La fisica dietro Oppenheimer: come funzionano le bombe di Hiroshima e Nagasaki

Ultimamente non si parla d’altro: l’ultima opera di Christopher Nolan è, insieme a Barbie, il fenomeno cinematografico dell’anno. L’uscita nelle sale di tutto il mondo di “Oppenheimer” non ha solo rimarcato il genio indiscusso del regista statunitense ma ha riportato in auge un interesse, mai realmente sopito, verso il più temibile ordigno mai utilizzato dall’uomo in ambito bellico. Attraverso la magistrale interpretazione di Cillian Murphy, il pubblico ha riscoperto la storia di uno dei più controversi geni del secolo scorso: Julius Robert Oppenheimer. Proprio il fisico americano, protagonista della pellicola, fu il direttore scientifico del “Progetto Manhattan“, programma di ricerca e sviluppo in ambito militare che portò alla realizzazione delle prime bombe atomiche nel corso della seconda guerra mondiale. Senza entrare particolarmente nel merito della pellicola di Nolan, scopriamo qual è il funzionamento alla base delle due bombe che hanno portato alla resa il Giappone mettendo di fatto fine al conflitto.

Come funziona la bomba

La reazione chimico-fisica alla base della bomba atomica è la fissione nucleare e la reazione a catena da essa scatenata. Per innescare questa reazione è necessario sparare un neutrone verso degli atomi detti “fissili” così da spezzarli e dividerli in atomi più piccoli liberando energia. Questi atomi più piccoli, a loro volta, spezzandosi rilasceranno neutroni che andranno così a colpire altri atomi dando inizio ad una reazione a catena che libererà energia in maniera esponenziale. Gli atomi utilizzati per la fabbricazione delle bombe progettate dall’equipe del “Progetto Manhattan” sono l’Uranio 235 ed il Plutonio 239. Questi due elementi sono in realtà degli “isotopi” ovvero atomi che conservano il loro normale numero atomico, caratterizzato dalla quantità di protoni al proprio interno, ma presentano un alternato numero di neutroni.

Little Boy

Le bombe sganciate sul Giappone nei primi giorni d’Agosto del 1945 non sono però uguali. Little Boy, nome in codice della bomba Mk.1, fu la seconda bomba atomica realizzata dal Progetto Manhattan dopo il “Trinity Test“, prima detonazione nucleare della storia, eseguito con il prototipo “Gadget”. Little Boy fu la prima bomba usata per fini bellici: la mattina del 6 Agosto 1945 il veicolo bombardiere ribattezzato “Enola Gay” sgancia la bomba sulla città giapponese di Hiroshima. L’ordigno esplode all’altezza predeterminata di 580m per sortire maggiori effetti distruttivi. L’esplosione portò via la vita a circa 70.000 persone ed un numero altrettanto alto di civili rimase ferito; negli anni successivi migliaia di persone morirono a causa delle radiazioni. “Little Boy” era progettata secondo un sistema di detonazione a blocchi separati: una tecnologia abbastanza rudimentale detta “a proiettile” che prevedeva l’uso di circa 64kg di Uranio 235. All’interno di un tubo cilindrico, una semplice detonazione faceva partire il proiettile di Uranio arricchito che andava quindi a colpire il nucleo fissile, anch’esso in Uranio, posto sull’estremità opposta. Tale impatto portava le due masse, inizialmente Sub Critiche, quindi incapaci di dare il via alla reazione a catena, ad essere invece Super Critiche, quindi capaci di liberare energia attraverso la fissione degli atomi e la conseguente liberazione di neutroni. Successivamente il sistema di detonazione balistico utilizzato per “Little Boy” fu abbandonato sia per ragioni tecniche, era infatti meno efficiente dei progetti successivi, sia per motivi di sicurezza poiché poteva essere innescato involontariamente.

Fat Man

Tecnologia totalmente differente fu invece utilizzata per la realizzazione di “Fat Man“, nome in codice per indicare la bomba Mk2: il secondo ordigno adoperato dalle forze statunitensi nel corso del secondo conflitto mondiale contro il Giappone. A pochi giorni di distanza dalla prima detonazione nucleare, il 9 Agosto del 1945 “Fat Man” fu sganciata dal bombardiere “Bockscar” su Nagasaki: questa città era in realtà l’obiettivo alternativo poiché la città di Kokura, obiettivo primario, era coperta dalle nubi. L’esplosione sviluppò una potenza di 25 chilotoni superando quindi di gran lunga la precedente esplosione di Hiroshima (era di 16 chilotoni). Nonostante la maggiore potenza distruttrice, lo sviluppo collinare della città di Nagasaki comportò un numero assai inferiore di vittime che si attestarono intorno alle 35.000. A differenza dal precedente modello “Little Boy”, la bomba Mk.2 utilizzava un sistema ad implosione: l’esplosivo che circondava la sfera cava di Plutonio 239 la faceva implodere fino a raggiungere la massa critica e dare così inizio alla reazione a catena. L’esplosione nucleare di Nagasaki pose fine alla Seconda Guerra Mondiale data la resa di un Giappone oramai in ginocchio ed incapace di reggere un ipotetico terzo attacco.