in questo video parliamo di armi nucleari la più nefasta tra le applicazioni tecnologiche perché sono armi di distruzione di massa e le armi nucleari possono essere divise in due grandi categorie ci sono le bombe atomiche che sono bombe a fissione nucleare dette anche bombe a e le bombe termonucleari che invece sfruttano la fusione nucleare dette anche bombe h dove h sta per idrogeno le bombe sganciate su Hiroshima Nagasaki erano bombe a fissione nucleare mentre bombe a fusione nucleare sono state fatte detonare solo in simulazioni negli anni 50 e 60 in questo video vedremo le bombe a fissione nucleare se poi siete interessati fatemelo sapere nei commenti e potremo anche fare un secondo video sulle bombe termonucleari gli ingredienti principali per fare una bomba a fissione nucleare sono gli elementi fissili che sono un po' come la farina per il pane senza elementi fissili non si può realizzare una bomba fissione e gli elementi fissili sono sostanzialmente due ovvero l'uranio 235 che è stato utilizzato per la bomba di iroshima e il plutonio 239 utilizzato per la bomba di Nagasaki oltretutto Questi sono i due elementi necessari anche per le centrali a fissione nucleare Infatti il principio di funzionamento di una bomba e di una centrale è abbastanza simile sebbene come Vedremo nel video c'è una differenza sostanziale che fa sì che una centrale non non potrà mai esplodere come una bomba e capiremo presto perché quindi per capire come funzionano le bombe e in parte anche le centrali Dobbiamo capire bene cosa si intende per elemento fissile e per farlo dobbiamo fare riferimento al nucleo di un atomo il nucleo di un atomo è composto da nucleoni Ci sono due tipi di nucleoni ci sono i protoni qua rappresentati in rosso che sono particelle con carica positiva e i neutroni che sono neutri In particolare l'uranio ha 92 protoni che è il numero che leggiamo qua in basso Invece questo 235 rappresenta il numero di nucleoni cioè il numero totale tra protoni e neutroni quindi ha 235 nucleoni per sapere quanti neutroni ha bisogna fare la differenza 235 - 92 fa 143 a 143 neutroni il numero di protoni è quel numero che fa sì che l'uranio sia uranio cioè ogni elemento ha un preciso numero di protoni Se cambiamo il numero di protoni cambiano le caratteristiche chimiche e fisiche di quell'elemento e quindi è un altro elemento e il motivo è abbastanza semplice perché i protoni sono carichi positivamente e determinano tramite le interazioni elettromagnetiche la struttura degli orbitali intorno che poi sono quelli che creano i legami chimici e danno le proprietà agli atomi invece i neutroni non avendo carica elettrica non vanno a modificare gli orbitali esterni ma semplicemente incrementano la massa per questo si legge uranio 235 senza nominare il 92 perché se è uranio non possono che essere 92 In modo analogo il plutonio 239 ha 94 protoni 239 nucleoni e quindi per differenza avrà 145 neutroni ora Cosa significa che questi elementi sono fissili facciamo l'esempio con l'uranio se ne potrebbe fare uno analogo col plutonio Supponiamo che un neutrone lento cioè un neutrone con bassa velocità vada a urtare un nucleo di uranio 235 il neutrone essendo neutro ha la possibilità di avvicinarsi al nucleo senza essere respinto dalle forze elettriche se si avvicina molto potrebbe essere essere catturato dal nucleo dell'uranio e quindi diventare uranio 236 perché ricordiamo che questo numero è la somma di protoni e neutroni Quindi se si aggiunge un neutrone aumenta di una unità l'uranio 236 manifesta quel fenomeno che è detto appunto fissione nucleare cioè si spacca in due atomi più piccoli Ad esempio in bario 141 e crypton 92 ad esempio perché ci sono anche altre possibilità Questa è uno dei possibili sottoprodotti che prendiamo come esempio diciamo un è uno abbastanza frequente ora facciamo due Conticini il bario ha 56 protoni mentre il crypton ne ha 36 se facciamo 56 + 36 otteniamo 92 che sono quelli che avevamo all'inizio i conti tornano facciamo anche il conto con i nucleoni totali sono 141 per il bario e 92 per il krypton ma 141 + 92 fa 200 vuol dire che ne mancano tre per arrivare a 236 infatti in questa rappresentazione manca l'espulsione di altri tre neutroni quindi dalla fissione vengono espulsi altri tre neutroni e questo fatto è fondamentale perché questi neutroni potrebbero colpire altri atomi di uranio 235 e innescare un processo a catena Inoltre oltre a tutte queste particelle se noi misuri la massa dell'uranio 236 e separatamente la massa del bario del crypton e dei tre neutroni e facciamo la somma Notiamo che la massa complessiva è diminuita è diminuita perché parte di questa massa si è trasformata in energia secondo la formula energia uguale massa per C ^ seconda dove C è la velocità della luce e da ogni fissione viene liberata un'energia di 200 me elron volt Che vuol dire 200 milioni di elettronvolt sono tanti o pochi 200 milioni di elettronvolt in termini assoluti sono pochi perché sono solamente 3 * 10 ^ - 111 J Che vuol dire 0,10 dopo la virgola e poi 3 jou quindi pochissima energia Però in realtà un atomo è anche incredibilmente piccolo e anche in una piccolissima quantità di materia ci sono miliardi e miliardi di atomi quindi di fatto questi 3 * 10 ^ - 111 jou sono molti perché bisogna moltiplicarli per ogni fissione quindi l'energia liberata in queste trasformazioni in genere è enorme ora il ruolo di questi neutroni liberati come abbiamo detto prima è fondamentale perché se i neutroni liberati da ogni fissione sviluppano mediamente meno di un'altra fissione Allora il processo diminuisce fino a interrompersi e questo è il regime subcritico i reattori a fissione nucleare quelli presenti nelle centrali nucleari sono in regime subcritico cioè non si inesca una vera e propria Reazione a Catena un effetto a valanga Ma la fissione è mantenuta Con l'immissione di nuovi neutroni dall'esterno e quindi è molto controllata può essere abbassata o diminuita A piacere se invece questi tre neutroni liberati dalla fissione sviluppano una o più ulteriori reazioni Allora si sviluppa una reazione a catena con crescita esponenziale incontrollata cioè siè un regime detto ipercritico e questo è il funzionamento di una bomba atomica cioè una fissione che cresce molto velocemente e in un tempo molto breve libera una quantità di energia enorme In cosa consiste esattamente questa energia e sostanzialmente energia cinetica delle particelle e poi radiazioni altamente energetiche cioè raggi gamma e in parte anche raggi x Quali sono gli effetti di una bomba fissone nucleare se anzitutto una energia radiante diretta Cioè in pratica una sfera di fuoco che si allarga a incredibile velocità e crea un danno termico quindi uccide e distrugge per effetto termico il classico fungo atomico che si vede non sono altro che i moti convettivi dell'aria molto calda che molto velocemente va verso l'alto poi quando arriva in alta atmosfera lì l'aria è più fredda e quindi la temperatura diminuisce e si allarga a forma di fungo un altro effetto distruttivo è l'onda d'urto supersonica cioè questa massa d'aria che a velocità più alta di quella del suono si allarga in tutte le direzioni e quest'onda d'urto è in grado di demolire edifici e distruggere strutture il raggio di distruzione dipende sostanzialmente dalla quantità di materiale fissile utilizzato nella bomba e anche dall'efficienza della bomba cioè quale percentuale di materiale fissile ha subito effettivamente la fissione gli stessi detriti spazzati via dall'onda d'urto quindi pezzi di cemento pezzi di vetro diventano veri e propri proiettili che possono Uccidere persone anche a chilometri di distanza talmente alta la loro velocità la bomba di Hiroshima chiamata Little Boy conteneva 64 kg di uranio 235 e ha avuto una potenza distruttrice di 15 kot Che cos'è un kiloton è l'equivalente di tonnellate di tritolo però ricordiamo che kilo vuol dire migliaia quindi vuol dire che quella bomba aveva un potere distruttivo analogo all'esplosione di 15 tonnellate di tritolo invece la bomba di Nagasaki utilizzava il plutonio plutonio 239 una quantità 10 volte inferiore Ma la potenza è stata di 21 koton Il motivo è che il plutonio è più efficiente poi come Vedremo tra poco è stata costruita con una tecnologia migliore per così dire Da notare che le bombe che hanno ucciso centinia di migliaia di persone le hanno chiamate ragazzino e uomo grasso Comunque oltre all'esplosione vera e propria quindi danno termico e danno da onda d'urto dobbiamo anche tenere conto dell'esposizione alle radiazioni sia le radiazioni dirette cioè questi raggi gamma colpendo degli individui oltre a creare ustioni possono anche generare tumori e inoltre elementi radioattivi prodotti della fissione o materiale fissile che non ha subito la fissione si perde nell'ambiente e quindi rende l'ambiente poco salubre nei periodi successivi sul lungo periodo l'effetto da radiazione è minore di quello che si pensa perché poi questi pochi kilogrammi di materiale radioattivo sebbene altamente tossico vengono dispersi in regioni molto vaste e quindi i livelli di radioattività misurati oggi aoshima e Nagasaki sono del tutto nella media con il resto del mondo Inoltre dove prendiamo questo materiale fissile dove lo andiamo a prendere allora l'uranio si trova in natura però è mescolato all'uranio 238 che è quello più comune di uranio 238 ce n'è il 99,3 ha sempre 92 protoni però 3 neutroni in più mentre di uranio 235 che è quello fissile quello che ci interessa Ce n'è solo lo 0,7% si dice che i due elementi sono isotopi perché hanno lo stesso numero di protoni ma un diverso numero di neutroni ora per realizzare una bomba atomica Bisogna raccogliere almeno qualche kilogrammo di materiale che deve essere fissile al 93% non allo 0,7% e quindi bisogna realizzare a livello industriale dei processi di separazione dell'uranio 235 dall'uranio 238 e sono processi molto complessi e una volta raccolto uranio con alte percentuali di uranio 235 si parla di Uranio arricchito mentre quello che resta che ha percentuali molto basse di uranio 235 detto uranio impoverito il Plutone invece non si trova in natura perché gli elementi presenti in natura arrivano solo a 92 protoni l'uranio è l'ultimo mentre il plutonio ne ha 94 Ma viene prodotto artificialmente bombardato sempre con neutroni lenti uranio 238 che diventa quindi uranio 239 e poi anziché subire la fissione si ha un decadimento Beta un decadimento Beta semplificando e la trasformazione di un neutrone in un protone dato che la carica elettrica complessiva si deve conservare se un neutrone si trasforma in un protone deve anche emettere un elettrone che ha carica negativa in modo che la carica complessiva rimanga zero e questi elettroni sono stati chiamati in origine raggi Beta da cui decadimento Beta Quindi se un neutrone diventa un protone il numero complessivo di nucleoni è sempre 239 Ma i protoni sono aumentati di uno e sia quindi il neptunio 239 e poi con un altro decadimento Beta si ha il plutonio 239 ora all'inizio del video vi ho detto che una centrale nucleare non potrà mai esplodere Come fosse una bomba nucleare nemmeno se ci fosse un errore umano nemmeno se venisse sabotata l'incidente nucleare più grave della storia è stato Senz'altro quello di Chernobyl Eh è stata commesso una sequenza di errori incredibili Ma comunque non si è trattata di un'esplosione nucleare ma si è trattata di una esplosione di gas normale che ha liberato nell'ambiente del materiale radioattivo ma non è è stata un'esplosione nucleare il motivo principale per cui una centrale non può scoppiare è che mentre una bomba atomica richiede almeno il 93% di materiale fissile sia che sia uranio sia che sia plutonio invece una centrale nucleare ne utilizza tra il 3 e il 7% Inoltre per realizzare una bomba bisogna anche eseguire delle procedure particolari che tra poco vedremo Proprio con l'intento di fare una bomba per darvi un'idea non è neanche mai successo nella storia Almeno fino a oggi che per errore scoppiasse una bomba nucleare mentre altre bombe tradizionali depositi di polveri da sparo armerie è capitato che esplodessero per errore con armi nucleari per fortuna non è mai successo Perché l'attenzione la sicurezza in quest'ambito è sempre elevatissima Ma se non è mai esplosa una bomba per sbaglio possiamo escludere che possa esplodere una centrale per sbaglio Come fosse una bomba ora quando si hanno in magazzino delle bombe nucleari il materiale fissile è tenuto in regime subcritico perché non deve esplodere mentre quando si Sgancia la bomba sul territorio nemico e si vuole farla esplodere il regime deve passare da subcritico a ipercritico Vediamo come si fa a realizzare questo passaggio Allora regime sub critico significa che i neutroni liberati dalla fissione nucleare hanno alte probabilità di sfuggire dal dal materiale fissile e non non innescare altre fissioni quindi un primo modo per passare dal regime subcritico a ipercritico è aumentare la massa di materiale fissile messo in un certo luogo perché Maggiore il numero di atomi maggiore è la probabilità che casualmente un neutrone vada a generare un'altra fissione ma aumentare la massa non è l'unico metodo un altro metodo è far sì che questa Massa sia più compatta quindi avvicinarla il più possibile perché più gli atomi sono vicini tra loro Maggiore Sà sarà la probabilità che un neutrone vada a colpire un altro atomo Infine un terzo modo è quello di confinare i neutroni espulsi con delle barriere riflettenti Quindi se il neutrone non genera la fissione però dopo la riflessione ha un'altra chance di andare a colpire un atomo e creare quindi una una fissione una nuova fissione detto questo vediamo il funzionamento della bomba atomica sganciata su Hiroshima e quella sganciata su Nagasaki la prima quella di Hiroshima era una bomba più rudimentale infatti ha richiesto 64 kg di uranio 235 e parte dell'uranio era stato depositato Nella parte iniziale della bomba e un'altra parte in quella finale Eh quando si è voluto far esplodere una bomba dell'esplosivo tradizionale ha proiettato parte dell'uranio che è diventato un vero e proprio proiettile contro altro uranio nella parte finale tenuto come bersaglio e quindi per quello che abbiamo detto prima una Massa Maggiore si è trovata costretta in uno spazio molto ravvicinato e quindi si è innescata una reazione a catena questo però non è il modo migliore per costruire una bomba atomica perché solo una piccola parte di materiale ha subito effettivamente la fissione invece la bomba di Nagasaki è stata una bomba a implosione ovvero il plutonio perché è stato usato il plutonio È stato disposto lungo le pareti interne di una sfera d'acciaio e poi tramite dell'esplosivo tradizionale tutto il plutonio è stato sparato al centro quindi la massa è stata molto più raccolta Inoltre al centro c'era un innesco di polonio berilio che emette spontaneamente neutroni quindi va ad alimentare la fissione per quello che abbiamo detto prima la massa totale molto ravvicinata crea una reazione a catena cioè un regime i critico ultimamente si sente parlare di bombe nucleari tattiche che sono bombe a fissione che utilizzano poco materiale radioattivo quindi hanno un potere distruttivo minore rispetto a quelli di rosima Nagasaki ma comunque sempre devastante queste bombe più piccole è possibile realizzarle grazie alle migliori tecnologie che permettono di creare reazioni a catena anche con poco materiale poco intendo dire pochi kilog di uranio 235 o addirittura poche centinaia di grammi di plutonio Ma si tratta comunque di esplosioni più devastanti di qualunque altro esplosivo tradizionale Grazie per avermi seguito fino in fondo e ci vediamo al prossimo video