Non è semplice trovare una scoperta scientifica che abbia avuto un impatto più grande sulla popolazione e sulla politica mondiale di quello dell’energia nucleare. L’umanità ha preso coscienza di questa nuova forma di energia il 6 agosto 1945 quando si diffuse nel mondo la drammatica notizia dell’esplosione di una bomba nucleare sulla città giapponese di Hiroshima (80.000 morti immediati).
La storia del nucleare ha inizio 1916 con il fisico tedesco Albert Einstein attraverso la teoria della relatività ristretta, principio di equivalenza massa-energia, espressa nell’equazione:
E = mc²
in cui :
E è l’energia, espressa in joule; m è la massa, espressa in chilogrammi; c² è la velocità della luce al quadrato, espressa in m/s;
la quale rappresenterebbe il fondamento teorico dell’energia nucleare. Questa formula suggerisce in linea di principio, la possibilità di trasformare direttamente la materia in energia o viceversa. Einstein non vide applicazioni pratiche in questa scoperta. Intuì però che il principio di equivalenza massa-energia poteva spiegare il fenomeno della radioattività, ovvero che certi elementi emettono energia spontanea, e una qualche reazione che implicasse l’equivalenza poteva essere la fonte di luminosità che accende le stelle. L’idea che una reazione nucleare si potesse anche produrre artificialmente, cioè sotto forma di reazione a catena, fu sviluppata in seguito alla scoperta del neutrone che avvenne 1932 quando il fisico Chadwick ottenne la conferma sperimentale della sua esistenza (scopriremo che i neutroni sono di fondamentale importanza per indurre il processo di fissione con successiva liberazione di energia).
Nel 1934 il gruppo di fisici italiani (i ragazzi di via Panisperna) diretti da Enrico Fermi bombardano sperimentalmente alcuni atomi con i neutroni e, quasi inconsapevolmente, realizzano la prima rudimentale fissione nucleare.
Nel 1938, si capì che, bombardando con neutroni il nucleo di certi tipi di atomi, come l’uranio, si poteva indurne lo divisione (in termine tecnico: la «fissione»), con la produzione di energia. Si apriva in tal modo la possibilità di sfruttare a nostro piacimento le gigantesche quantità di energie presenti nei nuclei. Si ebbe un’idea che si dimostrò fatale: si sarebbe potuto sfruttare l’atomo per nuove e dirompenti applicazioni nel settore militare, grazie alla cosiddetta reazione a catena. Prendeva piede la possibilità di una “superbomba” dalla potenza sino ad
allora inimmaginabile, davvero fantascientifica per quei tempi. Con questa prospettiva, essendo ormai alla vigilia della seconda guerra mondiale, fu inevitabile che gli studi sul nucleare, fino a quel momento compiuti in competitiva collaborazione tra gruppi delle diverse nazioni, venissero secretati; non si poteva certo permettere che stati nemici potessero avvantaggiarsi, imparando a gestire reazioni che generavano cento milioni di volte più energia rispetto alla classica reazione chimica impiegata nell’esplosivo tradizionale di dinamite o tritolo.
In questa corsa alla bomba, come è noto, il successo arrise agli Stati Uniti. Il loro programma nucleare militare, battezzato Progetto Manhattan, iniziò nel 1942 (spinto anche da una lettera scritta da Einstein al Presidente Roosevelt) e godette di risorse mai viste in precedenza in nessun settore tecnico-scientifico. Sotto la direzione del fisico Robert Oppenheimer e con il fondamentale contributo di Fermi, i più brillanti esperti mondiali di fisica si impegnarono nella più audace e difficile applicazione concreta degli studi scientifici. Il risultato del loro lavoro si ebbe già nell’estate del 1945, quando le esplosioni atomiche, prima nel deserto di Alamogordo nel New Mexico e, poco dopo, sulle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki, cambiarono per sempre il modo di immaginare la guerra, che divenne improvvisamente capace di uccidere in un istante milioni di persone.
La potenza del nuovo ordigno lo rendeva però inadatto a discriminare tra personale militare e popolazione, rendendo così il conflitto ancor più sanguinario e con effetti sempre più gravi per i civili, che per le leggi internazionali dovrebbero essere protetti.
La prima bomba al plutonio (nome in codice “The Gadget”) fu fatta esplodere nel “Trinity test” il 16 luglio 1945 nel poligono di Alamogordo, in Nuovo Messico. La prima bomba all’uranio (“Little Boy”) fu sganciata sul centro della città di Hiroshima il 6 agosto 1945. La seconda bomba al plutonio, denominata in codice “Fat Man“, fu sganciata invece su Nagasaki il 9 agosto 1945. Questi sono stati gli unici casi d’impiego bellico di armi nucleari, nella forma del bombardamento strategico.
L’Unione Sovietica recuperò abbastanza rapidamente il ritardo e sperimentò la prima bomba a fissione il 29 settembre 1949, ponendo così fine al monopolio degli Stati Uniti d’America. La Gran Bretagna, la Francia e la Repubblica Popolare Cinese sperimentarono un ordigno a fissione rispettivamente nel 1952, nel 1960 e nel 1964. Le testate nucleari, basate sia sul principio della fissione nucleare che della fusione termonucleare possono essere installate, oltre che su bombe aeree, su missili, proiettili d’artiglieria, mine o siluri.
Nel 1954 il presidente degli Usa, Eisenhower, inaugurò il progetto “Atom for Peace”, allo scopo di favorire l’applicazione civile dell’energia nucleare. In soli 12 mesi venne realizzata la prima centrale nucleare della storia, il reattore civile Borax III in grado di fornire energia elettrica a una piccola città dello Stato dell’Idaho (Usa).
Dopo che Enrico Fermi aveva trovato il modo di «addomesticare» la reazione a catena, facendola procedere in modo controllato, si realizzarono le prime centrali nucleari, il cui scopo iniziale fu esclusivamente militare: creare artificialmente un materiale non presente sul pianeta Terra, il plutonio, che ci si aspettava avesse caratteristiche ottimali per produrre bombe atomiche. Solo vari anni dopo la guerra, nei primi anni ’50, ci si impegnò per la realizzazione di centrali civili, capaci di produrre calore e soprattutto elettricità. Nacquero a quel punto tanti sogni (che oggi possiamo definire ingenui), che promettevano di fornire energia illimitata e a costi irrisori ad un’umanità attonita di fronte all’enorme potenza dell’atomo. Ma si posero anche le radici per alcuni
incubi che ancora ci accompagnano al giorno d’oggi.
Definizioni
neutrone
Il neutrone è una particella elementare che agisce come «collante» per i protoni responsabili della carica positiva dei nuclei, che altrimenti, per repulsione elettrostatica, non potrebbero restarsene assieme. Non avendo carica elettrica (da cui il suo
nome) può venir utilizzato come efficace sonda per giungere fin nel cuore dell’atomo,
dove può venirvi catturato oppure viceversa causarne la spaccatura. Questo ha permesso di produrre tanto le bombe quanto i reattori nucleari.
Fissione nucleare
Nella fissione nucleare si parte con un nucleo di un atomo (adatto), contro cui si spara un neutrone di energia appropriata per riuscire a spaccarlo (fenomeno della fissione) con la liberazione di grandi quantità di energia. A seguito di questa rottura vengono anche liberati due o tre neutroni i quali, se si sono fatte le cose per bene (purezza dei materiali, densità adatta, …), possono indurre la fissione di altri nuclei circostanti. Si liberano così altri neutroni che possono continuare il processo, come in una valanga, fin quando tutti, o almeno una buona parte dei nuclei presenti, hanno reagito. Se la «reazione a catena» si sviluppa in modo incontrollato, selvaggio, si ha la bomba; se invece la si riesce a controllare, si può realizzare una centrale nucleare.
