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I rifugi antiatomici (seconda parte)

6 Luglio 2009 di Amministratore

Come anticipato, Beniamino Bullio (ingegnere nucleare) ci ha inviato un secondo documento di approfondimento sempre sui “rifugi antiatomici”.

Questa è la seconda parte e seguiranno ulteriori approfondimenti.
Segue il testo inviatoci.

I rifugi antiatomici (seconda parte) - di B. Bullio (luglio 2009)

Come accennato nella prima parte, il rifugio antiatomico deve innanzitutto salvaguardare uomini ed animali dalle radiazioni.

Dovra’ risultare certamente interrato (e vedremo in seguito fino a quale profondita’), ma prima di esaminare tale particolare sara’ bene ricordare che esistono diversi tipi di “bombe“ e che i loro effetti sono devastanti :

a) - Bomba H ( chiamata anche bomba a fusione termonucleare non controllata); si tratta di una normale bomba atomica che si utilizza come innesco. La stessa viene inserita entro un contenitore di materiale fissile unitamente ad altri atomi di tipo leggero. Nel momento in cui la bomba utilizzata come innesco esplode, la stessa favorisce la formazione della fusione termonucleare dei nuclei degli atomi leggeri e tale processo provoca come conseguenza la fissione nucleare degli atomi che la circondano. In tale tipo di bomba l’energia liberata proviene non solo dalla fissione nucleare ma anche dalla fusione termonucleare tra nuclei di isotopi diversi dall’idrogeno e che sono il deuterio ed il trizio. Quest’ultimo , indicato sovente anche con la lettera T oppure 3H , ha un nucleo formato da un protone e due neutroni, è radioattivo e decade emettendo particelle β in un nucleo di elio con un tempo di dimezzamento di circa 12,26 anni. Il deuterio, indicato spesso anche con la lettera D , è un isotopo stabile e non reattivo dell’ idrogeno ed è chiamato anche idrogeno pesante poiche’ presenta una massa che risulta pressoche’ doppia rispetto a quella dell’ idrogeno. Nel caso della bomba H 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 atomica interna.
Apriamo una parentesi considerando il nucleo di un atomo di deuterio D. Esso possiede un protone e un neutrone come gia’ detto. Ha una massa di 3,3434 x 10⁻²⁷ Kg, mentre la somma delle masse di un neutrone e di un protone è uguale a 3,3473 x 10⁻²⁷ Kg. Si osserva quindi che nella massa del deuterio difetta di 0,0039 x 10⁻²⁷ Kg. Questa mancanza di massa può essere spiegata se si considera la formula fondamentale della relatività di Einstein : E=mc². In questa formula E rappresenta l’energia, m la massa e c la velocità della luce. La formula teorizza che la massa può essere trasformata in energia e viceversa. Quindi applicando questa formula alla situazione del deuterio scopriamo che la massa scomparsa si è trasformata in energia dispersa nell’ambiente: questa energia è uguale a 2,22 MeV (eV è una unità di misura dell’energia delle particelle subatomiche. 1 MeV corrisponde a 10⁶ eV, mentre 1 GeV corrisponde a 10⁹ eV). Tale massa che risulta mancante, o difetto di massa, corrisponde all’energia che viene liberata nel corso della formazione del deuterio e l’ energia liberata è anche chiamata “energia di legame” del nucleo, cioè è l’energia che occorre fornire al nucleo per separare i nucleoni. L’ energia di legame è quella che viene prodotta nelle reazioni nucleari.
Nel caso della bomba al deuterio e litio, il processo avviene prevalentemente secondo una reazione nucleare del tipo:

2H + 3H → 4He + n + 17,6 MeV

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

6Li + n → 3H + 4He + 4,8 MeV

e

2H + n → 3H + 6,2 MeV

Questo tipo di bomba ha una potenza, a parità di massa, sette volte superiore a quella sviluppata da una bomba a fissione. Nella fusione termonucleare non esistendo alcun problema di massa critica, non c’è limite alla quantità di sostanze reagenti, conseguentemente la potenza ottenibile è pressoché illimitata. Per realizzare una reazione di fusione è necessario raggiungere una temperatura di circa 200 milioni di gradi, cosa che si ottiene facendo esplodere , come sopra detto, al centro della massa una bomba del tipo a fissione.

La sequenza delle fasi: Quando la bomba a fissione viene fatta brillare, si verifica tutta una serie di fenomeni piuttosto complessi e che ora cercheremo di condensare in poche frasi in successione:

1 - i raggi X dovuti all‘ esplosione della bomba a implosione riscaldano l’ intero nucleo, mentre le protezioni interne prevengono una detonazione che diversamente potrebbe avvenire prematuramente;
2 - il riscaldamento generato provoca immediatamente un fortissimo aumento di pressione che comprime il deuterato ( LiD ) solido;
3 - nel frattempo inizia un processo di fissione nella barra di plutonio utilizzata all’ interno, il che provoca emissione di radiazioni e di neutroni;
4 - l’ urto tra i neutroni prodotti e il composto solido ( LiD ) determina la formazione del trizio ( T ) ;
5 - è a questo punto che ha origine la vera e propria fusione termonucleare;
6 - alla notevolissima energia e calore appena sviluppati si aggiungono quelli della fissione indotta nei frammenti di uranio 238 interni all’ordigno (che provengono da cilindro e scudo);
7 - le energie prodotte sia da fissione che dalla fusione vanno ora a sommarsi dando vita ad una potentissima esplosione nucleare, dell’ ordine di grandezza di 10 megatoni.

L’intero processo dura soltanto poche centinaia di miliardesimi di secondo.
L’ onda di calore nel punto di detonazione puo’ anche raggiungere i 300 milioni di gradi centigradi.

Nella terza parte parleremo degli altri tipi di bombe per soffermarci successivamente sui loro rilasci in termini di radiazioni, calore ed onda d’urto che sono principalmente gli elementi che ci occorreranno per comprendere come dovra’ strutturalmente comporsi il rifugio affinche’ possa resistere a tali fortissime sollecitazioni. Vi ringrazio per l’attenzione.



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