La nascita della Bomba H - La lunga corsa alla Super Bomba

I prodigiosi sviluppi della meccanica quantistica portarono, già negli anni '20, a comprendere che la fusione nucleare dell'idrogeno che avveniva nelle stelle liberava immense quantità di energia, ma i principi fisici erano ancora lungi dall'essere compresi appieno.
La possibilità di creare armi che impiegassero reazioni di fusione termonucleare fu presa seriamente in considerazione solo dopo la scoperta della reazione di fissione (che avvenne negli anni '30). Infatti quasi subito i fisici si resero conto che le elevate temperature e pressioni generate dal processo di fissione potevano 'innescare' la reazione di fusione.

Spendo qualche parola sulla storia della fissione perché torna utile per la comprensione degli eventi successivi: la fissione dell'Uranio 235 fu realizzata alla fine del 1938 dal fisico (tedesco!) Otto Hahn, ma già 4 anni prima Enrico Fermi e il suo gruppo ('I ragazzi di Via Panisperna') avevano ottenuto, senza comprenderlo appieno, lo stesso risultato.
Tre anni dopo, nel settembre 1941, mentre già lavorava alla ricerca sulla bomba atomica, Enrico Fermi discusse con Edward Teller se effettivamente la fissione nucleare potesse innescare una reazione di fusione di deuterio. Teller fu colpito da questa osservazione e cominciò a riflettere sulle possibilità di creare un'arma di questo tipo. In breve quella della 'Super Bomba' divenne un'ossessione per Teller.

Nei febbrili anni della guerra e con il progredire del Progetto Manhattan per la costruzione della bomba a fissione gli studi sulla bomba termonucleare furono messi in secondo piano; lo stesso Teller fu messo relativamente in disparte e assegnato a compiti di non primaria importanza per il Progetto Manhattan proprio per la sua ossessione per 'Super'.

Alla fine della guerra la maggior parte del personale impiegato a  Los Alamos lasciò l'esercito. Teller fu tra quelli che scelsero la carriera civile, ma la sua ossessione non era venuta meno e lo scienziato continuò a lavorare ad un modello di super bomba che fosse realizzabile e ne discusse in una conferenza tenuta nel 1946. Tra i tanti fisici presenti alla conferenza vi era anche Klaus Fuchs, che stava spiando per l'Unione Sovietica, e informò i sovietici sull'interesse americano e sull'ottimismo sulle armi a fusione.

Il modello Classical Super

Le idee su cui Teller stava lavorando in quel  periodo erano due. Il primo modello era chiamato 'Classical Super' e ipotizzava che un flusso di neutroni generati da una bomba a fissione potesse innescare una detonazione nucleare in un lungo cilindro riempito di deuterio liquido (mediante una camera intermedia riempita con una miscela di Deuterio e Trizio). La bomba avrebbe impiegato circa un metro cubo di deuterio, liberando energia equivalente a quella di circa 10 megatoni. Il peso probabile di un dispositivo a fissione-fusione di questo tipo era stimato in circa 10 tonnellate.
Il secondo design, il cosiddetto modello 'Alarm Clock' (sveglia), prevedeva che il combustibile per la fusione (indicativamente il deuteruro di litio) venisse disposto a strati intorno al materiale fissile impiegato per la bomba a fissione. L'idea era che i neutroni generati dalla bomba a fissione avrebbero provocato la fissione del litio generando trizio che, fondendosi con il deuterio, avrebbe generato grandi quantità di energia. A fornire le pressioni e temperature necessarie a innescare la fusione sarebbe stata la bomba a fissione.

Il modello Alarm Clock di Teller

Ma entrambi i modelli erano inconcludenti e a fasi alterne entrambi venivano accantonati per essere successivamente rivalutati. Mancavano strumenti di calcolo capaci di effettuare le complesse operazioni richieste dai modelli matematici per l'analisi del problema e non si riuscì a trovare una soluzione valida.

Nel frattempo era scoppiata la guerra fredda, con il blocco di Berlino del 1949 e la presa di potere dei comunisti nei paesi dell'Europa centrale. Nell'agosto di quell'anno l'Unione Sovietica detonò la prima bomba atomica, la RDS-1 chiamato Joe-1 dall'intelligence occidentale, e mise termine al  monopolio di armi nucleari degli Stati Uniti. Nello stesso periodo Teller tornò a lavorare a tempo pieno per il governo degli Stati Uniti.

Il 31 Gennaio 1950 il Presidente Truman dichiarò pubblicamente l'intenzione degli Stati Uniti di sviluppare una bomba all'idrogeno, ma gli ostacoli tecnici rimanevano insoluti nonostante tutti gli sforzi.

La svolta si ebbe nel 1951 con il contributo fondamentale del matematico polacco Stanislaw Ulam. Con l'aiuto del polacco si ideò un nuovo approccio, passato alla storia come Design Teller-Ulam che permise di superare l'impasse.

Il rapporto tra Teller e Ulam non fu mai idilliaco per l'irritante tendenza di Edward Teller ad arrogare come proprie nuove idee e conquiste tecniche in cui aveva solamente partecipato in parte. Anche se i dettagli del design Teller Ulam sono ancora coperti da segreto militare, il funzionamento primario è ben noto.

Il design Teller-Ulam

Cercando di semplificare al massimo, il design Teller-Ulam prevede un ordigno primario (la bomba a fissione) contenuto in un case metallico insieme al combustibile (il deuterio) impiegato per innescare la fusione. Il deuterio è avvolto in strati di materiale plastico e uranio 238, che hanno lo scopo di 'concentrare' l'energia liberata dalla bomba a fissione verso il deuterio.

Al centro della bomba è inoltre presente un nocciolo di plutonio 239 che ha lo scopo di innescare la reazione di fusione (chiamato 'fission sparkplug' in inglese, ovvero 'candela di accensione a fissione'). Con la detonazione della bomba a fissione il nocciolo di plutonio, bombardato dai raggi X generati dalla bomba a fissione, libera una grande quantità di neutroni che separano il deuterio dal litio, producendo, per fissione del litio, una certa quantità di trizio e scatenando il processo di fusione tra deuterio e trizio (molto più energetica di quella tra deuterio e deuterio). All'enorme energia appena sviluppata si aggiungono quelli della fissione indotta nei frammenti di uranio 238 interni all'ordigno. L'intero processo dura solamente poche centinaia di nanosecondi.

Il passo successivo era quello di provare in campo la nuova soluzione. Tralasciando alcuni importanti test atomici preliminari ricordo le due pietre miliari che portarono alla definitiva 'conquista' della bomba termonucleare 

1. il primo test pratico della nuova idea fu il test Ivy Mike che dimostrò la fattibilità tecnica del progetto.
2. Castle Bravo, il primo e il più grande degli errori nella folle corsa alla super bomba, che permise lo sviluppo del primo modello utile a fini bellici.

Ma anche il monopolio sulle armi termonucleari era destinato a durare poco. I sovietici infatti bruciarono le tappe nello sviluppo della bomba termonucleare e il loro primo test, denominato RDS-37, fu un successo per certi aspetti superiore alle conquiste occidentali. Il motivo della straordinaria rapidità con cui l'Unione Sovietica arrivò alla bomba H è ancora oggi oggetto di dibattito: senz'altro in URSS non mancavano scienziati di grandissimo livello, ma rimane il dubbio di quale fu la reale portata dei dettagli sulle armi atomiche passate da Klaus Fuchs al Programma della Bomba Sovietica, guidato da Berija e Kurchatov.