Bomba atomica: come funziona e la storia di Hiroshima e Nagasaki

Come funziona la fissione nucleare

La bomba atomica libera energia dividendo i nuclei di atomi pesanti, un processo che i fisici chiamano fissione nucleare. Quando un neutrone colpisce un nucleo pesante come l’uranio-235 o il plutonio-239, il nucleo diventa instabile e si divide rapidamente in due frammenti di massa simile. Ogni divisione libera in media 2-3 nuovi neutroni (la fissione dell’uranio-235 ne rilascia circa 2,45, quella del plutonio-239 circa 2,9), insieme a un’enorme quantità di energia: circa 200 MeV per ogni nucleo di uranio-235 diviso, l’equivalente di 82.000 miliardi di joule per ogni chilogrammo di materiale fissionato. Circa l’85% di quell’energia è calore, sotto forma di energia cinetica dei frammenti.

Perché la reazione si autosostenga serve una quantità minima di materiale, la massa critica: la soglia oltre cui i neutroni prodotti superano quelli persi verso l’esterno. Con un riflettore di neutroni intorno al materiale bastano circa 15 kg di uranio-235 o 5 kg di plutonio-239; senza riflettore, i primi esperimenti di Enrico Fermi e Leo Szilard stimarono la soglia dell’uranio-235 attorno ai 50 kg. La forma conta quanto la quantità: una sfera ha la superficie minima per una data massa, e quindi disperde meno neutroni verso l’esterno rispetto a qualunque altra forma.

Esempio pratico: superata la massa critica, la reazione a catena si comporta come una fila di tessere del domino che si abbattono da sole. Ogni fissione ne innesca altre 2-3, che a loro volta ne innescano altre ancora, in una progressione che nella bomba avviene in una frazione di secondo. È lo stesso principio fisico che, rallentato e controllato, alimenta i reattori nucleari usati per produrre elettricità.

La fissione va distinta dalla fusione, il processo opposto che alimenta le stelle: nella fusione due nuclei leggeri, come il deuterio e il trizio, si uniscono in un nucleo più pesante, liberando ancora più energia per chilogrammo di materiale (la reazione deuterio-trizio produce elio-4, un neutrone e 17,6 MeV). Le due bombe usate nel 1945 sfruttavano entrambe la fissione, non la fusione.

Il Progetto Manhattan

Lo sviluppo della bomba avvenne dentro la Seconda guerra mondiale, nel programma segreto noto come Progetto Manhattan. Fu un’operazione su scala industriale, paragonabile per organizzazione all’industria automobilistica dell’epoca, che mise insieme scienziati di primo piano, industria privata, militari e decine di migliaia di cittadini americani. Costò 2,2 miliardi di dollari dell’epoca e arrivò a impiegare 130.000 lavoratori al suo picco, distribuiti soprattutto su tre siti: Oak Ridge, in Tennessee, dove si arricchiva l’uranio; Hanford, nello Stato di Washington, dove si produceva il plutonio; e Los Alamos, nel New Mexico, dove si progettavano gli ordigni.

Il 16 luglio 1945, nel deserto del New Mexico, il progetto raggiunse il suo momento decisivo: il test Trinity fece esplodere il primo ordigno nucleare della storia, una bomba al plutonio a implosione dello stesso tipo che tre settimane dopo sarebbe stata usata su Nagasaki.

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti è il discendente diretto del Manhattan Engineer District, l’unità dell’Army Corps of Engineers che costruì la bomba. Il 10 novembre 2015 i tre siti principali del progetto sono diventati il Manhattan Project National Historical Park, dopo che una legge sulla difesa nazionale ne aveva autorizzato la creazione il 19 dicembre 2014.

Hiroshima e Nagasaki, agosto 1945

Il 6 agosto 1945, alle 8:15 ora locale, il bombardiere B-29 “Enola Gay” (decollato dall’isola di Tinian alle 2:45 del mattino, pilotato dal colonnello Paul Tibbets) sganciò su Hiroshima la bomba “Little Boy”. Tre giorni dopo, il 9 agosto, il B-29 “Bockscar”, pilotato da Charles Sweeney, sganciò “Fat Man” su Nagasaki alle 10:58 ora locale: il bersaglio originale della missione era Kokura, scartata all’ultimo momento per la copertura nuvolosa e la scarsa visibilità.

A Hiroshima, dove vivevano fra 280.000 e 290.000 civili più 43.000 soldati, l’esplosione danneggiò o distrusse 70.000 edifici su 76.000, di cui 48.000 completamente rasi al suolo; la temperatura al suolo raggiunse i 7.000 gradi Fahrenheit, circa 3.870 °C, in meno di un secondo. Le stime delle vittime variano secondo l’orizzonte temporale considerato: fra 90.000 e 166.000 morti nei quattro mesi successivi, mentre la città di Hiroshima stima 237.000 morti diretti o indiretti (ustioni, malattia da radiazioni, tumori) in un arco più lungo. A Nagasaki, con circa 263.000 abitanti fra civili, soldati e prigionieri, si stimano fra 40.000 e 75.000 morti immediati e circa 80.000 morti complessivi entro la fine del 1945; il raggio di distruzione totale fu di circa 1,6 chilometri. Secondo la World Nuclear Association, la maggior parte dei decessi in entrambe le città fu causata da lesioni da scoppio e ustioni, non dalla radiazione diretta.

Esempio pratico: un comitato di scienziati e ufficiali militari valutò, prima dell’uso della bomba, l’idea di una dimostrazione in un’area disabitata invece che su una città. La scartò all’unanimità, perché non c’era garanzia che avrebbe convinto i vertici giapponesi ad arrendersi. Nella stessa valutazione pesava il costo umano previsto di un’invasione: la battaglia di Okinawa, fra aprile e giugno 1945, era già costata agli Stati Uniti circa 49.000 vittime, e il Giappone aveva schierato oltre 560.000 soldati sull’isola di Kyushu in vista di un possibile sbarco.

La resa del Giappone, e un dibattito ancora aperto

Il Giappone annunciò la resa il 14 agosto 1945. Le settimane precedenti avevano visto convergere più fattori. L’8 agosto 1945 l’Unione Sovietica dichiarò guerra al Giappone e il giorno dopo, il 9 agosto, invase la Manciuria con oltre 1,5 milioni di soldati su tre direttrici, eliminando la speranza giapponese in una mediazione di Mosca per una pace negoziata.

Il peso relativo di questi fattori resta materia di dibattito fra gli storici. Alcuni, come Tsuyoshi Hasegawa, sostengono che l’ingresso sovietico in guerra abbia pesato quanto i bombardamenti atomici, se non di più, proprio perché tolse al Giappone l’ultima via diplomatica verso una pace negoziata. Altri assegnano il peso decisivo alle due bombe. Non esiste un consenso unico, ed è una semplificazione indicare le bombe atomiche come causa esclusiva della resa: la decisione giapponese nacque dalla somma di più pressioni convergenti nello stesso arco di giorni.

Dopo la bomba: radioattività, ricostruzione, non proliferazione

L’energia della bomba si divise fra radiazione iniziale, circa il 5% del totale, responsabile dei danni immediati entro circa un chilometro, e radiazione residua, circa il 10% del totale. Quest’ultima calò rapidamente: secondo il comune di Hiroshima, l’80% fu emesso entro le prime 24 ore, e dopo una settimana i livelli erano già scesi a un milionesimo rispetto a quelli immediatamente successivi all’esplosione. Nel 2026 i livelli di radiazione misurati a Hiroshima e Nagasaki corrispondono al fondo di radiazione naturale presente in ogni parte del pianeta. Le due città sono state ricostruite e sono diventate importanti centri industriali: nel 2026 Hiroshima conta oltre un milione di abitanti, Nagasaki circa 440.000.

Sul piano internazionale, la corsa agli armamenti nucleari che caratterizzò la guerra fredda, la stessa rivalità tecnologica fra Stati Uniti e Unione Sovietica che, per vie diverse, avrebbe portato anche all’allunaggio dell’Apollo 11, spinse le due superpotenze e altri paesi a dotarsi di arsenali sempre più grandi. Il Trattato di Non Proliferazione Nucleare, aperto alla firma nel 1968 ed entrato in vigore il 5 marzo 1970, provò a fermare quella diffusione: gli Stati dotati di armi nucleari si impegnarono a non trasferirle, quelli senza a non acquisirle, sotto la verifica dell’Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica sulle attività nucleari civili. Esteso a tempo indeterminato nel 1995, il trattato conta 191 Stati parte, il più ampiamente sottoscritto al mondo in materia di non proliferazione nucleare.