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I rifugi antiatomici (terza parte)

17 Luglio 2009 di Amministratore

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

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

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

Come accennato nella prima parte, il rifugio antiatomico deve salvaguardare uomini ed animali dalle radiazioni e non solo.
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 :

b) - Bomba A (chiamata anche bomba atomica) Questo tipo di bomba utilizza come componenti uranio arricchito e plutonio mentre, come abbiamo visto nella seconda parte, le prime utilizzano le reazioni degli isotopi dell’idrogeno e cioe’ il deuterio e il trizio. Di più recente realizzazione (la produzione a livello industriale ha ufficialmente avuto inizio verso il 1981) è la cosiddetta bomba Nucleare, che utilizza potenza neutronica.
Gli effetti della bomba atomica sono potentemente distruttivi, sia per l’ elevatissimo calore che essa sprigiona, sia per la violentissima onda d’urto che si crea, sia infine per la letalità delle radiazioni, la cui efficacia perdura nel tempo anche dopo l’esplosione.
La scoperta del neutrone da parte di Chadwick nel 1932, permise ai fisici di comprendere come manipolare il nucleo atomico. Difatti, il neutrone che non possiede carica è pero’ capace di penetrare all’ interno di un nucleo senza interagire con le cariche delle altre particelle (protoni ed elettroni). Diversi nuclei vennero bombardati con neutroni , e tra i fisici che studiavano tali fenomeni vi era anche Enrico Fermi che scoprì per primo molti nuovi isotopi radioattivi. Inoltre, scoprì che se il neutrone che è sparato contro il nucleo viene rallentato fino a raggiungere la velocità termica che poi è la normale velocità del moto degli atomi, lo stesso ha una maggiore probabilità di essere assorbito da un nucleo, in quanto rimane più a lungo nelle sue vicinanze. La probabilità che una data specie di nucleo catturi un neutrone è chiamata “sezione d’urto”, termine che descrive il nucleo come un bersaglio di determinata grandezza. Se un nucleo cattura un neutrone, il suo numero atomico rimane ovviamente invariato in quanto la carica del nucleo non viene alterata, cio’ che varia è al contrario il peso atomico che sale di una unità. L’energia trasferita al nucleo dall‘ entrata del neutrone può eccitare il nucleo stesso , ovvero accrescerne il suo contenuto energetico e tale surplus di energia è poi riemesso sotto forma di raggi gamma. Il nuovo nucleo che si è formato è spesso instabile. Visto che il bombardamento con neutroni è un metodo per convertire un elemento in quello successivo, lo stesso Fermi pensò di bombardare un atomo di uranio per osservare se si sarebbe creato in modo artificiale un diverso elemento. L’ interpretazione non fu immediata ma si giunse alla conclusione importante che la formazione non era di un solo nuovo elemento ma due elementi con peso atomico uguale alla metà di quello dell’uranio ; in parole povere il bombardamento aveva diviso in due l’atomo ed era avvenuta una fissione nucleare. La fissione liberava contemporaneamente una quantità straordinaria di energia, di gran lunga superiore della semplice radioattività, e durante la reazione venivano liberati due o tre neutroni. Quest’ultimo fatto era estremamente importante, in quanto ciò rendeva possibile la realizzazione di una “reazione nucleare a catena” che consentiva la produzione di grandi quantità di energia.
Una bomba per principio è difatti progettata per creare il massimo effetto distruttivo. Nel frattempo era stato scoperto un altro tipo di combustibile adatto per la fissione : l’uranio 238, dopo aver assorbito quel neutrone termico di cui si è detto in precedenza , diventa uranio 239, che decade in nettunio 239, il quale a sua volta decade β con analoga rapidità dando origine al plutonio 239.
Il plutonio 239, presenta nel nucleo un numero dispari di neutroni ,è più complesso dell’uranio 235 e risulta molto più instabile. A partire 1943 a Oak Ridge e ad Hanford vennero realizzati speciali reattori per preparare plutonio, così che nel 1945 erano già disponibili quantità di uranio e plutonio sufficienti per costruire delle bombe. Per realizzare la bomba era necessario accelerare al massimo i tempi della reazione a catena, e cio’ richiedeva l’uso di neutroni veloci per ridurre l’intervallo di tempo tra una fissione e l’altra. La bomba prendeva forma. Si penso’ al cosiddetto “nocciolo” composto di uranio arricchito oltre il 93 % oppure qualche chilogrammo di plutonio contenente almeno il 93 % dell’isotopo 239 , fu racchiuso in un massiccio involucro di uranio pesante 238 fino a che una buona parte di esso subisse la fissione. Questo involucro pesante era chiamato “tamper“ (tampone). Tale involucro aveva lo scopo di limitare la fuga all’esterno dei neutroni, utili alla reazione nel momento dell’esplosione, e soprattutto aveva la funzione di trattenere all’interno il nocciolo per il tempo necessario alla reazione, circa 1 microsecondo. Il tempo a disposizione per la reazione aumenta moltissimo l’efficienza, cioè la percentuale di materiale che subisce la fissione. Tale sistema di funzionamento della bomba è chiamato ad implosione. Ingegneristicamente parlando ve ne sono anche altri ma il primo indicato si dimostro’ piu’ efficace degli altri sistemi. L’esplosione veniva innescata con uso di esplosivi convenzionali che avvicinavano fra loro le parti del nocciolo o lo modificavano in modo da rendere la massa super-critica. Con apposito sistema di detonatori , anche molto complesso per lo scopo da ottenersi, il nocciolo veniva modificato sia nella forma che nella concentrazione in modo da portarlo in uno stato super-critico.
Il modello costruttivo contiene pero’ anche un certo “iniziatore” della reazione nucleare, ovvero una sorgente di neutroni che è un dispositivo costruito solitamente con berillio, e contenente un materiale radioattivo come il polonio 209 o 210. Tale sostanza in contatto con il materiale fissile libera neutroni al momento della detonazione. L’iniziatore è posto al centro del nocciolo, e viene attivato dalla pressione esercitata dal nocciolo stesso che come sopra detto viene modificato in forma e concentrazione dall’esplosione dei detonatori che hanno proprio la funzione di produrre l’implosione di questo, cioè “schiacciare” la massa e concentrare il materiale in modo da portarlo a uno stato super-critico . L’iniziatore crea la sequenza e gli effetti che possiamo di seguito individuare :
- il suo involucro in berillio viene sfondato quando la massa implode, il polonio emette radiazione α ;
- la radiazione α interagisce con il berillio 9 producendo berillio 8 e neutroni liberi che poi sono proprio quelli che occorrono maggiormente ;
- i neutroni liberati da questo dispositivo sono in quantità enorme e scatenano la fissione in una massa che ora è super-critica.

Questa era ed è chiamata comunemente bomba atomica o bomba A.

Nella prossima parte parleremo di massa critica e di radiazioni per poi affrontare nei successivi inserti le problematiche ad esse connesse e le soluzioni piu’ efficaci per contrastarle nella realizzazione del bunker. Vi ringrazio ancora per l’attenzione.



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