Alamogordo - 72 anni fa

Sono passati 72 anni dal famoso, e sinistro, Test Trinity.

Il test Trinity avvenne negli Stati Uniti, nello stato del Nuovo Messico, il 16 luglio 1945. Per esigenze di segretezza la località scelta per la detonazione fu un poligono segreto nei pressi della cittadina di Alamogordo.

Ne parlo in dettaglio in questo post, buona lettura!

L'Era Atomica di Roberto Maiocchi

Un saggio divulgativo del 1993. Valida lettura che, senza eccessivi tecnicismi e preservando una certa accuratezza scientifica racconta i progressi della Fisica del XX secolo  per lo sviluppo delle armi atomiche e i successivi sviluppi geopolitici fino al crollo del muro di Berlino.

Il saggio comprende sostanzialmente tre sezioni:

• Gli Inizi: con una descrizione degli sviluppi della Fisica Nucleare e della Meccanica Quantistica nei primi decenni del secolo,
• La Seconda Guerra Mondiale: lo sviluppo della Bomba Atomica durante il secondo conflitto mondiale e l'inizio dell'Era Atomica propriamente detta con la corsa alla super bomba, 
• La Guerra Fredda: Le conseguenze politiche delle scelte in campo atomico delle due superpotenze durante la Guerra Fredda fino alla caduta del blocco orientale nel 1991.

Nel complesso un buon saggio per una veloce comprensione degli sviluppi del secolo breve. Il libro, del 1993, appare oggi datato, ma nel complesso un buon saggio per una veloce comprensione degli sviluppi del secolo breve 

Il Test Hardtack Teak - Una Bomba Atomica (quasi) nello Spazio

Ho già scritto nel mio blog della corsa allo spazio e dello sviluppo delle armi nucleari ad opera delle due superpotenze. Queste grandi conquiste tecniche (ribadisco tecniche, sul valore etico delle armi nucleari si è già scritto tanto e non entro nel merito) portarono allo sviluppo dei missili balistici intercontinentali (ICBM) che per decenni hanno avuto un ruolo fondamentale nella balance of power della Guerra Fredda.

Lo sviluppo dei missili intercontinentali per molti versi anticipò e sostenne la corsa allo spazio in quanto le difficoltà tecniche da superare erano sostanzialmente le stesse.

I missili balistici permettevano, come noto, di trasportare armi nucleari sul territorio nemico attraverso una fase di volo suborbitale e traiettorie parzialmente orbitali. Il missile balistico aprì dunque due possibili scenari nell'impiego delle bombe: 

• un'esplosione endoatmosferica, ovvero detonazione che avviene a terra o a bassa quota e di cui si aveva negli anni '50 una grande esperienza, derivata da tantissimi test effettuati negli atolli del Pacifico.
• un'esplosione esoatmosferica, ovvero una detonazione termonucleare, ad altitudini superiori ai 50 km. 

Le esplosioni nucleari ad alta quota (chiamate HANE nell'acronimo inglese) erano una novità, un nuovo scenario reso possibile dagli ICBM su cui era necessario effettuare dei test. Questi test nucleari erano intesi a sperimentare la possibilità di una difesa anti ICBM con missili balistici (una anticipazione della Strategic Defense Initiative di reaganiana memoria)  e più in generale per determinare gli effetti dell'esplosione e della radiazione (EMP, impulso elettromagnetico) nell'ambito esoatmosferico.

Il test Hardtack Teak fu ideato per questo secondo scopo:  un test esoatmosferico effettuato nell'ambito dell'Operazione Hardtack I nel 1958.
Teak non fu il primo test con detonazione ad alta quota, fu infatti preceduto dal test Yucca nel quale fu impiegato un pallone aerostatico per il trasporto della bomba da 2 kilotoni (quindi 2000 volte meno potente di Teak) che detonò ad un'altitudine di 26 Km, ma fu il primo realizzato con un missile.
 

Lanciata il 1 agosto 1958 da Johnston Island con un missile Redstone, la bomba, da 3,8 Megaton esplose ad un'altitudine di 77 km.

Il test Teak fu originariamente progettato per essere lanciato dall'Atollo di Bikini, ma le alte sfere della Commissione Atomica degli Stati Uniti si opposero alla prova a causa dei timori che il flash della detonazione potesse accecare gli abitanti che vivevano sugli atolli vicini (già duramente provati dai test endoatmosferici degli anni precedenti, come ho già scritto nel mio blog).

Si decise dunque di effettuare il test nella remota Johnston Island. L'isola fu scelta a causa del suo isolamento, l'isola abitata più vicina è infatti a quasi 900 km di distanza. Il test venne effettuato di notte e per ridurre i rischi del test la maggioranza del personale fu evacuato dalla base prima del test. Durante la detonazione erano comunque presenti nell'isola quasi 200 persone.

Il lancio avvenne con un missile Redstone (lo stesso modello impiegato nel gennaio dello stesso anno per portare in orbita il satellite Explorer I) e ad assistervi c'era anche il famigerato ex nazista Wernher Von Braun, padre delle V2 di Hitler e del Saturn V delle missioni Apollo sulla Luna e che in seguito fu definito dalla NASA "il più grande scienziato della tecnica missilistica e aerospaziale della storia".

A me Von Braun non è mai piaciuto: offertosi come prigioniero di guerra all'esercito americano (leggete a tal proposito questo mio articolo relativo all'Operazione Paperclip) von Braun aveva un bel po' da farsi perdonare dagli Alleati.
Nato nel 1912 fu parte di un'intera generazione tedesca che aveva 20 anni quando Hitler prese il potere, von Braun non solo era un convinto membro del partito nazista ma anche alto ufficiale delle SS ed era il responsabile del centro di comando di Peenemunde.

Da vero opportunista von Braun comprese che alla fine della guerra il bagaglio tecnico del suo team e le sue competenze sarebbero state un'utile merce di scambio.
Un membro del suo team di ingegneri si dice abbia affermato: "disprezzavamo i francesi, eravamo spaventati a morte dai sovietici e ritenevamo che gli inglesi non avessere le risorse per i nostri progetti, pertanto restavano solo gli americani".

Von Braun portò in dote un sacco di materiale del progetto V2 e fu accolto a braccia aperte dal governo americano, ma il suo ruolo a Peenemunde e nel partito nazista era troppo significativo per passare sottotraccia.  Fu comunque inevitabile che gli americani aprissero un'inchiesta sui di lui e dopo qualche anno di difficile indagine fu confermato che von Braun e i suoi avevano ampiamente usato prigionieri di guerra e condannati politici come schiavi a Peenemunde ed erano complici di gravi crudeltà comprese esecuzioni capitali. Per molto meno, negli anni successivi alla guerra, gli alleati fucilavano o impiccavano i colpevoli.

Ma von Braun era un noto genio della missilistica. Non fu processato ne messo in prigione e il suo passato nazista fu semplicemente dimenticato, ma inevitabilmente venne lasciato in isolamento per qualche tempo, fino a rientrare nel novero degli scienziati di punta che davano vigore alle ricerche missilistiche americane.
Nel 1950, durante la Guerra di Corea, von Braun iniziò a lavorare al progetto del missile Redstone per la US Army. Il Redstone fu impiegato per i primi 5 test di ICBM degli Stati Uniti e von Braun assistette personalmente alla prima di queste detonazioni: il test Teak dell'operazione Hardtack I.

Il test Teak interferì pesantemente sulle comunicazioni radio HF in una vasta area del Pacifico, a causa della grande grande quantità di detriti di fissione rilasciati nella ionosfera. L'impulso elettromagnetico (EMP) fu così potente che il blackout durò ben 9 ore in Australia mentre nelle isole Hawaii le comunicazioni del traffico aereo militare e civile si interruppero per diverse ore. Nelle Isole Hawaii, situate a 1300 km di distanza dove il test era stato tenuto segreto, Il bagliore rosso dell'esplosione rimase chiaramente visibile nel cielo a sud-ovest per mezz'ora.
Nelle Samoa Occidentali (a oltre 3000 Km di distanza) fu osservata un raro fenomeno di aurora australe, mai osservato prima a quelle latitudini.
  
Il blackout dovuto all'esplosione  (EMP) impedì al personale di comunicare il buon esito del test a Washington per ben otto ore. Quando le comunicazioni furono ristabilite il primo messaggio ricevuto dalla base di Johnston Island fu: "are you still there?" (Siete ancora lì?)

La base missilistica fotografata durante l'esplosione

Alcuni scienziati che stavano osservando il test dall'isola di Johnston furono costretti a trovare immediato riparo dal fulgore dell'esplosione che, per un errore durante il lancio, avvenne direttamente sulla verticale della base di lancio e non a 36 km di distanza come previsto.
Il lampo dell'esplosione fu così violento che la notte diventò giorno. Il personale era stato munito di occhiali protettivi contro il flash dell'esplosione, ma alcuni testimoni oculari subirono anche delle ustioni alla pelle. Inutile dire che i danni alla fauna locale furono significativi.

Ecco il video dell'esplosione:

Per maggiori informazioni ecco un lungo video disponibile in rete:

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.

Operazione Crossroads, l'inferno all'Atollo di Bikini

Ho già scritto nel mio blog della serie di test nucleari effettuati nel Pacifico dagli Stati Uniti negli anni '50 del secolo scorso. Prima della sottoscrizione del Trattato sulla messa al bando parziale dei test, avvenuto a Mosca nel 1963, le due superpotenze testavano i propri ordigni negli ambienti più disparati senza preoccuparsi troppo degli effetti sull'ambiente e sui civili. Mentre l'Unione Sovietica effettuava i propri esperimenti nell'artico e in Kazakistan  gli Stati Uniti si concentrarono su alcuni atolli delle Isole Marshall. Questa era un'area ideale per i test: isolata dal resto del mondo garantiva le 'necessarie' misure di segretezza e, si sperava, era ideale per diluire gli effetti nocivi sull'ambiente.

Durante la seconda guerra mondiale le Isole Marshall vennero occupate dagli Stati Uniti d'America ed entrarono a far parte del Territorio fiduciario delle Isole del Pacifico (che terminò solamente nel 1990).

Due isole dell'arcipelago in particolare furono quelle che subirono i maggiori impatti, una era l'atollo di Enewetak dove nel 1952 esplose la prima bomba all'idrogeno della storia, ma quella che subì i maggiori danni fu l'Atollo di Bikini. 

Bikini era, e lo rimane tuttora, anche se ancora non pienamente abitabile come leggeremo di sotto, un vero paradiso tropicale. Acque limpide, cielo blu come il mare all'orizzonte, dove gli isolani vivevano della pesca secondo le loro tradizioni. Cercare di comprendere con la mentalità di oggi certe scelte di 70 anni fa riesce difficile. Certamente i vantaggi strategici di una simile località cosi remota erano chiari eppure a noi contemporanei (spesso irragionevolmente e stupidamente tecnofobici) rimane un senso di orrore a ricordare cosa accadde in quella laguna.

Bikini divenne un poligono nucleare americano nel 1946 e rimase in uso per ben 12 anni. Qui vennero sperimentate le devastanti bombe nucleari all'idrogeno, inclusa la cosiddetta operazione Castle Bravo, il più grave disastro nucleare nella storia degli Stati Uniti.

I primi test realizzati a Bikini furono quelli relativi all'Operazione Crossroads intesa a stimare l'effetto delle bombe nucleari sul mare e su isole, su navi militari e civili, e di determinare la possibilità di ripararle e decontaminarle. Fino ad allora, siamo nel 1946, erano state impiegate sul campo solamente tre bombe atomiche. Le due di Hiroshima e Nagasaki, esplose ad alta quota per impattare al massimo sulle città e il test Trinity dove la bomba fu fatta detonare al livello del suolo.

Ora le forze armate americane erano intenzionate a studiare gli effetti delle bombe atomiche in scenari di combattimenti navali. La guerra con il Giappone era stata in buona parte un conflitto vinto con le navi da guerra, la nuova bomba offriva delle opportunità che dovevano essere analizzate nei dettagli. Si disposero quindi nella laguna di Bikini una intera flotta, costituita da portaerei, corazzate e incrociatori da battaglia che avrebbero dovuto subire l'urto delle esplosioni (le navi erano residuati bellici ormai obsoleti o prede di guerra come la corazzata giapponese Nagato e l'Incrociatore pesante della Kriegsmarine Prinz Eugen).
Furono individuati tre scenari di applicazione ove sarebbero state impiegare 3 delle 10 bombe a fissione disponibili a quel tempo.

• Detonazione a pochi metri dalla superficie del mare
• Detonazione subacquea, per studiarne gli impatti di eventuali mine o siluri atomici
• Detonazione in acque profonde, per studiare gli imbatti di bombe atomiche di profondità.

Il terzo test non ebbe luogo (fu rimandato di qualche anno e realizzato negli anni 50 con bombe termonucleari).
Scorriamo ora con qualche dettaglio gli altri scenari.
Nel primo test, nome in codice Able, che ebbe luogo il 1 luglio 1946, la bomba venne sganciata da un bombardiere B-29 Superfortress ed esplose 158 m sopra la flotta bersaglio, con una potenza di 23 kilotoni. Ribadisco che la flotta era costituita da navi ormai obsolete (e diventate inutili con il termine del conflitto) che erano state disposte in maniera opportuna a varie distanze dal previsto punto di detonazione (Ground Zero). Le navi affondate furono solamente cinque navi, deludendo le attese dei vertici militari americani. In realtà un difetto nel sistema di stabilizzazione della bomba ne aveva impedito il corretto posizionamento, ragion per cui Able mancò il suo obiettivo di oltre 600 metri, colpendo il trasporto d'attacco USS Gillian e non la nave designata, (la corazzata Nevada), si stimò che se la bomba avesse colpito la corazzata  sarebbe stato probabile l'affondamento di 9 navi.

Ecco il video dell'esplosione di Able:

Il secondo test, denominato Baker,  vide l'esplosione della bomba sotto l'acqua a 27 m di profondità e avvenne il 25 luglio del 1946. 

La bomba venne agganciata sotto la chiglia di una nave ancorata nel mezzo della flotta bersaglio. Baker venne detonata 27 m sott'acqua, a metà della profondità massima nella zona  (54 m). La nave fu vaporizzata dalla sfera incandescente. Vennero affondate 10 navi, tra questi la corazzata Arkansas, da 27.000 tonnellate che venne lanciata in area e affondò (è la macchia scura che vedete a destra sulla colonna d'acqua nella foto) e l'incrociatore pesante germanico Prinz Eugen che però non affondò subito, ma dopo mesi dal test, per l'accumulo di falle nello scafo della nave (non riparabili per l'eccessiva radioattività).

Ecco il video dell'esplosione di Baker:

Il previsto terzo scoppio, denominato Charlie, pianificato per il 1947 venne cancellato a causa dell'impossibilità della Marina di decontaminare le navi bersaglio dopo il test Baker.

I test Crossroads furono rispettivamente la quarta e la quinta esplosione nucleare nella storia, condotte dagli Stati Uniti dopo il Trinity Test e i bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki. 

Furono anche  i primi ad essere annunciati in anticipo ai mezzi informativi, osservati da un pubblico di invitati, tra questi giornalisti di molti paesi. Questo annuncio in pompa magna dei test atomici denota l'arroganza delle forze armate del tempo: sicure della propria superiorità e ignare dei grandi progressi che l'Unione Sovietica stava compiendo, anche con l'aiuto di alcune spie.

Nei 12 anni di test l'atollo di Bikini e l'atollo di Enewetak furono sottoposti a 66 esperimenti nucleari, così suddivisi:

• 23 test per un totale di 42 Megatoni su Bikini
• 43 test per un totale di 32 Megatoni su Enewak

Si stima che circa la metà dei prodotti radioattivi di fissione rimasero negli atolli, il resto fu trasportato altrove dai venti. Da ricordare che a seguito del disastro di Castle Bravo anche gli atolli di Rongelap e Utrōk furono contaminati.

Entrambi gli atolli erano popolati e furono evacuati prima dei test. I 'trasferimenti' avvennero contro la volontà dei locali. Attualmente Enewak è popolata, mentre Bikini è ancora off-limits.

Il breve tentativo di ripopolare le isole Bikini dal 1974 al 1978 venne abortito quando i problemi di salute causati dalla radioattività nella catena alimentare forzarono ad una nuova evacuazione. I pescatori subacquei che visitano le Bikini per esplorare i relitti delle navi militari devono consumare cibi importati.

Eppure la laguna è ancora li', l'atollo è come sospeso nel tempo con la sua letale carica di radiazioni. Ma quando il Cesio 137 e lo Iodio 131 saranno decaduti e il Plutonio disperso la laguna tornerà a nuova vita. A quel punto i demoni se ne saranno andati.

E l'inferno tornerà paradiso.

RDS-37, la Bomba H Sovietica

Nei post precedenti ho descritto per sommi capi gli sviluppi bellici dell'era atomica, dal primo test americano ad Alamogordo, per passare alle bombe H e ai test nel Pacifico Ivy Mike e Castle Bravo.

Erano gli anni tremendi della Guerra Fredda e la corsa agli armamenti atomici imperversava. L'unione Sovietica arrivò alla bomba atomica nel 1949, grazie anche alle brillanti operazioni di intelligence perpetrate dal NKVD (ne ho parlato brevemente in riferimento alla defezione di Klaus Fuchs nel mio post dedicato alla bomba atomica sovietica Joe-1) e dopo pochi anni riuscì a realizzare anche il primo test di bomba termonucleare o 'Bomba H'.

Ma cosa distingue una bomba atomica da una bomba termonucleare? la prima è determinata dalla fissione di atomi di Uranio 235 o Plutonio 239, elementi radioattivi 'fissili' che hanno la caratteristica, quando raggiungono una massa critica, di scatenare e mantenere nel tempo una reazione a catena incontrollata che libera una grande quantità di energia in maniera esplosiva. Questo era, molto semplificando, il modello su cui furono sviluppate le bombe di Hiroshima e Nagasaki e che i Sovietici copiarono (grazie a Fuchs) per il test Joe-1.

Ma esiste una possibilità alternativa per ottenere ordigni di potenza molto superiore a quelli impiegati a Hiroshima, sfruttando la fusione nucleare. Secondo questo processo quando due atomi si fondono, si libera una grande quantità di energia. Ma ottenere la reazione di fusione nucleare, che in natura avviene nel nucleo delle stelle, richiede temperature e pressioni che non sono facilmente realizzabili sulla Terra (tant'è che, ad oggi, la produzione commerciale di energia tramite reattori a fusione nucleare è ancora un miraggio), eppure il principio della fusione nucleare incontrollata di isotopi di idrogeno necessario per gli ordigni termonucleari era già stato teorizzato da Enrico Fermi ed Edward Teller nel 1941.

Il primo ordigno termonucleare detonato dagli Stati Uniti, fu, nel 1952 l'ordigno 'salsiccia' del test Ivy Mike, che dimostrò la fattibilità tecnica e il successivo test Castle Bravo del 1954.

Il modello impiegato dagli americani si basava sul design Teller Ulam, un dispositivo multistadio dove le condizioni estreme necessarie alla fusione l'idrogeno, (il 'combustibile per la fusione') venivano raggiunte all'interno di un case metallico tramite la detonazione di una bomba atomica (tratto lo stesso tema con maggiori dettagli tecnici in questo post).  

Si trattò di una grande conquista tecnica a cui parteciparono le migliori menti della fisica e dell'ingegneria del tempo in campo statunitense e non mancarono i tragici incidenti come quello di Castle Bravo.  

I sovietici 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.

Il test RDS-37 ebbe luogo il 22 novembre 1955, nel poligono di Semipalatinsk in Kazakhstan. Fu il primo test termonucleare vero e proprio, anche se per motivi propagandistici l'Unione Sovietica affermava di aver giù effettuato un test termonucleare nel 1953 (test RDS-6s o secondo la codifica occidentale Joe-4), con un modello di bomba a fusione, denominato Sloika ('layer cake', torta a strati) che era in realtà una sorta di bomba a fissione potenziata.

Il design Sloika della Bomba Joe-4, prevedeva uno schema in cui il combustibile per la fusione (il deuteruro di litio) era avvolto a strati intorno al materiale della fissione. Gli studiosi contestano l'autenticità di RDS-6 come un dispositivo termonucleare in quanto non ottenne un rendimento coerente con una vera bomba all'idrogeno. 

RDS-37 fu dunque il primo test di Bomba H e fu anche il primo esempio di bomba del suo genere ad essere lanciata da un bombardiere Tupolev Tu-16 e venne fatta detonare ad un'altitudine di oltre 1500 metri.

Secondo le specifiche di Sacharov la resa (lo yield, o erroneamente la potenza) di RDS-37 era di 3 Megatoni, ma fu stato ridimensionato da 3 a 1,45 megatoni per limitare gli impatti sull'area circostante il poligono. Purtroppo le condizioni atmosferiche nella zona al momento del test concentrarono inaspettatamente gran parte dell'energia dell'esplosione verso il suolo, con gravi conseguenze sulla popolazione: un bambino rimase ucciso nel crollo di un edificio in un villaggio (secondo altre fonti fu una ragazza a restare uccisa, il che fa sospettare che il numero effettivo di morti tra i civili fu superiore all'unità); la stessa sorte toccò ad un soldato, posizionato in una trincea a 40 km da ground zero.

L'area del poligono di Semipalatinsk, rimase teatro di test Sovietici per oltre quaranta anni.

Questa area remota, estesa per 300 mila chilometri quadrati (le dimensioni dell'Italia) era abitata da circa 1,5 milioni di persone. I danni alla salute delle persone continuano ad essere evidenti nella popolazione anche alla terza generazione dopo i test.

Ecco un video, tratto da Youtube, che riassume in pochi minuti il test RDS 37

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Joe-1, La prima bomba atomica Sovietica

Con il Test Trinity ad Alamogordo e i successivi tragici eventi di Hiroshima e Nagasaki gli Stati Uniti diventarono, nel 1945, la prima e unica potenza nucleare.
Ma questo primato durò solamente 4 anni, fino al 29 agosto 1949 quando i russi fecero detonare il loro primo ordigno nel poligono di Semipalatinsk in Kazakistan. La bomba sorprese le potenze occidentali.
Secondo l'intelligence degli Stati Uniti l'Unione Sovietica, in grave ritardo in particolare negli aspetti ingegneristici e logistici, non sarebbe stata in grado di sviluppare l'arma atomica prima del 1953, previsione confermata dall'MI6 britannico che stimava il 1954.

In realtà il programma atomico sovietico era partito già nel 1943 durante la seconda guerra mondiale, sotto la guida del fisico Igor Kurchatov. l'Intelligence sovietica aveva infatti già raccolto a quel tempo alcune informazioni sul Progetto Manhattan.
Il programma sovietico non disponeva, almeno inizialmente, delle risorse che gli americani avevano impiegato, ma a fornire un grande impulso al programma atomico sovietico furono le defezioni di alcuni eminenti fisici del Progetto Manhattan. Il contributo più significativo fu quello fornito dal fisico Klaus Fuchs, una delle menti più eccelse che parteciparono al progetto dell'atomica americana.

La vicenda legata a Fuchs fu un esempio della frenesia di quegli anni: nella corsa all'arma atomica Oppenheimer e Groves avevano raggruppato le migliori menti nel campo della fisica atomica che all'epoca erano negli Stati Uniti e anche se il controllo sui fisici stranieri fu sempre strettissimo proprio per evitare tradimenti o fughe di informazioni non fu possibile intervenire sull'ideologia politica di tutti i fisici stranieri e le informazioni, segretissime, del progetto Manhattan (ma anche delle successive ricerche sulla bomba termonucleare) alla fine passarono oltre cortina (termine nato, tra l'altro proprio in quegli anni).

Klaus Fuchs fu il caso emblematico: era un fisico tedesco di grande talento, che aderì al partito comunista quando era ancora uno studente universitario. Quando Hitler conquistò il potere, Fuchs fuggì in Francia e poi in Inghilterra, laureandosi in fisica all'Università di Edimburgo. Divenne cittadino britannico nel 1942 e fu forse questo, unito alle sue straordinarie capacità di fisico atomico, che gli garantirono la clearance per il progetto Manhattan.
Negli anni Fuchs trafugò i segreti più importanti e permise al gruppo di Kurchatov di bruciare le tappe nello sviluppo della bomba, i principali segreti trafugati riguardarono la bomba a fissione e i procedimenti industriali relativi alla sua costruzione, ma il programma atomico sovietico ricevette anche importanti informazioni sulle bombe a fusione, il cui studio in quegli anni era ancora nella fase di sviluppo teorico (ma le prime prove in campo arrivarono di lì a pochi anni con il test Ivy Mike nel 1952 e Castle Bravo nel 1954)

Fuchs fu infine scoperto come doppiogiochista dagli agenti di Scotland Yard e nel 1950 confessò il suo ruolo di spia sovietica. Fu condannato a 14 anni, 5 dei quali furono poi condonati. Fuchs fu fortunato e se la cavò relativamente a buon mercato. Altre spie, individuate negli Stati Uniti ebbero destini meno felici. Emblematico il tragico caso dei coniugi Rosenberg che per il reato di spionaggio finirono sulla sedia elettrica.
All'epoca della sua cattura, e in base agli elementi emersi dalla successiva inchiesta, fu esplicitamente dichiarato che senza le essenziali informazioni fornite, l'Unione Sovietica avrebbe forse tardato parecchi anni a produrre un proprio arsenale nucleare.

Il clamore per la prima bomba atomica sovietica e la scoperta dello spionaggio di Fuchs furono probabilmente gli eventi che indussero Truman ad accelerare il progetto della Bomba H, che portò alla detonazione di una prima 'Super Bomba' nel 1952 (Il celebre Test Ivy Mike di cui ho già parlato in un mio post).

Torniamo allo sviluppo della bomba: In occidente a questo primo ordigno fu assegnato il nome in codice Joe-1, in riferimento a Josip (Joe) Stalin.
Per decisione di Beria la bomba fu resa il più simile possibile alla bomba Fat Man sganciata su Nagasaki. Era dunque  un tipo di arma ad implosione con un nucleo di plutonio solido.

L'ordigno era costituito da una coppia di masse sub-critiche dell'isotopo di plutonio Pu-239 di forma sferica. Queste 2 masse, del peso di pochi Kg l'una, erano ricoperte da una grande quantità di esplosivo convenzionale. La configurazione geometrica particolare dell'ordigno era pensata per 'spingere' le 2 masse subcritiche l'una contro l'altra in modo da determinare la reazione a catena incontrollata che avrebbe generato la fissione nucleare

L'esplosione liberò un'energia di 22 chilotoni, un valore molto vicino a quello delle bombe americane 'Gadget' (quella del Test Trinity) e 'Fat Man' (quella di Nagasaki).

Per testare gli effetti della nuova arma, furono costruite appositamente delle case in legno e mattoni, per misurare gli effetti dell'esplosione sulle abitazioni civili. Nell'area attorno a ground zero furono anche collocati una cinquantina di aerei oltre a 1.500 animali per valutare gli effetti della bomba sugli esseri viventi.
Le autorità sovietiche non si curarono di evacuare le città e i villaggi vicini.

Ecco il video dell'esplosione

Castle Bravo, il peggior disastro nucleare nella storia degli Stati Uniti

Torniamo agli anni '50 del secolo scorso, nel pieno della corsa agli armamenti nucleari che caratterizzarono quel periodo.

La fusione nucleare rappresenta ancora oggi il Santo Graal della fisica sperimentale, ma mentre oggi aneliamo alla fusione nucleare controllata per la produzione di energia elettrica a scopi pacifici, l'obiettivo 70 anni fa era quello di creare ordigni atomici di inaudita potenza.

Il test Ivy Mike (ne ho parlato in un mio post) era stato un successo come technology demonstrator,  provando la fattibilità tecnica delle bombe termonucleari (o bombe H) secondo il modello Teller-Ulam.
Ma la strada verso una bomba termonucleare effettivamente 'utile' per scopi bellici era ancora lunga. La bomba di Ivy Mike, soprannominata 'Salsiccia', non era impiegabile per scopi bellici, con un peso complessivo superiore alle 70 tonnellate e dimensioni tali da dover essere assemblata in un hangar, certamente non poteva essere alloggiata in un bombardiere o lanciata con un ICBM.

Il modello del test Ivy Mike era di tipo criogenico in quanto impiegava deuterio allo stato liquido, gli sforzi successivi andarono quindi in due direzioni: da una parte di lavorò ad un progetto che consentisse la miniaturizzazione del modello di bomba criogenica che ne consentisse la trasportabilità e quindi l'impiego bellico,  l'alternativa fu quella di sviluppare un modello di bomba 'asciutta', in cui il deuterio venisse trattato in forma solida, eliminando la necessità di mantenere il deuterio allo stato liquido e riducendo intrinsecamente peso e dimensioni degli ordigni.

L'Operazione Castle era stata prevista per il 1954 e aveva lo scopo di testare sul campo entrambe le soluzioni pensate in laboratorio. Il successo dei test con bombe 'a secco' indusse gli americani ad abbandonare il modello di bomba criogenica che dunque non fu neppure testata.
L'operazione Castle portò alla detonazione di 5 bombe, quasi tutte di grande potenza. Il design Teller-Ulam aveva dimostrato di essere efficace: secondo questo progetto le pressioni e temperature necessarie per innescare la fusione dell'idrogeno in elio (che nelle intenzioni dei progettisti determinava il rendimento della bomba) erano generate da una bomba a fissione.
Il combustibile per la fusione nel modello 'a secco' (che sarebbe diventato il progetto di riferimento per la maggioranza delle bombe successive) era costituito da un sale di litio noto come deuteruro di litio, solido a temperatura ambiente. Tornando ancora al progetto Teller-Ulam, I raggi X prodotti dall'ordigno primario (la bomba a fissione) opportunamente 'guidati' verso il deuteruro di litio libera deuterio e trizio che vengono fusi in elio generando un'enorme quantità di energia.

Il design Teller-Ulam

L'idea che la fusione termonucleare potesse essere innescata dalla bomba a fissione era stato teorizzato da Enrico Fermi già nel 1941, discutendone con il giovane Edward Teller. Il fatto che Teller impiegò una decina d'anni a venirne a capo indica quanto sia complesso il problema fisico da risolvere (ne parlo diffusamente in un post dedicato).
Anche se i dettagli tecnici delle bombe termonucleari sono ancora oggi uno dei segreti militari meglio custoditi, i principi sono ora noti al grande pubblico di non addetti ai lavori.

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.

Wikipedia

Castle Bravo

Mi concentro ora su Castle Bravo, il primo dei test previsti che ebbe conseguenze molto spiacevoli e certamente tragiche.
Nel caso di Castle Bravo non fu previsto un secondo effetto che aumentò notevolmente la potenza della bomba: Il litio in natura è presente comunemente in 2 isotopi, il litio-6 e il litio-7, e il deuteruro di litio contenuto nella bomba era costituito per il 40% da litio-6 e per il 60% da litio-7; si riteneva all'epoca che solamente il litio 6 contribuisse a innescare la fusione, mentre l'isotopo litio-7 era ritenuto inerte.
In realtà il bombardamento da neutroni veloci all'interno del case determinò la fissione del litio 7 in trizio aumentando il combustibile per la fusione e incrementando grandemente la potenza dell'esplosione.
Il rendimento (yield) della bomba di Castle Bravo era previsto sui 6 Megatoni, ma raggiunse a causa dell'errata valutazione un'energia liberata pari a 15 Megatoni, e rimane ad oggi la bomba più potente mai detonata dagli Stati Uniti.

Ma il diavolo ci mise la coda: una serie di errori e negligenze trasformò un test che con i suoi difetti avrebbe contribuito ad aumentare le conoscenze sulle bombe, in un tragico incidente le cui conseguenze si prolungarono per anni.
La bomba esplose il 1 marzo 1954 nell'atollo di Bikini, in condizioni meteorologiche non favorevoli con un forte vento che soffiava verso est in direzione di alcuni atolli abitati. Ritenendo, a torto, che l'energia della bomba non dovesse superare i 6 Megatoni solo una porzione relativamente piccola attorno all'atollo venne sgomberata.
Il fungo atomico raggiunse un'altezza di 15 km ed un diametro di circa 12 in un solo minuto. Dopo dieci minuti, l'altezza aveva superato i 40 km e il diametro era arrivato a ben 100 km. Il cratere Bravo aveva un diametro superiore ai 2000 m con una profondità di 80 m 
Il fallout radioattivo, amplificato dal fatto che Bravo fu fatto esplodere praticamente al suolo, a causa di venti sfavorevoli (rilevati ma non considerati un fattore decisivo per annullare o posticipare il test) raggiunse i vicini atolli di Rongerik e Rongelap e anche un peschereccio giapponese, trasformando il test Bravo nel peggior disastro radiologico nella storia degli Stati Uniti.

Entro 15 minuti dalla detonazione i livelli di radiazione nell'isola di Eneu, dove era alloggiato il personale militare che doveva misurare gli effetti della bomba salì vertiginosamente e il personale fu costretto a rifugiarsi nelle aree più pesantemente protette del bunker. Gli sfortunati addetti furono recuperati dal loro rifugio solamente 11 ore più tardi.
Un'ora dopo l'esplosione le navi della Marina posizionate 30 miglia a sud di Bikini registrarono anch'esse livelli di radiazioni elevati  e i marinai furono costretti a ritirarsi sottocoperta mentre le navi si allontanavano dall'atollo alla velocità massima.

A Rongerik, oltre 200 km da ground zero il personale americano fu evacuato il giorno successivo dopo aver ricevuto esposizioni significative.

Circa cinque ore dopo la detonazione, a Rongelap cominciò a piovere fallout radioattivo, in poche ore l'atollo fu ricoperto da una finissima sostanza bianca e polverosa. Era il calcio dei coralli, vaporizzato dall'esplosione e reso radioattivo dai sottoprodotti della fissione. Gli isolani di Rongelap, Ailinginae e Utirik a soli 180 km dal sito non furono evacuati che il 3 marzo ricevendo dosi di radiazioni molto elevate. Agli isolani fu richiesto di lasciare "temporaneamente" le loro case "per il bene dell'umanità e la fine di tutte le guerre".

In definitiva, 15 isole e atolli furono contaminati. Gli effetti divennero evidenti nei decenni successivi: a partire dal 1963 i nativi delle Isole Marshall esposti all'esplosione cominciarono a soffrire di tumori della tiroide, tra cui 20 dei 29 bambini di Rongelap.

Il peschereccio giapponese Daigo Fukuryū Maru (il Drago Fortunato 5), specializzato nella caccia al tonno, si trovava al di fuori dalla zona dichiarata off limits dalle autorità, ma fu fortemente contaminato. Alla vista del gigantesco fungo atomico della bomba il peschereccio cercò di allontanarsi, ma parecchio tempo fu perso per il recupero delle reti e i marinai furono pesantemente esposti al fallout radioattivo che, come nell'atollo di Rongelap, cadde come una neve finissima. Tutti i 23 membri dell'equipaggio ricevettero dosi di radiazioni elevate e uno di loro morì mesi dopo per avvelenamento da radiazioni.

L'evento ebbe un forte impatto in Giappone (erano passati solo 9 anni dalla fine della guerra) e determinò una crisi diplomatica.
Aggiungo, come nota di colore, che fu da questa esplosione (oltre alle tragedie di Hiroshima e Nagasaki) che in Giappone nacque il 'mito' di Godzilla, il mostruoso kaiju nato come conseguenza delle radiazioni atomiche.

L'inattesa potenza della bomba vaporizzò molti degli strumenti di misura che erano stati installati per raccogliere dati sull'esplosione. Molte delle informazioni che ci si attendeva andarono dunque perdute.

Nonostante il disastro causato dal test, il modello di bomba sviluppato per Castle Bravo fu subito ingegnerizzato per la produzione delle bombe termonucleari modello Mark-21, da 4 megatoni del tipo a gravità, trasportabili con un bombardiere strategico.
Il disastro di Castle Bravo ebbe un impatto significativo sull'opinione pubblica mondiale, ma dovettero trascorrere altri 9 anni prima della firma del trattato sulla messa al bando parziale dei test del 1963 che impegnò le superpotenze ad effettuare solamente esperimenti nucleari nel sottosuolo.

Ecco un video dell'esplosione

Ivy Mike, la prima bomba atomica all'Idrogeno

Continuando la serie di post dedicata al (disgraziato) sviluppo a fini bellici di ordigni atomici oggi parlo del test Ivy Mike che portò alla detonazione della prima bomba H della storia. 

Ai nostri giorni e ai nostri occhi (almeno i miei, mai risorse e intelligenza furono usate in modo peggiore) questi test sembrano non avere senso, ma per comprendere le cause delle scelte di quei difficili anni occorre fare riferimento al contesto storico di quegli anni.

Il 31 Gennaio 1950 il Presidente Truman dichiarò pubblicamente l'intenzione degli Stati Uniti di sviluppare una bomba all'idrogeno. Le motivazioni principali di questa dichiarazione furono due sorprendenti rivelazioni, ovvero la conferma che anche l'Unione Sovietica disponeva dell'arma atomica, (l'esplosione della prima bomba a fissione Sovietica era avvenuta nell'estate precedente) e la scoperta delle attività di spionaggio da parte di Klaus Fuchs che era stato smascherato  pochi giorni prima e che aveva passato ai sovietici segreti militari fondamentali per lo sviluppo della bomba. 

Queste due notizie sensazionali contribuirono grandemente all'acuirsi delle tensioni della guerra fredda, 'scoppiata' subito dopo la conclusione della seconda guerra mondiale. 

La grave preoccupazione che assillava le alte sfere a Washington era che gli Stati Uniti venissero superati da parte dell'Unione Sovietica nella corsa agli armamenti nucleari. 

In questo clima di paranoica tensione, le autorità americane stabilirono che la priorità più alta era lo sviluppo di nuove e più potenti armi strategiche, in particolare nello sviluppo delle bombe all'idrogeno. 

A quel tempo però nessuno aveva ancora le idee chiare su come realizzare un'arma termonucleare che potesse essere impiegata a scopi bellici. Questa mancanza di un effettivo know-how sminuì la dichiarazione di Truman rendendola priva di fondamento.

Quelli erano tempi che oggi sembrano quasi assurdi, regnava infatti un'atmosfera paranoica sulle effettive capacità tecniche dell'Unione Sovietica e presto crebbe il timore che il pronunciamento di Truman potesse aver ulteriormente stimolato gli sforzi termonucleari dei sovietici portandoli a nuove conquiste nel campo degli armamenti atomici.

Furono aumentati gli sforzi per sviluppare ulteriormente la tecnologia della bomba a fissione, con lo scopo di aumentare al massimo la potenza di quel genere di bombe. Ma non fu dimenticata la corsa alla bomba all'idrogeno e le intuizioni dei fisici Stanslaw Ulam e Edward Teller portarono in breve alla definizione delle competenze necessarie per sviluppare un dispositivo termonucleare.

Un anno dopo la dichiarazione di Truman fu quindi deciso che gli sforzi paralleli per sviluppare armi ad alto rendimento si concentrassero in una serie di test sul campo nel Pacifico previsti per la fine del 1952. Questa serie di test, battezzata Operation Ivy portò all'esplosione delle due più grandi bombe testate fino a quel momento. 

Con l'operazione denominata Ivy King ('K' per Kiloton) fu fatta detonare la bomba a fissione più potente mai testata e con l'operazione Ivy Mike ('M' per Megaton) fu testata la prima bomba  termonucleare: una 'super bomba' che liberò un'energia superiore a quella di tutti gli esplosivi usati nelle due guerre mondiali.

Operazione Ivy Mike

Le conquiste tecniche che portano al test Ivy Mike non furono immediate. Un anno e mezzo prima della detonazione di Ivy Mike fu effettuato un test preliminare denominato 'Test George' che rappresenta a tutti gli effetti la prima esplosione termonucleare sperimentale (per termonucleare si intende che l'energia liberata nell'esplosione proviene dalla fusione nucleare di isotopi di idrogeno in elio e non tramite la fissione di atomi di plutonio o uranio come avviene nelle bombe a fissione).

La potenza liberata nel Test George fu pari a 225 chilotoni, oltre 10 volte più potente della bomba sganciata su Hiroshima alla fine della Seconda Guerra Mondiale.

Ivy Mike era l'evoluzione del modello sviluppato con il test George: Le pressioni e temperature necessarie a innescare la reazione di fusione nucleare erano create con un dispositivo a fissione simile a quello utilizzato su Nagasaki. Ma in questo caso le dimensioni dell'ordigno erano spropositate: misurava sei metri di altezza e due metri di diametro.
La struttura interna comprendeva un grande serbatoio criogenico con oltre 300 Kg di deuterio liquido, circondato in vari strati di diversi materiali isolanti (in buona parte uranio che doveva riflettere il flusso di neutroni generati dalla bomba a fissione) e materiali riflettenti (piombo e materie plastiche per accelerare la fusione del deuterio).
Il nocciolo della struttura dove era contenuto il deuterio doveva essere mantenuto a temperature prossime allo zero assoluto. Fino ad allora nessuno aveva mai lavorato con tali quantità di idrogeno liquido.
La copertura esterna della bomba era costituita da un involucro di acciaio spesso oltre 25 cm. A causa della sua forma, gli scienziati lo chiamarono anche "salsiccia". Pesava oltre 70 tonnellate e fu necessario predisporre un hangar per alloggiarlo.

La detonazione avvenne il 1 novembre 1952 e generò un fungo atomico che salì fino a 50 chilometri nella stratosfera, raggiungendo una larghezza di oltre 100 chilometri.  La potenza liberata fu superiore ai 10 Megatoni.

Ad una distanza di 50 km, gli scienziati osservarono l'esplosione dalle navi rimaste in posizione per misurare la potenza della bomba. La fusione del deuterio generò una grande quantità di neutroni veloci che determinò la fissione, non prevista, dell'uranio usato negli strati protettivi. Per questo motivo la potenza della bomba risultò maggiore di quanto atteso e le navi subirono la pioggia di detriti radioattivi che ricaddero su di loro (essenzialmente pezzi di corallo radioattivo). Uno dei testimoni che si trovava su questa nave disse in seguito:

Qualcosa che non dimenticherò mai fu il calore, non l'esplosione. Il calore continuava a venire avanti, senza smettere. Fu davvero un'esperienza terrificante perché il calore non finiva .... nelle esplosioni con bombe a kiloton si vedeva un lampo ed era subito finita, ma su quelle grandi esplosioni era davvero terrificante.
 

A differenza di altri test (emblematica fu l'Operazione Crossroads del 1946, annunciata in pompa magna con addirittura alcuni giornalisti presenti al momento dei test), tutte le informazioni relative al test Ivy Mike furono inizialmente tenute segreti. Solamente nel 1954, due anni dopo, alcune foto e filmati furono rilasciato al pubblico

L'isola dove era installata la bomba fu completamente vaporizzata, lasciando solo un cratere profondo 50 metri. Ancora oggi è possibile osservare (con Google maps) il cratere circolare creato dalla detonazione.
Ecco il video dell'esplosione

Al test  Ivy Mike seguirono molti altri test con le bombe H. Nel gennaio del 1954 altre cinque bombe furono costruite basandosi sul modello Teller-Ulam sviluppato nel progetto di Ivy Mike.  Queste versioni migliorate erano state preparate per l'Operazione Castle, quella di maggiore "successo" fu il test Castle Bravo, una bomba da 15 megatoni, che rimane ad oggi il più grande test nucleare effettuato dagli Stati Uniti ed è considerato il peggior incidente radiologico nella storia dei test nucleari: il fallout radioattivo contaminò infatti isole popolate e anche un peschereccio giapponese.
Ho scritto dell'Operazione Castle con maggiori  dettagli in un articolo dedicato.

Operazione Ivy King

Ivy King rimane ad oggi la più grande bomba nucleare a fissione mai sperimentata dagli Stati Uniti, come detto questo test faceva parte dell'Operazione Ivy. 

La produzione di Ivy King venne affrettata per essere pronti nel caso in cui il progetto gemello, Ivy Mike, non avesse avuto buon esito. Il test Ivy King ebbe luogo due settimane dopo Ivy Mike. L'ordigno era trasportabile via areo e fu sganciato il 16 novembre 1952 da un bombardiere B-36H che sganciò la bomba a 600 m di altezza a nord dell'atollo Enewetak.

L'esplosione avvenne a 450 m dal suolo con una energia liberata pari a 500 chilotoni generando un fungo atomico che raggiunse i 23 km.

Ecco il video dell'esplosione

Alamogordo e il test Trinity, la prima bomba atomica

Ho già parlato della Tsar Bomba, la bomba atomica più potente mai esplosa sulla Terra. Oggi torno indietro al 1945 e al primo caso di detonazione di una bomba atomica: il famoso, e sinistro, Test Trinity.

Il test Trinity avvenne negli Stati Uniti, nello stato del Nuovo Messico, il 16 luglio 1945. Per esigenze di segretezza la località scelta per la detonazione fu un poligono segreto nei pressi della cittadina di Alamogordo.

La bomba che esplose quel giorno segna l'inizio dell'epoca dell'uso bellico dell'energia atomica. Un'epoca in cui viviamo tutt'oggi e la cui minaccia (anche se diminuita rispetto agli anni della guerra fredda) permane su tutti noi come una spada di Damocle.

La bomba atomica del Test Trinity era un prototipo chiamato in codice The Gadget (l'arnese) rappresentò il primo test in campo della bomba al Plutonio, il primo e più semplice caso di ordigno nucleare dove una reazione di fissione nucleare indotto dalla reazione a catena su una massa critica di Plutonio furono la causa delle deflagrazione. 

Fu la prova generale prima della bomba di Nagasaki che sarebbe esplosa sulla cittadina giapponese il 9 agosto 1945.

Semplificando in maniera brutale, l'ordigno era costituito da una coppia di masse sub-critiche dell'isotopo di plutonio Pu-239 di forma sferica. Queste 2 masse, del peso di pochi Kg l'una, erano ricoperte da una grande quantità di esplosivo convenzionale. La configurazione geometrica particolare dell'ordigno era pensata per 'spingere' le 2 masse subcritiche l'una contro l'altra in modo da determinare la reazione a catena incontrollata che avrebbe generato la fissione nucleare.

Le 2 masse di Plutonio erano circondare da una quantità di Uranio 238 che aveva il compito di 'accelerare' la reazione a catena, contenendo i neutroni liberati dalla reazione a catena contribuendo così ad aumentare la velocità della reazione stessa. 

Il concetto, che all'apparenza può sembrare relativamente semplice, era in realtà estremamente complesso per la quantità di parametri che era necessario mettere a punto. Nell'ambito del progetto Manhattan fu dunque deciso di sacrificare una parte del prezioso Pu-239 per un test, prima di passare agli usi bellici.

L'esplosione fu valutata intorno ai 20 Chilotoni (ovvero un'energia liberata in maniera esplosiva pari a quella generata da 20mila tonnellate di tritolo).

Il test fu condotto nel massimo segreto, tuttavia la scelta di un sito così remoto non bastò a nascondere a tutti gli effetti della detonazione. Alcune persone notarono un intenso bagliore anche a decine e centinaia km di distanza. In seguito a questi avvistamenti le autorità rilasciarono una dichiarazione nella quale si informava che la causa di tale esplosione era dovuta a un incidente avvenuto in un deposito d'armi, nel corso del quale però non vi sono stati morti o feriti.

Il test divenne di dominio pubblico solamente dopo i tristi eventi di Hiroshima e Nagasaki.

La scelta della data del 16 luglio non fu casuale, il giorno successivo Truman avrebbe infatti incontrato a Potsdam Stalin e Churchill per discutere il proseguimento della guerra: quel risultato positivo avrebbe pesato nella trattativa. Per questo motivo il test fu effettuato anche se le condizioni meteo non furono ottimali a causa della pioggia del giorno precedente. 

Al test presenziarono molti degli scienziati che parteciparono al progetto Manhattan, Enrico Fermi era tra questi e si narra che fu uno dei più freddi tra gli scienziati che attendevano l'esplosione. Un aneddoto riferisce che, misurando lo spostamento indotto dall'esplosione su alcuni pezzi di carta lasciati cadere nel momento della detonazione consentì al geniale scienziato di stimare con buona approssimazione la potenza dell'esplosione

 

Hans Courant, un giovane fisico che all'epoca del fatto aveva solo ventuno anni, fu testimone dell'esperimento, queste le sue parole che ricordano l'evento:

They needed the test, because the war was having to come to an end and we needed, or we wanted the bomb. So I was there that morning. I forgot the date, but it’s on record. I was given a sheet of cardboard with a hole in it and a piece of welder’s glass to look through, to look toward ground zero, 10,000 yards away. We were supposed to lie down with our feet toward ground zero. But, it was, the ground was wet and it had, it was very cold and clammy, and I knew better. So, I sat on a stump and I held up my shield. Then the countdown began and then the flash. My hands got warm from the heat from the bomb, which just grew and grew, and then eventually started up into the sky. But, I had been sitting there and I thought, “Oh, my God.”

ovvero:

Avevano bisogno del test, perché la guerra doveva terminare e avevamo bisogno, o volevamo, la bomba. Quindi ero lì quella mattina. Ho dimenticato la data, ma è a verbale. Mi consegnarono un foglio di cartone con un buco  e un pezzo di vetro da saldatore per guardarvi attraverso, per guardare verso Ground Zero, a 9 km di distanza. Dovevamo sdraiarci con i piedi verso Ground Zero. Ma il terreno era bagnato e faceva molto freddo ed era umido, e io la sapevo lunga. Così, mi sedetti su un ceppo tenendo il mio scudo di cartone. Poi iniziò il conto alla rovescia e subito dopo il flash. Le mie mani sentirono il calore dalla bomba, che continuava a crescere e poi salì verso il cielo. Io rimasi seduto lì e pensai: "Oh, mio ​​Dio.".

Gli effetti del test impressionarono molti dei presenti e una settantina di scienziati promosse una petizione al presidente Truman per non usare la bomba a scopi bellici sulla popolazione, proponendo in alternativa un'esplosione dimostrativa in qualche area disabitata del Giappone. Sappiamo tutti che Truman decise diversamente.

Il sito dell'esplosione è stato decontaminato negli anni 50 ed è attualmente visitabile, con una certa difficoltà, dai turisti. La dose di radiazioni residue a cui ci si espone con la visita è superiore al normale, ma ampiamente al di sotto dei limiti considerati pericolosi per la salute.

In rete si trova il seguente documentario del Test Trinity.

La Tsar Bomba, la Bomba atomica più potente mai costruita

The war is over scrivevano i giornali nel 1945, ma con la conclusione del secondo conflitto mondiale si inasprì immediatamente lo scontro tra le due superpotenze, ovvero gli Stati Uniti e l'Unione Sovietica. 

Lo scontro, ideologico, politico e tecnologico impegnava ogni campo, e fu in ambito militare che la ricerca della supremazia tecnologica raggiunse il parossismo. In quegli anni il top della tecnologia bellica era nella costruzione delle bombe atomiche in particolare nella corsa alla bomba più potente.
Gli anni '50 avevano visto la corsa alla bomba termonucleare, gli Stati Uniti che con i test Ivy Mike (1952) e il disastroso Castle Bravo (1954) riuscirono a sviluppare ordigni aerotrasportabili di potenza un migliaio di volte superiore alle bombe a fissione di Hiroshima e Nagasaki.
Da oltre cortina si rispose immediatamente con il test RDS-37 (1955) che portò l'Unione Sovietica alla pari degli Stati Uniti nella corsa alle bombe termonucleari aerotrasportabili.

In questo contesto storico nacque il progetto della Bomba Zar (Tsar Bomba o RDS-220) che è stata la più potente bomba all'idrogeno sperimentata dall'uomo. La bomba fu progettata in Unione Sovietica nel 1961. L'energia che avrebbe dovuto liberare, stando alla fase progettuale, doveva essere di un centinaio di MegaTon, ma per il test venne utilizzata una versione 'depotenziata' di soli 50 Megatoni per limitare gli effetti distruttivi della bomba durante il test. Per fare un paragone la Tsar Bomba fu oltre 3000 volte più potente dell'ordigno di Hiroshima.

Va considerato che l'effettiva  importanza militare di bombe sempre più grandi era in realtà ridotta: armi di carica inferiore erano comunque in grado di produrre danni elevati ed erano molto più semplici da costruire. 

La bomba aveva in realtà scopi propagandistici, si volevano mostrare i muscoli: il primo segretario del partito comunista Nikita Khruscёv affermava, nell'agosto del 1961, che l'Unione Sovietica aveva la capacità di progettare, costruire e sperimentare una bomba da 100 megatoni. Tale dichiarazione fece scalpore e scatenò forti proteste internazionali, in quanto un ordigno di tale potenza avrebbe determinato un fallout radioattivo notevole. Per questo motivo la versione che fu poi fatta esplodere fu deponziata a 50 megatoni. Il progetto della bomba si basava sul design Teller-Ulam e fu depotenziato sostituendo l'Uranio 238 con degli strati di piombo (maggiori dettagli sul design Teller Ulam li troverete in questo mio articolo).

Il progetto della bomba fu affidata ai migliori fisici del paese capeggiati da Andrej Sakharov. La progettazione non fu semplice e nacquero discussioni tra Sakharov e altri eminenti scienziati. Sacharov era convinto che la progettazione non avrebbe permesso l'esplosione della bomba, ma a quei tempi non era consentito dissentire e l'ordigno venne ugualmente costruito.

Dopo la costruzione della bomba, l'ordigno venne caricato su un Tupolev Tu-95, un bombardiere strategico turboelica simile ai B29 Superfortess americani.
La bomba era talmente grande e pesante (pesava 27 tonnellate, quasi come il Tupolev stesso, e aveva una lunghezza di 8 metri per 2 di diametro) che fu necessario modificare il velivolo. Furono rimossi i portelloni del vano bombe e i serbatoi secondari della fusoliera, inoltre quasi tutta la superficie esterna fu rivestita con una speciale vernice riflettente per limitare il surriscaldamento del velivolo dopo la detonazione. 

Durante il volo, il Tu-95 venne accompagnato da un Tupolev Tu-16 dotato di strumenti scientifici per l'analisi del test. L'ordigno, invece, venne equipaggiato con un grande paracadute in modo tale da rallentare la discesa e permettere la fuga del bombardiere dal luogo di detonazione. Nonostante queste precauzioni il pilota del Tupolev che sganciò la bomba fu quasi ucciso dall'esplosione.

La bomba fu sganciata il 30 ottobre 1961 alle ore 11:32 nella baia di Mitjušicha, sull'isola di Novaja Zemlja a nord del circolo polare artico.
Quando il bombardiere raggiunse l'altezza di 11mila metri sopra la zona prevista per il test, il pilota fece sganciare la bomba che cominciò a scendere rallentata dal suo paracadute. L'ordigno esplose 188 secondi dopo essere stata rilasciata (lasciando al pilota pochissimo tempo per allontanarsi a distanza di sicurezza) ad una altezza di 4000 metri dal suolo.

La sfera di fuoco si espanse fino a un diametro di quasi 8 chilometri, quasi raggiungendo la quota dove volava il Tupolev. Il pilota perse il controllo dell'areo, investito dal mostruoso spostamento d'aria, e riuscì a riprenderne il controllo solo dopo una caduta libera di quasi mille metri.

La pressione dello scoppio raggiunse un picco pari a sei volte quella di Hiroshima, e il fungo atomico causato raggiunse l'altezza di 64 chilometri. Il lampo venne visto a 1.000 chilometri di distanza.

L'onda d'urto venne registrata nell'insediamento di Dikson a 700 km, mentre vennero danneggiate le imposte in legno delle case sino a 900 km dall'ipocentro fino in Finlandia. Tutti gli edifici presenti sull'isola di Severnyj, realizzati in mattoni e legno, situati a 55 km di distanza dall'impatto vennero completamente distrutti. In alcuni distretti posti a centinaia di chilometri, le case in legno vennero rase al suolo.

Le radiazioni prodotte ionizzarono l'aria e interruppero le comunicazioni radio per quasi un'ora. Il pilota del Tupolev diede immediatamente l'informazione che l'esplosione era avvenuta al comando situato nella penisola di Kola, ma successivamente, non potendo più comunicare, i progettisti non poterono ricevere alcuna informazione sull'esito del test per 40 minuti.

L'onda sismica generata dall'esplosione fece tre volte il giro della Terra. Nonostante l'esplosione fosse stata innescata nell'atmosfera, l'U.S. Geological Survey misurò una magnitudo sismica compresa tra 5.0 e 5.2 con un'onda d'urto propagata e percepita in tutto il mondo.

Dopo più di mezzo secolo la Tsar Bomba rimane l'ordigno più potente mai costruito e fatto detonare dall'uomo, per quanto incredibile si trattò anche dell'esplosione più 'pulita' in quanto progettata per ridurre al minimo il fallout radioattivo dell'esplosione. La versione da 100 Megatoni, ottenibile impiegando Uranio 238 al posto del piombo per il terzo stadio, sarebbe invece stata estremamente 'sporca' in quanto metà dello yield della bomba (circa 50 Megatoni) sarebbe derivato dalla fissione dell'uranio.

Un simile ordigno, per le sue enormi dimensioni ed il peso, non ebbe mai un effettivo valore militare in quanto l'eccessivo peso la rendeva instrasportabile: non esisteva infatti un bombardiere in grado di trasportarla nel territorio degli Stati Uniti.

Su Youtube è disponibile il video (in russo) relativo al test della Bomba Zar (la cronaca ufficiale).