Riassunto esame Il potere nucleare nel sistema internazionale, prof. Gala, libro consigliato The nuclear express, Stillman

Grandi notizie: la fissione nucleare rilascia neutroni!

All'inizio, le sorgenti della scienza nucleare si trovavano in territori controllati dai dittatori europei. La scoperta della fissione nucleare a Berlino nel 1938 generò un forte interesse globale, ma Hitler e Mussolini non ne compresero l'importanza, allontanando i fisici ebraici.

Il contributo di Edward Teller e Enrico Fermi

Nel 1934 Edward Teller, ungherese di nascita, venne cacciato dalla sua università in Germania e si trasferì a Los Alamos, New Mexico, dove con altri elaborò i concetti di bomba A, implosione sferica del plutonio, e risolse il problema centrale del design della bomba H.

Enrico Fermi era un Italiano, sposato con una donna ebrea nell’Italia di Mussolini; entrambi furono costretti a raggiungere Stoccolma, dove il professore ricevette il Premio Nobel per il suo lavoro sul bombardamento del nucleo, e trasferirsi, infine a New York. Quattro anni dopo, Fermi avviò l’operazione della prima reazione a catena presso l’Università di Chicago, aprendo la strada alla produzione di plutonio ed all’esplosione di Fat Man.

Lise Meitner e la fissione nucleare

Lise Meitner era ebrea ed austriaca. Nel 1938 lavorava a fianco del chimico Otto Hahn al Kaiser Wilhelm Institut a Berlino, studiando gli effetti chimici del bombardamento di neutroni del nucleo dell’uranio. Nel 1938 la Meitner prima partì per l’Olanda, poi la Svezia, e solo verso la fine dell’anno si riunì ai suoi colleghi Hahn e Niel Bohr in Scandinavia. Successivamente iniziò a lavorare con Otto Robert Frisch, riflettendo sul modello del nucleo di Bohr (per il quale egli vinse il premio Nobel nel 1922) e giungendo a definire la fissione nucleare, ovvero la necessità di dividere il nucleo per ottenere un maggiore rilascio di energia.

Lo sviluppo del programma nucleare

Con l’aumentare della ferocia nazista, questo gruppo si spostò a Parigi, ospitato da Irene Joliot-Curie, poi a New York presso Fermi. Nel marzo 1939 questi geni, in contatto fra loro, giunsero alla scoperta che generare la reazione a catena era possibile. Nel marzo 1940 Rudolf Peierls e Frisch scrissero un articolo su come una bomba a fissione nucleare potesse essere costruita utilizzando l’Uranio 235. Tale articolo divenne la base del British MAUD Committee Report e del programma nucleare militare alleato.

Nove mesi dopo la scoperta della fissione, Hitler invase la Polonia, dando avvio alla IIGM e costringendo molti di questi talenti a confluire presso le strutture di Los Alamos e Chalk River (Canada).

Los Alamos, primo e non ultimo

Durante l’estate del 1942, la diaspora scientifica europea si era stabilita presso le università di Berkeley, Columbia e Chicago. Il 2 dicembre 1942, la pila di Fermi raggiunse la massa critica, producendo molti più neutroni di quanti ne consumasse, durante ogni fissione, creando così il primo reattore nucleare con reazione a catena.

Nel giugno 1942, quando Fermi lavorava a Chicago, il ministero degli armamenti tedesco convocò una conferenza di scienziati, ufficiali dell'esercito, ed esperti di armamenti per rivedere le opzioni nucleari della Germania. Alber Speer voleva sapere dei recenti sviluppi sulla fissione nucleare e prospettare la costruzione di una bomba A in un periodo di tempo accettabile. Tuttavia, data la non trasportabilità dell’ordigno e la mancanza di prove di un esperimento di reazione a catena, Hitler preferì concentrarsi su strumenti più immediati, come razzi e jet.

Nel marzo 1943 i ritmi degli alleati aumentarono e l’azione si spostò a Los Alamos, dove immediatamente gli scienziati compresero le potenzialità del plutonio, scoperto da Glenn Seaborg a Berkeley nel 1941, come materiale per un’arma nucleare. Era chiaro che questo fosse un carburante più efficiente, ma d’altra parte generava troppi neutroni spontaneamente, quindi non poteva essere portato facilmente a criticità (non stabile). La soluzione era un’implosione sferica, generata da esplosivi per assemblare e comprimere rapidamente il nuovo materiale.

Fu solo alla fine del 1941 che vennero firmate le carte che riflettevano un serio interesse del governo americano in merito alla bomba A, anche se: il generale Groves non venne messo a comando del Manhattan Engineering District fino al settembre 1942, la reazione a catena di Fermi non raggiunse la criticità fino a dicembre dello stesso anno, ed Oppenheimer ed il suo staff non arrivarono a Los Alamos fino a marzo 1943. Al più presto, l’autunno 1942 dovrebbe essere considerato il periodo di inizio del programma nucleare americano, a tre anni dal quale, le prime bombe A già cadevano sul Giappone.

La prima bomba al plutonio americana, Fat Man, esplose nel Trinity event in New Mexico il 16 luglio 1945, dieci mesi dopo il raggiungimento della criticità del reattore. Lo sforzo tecnologico e industriale furono impressionanti, ma il “gadget” doveva ancora essere trasformato in un’arma che potesse essere inserita in un B-29, armata da personale militare e trasportata.

La prima bomba H americana fu concettualmente testata nell’ottobre 1952 ed una sua versione portatile nel febbraio 1954, ma un’arma vera e propria non venne lanciata fino al maggio 1956.

Nel caso di Little Boy, il capitano Parsons riuscì a trasportarla sull’Enola Gay, grazie al suo design lineare, armarla dopo il decollo ed assicurarne la stabilità fino alla caduta. Ugualmente fece il comandante Ashworth, trasportando Fat Man da Tinian all’obiettivo, ma essendo un dispositivo ad implosione sferica, non poté armarlo in volo.

I primi ordigni, americani e sovietici, erano molto delicati e pericolosi. Fu proprio il timore dell’affidabilità che pesò contro la decisione americana di mettere in scena una dimostrazione con preavviso al Giappone, dato anche che i sovietici avevano esploso il loro ordigno la settimana precedente.

Conclusioni

• La tecnologia non rispetta i confini nazionali, le parole viaggiano in fretta così come il segreto nucleare.
• Qualsiasi società industrializzata, con il know how necessario e risorse economiche, può unirsi al club nucleare in meno di 3 anni.
• Tale periodo può essere accorciato se la società ha già un’economia basata sull’energia nucleare.
• Ma può anche essere allungato se manca una base di sviluppo industriale.

I raids sul Giappone

Gli Stati Uniti hanno progressivamente impegnato lo spazio aereo giapponese tramite delle prove di volo innocue su numerose città durante l’estate del 1945, per il lancio di volantini di propaganda. Poi vennero gli attacchi inoffensivi noti come “the pumpkins” e solo in agosto iniziò l’attacco nucleare.

L’attacco su Tokyo

La crisi scoppiò nella notte fra il 9 e il 10 marzo 1945 con il raid di bombe incendiarie su Tokyo. Durante i mesi precedenti le forze aeree americane avevano effettuato bombardamenti sporadici infruttuosi sul territorio giapponese, poi il generale LeMay venne messo a capo del XXI Bomber Command con base a Saipan; egli adottò un approccio radicalmente differente alla distruzione del Giappone, iniziando con un attacco incendiario massivo sulla capitale. LeMay colpì a mezzanotte, con 300 B-29 che lasciarono cadere 8.500 bombe incendiarie, distruggendo la città, uccidendo 88 mila persone e modificando per sempre la guerra aerea. In giugno iniziò l’incenerimento dell’intero territorio giapponese, con 500 armate di B-29 che compivano attacchi settimanali nel sud.

Gli scienziati giapponesi compresero

Dall’inizio della IIGM i giapponesi avevano avviato un modesto programma nucleare. In contemporanea con il MAUD Report britannico (ottobre 1940), il colonnello Suzuki e il professor Sagane, producevano un articolo simile basato sulle recenti scoperte europee in materia di fissione, concludendo che la costruzione di una bomba atomica era possibile. Nel maggio 1943 al programma veniva data struttura, una collocazione all’Aviation Technology Research Institute di Tokyo e veniva affidato al professor Nishina, in stretti rapporti con Bohr e Einstein.

Il nome iniziale della bomba giapponese era “N-Project” (per Nishina) e gli scienziati coinvolti optarono per la diffusione termica come mezzo per raccogliere l’U-235 necessario per l’arma. Ne erano necessarie due tonnellate e la ricerca fu affidata al Prof. Staoyasu Imori, che si rivolse anche alla Germania. Durante l’estate 1943, la sua ricerca aveva prodotto sufficiente materiale per avviare il lavoro. Per la fine di novembre, il separatore isotopico del Prof. Takeuchi era pronto per il primo test; per il gennaio 1944, l’N-Project aveva prodotto un cristallo di uranio esafluoruro delle dimensioni di un chicco di riso. A marzo, il separatore termico era pronto, ma anche i B-29 americani ed il bombardamento di Tokyo annientò l’intero N-Project.

Nel 1943, quando le cose peggiorarono, il comando della flotta navale giapponese tornò alla bomba A come possibile salvezza, sponsorizzando l’F-Project (per fissione) all’Imperial University di Kyoto, sotto il Prof. Arakatsu. Il suo approccio era corretto, ma la tecnologia ancora arretrata ed il materiale necessario scarso. Nessuna centrifuga raggiunse mai la velocità necessaria e non venne mai prodotto uranio arricchito.

Poi venne Hiroshima

Il 16 luglio 1945 Fat Man venne testata ed il 22 dello stesso mese Truman e Churchill, incontratisi a Potsdam, decisero l’utilizzo sul Giappone, il prima possibile e senza avviso. Il 24 luglio informarono Stalin del Trinity Test, il 26 USA, GB e China emanarono la Dichiarazione di Potsdam nel quale era presenta una richiesta di resa per il Giappone e l’avvertimento delle disastrose conseguenze dell’utilizzo della bomba in territorio giapponese.

Nelle settimane seguenti vennero distribuiti volantini che incitavano all’evacuazione presso le città giapponesi, ma ad ogni modo il Giappone venne colto alla sprovvista. Alle 2:27 del mattino del 6 agosto il colonnello Tibbets dirigeva il suo B-29 Enola Gay verso il Giappone. Alle 8:16 Little Boy colpì Hiroshima, creando uno scompiglio che permise solo 24 ore dopo di identificare l’evento come nucleare e di esaminare i detriti per dimostrare la presenza di U-235. Il 9 agosto, mentre il generale Arisue ed il comitato che stava lavorando sull’evento, stavano stendendo il proprio rapporto, Nagasaki fu colpita da Fat Man. Gli scienziati stavolta trovarono plutonio fra i detriti, concludendo che gli americani erano in grado di produrre ulteriori ordigni e di conseguenza, suggerendo di prendere seriamente l’avvertimento.

Dal canto loro, gli scienziati di Los Alamos scrissero al Prof Sagane (amici) suggerendogli di utilizzare la propria influenza per convincere i giapponesi delle terribili conseguenze che la popolazione avrebbe sofferto se la guerra fosse continuata.

La fine

Con una lettera del 10 agosto il Gen. Groves fu istruito di non rilasciare ulteriori bombe A sul Giappone senza l’autorizzazione del presidente. Il 14 agosto si ebbe un raid americano di pumpkins su Nagoya e Koroma. I giapponesi ricevettero il messaggio e l’imperatore comandò di cessare le ostilità, accettando la Dichiarazione di Potsdam. La guerra era finita.

Urss e GB: partners imprevisti

Khariton era stato istruito in Russia, si era specializzato a Cambridge, poi fece ritorno a Mosca nel 1931 per organizzare il laboratorio di esplosivi come parte dell’Institute of Chemical Physics. All’inizio del 1939, lui ed i suoi compagni avevano letto gli articoli di Hahn e Strassman da Berlino, le spiegazioni di Meitner e Frisch dalla Svezia e gli esperimenti di Joliot-Curie da Parigi. Loro replicarono le ricerche e giunsero alle stesse conclusioni: una esplosione nucleare con la reazione a catena era possibile. Nell'estate del 1939 Khariton e Zeldovich pubblicarono tre articoli spiegando i passaggi necessari per raggiungere la bomba atomica. Il direttore del laboratorio, Semenov, inviò tali conclusioni al ministero della difesa sovietico. All'inizio del 1941 Khariton e Zeldovich calcolavano la massa critica dell'U-235 (10kg). All’insaputa di Khariton, il colonnello Brakovstky del KGB ottenendo simili prospetti dai file del gabinetto di guerra britannico (11.4kg). Tutti gli indicatori conducevano alla stessa conclusione, la bomba, sfruttando energia nucleare, era fattibile. Ma poi intervenne Hitler: l'invasione nazista del giugno 1941 spostò all'attenzione russa verso la sopravvivenza di Mosca e Leningrado.

Riflessioni

Khariton era orgoglioso dei suoi risultati, ne rimpiangeva soltanto la segretezza. Voleva un riconoscimento, ma anche segnare un confine tra spionaggio e scienza, così nel 1991 si mise contatto con Stillman per invitarlo a visitare il complesso nucleare di Sarov, al quale nessun occidentale aveva mai avuto accesso.

Egli raccontò la sua parte della storia: durante la seconda guerra mondiale gli scienziati sovietici avevano seguito gli sviluppi occidentali da vicino grazie ad eccellenti sforzi di spionaggio negli Stati Uniti e Gran Bretagna. Nel febbraio 1943 quando gli Stati Uniti aprirono i loro laboratori a Los Alamos il Soviet Defence Committee avviò un lavoro parallelo a Mosca, presso quello che divenne il laboratorio numero due. Il 10 marzo 1943 Kurchatov fu posto alla direzione di questa organizzazione; egli assegnò a Khariton la responsabilità del design della bomba A. In un mese i due stavano analizzando un flusso di dati di spionaggio provenienti da Los Alamos e Chalk River (Canada).

Fino alla fine della guerra il progetto era principalmente accademico. Il team del laboratorio numero due avviò ricerche sulla separazione degli isotopi e concettualizzare uno armi al plutonio e all'uranio; ma solo con il bombardamento di Hiroshima e Nagasaki Stalin iniziò ad apprezzare il significato politico di queste armi. Nell'agosto 1945 Stalin incaricò il suo capo della sicurezza, Beria, di dirigere un gruppo che costruisse la bomba che il prima possibile. Insieme al suo assistente, e gli visitò le rovine di Berlino estraendone documenti interessanti e localizzando le scorte di ossido di uranio conservate nella Germania dell'est. Tali scoperte accelerarono la creazione di un reattore nucleare sovietico in un anno. Questo raggiunse la criticità il 25 dicembre 1946. In aprile il progetto della bomba venne spostato al più sicuro villaggio di Sarov, presso l’All-Union Scientific Research Center for Experimental Physics, conosciuto come Arzamas-16.

Khariton diede pieno credito a Fuchs che gli aveva fornito un inestimabile punto di vista interno rispetto al design di Fat Man. Agli occhi di Fuchs, la burocrazia stava solo rallentando il flusso scientifico. Successivamente Khariton confermò che Fuchs gli aveva inviato schemi e disegni in dimensione reale di Fat Man, anche prima del Trinity test, negando però l’esistenza di altri informatori interni a Los Alamos.

Un esempio di questi è Ted Hall, esposto nel 1997, il cui tradimento iniziò ad emergere nel 1996 dopo la pubblicazione dei Venona transcripts, messaggi tra l’ambasciata sovietica a Washington e Mosca della IIGM. Gli americani iniziarono a decifrarli verso la fine del 1940, giungendo all’arresto immediato dei Rosenberg e dei Fuchs. Tali documenti rivelarono l’esistenza di un altro agente a Los Alamos, noto come PERSEUS. Nel 2007, Putin confermò i sospetti premiando con il titolo di Eroe della Federazione Russa l’agente Koval, per aver penetrato i laboratori americani ed aver trasferito in patria plutonio, uranio arricchito e polonio, necessari per la bomba A americana. Oltre alle strutture scientifiche, lo spionaggio sovietico penetrò anche l’amministrazione del programma americano, data la presenza di due agenti GRU all’interno del quartier generale del Manhattan District.

Mayak

Nell’aprile 1946, oltre allo spostamento del personale del Laboratorio No. 2 a Sarov, venne presa un’altra decisione: aprire una struttura di produzione di materiale fissile negli Urali, a Mayak, nell’impianto che prese il nome prima di Chelyabinsk-40, poi Chelyabinsk-65. Mayak avrebbe ospitato “A” il reattore per la produzione di plutonio, “B” la struttura per il riprocessamento e “V” il laboratorio metallurgico.

Il reattore “A” raggiunse la criticità il 10 giugno 1948. L’avvelenamento da Xeno venne anticipato, ma non costituì un problema. Barre di combustibile irraggiato emersero sei mesi dopo, producendo il primo grammo di plutonio sovietico.

Primo fulmine

Per giugno 1949, Mayak aveva prodotto abbastanza plutonio per la RDS-1, la prima bomba atomica sovietica. Tale dispositivo, internamente una copia esatta di Fat Man, fu fatto brillare ad ovest di Semipalatinsk il 29 agosto 1949, test conosciuto come Primo fulmine. Ancora una volta Beria spiegò a Khariton che se RDS-1 non avesse funzionato, egli sarebbe stato ucciso. Fortunatamente l’ordigno produsse 22 kilotoni, come Fat Man.

Quando si ha una detonazione nucleare, si spargono detriti, che possono essere esaminati; così dei campioni giunsero all’Air Force Technical Center negli USA, dove degli scienziati poterono accertare il genere di bomba e il suo funzionamento. Nel 1949 un velivolo meteo dell’US Air Force, in volo sulla penisola del Kamchatka, raccolse alcuni detriti ed in pochi giorni sia l’aviazione che la marina conclusero che si trattava di una bomba nucleare, che ministero della difesa ed intelligence non avevano previsto per almeno altri 5 anni. Truman decise di affidarsi agli scienziati ed il 23 settembre dello stesso anno annunciò il test sovietico, generando una reazione di proporzioni enormi.

L’espansione dell’orizzonte nucleare sovietico

In due anni Khariton e il suo staff completarono un nuovo design con un diametro dimezzato, due terzi del peso, con una fissione più efficiente e due volte potente. Conosciuto come RDS-2, l’ordigno fu testato il 24 settembre 1951. Nel tempo la squadra produsse bombe dieci volte più leggere e così sottili da entrare nei proiettili dell’artiglieria. Seguì poi un emozionante caleidoscopio di test nucleari. In un decennio l’URSS aveva superato la tecnologia...