Riassunto esame Il potere nucleare nel sistema internazionale, Prof. Gala Marilena, libro consigliato Danger and Survival, Bundy

Il potere nucleare nel sistema internazionale

Nota introduttiva

Questo file raccoglie gli appunti presi in classe integrati con i contenuti del libro Danger and Survival di McGeorge Bundy. La struttura segue il filo logico del libro, arricchita da alcuni sottocapitoli aggiuntivi affrontati a lezione tra cui l’approfondimento sul programma nucleare cinese e indiano e i cenni di fisica nucleare introduttivi.

Dove nel testo si fa riferimento alle tesi di Bundy, ci si riferisce naturalmente all’autore del libro, la cui prospettiva analitica costituisce il filo interpretativo principale di questi appunti. Vi saranno alcune parti del programma ripetute in modo diverso più volte, in modo tale da avere sia l’interpretazione del libro sia quella della professoressa.

Buono studio.

Cenni di fisica nucleare

Le basi teoriche: Einstein e l'equivalenza massa-energia

La tecnologia nucleare è fondamentale per comprendere molte dinamiche delle relazioni internazionali, perché ha applicazioni sia civili (energia) sia militari (armi).

Per questo viene definita tecnologia “dual use”.

Tutto comincia con Albert Einstein e la sua celebre formula:

E=mc²

Questa equazione dice una cosa scioccante: la massa e l'energia sono due facce della stessa medaglia. La "c" rappresenta la velocità della luce (un numero enorme), il che significa che una quantità minuscola di materia contiene una quantità mostruosa di energia. Fino agli anni '30, questa energia era considerata "chiusa a chiave", un segreto della natura teorico ma inaccessibile.

Massa ed energia sono equivalenti.

• Una piccola quantità di massa può trasformarsi in una grande quantità di energia.
• È il principio alla base dell’energia nucleare e delle armi atomiche.

Struttura dell'atomo e isotopi

L'atomo è composto da: il nucleo (formato da protoni a carica positiva e neutroni a carica neutra) ed elettroni (carica negativa) che orbitano attorno al nucleo.

Un isotopo è una variante dello stesso elemento chimico: stesso numero di protoni, diverso numero di neutroni. Esempio: Uranio → sempre 92 protoni; isotopi principali: Uranio-235 e Uranio-238.

• L'Uranio-238 è pigro e abbondante (99%).
• L'Uranio-235 è raro (meno dell'1%) ma è l'unico "infiammabile", ovvero capace di subire la fissione.

La vera svolta storica avviene nel 1932 con la scoperta del neutrone. Essendo privo di carica elettrica, il neutrone è come un proiettile magico: può avvicinarsi al nucleo senza essere respinto e, se lo colpisce nel modo giusto, può spaccarlo.

La scienza "pura" e la scoperta della fissione

Prima del 1939, la fisica nucleare era un'avventura intellettuale, priva di implicazioni politiche.

• L'impenetrabilità del nucleo: Fino al 1932, si pensava che il nucleo atomico fosse solido e inviolabile. Persino Rutherford nel 1933 definì "sciocchezze" le idee di chi pensava di estrarre energia dall'atomo.
• L'equazione di Einstein (E=mc²): La teoria diceva che l'energia c'era, ma era "chiusa a chiave".
• La svolta del neutrone (1932): James Chadwick scopre il neutrone. Essendo privo di carica elettrica, il neutrone può penetrare il nucleo senza essere respinto.
• Radioattività artificiale (1933): Frédéric e Irène Joliot-Curie dimostrano che particelle opportunamente dirette possono trasformare atomi ordinari di un elemento in un altro. L’autore del libro la cita come tappa fondamentale che aprì la strada a tutta la sperimentazione successiva. Vinsero il Nobel. È il contesto scientifico diretto della scoperta della fissione.
• Nel 1934, Enrico Fermi utilizza neutroni per colpire i nuclei atomici, sperimentando soprattutto sull'uranio. Pensa di aver creato elementi più pesanti dell'uranio ("transuranici"). Riceve il Nobel, ma non si accorge di aver effettivamente scisso l'atomo. Bundy precisa che Fermi aveva già prodotto la fissione senza riconoscerla - la reale natura dei suoi "transuranici" rimase un enigma che Hahn e Strassmann risolveranno anni dopo.

Scoperta della fissione (1938-1939)

Tra il 1938 e il 1939 si comprendono la portata e le possibili conseguenze:

1. Otto Hahn e Strassmann capiscono che bombardando i nuclei di uranio con neutroni, essi si dividono in 2 isotopi di bario — trovano del Bario dove dovrebbe esserci uranio.
2. Frisch e Meitner, rifugiati in Svezia, arrivano alla conclusione che la reazione è qualcosa di sconosciuto alla fisica dell'epoca per l'enorme quantità di energia liberata → coniano il termine fissione (dalla biologia). Scoprono anche l'emissione di neutroni che accompagna ogni fissione e consente la reazione a catena.
3. Bohr, a inizio 1939, conferma l'esattezza delle osservazioni. A fine '39 la comunità scientifica sa che l'uranio-235 è altamente suscettibile di fissione, con potenziale reazione a catena.

La fissione presenta una caratteristica fondamentale: oltre a produrre energia, libera neutroni che possono colpire altri nuclei → reazione a catena:

• Controllata, per produrre energia (moderatori come la grafite) → reattore nucleare (uso civile).
• Incontrollata, dove porta a un’esplosione. → bomba atomica (uso militare).

Arricchimento, plutonio e fusione

Qui la fisica diventa politica. Poiché solo l'Uranio-235 è utile per la bomba, ma in natura è pochissimo, gli stati devono "arricchirlo". L'arricchimento è un processo industriale difficilissimo che usa le centrifughe per separare l'U-235 dall'U-238. Se un paese costruisce molte centrifughe, la comunità internazionale si allarma: sta producendo combustibile per centrali o materiale per una bomba? [Caso Iran: L’Iran ha firmato il Trattato di Non Proliferazione ma è stato al centro di controversie per la mancata dichiarazione di alcuni impianti nucleari. Questo ha portato a tensioni internazionali e, nel 2015, alla firma di un accordo sul controllo del programma nucleare iraniano (JCPOA)].

C'è poi una seconda via per la bomba: il Plutonio-239. Questo elemento non esiste in natura; si crea "cucinando" l'Uranio-238 dentro un reattore. Una volta prodotto, può essere estratto (tramite il riprocessamento) e usato per testate potentissime.

Accanto alla fissione esiste un altro processo, la fusione nucleare, che rappresenta in un certo senso il fenomeno opposto. In questo caso, nuclei leggeri si uniscono per formare un nucleo più pesante, liberando energia.

Mentre la fissione "divide" i nuclei pesanti (Uranio), la fusione "unisce" nuclei leggerissimi (Idrogeno). È il processo che fa brillare il Sole. Sulla Terra, per convincere due nuclei a unirsi, serve un calore inimmaginabile. Per questo, nelle armi termonucleari (Bomba H), si usa una piccola bomba a fissione come "fiammifero" per innescare la fusione. Il salto di potenza è terrificante: dalle migliaia di tonnellate di TNT (chilotoni) di Hiroshima, si passa ai milioni di tonnellate (megatoni).

• Armi nucleari → Bomba a fissione: potenza misurata in chilotoni (1 chilotone ≍ 1000 tonnellate di TNT).
• Bomba a fusione: potenza molto superiore (megatoni), energia milioni di volte maggiore.

Dal punto di vista tecnologico, l’utilizzo dell’energia nucleare richiede un insieme complesso di processi noto come ciclo del combustibile nucleare. Questo ciclo comprende diverse fasi:

• Estrazione dell’uranio dalle miniere.
• Raffinazione e produzione della cosiddetta yellowcake (concentrato di uranio).
• Conversione in forma gassosa.
• Arricchimento, che serve ad aumentare la percentuale di uranio-235.

Il reattore nucleare

Un ruolo centrale è svolto dal reattore nucleare, il cui primo modello fu sviluppato ancora da Enrico Fermi negli Stati Uniti durante la Seconda guerra mondiale. All’interno del reattore si trovano le barre di combustibile, nelle quali avviene la fissione. Per evitare che la reazione diventi incontrollata, vengono utilizzati materiali moderatori (come la grafite) che rallentano i neutroni, e barre di controllo che ne assorbono l’eccesso. In questo modo la reazione a catena può essere mantenuta stabile e continua.

Durante il funzionamento del reattore, l’uranio-238 può trasformarsi in un nuovo elemento, il plutonio-239, che non è presente in natura in quantità significative. Questo materiale è particolarmente importante perché è fissile e può essere utilizzato sia come combustibile sia per la produzione di armi nucleari. Il plutonio viene separato attraverso un processo chimico chiamato riprocessamento.

Dual use della tecnologia nucleare

La tecnologia nucleare è “dual use” perché:

• Stessi processi → energia civile.
• Stessi processi → armi nucleari.

Produzione mondiale di uranio

Principali paesi produttori:

• Kazakhstan.
• Canada.
• Australia.
• Namibia.
• Niger.
• Russia.
• Uzbekistan.
• USA.
• Cina.
• Ucraina.

Produzione totale (2010):

• Circa 54.670 tonnellate di uranio (tU).

Il lancio del progetto Manhattan e la realizzazione dell’ordigno atomico

Le tappe storiche

1932: nel laboratorio di Cavendish, Cockroft e Walton dividono per primi un atomo con bombardamento di particelle e verificano sperimentalmente E=mc². Da 1g di idrogeno + 7g di litio si potevano ricavare 500.000 kWh di energia - questo spiega perché l'esperimento fu storico.

1934-35: E. Fermi per primo prova il bombardamento con i neutroni. Era la scoperta della fissione ma senza la consapevolezza di che cosa significasse. Pensa di aver creato elementi più pesanti dell'uranio ("transuranici"). Riceve il Nobel, ma non si accorge di aver effettivamente scisso l'atomo.

1938-39: Otto Hahn e Strassmann, coloro che capiscono quello che non era stato chiaro nell’ottica di Fermi, capiscono che si sta creando una grande quantità di energia. Bombardano con neutroni i nuclei di uranio e scoprono che essi si dividono trasformandosi in 2 isotopi di un altro elemento, il bario, che ha un numero atomico circa la metà dell’uranio. Quindi, facendo esperimenti di chimica, trovano del Bario dove dovrebbe esserci uranio.

Si passa dal calcolo di Frisch e Meitner, rifugiati in Svezia, arrivano alla conclusione che la reazione provocata col bombardamento di neutroni è qualcosa di sconosciuto alla fisica dell’epoca per l’enorme quantità di energia liberata, da lì l’esigenza di trovare un nome diverso che deriva dalla biologia, ovvero fissione, a questa scoperta se ne associa un’altra: l’emissione di neutroni che accompagna ogni fissione di nucleo e che consente la reazione a catena. Quindi, il nucleo si comporta come una goccia di liquido che si divide, rilasciando una quantità enorme di energia (fissione nucleare).

1. I calcoli fatti sul rilascio di energia vengono diffusi fra l’allora ristretta, ma distribuita sul territorio EU e non, comunità di scienziati. Bohr, uno dei più importanti fra essi, a inizio 39 conferma l’esattezza delle osservazioni fatte dai colleghi. Capisce che i calcoli nelle varie aree di ricerca, i calcoli sono giusti. A fine 39 la comunità scientifica sa che un elemento della tabella degli elementi, l’uranio, è altamente suscettibile di fissione che rilascia un’enorme quantità di energia con una potenziale capacità di creare una reazione a catena.

Al tempo gli scienziati si scambiavano le varie informazioni e scoperte. A fine 39 lo scambio andrà sempre più chiudendosi quando nel settembre scoppia la Seconda guerra mondiale. Qui entra in gioco l’elemento politico: le circostanze di guerra, quale altro componente sembra preoccupante?

Una parte di questi scienziati molto spesso vengono dalla Germania o perché ci sono nati o perché ci hanno studiato, questo significa che il nazismo, ovvero Hitler, potrebbero essere in vantaggio nella messa a punto di questo nuovo ordigno.

• Febbraio 1941: Seaborg individua l'elemento 94 → plutonio. Più suscettibile di fissione rispetto all'U-235; servirà per la seconda bomba.
• Novembre 1942: Fermi tiene sotto controllo una reazione a catena (pila atomica a Chicago). → Si decide di procedere alla produzione di un reattore per ricavare plutonio.

Il caso americano: dalla lettera Einstein-Szilard al progetto

Il caso americano è unico per: immunità geografica dagli attacchi aerei e disponibilità di risorse economiche senza precedenti.

Il fisico ungherese Szilard, rifugiato negli USA dalle persecuzioni naziste, è allarmato: la fisica nucleare potrebbe mettere nelle mani della Germania qualcosa di pericoloso. Il governo USA è però isolazionista.

Paradosso: gli scienziati americani "nativi" erano scettici, mentre i rifugiati europei (Fermi, Szilard, Wigner) erano terrorizzati che Hitler arrivasse primo e spingevano freneticamente per l'azione.

La lettera Einstein-Szilard (1939): grazie a un amico comune arriva a Roosevelt, che istituisce un comitato sull'uranio nell'ottobre 1939. Non è ancora prioritaria.

Bundy chiarisce che il comitato aveva budget ridicoli (inizialmente 6.000 dollari). Il vero salto avviene solo nel 1941 con Bush.

La rivoluzione di Vannevar Bush

Bush risolve il problema di far parlare tra loro scienza e potere politico. Ingegnere del MIT, capisce che per battere Hitler serve una linea di comando cortissima. Scavalca generali e ministeri, ottiene da Roosevelt la creazione di un'agenzia che risponde solo al Presidente.

• 1940: Bush guida il NDRC (National Defense Research Committee).
• 1941: creazione dell'OSRD (Office of Scientific Research and Development). Bush alla guida, James B. Conant come partner insostituibile. (Conant era chimico, ex rettore di Harvard, principale traduttore tecnico all'interno del sistema politico americano. Il suo ruolo è fondamentale quanto quello di Bush ma spesso trascurato.)

Luglio 1941: il MAUD Report britannico viene esaminato dagli esperti americani. Si arriva alla conclusione che quanto scritto ha senso. Gli USA iniziano a muoversi.

9 ottobre 1941: Bush incontra Roosevelt. In dieci minuti ottiene il famoso 'OK - FDR'. Roosevelt decise solo quello che doveva essere deciso, non si impegnò a costruire una bomba, ma solo a verificare se fosse possibile. Questa è la chiave interpretativa per capire la lentezza iniziale del progetto.

19 gennaio 1942: comincia ufficialmente il programma. Si crea il Top Policy Group (Bush, Conant, Wallace, Marshall, Stimson).

Agosto 1942: viene creato il Manhattan Engineer District (laboratori a Chicago, California...).

Settembre 1942: il generale Groves viene messo a capo del progetto (parte logistica). Sceglie Los Alamos - area disabitata nel Nuovo Messico - perché Oppenheimer la conosceva.

La comunità scientifica internazionale come rete: Bundy dedica ampio spazio al fatto che prima del 1939 la fisica nucleare era una scienza aperta e internazionale. I fisici si scambiavano risultati liberamente. Fu la guerra a chiudere questo flusso. Questo spiega perché fu così difficile mantenere il segreto del Progetto Manhattan e perché lo spionaggio sovietico fu così efficace: erano tutti in una piccola comunità che si conosceva.

Tutto ciò verrà approfondito nelle prossime pagine.

I casi nazionali

Il caso francese: la visione dell'energia

Per comprendere l'evoluzione del potere nucleare, il caso francese del 1939-1940 rappresenta un paradosso storico affascinante: la Francia fu la nazione che per prima ebbe la visione più chiara, organizzata e industriale dell'atomo, ma fu anche la prima a essere spazzata via dalla realtà della guerra.

1 Il MAUD Report è la pistola fumante della fisica nucleare: il documento che trasformò una possibilità teorica in un progetto industriale e militare senza precedenti.

Il team di Frédéric Joliot-Curie al Collège de France (con Halban e Kowarski) non cercava una bomba ma una nuova fonte di energia per l'umanità. Identificarono l'acqua pesante come moderatore chiave e sotterrarono alla Germania l'intera scorta mondiale prodotta in Norvegia (marzo 1940).

Dopo l'invasione (giugno 1940): Halban e Kowarski fuggirono in Inghilterra con l'acqua pesante. (Bundy precisa che portarono anche i brevetti sul reattore nucleare, elemento tecnico-politico importante: la Francia avrebbe potuto rivendicare diritti sulla tecnologia nel dopoguerra.) Joliot rimase in patria, entrando nella Resistenza.

Bundy sottolinea come i francesi fossero gli unici a non essere interessati alle armi: per loro, l'atomo era progresso, non distruzione. La guerra ha però ribaltato queste priorità, trasformando una visione di pace industriale in una corsa agli armamenti globale, spostando l'asse del potere da Parigi a Washington.

Il caso Germania: il paradosso del primato perduto

Il caso della Germania nazista è uno dei capitoli più dibattuti della storia del potere nucleare. Rappresenta il grande "incubo" che spinse Roosevelt e gli Alleati a lanciare il Progetto Manhattan, ma, come analizza Bundy, fu in realtà un percorso segnato da frammentazione, errori tecnici e un profondo distacco tra scienza e politica.

Sebbene la Germania avesse i migliori fisici del mondo - a partire da Werner Heisenberg e lo scopritore della fissione Otto Hahn - il loro impegno non fu mai realmente orientato alla guerra. A differenza degli scienziati negli USA, i fisici tedeschi del "Club dell'Uranio" (l'Uranverein) agirono come un'élite isolata.

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