di Massimo Carpinelli. *

Il 6 agosto del 2025 ha segnato il sessantesimo anno dal bombardamento di Hiroshima seguito 3 giorni dopo da quello di Nagasaki.  Lo sgancio delle due bombe atomiche ha segnato la fine della Seconda guerra mondiale e mostrato al mondol’enorme e terrificante potere distruttivo di questi nuovi ordigni capaci di liberare enormi quantità di energia. L’unità di misura che viene convenzionalmente usata per le bombe atomiche è il kilotone che corrisponde all’energia liberata dall’esplosione di 1000 chili di tritolo. Le bomba sganciata su Hiroshima era da 13 kilotoni, quella su Nagasaki da 20. 

Una esplosione nucleare tipicamente rilascia circa 20 milioni di volte l’energia di un egual massa di tritolo, rendendo questi ordigni relativamente facili da trasportare. Infatti, sono stati costruiti anche piccoli bombe nucleari, della potenza di qualche centinaio di chili di tritolo del peso di decine di chili, trasportabili da una singola persona; anche quelle più potenti possono essere facilmente traportate da missili di dimensioni relativamente ridotte. Le bombe più grandi mai costruite sono quelle cosiddette termonucleari o all’idrogeno che hanno la potenza di migliaia di volte quella di Hiroshima. Gli ordigni nucleari sfruttano l’enorme energia contenuta nei nuclei, che può essere liberata attraverso due processi: la fissione e la fusione. Nella fissione un nucleo pesante si spezza in nuclei più leggeri, nella fusione invece due nuclei leggeri si fondono in un nucleo più pesante. In entrambi i processi la massa dei nuclei nello stato finale è minore di quella iniziale e la differenza è disponibile come energia secondo la celebre equazione di Einstein E=mc^2.

Esistono 3 tipi di ordigni nucleari, quelli che usano l’Uranio(come la bomba di Hiroshima), quelle che usano il Plutonio (come quella di Nagasaki) e quelle cosiddette termonucleari o all’Idrogeno, in cui un ordigno nucleare a fissione innesca una reazione di fusione nucleare. Nel processo di fissione è fondamentale il ruolo che hanno i neutroni, i componenti del nucleo degli atomi privi di carica elettrica, che per questo motivo possono facilmente penetrare il nucleo senza essere respinti dalla repulsione elettrostatica dei protoni. Non tutti gli elementi possono essere usati per costruire bombe, ad esempio l’Uranio 238, quello più abbondante sulla terra, non funziona, ma bisogna usare un suo isotopo raro l’uranio 235. Lo stesso vale per il Plutonio, dove si usa l’isotopo raro Plutonio 239.  Nel processo di fissione dell’Uranio 235 un neutrone urta un nucleo di Uranio, il nucleo si spezza e vengono emessi in media due neutroni, ognuno dei quali può a sua volta spezzare altri due nuclei. Quindi al passo successivo si hanno 4 neutroni, poi 8, 16 e così via. Questa è la cosiddetta reazione a catena che porta in pochi passaggi e in un tempo brevissimo ad avere un numero grandissimo di nuclei che si spezzano e liberano quantità enormi di energia. Naturalmente non tutti i neutroni colpiscono altri nuclei, molti di questi attraversano la materia ed escono indisturbati. Quindi se non ci sono abbastanza nuclei la reazione a catena non avviene. Perché questa condizione sia verificata bisogna disporre di una certa quantità di materiale fissile detta massa critica. La massa critica può essere ridotta utilizzando accorgimenti tecnici, anche molto ingegnosi, come la lenteesplosive di Von Neumann, geniale matematico ungherese membro del progetto Manhattan che la propose per la bomba al Plutonio, portando la massa critica a pochi chili.  Data la alta densità del Plutonio la sua massa critica corrisponde circa al volume di una lattina di una comune bevanda. Per l’Uranio la massa critica può essere ridotta fino a circa 15 Kg che corrispondono a un volume di circa un litro.

Per poter realizzare una bomba che non esploda immediatamente è necessario dividere la massa critica in più masse sottocritiche in modo che non ci sia la reazione a catena, mettendole poi insieme le masse solo quando si vuole fare esplodere la bomba. Il modo più semplice, utilizzato per le bombe all’Uranio è quello cosiddetto a cannone, in cui due masse sottocritiche di Uranio 235 altamente arricchito, vengono tenute separate e poi unite in modo da raggiungere la massa critica e generare la reazione a catena al momento dell’esplosione. Per le bombe al Plutonio si usano invece le lenti di Von Neuman che grazie a esplosivi disposti in forma sferica concentrano il Plutonio 239 al centro di una sfera raggiungendo la condizione di criticità e la successiva reazione a catena. Gli isotopi fissili Uranio 235 e Plutonio 239 sono piuttosto rari in natura e quindi devono essere prodotti artificialmente. Purificare l’Uranio per avere una alta percentuale di Uranio 235 è complicato e può essere fato con varie tecniche, di cui quella più usata oggi utilizza centrifughe appositamente disegnate. Produrre Plutonio 239 è relativamente più semplice. Il Plutonio è prodotto in abbondanza nelle centrali nucleari e può essere purificato con tecniche chimiche consolidate. La costruzione degli impianti di arricchimento del Plutonio e dell’Uranio fu uno dei punti chiave della costruzione della prima bomba atomica. 

Per realizzare gli ordigni nucleari occorre quindi sia una conoscenza approfondita della struttura del nucleo che un apparato tecnologico e industriale notevoleche un gran numero di fisici, chimici, matematici, ingegneri di altissimo livello che lavorano insieme. Questo fu il progetto Manhattan, che diede agli Stati Uniti la prima bomba atomica. Il progetto fu coordinato dal Generale Leslie Groves che ne affidò la direzione scientifica al fisico Oppenheimer permettendogli di raccogliere i migliori scienziati e lasciandogli la libertà di lavorare come se fosse un esperimento scientifico. La decisione di sganciare la bomba è stata una decisione politica e militare, presa dagli uomini che governavano gli Stati Uniti in guerra, ma la sua costruzione ha richiesto anni di lavoro delle migliori menti dell’epoca. Premi Nobel come il nostro Enrico Fermi, Edward Teller, Richard Feynman, Ernest Lawrence e molti altri parteciparono al progetto Manhattan. Il ruolo di Fermi fu determinante grazie alla realizzazione a Chicago della cosiddetta “pila” di Fermi, il primo reattore nucleare che sfruttava le reazioni di fissione nucleare controllata per produrre energia, oltre a numerosi altri contributi scientifici e tecnici. La storia di Fermi è simile a quella di molti altri scienziati che lasciarono l’Europa per sfuggire a persecuzioni razziali o politiche e trovarono rifugio e risorse per continuare i loro studi negli Stati Uniti, che divennero così uno straordinario concentrato di intelligenze dando al paese che le accolse la possibilità di conquistare un primato tecnologico e militare per decenni. Una notevole eccezione fu Albert Einstein che non lavorò direttamente alla costruzione della bomba. Einstein però scrisse insieme a Leo Szilard, altro geniale scienziato ungherese, una famosa lettera al Presidente degli stati Uniti Roosevelt mettendolo in guardia dal pericolo che la Germania nazista potesse sviluppare per prima la bomba atomica e suggerendo che gli Stati uniti sviluppassero un proprio programma nucleare. Questa lettera fu recepita e diede inizio al progetto Manhattan.

La partecipazione di un così grande numero di scienziati ha sempre suscitato dibattiti e polemiche sul fatto che le migliori menti dell’epoca si fossero messe a lavorare a un’arma di distruzione. Alla base della bomba atomica c’è la straordinaria rivoluzione culturale che è stata la fisica quantistica e la relatività all’inizio del secolo, che ha portato a conoscere le proprietà fondamentali degli atomi prima e poi dei nuclei. La conoscenza della natura è un valore in sé, ma non appena conosciamo le sue leggi il passo a utilizzarle per costruire oggetti che possono avere applicazioni industriali e militari è breve. Anzi spesso la necessità di costruire armi più sofisticate stimola la ricerca. È sempre stato così: la leggenda degli specchi ustori di Archimede, le macchine da guerra di Leonardo, il radar e il suo ruolo decisivo come strumento difensivo nella battaglia di Inghilterra, e tanti altri esempi. Quando si criticano gli scienziati del progetto Manhattan si dimentica che le leggifisiche delle reazioni nucleari erano note agli scienziati di tutto il mondo, che fino all’inizio della guerra e in parte durante, collaboravano e si scambiavano idee per progredire nei loro studi. Quello che Einstein scriveva nella sua lettera al presidente degli Stati Uniti era vero. Heisenberg, uno dei padri della fisica moderna, e uno dei pochi che rimase in Germania, lavorava alla versione tedesca del progetto Manhattan, che non ebbe successo. 

L’Urss ebbe la sua prima bomba atomica nel 1949, grazie ai suoi scienziati ma anche grazie a spie famose. Da allora molti altri paesi si sono dotati della bomba atomica, o cercano di ottenerla. La speranza è che gli stati democratici, quelli che si ispirano agli ideali di Liberté, Égalitè, Fraternitè, riescano con tutti gli strumenti militari, economici e politici che hanno a evitare che si ripetano orrori come quelli che ha sofferto il Giappone 60 anni fa. Tra le molte considerazioni che si possono fare a proposito del progetto Manhattan una è che il modo migliore per indebolire i regimi totalitari, è accogliere i migliori cervelli, i giovani più brillanti, che da quei regimi vogliono o devono scappare, e abbracciarli come fratelli.

*Massimo Carpinelli (nella foto) è ordinario di fisica all’Università Bicocca, direttore del centro Ego di Cascina ed ex rettore dell’ateneo di Sassari