Il potere nucleare nel sistema internazionale - Appunti

Potere nucleare

Introduzione

Il potere nucleare nel sistema internazionale ha un'impostazione storica ed è importante comprendere come l'introduzione dell'elemento nucleare influenzi le modalità di funzionamento del sistema internazionale. Abbiamo almeno due direttrici da considerare:

• Dimensione della mentalità: ovvero le possibilità ed i modi di agire dei decisori politici ed i cambiamenti nel modo di percepire il potere di uno stato.
• Dimensione diplomatica: uso politico (minaccia) dello strumento nucleare militare (inaudita capacità di distruzione) da analizzare secondo:
  • Modalità di utilizzo (produrre effetto) o promessa di utilizzo (strategia)
  • Percezione
  • Sistemi di alleanze (potere del nucleare di creazione o distruzione di alleanze)
• Dimensione sistemica: capacità del nucleare di creare stabilità/instabilità (autori).

Nozioni di fisica nucleare

Fissione e fusione sono le due reazioni nucleari che si possono utilizzare per produrre energia o per scopi bellici. Sebbene siano due fenomeni diametralmente opposti, il principio fisico sul quale si basano è esattamente il medesimo, ed è descritto dalla famosa equazione di Einstein E=mc².

Tutto ha origine con la scoperta da parte di Fermi, della fissione, che consiste nella rottura del nucleo di un atomo (composto da protoni, a carica positiva e neutroni, senza carica) in due parti, le cui masse sommate non raggiungono la massa originaria: la massa "mancante" si è trasformata in energia, secondo la relazione di Einstein. L'atomo di partenza deve essere di materiale fissile, ovvero adatto alla fissione nucleare. Fermi aveva scoperto che l'uranio-238 era l'elemento più adatto, perché dotato di un nucleo più instabile (92 protoni e 146 neutroni) che, se bombardato, si scindeva in due parti quasi uguali.

Poiché in natura l'uranio si presenta come la miscela di due isotopi (il 235 e il 238) e quello utile alla fissione (il 235, appunto) è quello meno presente (0,7% contro il 99,3% del 238), occorre effettuare un'operazione chiamata "arricchimento", finalizzata all'aumento della percentuale di uranio-235, che si può realizzare per diffusione gassosa, con l'uso di centrifughe o tramite separazione elettromagnetica.

Processo di reazione a catena

Con lo studio della fissione (1934) si scopre (1939), anche la reazione a catena: Se il numero di neutroni che danno luogo a nuove fissioni è maggiore di 1 si ha una reazione a catena in cui il numero di fissioni aumenta esponenzialmente; se tale numero è uguale a 1 si ha una reazione stabile ed in tal caso si parla di massa critica. La massa critica è dunque quella concentrazione e disposizione di atomi con nuclei fissili per cui la reazione a catena si autoalimenta in maniera stabile ed il numero complessivo di neutroni presente nel sistema non varia. Se si varia tale disposizione allora il numero di neutroni assorbiti può scendere, ed in tal caso la reazione si spegne, oppure aumentare, e si ha che la reazione cresce esponenzialmente ovvero non più controllata.

Per cui scrivendo: se la disposizione è tale che si abbia K>1 allora il numero di neutroni aumenta, se K<1 diminuisce, mentre se K=1 il numero di neutroni resta stabile e si parla di massa critica. Se per i reattori nucleari il valore di K non deve superare mai il valore di 1 se non di una quantità bassissima (come quando si aumenta la potenza del reattore e allora si può arrivare a K = 1,005) per le armi nucleari il valore di K deve essere il più alto possibile e in tal caso si può arrivare a K=1,2.

Bombe al plutonio

Il plutonio non è presente in natura, ma è un prodotto di scarto dell'uranio. 239Pu viene normalmente prodotto nei reattori nucleari esponendo 238U a un flusso di neutroni. Questo si trasforma in 239U (per la trasformazione del neutrone in protone) e successivamente in 239Pu. Al termine dell'esposizione il 239Pu formatosi risulta mescolato ad una ingente residua quantità di 238U e a tracce di altri isotopi dell'uranio, nonché di eventuali prodotti di fissione; viene purificato quindi per via chimica. Il 239Pu è un elemento molto più instabile e la massa critica necessaria per ottenere una reazione a catena è decisamente inferiore (50Kg per l'uranio contro i 10Kg per il plutonio).

Bombe a fusione o bombe H

La fusione è il processo di reazione nucleare attraverso il quale i nuclei di due o più atomi vengono compressi tanto da far prevalere l'Interazione forte sulla repulsione elettromagnetica, unendosi tra loro ed andando così a generare un nucleo di massa maggiore dei nuclei reagenti. Nella fusione nucleare la massa e l'energia sono legate dalla teoria della relatività ristretta di Einstein secondo l'equazione: E = mc². Affinché avvenga una fusione, i nuclei devono essere sufficientemente vicini.

La fusione venne scoperta tramite lo studio sul funzionamento del sole e delle stelle, con cui si comprese la possibilità di produrre molta più energia rispetto alla fissione (fissione misurata in chilotoni; fusione in megatoni) considerando che in tutta la storia sono stati usati esplosivi (generali) da 3 o 5 megatoni, la fusione ha una capacità di distruzione nettamente superiore. Quindi sue caratteristiche principali sono:

• Capacità distruttiva illimitata
• Prodotta con elementi sempre disponibili (acqua pesante con isotopo di idrogeno con 2 o 3 neutroni)

La bomba all'idrogeno o bomba H (più propriamente bomba a fusione termonucleare incontrollata, in gergo "la superbomba") è una bomba a fissione-fusione-fissione in cui una normale bomba atomica, che serve da innesco, viene posta all'interno di un contenitore di materiale fissile insieme ad atomi leggeri. Quando la bomba A esplode, innesca la fusione termonucleare dei nuclei degli atomi leggeri; questo processo provoca a sua volta la fissione nucleare del materiale che la circonda (solitamente la reazione di fissione corrisponde a 2/3 della potenza totale, mentre quella di fusione ad 1/3).

In questo tipo di bomba dunque l'energia liberata deriva oltre che dalla fissione nucleare (necessaria per generare una quantità di calore sufficiente ad innescare la fusione) anche dalla fusione termonucleare fra nuclei di isotopi diversi dell'idrogeno: il deuterio ed il trizio. 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 A. A differenza della bomba atomica, con quella H non vi è alcuna limitazione teorica di potenza. Inoltre la bomba termonucleare non necessita di una massa critica a differenza della bomba A. In realtà, però, essendo necessaria quest'ultima per attivare il processo di fusione termonucleare, rimane ugualmente la necessità a monte di una massa critica.

Percezione delle scoperte: comunità scientifica vs politici

Comunità scientifica

Gli studi sulle questioni relative al nucleare iniziano nello stesso periodo (1934) in un gruppo di paesi piuttosto ampio, comprendenti Gran Bretagna, Germania e Italia. Nella seconda metà degli anni '30, gli scienziati che lavorano a Berlino, iniziano a trasferirsi in Paesi diversi ed in particolare: Otto Hahn, Fritz Strassmann, Otto Robert Frisch e Lise Meitner.

Assieme a Lise Meitner ed al suo assistente Fritz Strassmann, Hahn portò avanti i lavori di ricerca che erano stati iniziati, nel 1934, dal fisico italiano Enrico Fermi con il bombardamento dell'uranio con neutroni. Sulla base dell'esperimento decisivo del 17 dicembre 1938 (il famoso "frazionamento radio-bario-mesotorio"), Otto Hahn concluse che si trattava di una "esplosione" del nucleo di uranio in nuclei atomici di medio peso. Veniva così scoperta la fissione nucleare dell'uranio. I risultati radiochimici ottenuti da Hahn e Strassmann vennero pubblicati sulla rivista Die Naturwissenschaften del 6 gennaio 1939 ed erano la prova irrefutabile che l'uranio era stato scisso in frammenti più piccoli, costituiti da elementi più leggeri. Poco tempo dopo, l'11 febbraio 1939 Lise Meitner e suo nipote Otto Robert Frisch, anch'egli intanto emigrato in Svezia, pubblicarono una prima spiegazione teorico-fisica della fissione nucleare sulla rivista inglese Nature. Frisch coniò in quell'occasione il concetto "nuclear fission", che in seguito venne riconosciuto internazionalmente.

È quindi evidente la presenza di una comunità scientifica che si tiene in contatto e lavora congiuntamente (anche in Unione Sovietica). Alla vigilia del 1939 Niels Bohr (fisico danese), diretto in America, incontra in Svezia la Meitner e Frisch, contribuendo così all'esportazione e diffusione degli studi sul nucleare negli Stati Uniti. La consapevolezza della potenza della reazione a catena è diffusa nella comunità scientifica e Leo Szilárd ed Einstein, scrivono a Roosevelt sollecitandolo a favorire la ricerca sullo sfruttamento del potenziale nucleare tramite fissione.

La lettera Einstein-Szilárd fu una lettera inviata al Presidente Franklin Delano Roosevelt nell'agosto 1939 a firma di Albert Einstein ma ampiamente scritta da Leó Szilárd con il consulto dei colleghi fisici ungheresi Edward Teller e Eugene Wigner (spesso considerata essere alle origini del Progetto Manhattan). La lettera avvisava Roosevelt che la Germania nazista avrebbe potuto condurre ricerche sulla possibilità di usare la fissione nucleare per creare bombe atomiche, e suggeriva che gli Stati Uniti avrebbero dovuto iniziare anche loro stessi a condurre ricerche in tal senso.

Dopo aver ascoltato una sintesi di Sachs (economista) riguardante il contenuto della lettera, Roosevelt autorizzò la creazione della Advisory Committee on Uranium. La commissione si riunì per la prima volta il 21 ottobre con a capo Lyman Briggs, direttore del National Institute of Standards and Technology. Furono stanziati 6.000$ per gli esperimenti sui neutroni fatti da Enrico Fermi alla University of Chicago.

È in questo contesto dunque che viene creato l'Advisory Committee on Uranium (creato anche per il timore delle conseguenze dell'espansione di Hitler), presieduto da Vannevar Bush (scienziato e tecnologo statunitense), presidente della Carnegie Foundation (ente indipendente dalla politica che ha come scopo quello di collaborare con insegnanti, ricercatori, politici e organizzazioni attive nell'educazione per analizzare e sviluppare nuovi metodi che portino cambiamenti positivi nell'ambito educativo), che grazie alla caduta della Francia, riesce ad implementare la ricerca, non solo relativamente all'Uranio.

Contemporaneamente, le ricerche proseguono in Germania e Gran Bretagna, il cui progetto prende il nome di Tube Alloys e risulta essere il più avanzato.

Nel 1940 viene creato in National Defence Research Committee per coordinare, supervisionare e condurre la ricerca scientifica riguardante I problemi sottesi allo sviluppo, produzione ed uso di armamenti (scopi militari ad ampio spettro). Sostituito dall’Office of Scientific Research and Development nel 1941, e ridotto a una semplice organizzazione di consulenza fino a quando finalmente è stato chiuso definitivamente nel 1947.

Contemporaneamente Fermi lavora sulla fissione nella pila, per rendere la reazione a catena costante, senza necessità di bombardarla in continuazione, per cui il problema centrale resta ancora comprendere quale debba essere la quantità di materiale necessaria (massa critica) per ottenere tale effetto.

Il coinvolgimento statunitense aumenta col peggiorare della situazione europea (1940) ed il passaggio fondamentale per l’accelerazione della ricerca arriva con il 28 giugno 1941, data della nascita dell’ Office of Scientific Research and Development, a capo del quale è ancora V. Bush, che ne affida la direzione a Karl Taylor Compton, fisico americano e presidente del MIT. All’interno dell’OSRD l’Advisory Committee on Uranium diviene la sezione 1 specifica per le ricerche sull’uranio.

In questo contesto Lawrence, presso i laboratori dell’università di Berkeley, lavora alla separazione magnetica, in contemporanea con gli studi che si svolgono alla Columbia e Princeton. Nello stesso anno venne stilato, dalla comunità scientifica, il MAUD report, che stabilisce la massa critica necessaria per ottenere la reazione a catena (10Kg), andando così a costituire un punto di svolta nelle ricerche, sancendo l’effettiva realizzabilità della bomba atomica.

Bush sottopone il rapporto a verifica da parte di Julius Robert Oppenheimer (fisico statunitense), il quale conferma l’affidabilità dei risultati e la necessità di procedere con la ricerca, dato l’imminente ingresso degli Stati Uniti in guerra (8 dicembre 1941 giorno dopo attacco a Pearl Harbor).

Tale conferma sensibilizzò maggiormente Roosevelt (consigliato anche dal Harry Hopkins, Segretario del Commercio, fidato consigliere del presidente e caro amico di Bush) che il 19 gennaio 1942 diede l’ok ad un forte investimento per il progetto di sviluppo di una bomba all’uranio (Progetto Manhattan).

Con il ’42 non solo nasce il progetto Manhattan, vengono costruiti i laboratori di Los Alamos in Nuovo Messico (Los Alamos National Laboratory), ma inizia a porsi anche la questione della segretezza dei dati e del ruolo da riconoscere alla Gran Bretagna (il cui progetto, Tube Alloys aveva contribuito enormemente alle ricerche).

Il contesto storico vede la guerra con l’attacco a Pearl Harbor, le forze dell’Asse in vantaggio e la messa in guardia, da parte della Gran Bretagna, che le ricerche che hanno portato al progetto Manhattan ed al MAUD report, derivano tutte da scienziati tedeschi. Di conseguenza inizia una vera e propria pressione.

Nella primavera del ’42 gli Stati Uniti (Bush), escludono la centrifugazione, perché troppo difficile da realizzare, per tempi e costi, portando quindi avanti gli altri metodi di separazione del plutonio. Glenn Theodore Seaborg (chimico statunitense) sarà lo scienziato che comprenderà le potenzialità del plutonio (e di altri elementi transuranici).

Sul piano della collaborazione con la Gran Bretagna si pongono dei problemi, dato che Churchill richiede un impegno più chiaro sulla condivisione delle scoperte, e delle potenziali armi che ne deriveranno, data anche la vicinanza (amicizia) tra i due leader. La stessa amicizia però creerà problemi a livello amministrativo, dato che l’incontro che avviene fra i due nel ’42, si svolge in modo del tutto privato presso la residenza privata di Roosevelt ad Hyde Park; e nonostante la posizione del leder statunitense appaia del tutto cooperativa, non vengono firmati documenti o dichiarazioni ufficiali e l’incontro resta informale.

Il tipo di accordo che Churchill sollecita è di pari coinvolgimento una volta ottenuta l’arma, anche se l’effettiva costruzione avviene in territorio statunitense (data l’oggettiva impossibilità inglese per mancanza di risorse dovuta alla guerra), con la collaborazione di scienziati inglesi (parte dei laboratori inglesi sono anche in Canada), che contribuiscono al progetto Manhattan (perché sviluppato in laboratori della Columbia che si trovano sull’isola).

Churchill si rivolge quindi a Stimson (segretario alla guerra statunitense) che sottolinea che il coordinamento tra i due paesi non può realizzarsi senza un accordo scritto.

Questo tentativo ambiguo può essere ricondotto a due cause:

• Paura dello spionaggio tedesco
• Disaccordo fra Gran Bretagna e USA sull’apertura del secondo fronte: Con il termine Secondo fronte si intende, nella storiografia della seconda guerra mondiale, il lungamente atteso e ripetutamente rinviato nuovo teatro bellico in Europa, di cui era prevista fin dal 1942 la costituzione da parte delle potenze alleate anglosassoni e di cui era auspicata la pronta attuazione da parte di Stalin, per iniziare grandi operazioni offensive contro la cosiddetta "Fortezza Europa" della Germania di Hitler, prestare un aiuto concreto all'Armata Rossa, in combattimento dal giugno 1941 sul grande e sanguinoso Fronte orientale contro la grande maggioranza delle forze della Wehrmacht, e concorrere alla distruzione del Terzo Reich.

Inoltre, nella locuzione "Secondo fronte" viene compresa anche tutta la complessa storia diplomatica su questo cruciale argomento tra Unione Sovietica e potenze Alleate (protrattasi per oltre due anni), e i contrasti strategico-operativi tra le tre potenze ed in particolare tra Gran Bretagna e Stati Uniti, riguardo alla pianificazione dettagliata, la catena di comando e i tempi di attuazione di questa nuova offensiva in Europa nord-occidentale. Il 6 giugno 1944, finalmente il "Secondo fronte" avrebbe avuto inizio con il gigantesco e riuscito sbarco in Normandia, che avrebbe permesso di organizzare e schierare sul continente europeo le enormi forze aeroterrestri angloamericane, in preparazione da quasi tre anni in Gran Bretagna.

La diatriba si risolve nell’agosto 1943 con un altro importante incontro tra i due presidenti alla Conferenza del Québec (fu una conferenza segreta di altissimo livello tenutasi nella città canadese di Québec durante la seconda guerra mondiale che si svolse dal 17 al 24 agosto 1943 e cui presero parte Mackenzie King, Roosevelt e Churchill. Gli alleati si accordarono per iniziare l'effettiva pianificazione dell'invasione della Francia dalle coste della Normandia) in cui vengono messi per iscritto degli accordi segreti per la condivisione dei progetti di sviluppo di ordigni atomici, la gestione delle relative informazioni e del loro utilizzo bellico, basati sulle proposte di luglio di Churchill:

• Scambio reciproco di informazioni
• Impegno alla consultazione per la decisione dell’obiettivo (Paese) per l’eventuale lancio di una bomba
• Non utilizzare l’ordigno reciprocamente
• Non dare informazioni a terzi senza l’accordo reciproco di entrambi