle cose possibili, ma se si era nell’ordine di qualche decina di kg, la cosa appariva ben diversa. E, fatto ancora più importante, se era diversa per gli inglesi, lo era pure per i tedeschi che avevano scoperto il fenomeno della fissione nucleare. Nel frattempo, ad Oak Ridge, nel Tennessee, entrò in funzione il primo impianto per la separazione dell’U 235 su scala industriale col metodo della diffusione gassosa; restava da dimostrare se fosse stata possibile una reazione a catena e la possibilità di controllarla per sfruttarla, a guerra finita, per la produzione di energia elettrica. L’esperimento decisivo ebbe inizio il 7 novembre del 1942 quando il gruppo di Enrico Fermi cominciò a mettere insieme una struttura di Uranio e grafite presso il campo di squash ricavato sotto il campo di football dell’Università di Columbia. Si trattava di 40.000 blocchi di grafite pesanti 500 tonnellate di una purezza mai raggiunta prima su scala industriale; accuratamente distanziati in un blocco largo 7 metri ed alto 50 strati, furono collocate 50 tonnellate di Uranio. Entro la mattina del 2 dicembre la struttura di uranio e grafite era ormai completata e soltanto le aste di controllo di Cadmio che penetravano verticalmente fin nel cuore stesso della struttura, le impedivano di entrare in attività. Queste aste di Cadmio assorbivano i neutroni spontaneamente liberati all’interno della pila impedendo l’accensione del “fuoco” nucleare. Alle 09,45 Fermi ordinò l’estrazione della prima asta di controllo; appena fu estratta, gli strumenti di controllo intorno al campo di squash rivelarono un improvviso aumento di neutroni liberati. Tale numero aumentava per un certo tempo per poi stabilizzarsi; ad ogni fase Fermi osservava i quadranti degli strumenti ed effettuava calcoli con il suo piccolo regolo calcolatore; intorno a lui stavano i fisici ed i tecnici del suo gruppo di ricerca, e tutti erano consapevoli che il mondo si trovava sulla soglia di una nuova era. Per tutta la mattina si procedette all’estrazione delle aste; l’aumento e la stabilizzazione dei neutroni conteggiati era perfettamente conforme a quanto previsto. La pila si avvicinava sempre di più a quella che, si sperava, sarebbe stata la fase critica; mancavano pochi minuti alle 15,30 quando Fermi diede l’ultimo ordine. L’ultima asta di controllo di cadmio, un minerale in grado di assorbire i neutroni, fu estratta ancora per alcuni centimetri; il conteggio dei neutroni aumentò, ma linea tracciata sul grafico sulla base dei conteggi, anziché stabilizzarsi, continuò a procedere dritta verso l’alto, la reazione a catena si stava autoalimentando, il fuoco nucleare stava ardendo! Arthur Compton, responsabile del laboratorio,tornò nel suo ufficio e telefonò a James Conant, un suo collega di Harvard e disse: “il navigatore Italiano è or ora sbarcato nel nuovo mondo!” Non ci furono più ostacoli rilevanti alla costruzione della bomba. Alamogordo, Nuovo Messico, ore 2 del mattino del 16 Luglio 1945; inizia l’esperimento Trinity; un ordigno al Plutonio 239, un minerale artificiale ricavato dal bombardamento neutronico dell’Uranio 238, materiale con caratteristiche fissili, fu posto sulla sommità di un traliccio metallico alto 30 metri: furono collegati gli inneschi elettrici e gli addetti alle ultime fasi della preparazione dell’esperimento si allontanarono a bordo di un fuoristrada. Nei posti di osservazione in trincee ad una distanza, le più vicine, di circa 8 km, scavate attorno alla torre, si riunirono i fisici nucleari Oppenheimer, Fermi, Chadwich, Frisch, Lawrence, Teller e molti altrie alle 05,30 fu dato l’ordine di esplosione; Secondo Fermi l’esplosione avrebbe incendiato l’atmosfera, secondo altri sarebbe stata una cilecca o un modesto botto; iniziò il conto alla rovescia ad intervalli di 5 minuti, poi di minuto in minuto, poi di secondo in secondo, “quattro, tre, due, uno zero!”. Molti di quanti assistettero distesi al suolo proteggendosi gli occhi con lenti scure hanno descritto il fenomeno della prima esplosione nucleare della storia, ma pochi ne hanno dato una descrizione più viva di Otto Frisch, l’uomo che meno di sette anni prima ne aveva calcolato gli effetti insieme a sua zia Lise Meitner: “Improvvisamente e senza alcun suono, le colline furono inondate di una luce brillante come se qualcuno avesse acceso il sole facendo scattare un interruttore”. Dopo qualche minuto, Frisch rivolse lo sguardo verso il punto dove era avvenuta l’esplosione: sebbene distante più di trenta km era troppo luminoso per potervi lasciare fisso lo sguardo, ma al centro si riusciva a distinguere un piccolo nucleo splendente; “ dopo alcuni secondi riuscii a tenere gli occhi fissi sulla cosa che ora aveva l’aspetto di una sfera rossa pressoché perfetta, grande come il sole e collegata al suolo da un breve stelo grigio. La sfera si innalzò lentamente allungando il suo stelo e facendosi gradualmente più scura ed un poco più grande. A questo punto, sulla sua superficie divennero visibili zone più chiare ed altre più scure che la facevano sembrare una fragola. Poi il moto ascendente si fece più lento e la sfera si appiattì restando ancora collegata al suolo col suo stelo la cui forma faceva pensare più che mai alla proboscide di un elefante. Poi nella sua parte superiore si sviluppò una specie di protuberanza, e dal primo fungo, ne sbocciò un secondo. Dopo il lampo abbagliante venne il tuono seguito da un vento fortissimo dovuto allo spostamento dell’aria.” L’esperimento si era concluso con successo, l’arma aveva prodotto effetti pari all’esplosione di circa 20.000 tonnellate di tritolo.
Al centro da sinistra verso destra Gen. Leslie R. Groves e Robert Oppenheimer mentre ispezionano alcune settimane dopo il test i resti di un plinto su cui appoggiava la torre con The Gadget, la prima bomba nucleare (Fonte: Wikimedia)
IL LANCIO DELLA BOMBA
6 Agosto 1945, ore 02,45, un B29 Superfortress dell’aviazione degli Stati Uniti d’America, chiamato Enola Gay dal nome della madre del suo pilota, Col. Tibbets, si leva in volo dalla pista appositamente allungata dal campo nord della Base di Tinian con un margine utile di pochi metri; a bordo 9 uomini di equipaggio, 4 passeggeri (tutti scienziati) ed un’unica bomba dal nome curioso “little boy” (ragazzino); era iniziata la missione 13 di bombardamento generale. Y2.Q2.B2.C1 è il messaggio in segnali MORSE che segnò il destino di Hiroshima trasmesso dal maggiore Claude Eatherly a bordo dell’aereo meteorologica Straight Flush che volava a 10.000 metri di quota sopra la città giapponese ed indirizzato all’Enola Gay. In termini di nubi significava 2/10 a bassa e media quota e sempre 2/10 a 4500 metri; sull’obiettivo la visibilità era dunque buona, alle 08,09 la città venne avvistata e gli uomini a bordo dell’Enola Gay misero i grossi occhiali da saldatore per proteggersi dal bagliore dell’esplosione. Alle 08,11 il Col. Tibbets iniziò la manovra di sgancio e due minuti dopo affidò l’aereo al puntatore. Il Maggiore Thomas Ferebee conosceva a memoria la planimetria di Hiroshima con i rami del delta del fiume Ota che si spingevano in mare, e ben presto, inquadrò nel congegno di mira il punto stabilito: un ponte sul ramo principale del fiume Ota. Alle 08,15,17 gli sportelli del vano bombe si aprirono e da un’altezza di quasi 10.000 metri, “ragazzino” iniziò la caduta mentre il B29 e l’aereo meteorologico virarono verso Tinian allontanandosi alla massima velocità. Mentre i 72 cilindri dei quattro motori radiali Wright R-3350 rombavano al massimo dei giri spremendo gli 8800 cavalli di cui erano capaci, l’equipaggio contava i secondi; dopo 51 secondi, a circa 550 metri di quota, ragazzino esplose; in quel momento si trovavano a poco più di 8km, ed improvvisamente sotto di loro si formò una palla di fuoco che per un’impercettibile frazione di secondo raggiunse la temperatura di un milione di gradi centigradi e che, trasformandosi in un ammasso di nubi purpuree ribollenti, cominciò a muoversi rapidamente verso l’alto; una turbolenta nube di denso fumo bianco, allargandosi a forma di fungo, si innalzò velocissima verso il cielo, raggiungendo in pochissimi minuti i 12000 metri. Gli uomini dell’Enola Gay la vedevano ancora quando arrivarono a Tinian, a 600 km da Hiroshima. La città giaceva sotto sotto un’oscura cappa di polvere grigiastra larga 5km nella quale si intravvedevano lampi di colore rosso ed arancio; in quegli attimi, Hiroshima moriva. Nel giro di qualche secondo le radiazioni termiche provenienti dalla sfera di fuoco nel centro città, fecero letteralmente volatilizzare migliaia di persone; altre che si trovavano ad una certa distanza dal punto zero, furono spaventosamente ustionate, e immediatamente dopo l’onda termica, raffiche di vento della violenza di un tifone, strapparono indumenti e pelle da quanti si contorcevano ed urlavano negli spasmi dell’agonia; l’onda d’urto che durò circa un secondo, rase al suolo stabilimenti, uffici, case,seppellendo sotto le macerie altre migliaia di persone.
Modello che riproduceva Little Boy (Fonte: Wikimedia)
Nella stazione di Hiroshima, distante 2 km dal punto zero, i treni vennero capovolti mentre intere vetture tramviarie venivano scagliate verso il cielo con il loro macabro carico di cadaveri carbonizzati. Se si eccettuano uno o due edifici in cemento armato che rimasero in piedi, l’intero centro commerciale e residenziale della città fu letteralmente rasato in un istante; alberi ed erba presero fuoco come paglia e gli incendi si propagarono con estrema rapidità poiché nelle case devastate le ibachis (stufe a carbone) rovesciate appiccavano il fuoco ai tramezzi di legno e questo si propagava facilmente spinto da un vento violentissimo che spazzava la città. Innumerevoli furono i modi in cui morirono gli abitanti di Hiroshima: coloro che si trovarono in prossimità del punto zero passarono allo stato aeriforme in meno di un istante, tutto quello che rimase di loro se al momento dell’esplosione si trovavano in piedi di fronte ad un muro di cemento, è l’impronta del loro ombra sul muro. Quanti, nel tentativo di trovare refrigerio dal calore insopportabile, si gettarono nelle acque del fiume Ota, morirono letteralmente bolliti. L’intero centro di Hiroshima, divenuto per qualche istante un forno mortale, si disintegrò e quella che era stata una città industriale e commerciale di 350.000 abitanti, fu ridotta ad una nube di polvere formata da miliardi di schegge di legno, vetro, metallo e carne, sospinta verso l’esterno e verso l’alto da una forza tremenda. A più di tre km la pelle nuda fu bruciata, i pali del telegrafo carbonizzati; a circa 400 metri dal punto zero, la mica delle pietre tombali, punto di fusione 900 °C, si sciolse, le tegole di argilla grigia, punto di fusione 1300 °C, divennero liquide ad una distanza di 600 metri; in seguito, i calcoli eseguiti, indicarono che sulla verticale del punto zero, la temperatura raggiunse i 6000 °C e la forza dell’onda d’urto raggiunse le 10 tonnellate/al metro quadro. La bomba aveva però in serbo altre morti: tutti coloro che sopravvissero alle ustioni ed all’onda d’urto furono raggiunti dai neutroni e dai raggi gamma liberatisi dalla reazione di fissione e morirono nel giro di una decina di giorni per le conseguenze di questa irradiazione. Dieci Km quadrati completamente “stirati”, diecimila edifici distrutti dallo spostamento d’aria ed altri cinquantamila distrutti dagli incendi, 78.000 morti nel primo minuto dopo l’esplosione ed altri 250.000 nei successivi 5 anni; questi furono gli effetti di Little Boy, una modestissima bomba nucleare della potenza di appena 15 kiloton!
B29 Enola Gay (Fonte: Wikimedia)
COSA ERA LITTLE BOY
“Ragazzino aveva una forma convenzionale, costruita in acciaio, lunga 3 metri, larga 72 cm, pesante 4 tonnellate. Era del tipo “a cannone” cioè costituita da due masse subcritiche inserite alle estremità di una porzione di canna di un cannone contraereo da 76 mm di calibro, una delle quali, al momento dell’esplosione, veniva sparata sull’altra per raggiungere la criticità della massa onde avesse luogo la reazione a catena; l’esplosivo fissile era uranio arricchito all’80% dell’isotopo di massa 235 diviso in due pezzi, il proiettile di 38,53 kg ed il bersaglio di 25,6Kg per un totale di 64,13 kg. La reazione di fissione sarebbe dovuta avvenire spontaneamente innescata dai neutroni emessi dal materiale radioattivo, ma per sicurezza fu impiantata anche una sorgente di neutroni composta da Polonio 210 e Berillio 4. Di questa massa di materiale fissile fu calcolato che solo 0,7 grammi furono fissionati in 0,5 millisecondi!!!!! Il resto venne volatilizzato dal calore contribuendo ad aumentare gli effetti della radioattività diretta e differita (Irradiazione gamma e neutroni, N.I.G.A.=neutron induced gamma activity e FALL OUT= ricaduta radioattiva)
I componenti interni di Little Boy (Fonte: Wikimedia)
