Bomba all'idrogeno

La bomba all'idrogeno o bomba H (più propriamente bomba a fusione termonucleare incontrollata, in gergo "la superbomba") è una bomba a fissione-fusione-fissione in cui una normale bomba atomica, che serve da innesco, viene posta all'interno di un contenitore di materiale fissile insieme ad atomi leggeri. Quando la bomba A esplode, innesca la fusione termonucleare dei nuclei degli atomi leggeri; questo processo provoca a sua volta la fissione nucleare del materiale che la circonda (solitamente la reazione di fissione corrisponde a 2/3 della potenza totale, mentre quella di fusione ad 1/3).

In questo tipo di bomba dunque l'energia liberata deriva oltre che dalla fissione nucleare anche dalla fusione termonucleare fra nuclei di isotopi diversi dell'idrogeno: il deuterio ed il trizio. Nel caso della bomba al deuterio e litio, tale processo avviene secondo una reazione nucleare del tipo:

²H + ³H → ⁴He + n + 17,6 MeV

Il trizio non è di per sé presente nella composizione iniziale della bomba ma viene prodotto dall'urto di neutroni veloci contro nuclei dell'isotopo del litio avente numero di massa 6 e nuclei di deuterio secondo queste due reazioni nucleari:

⁶Li + n → ³H + ⁴He + 4,8 MeV

e

²H + n → ³H + 6,2 MeV

La temperatura e la pressione elevatissime necessarie affinché avvenga la fusione termonucleare nonché i neutroni veloci indispensabili per generare l'idrogeno 3 vengono forniti, come già detto, da una bomba A.

A differenza della bomba atomica, con quella H non vi è alcuna limitazione teorica di potenza. Tale potenza è una funzione a scalino di un certo numero di variabili. Inoltre la bomba termonucleare non necessita di una massa critica a differenza della bomba A. In realtà, però, essendo necessaria quest'ultima per attivare il processo di fusione termonucleare, rimane ugualmente la necessità a monte di una massa critica. La prima bomba H venne sperimentata dagli U.S.A. nel novembre del 1952. L'Unione Sovietica sperimentò il suo primo ordigno (alla cui realizzazione molto contribuì Andrej Sakharov) nell'agosto 1953. Seguirono il Regno Unito, la Repubblica Popolare Cinese e la Francia rispettivamente nel 1957, 1967 e 1968. A differenza della bomba A la bomba H non è mai stata impiegata in operazioni belliche.

Analogamente alla bomba A la bomba H può essere installata su diversi sistemi d'arma: aerei, missili balistici, missili lanciati da sottomarini.

Nel 1961, in una serie di test nucleari, l'URSS fece esplodere la più potente bomba mai realizzata che liberò un'energia 3 125 volte la bomba a fissione Little Boy lanciata su Hiroshima.

Bombe di tipo Teller-Ulam

Il classico tipo di bombe a fusione fu progettato da Teller e Ulam impiegando un'esplosione a tre stadi (fissione-fusione-fissione): viene spesso applicato ai missili balistici intercontinentali con testata nucleare di elevato potenziale. In questo tipo di ordigno, la fissione è provocata da una bomba ad implosione; in più è presente un involucro esterno (detto tamper) costituito da un cilindro di uranio 238, contenente il solido composto da litio e deuterio (deuteruro di litio) oltre ad una canna vuota di plutonio 239 posta al centro del cilindro. La necessaria separazione tra la bomba a fissione e il cilindro è permessa da uno scudo in uranio 238 e da una schiuma che riempie in sicurezza gli spazi vuoti rimasti.

Una volta che la bomba a fissione viene fatta brillare, si verifica una serie complessa di eventi:

i raggi X dovuti allo scoppio della bomba a implosione riscaldano l'intero nucleo, mentre le protezioni prevengono una detonazione prematura;
il riscaldamento provoca un forte aumento di pressione che comprime il deuteruro solido;
nel frattempo comincia un processo di fissione nella canna di plutonio, il che provoca emissione di radiazioni e di neutroni;
l'urto fra questi neutroni e il litio porta alla formazione di trizio;
a questo punto si verifica la vera e propria fusione;
all'enorme energia e calore appena sviluppati si aggiungono quelli della fissione indotta nei frammenti di uranio 238 interni all'ordigno (provenienti da cilindro e scudo);
le energie prodotte da fissione e fusione si sommano dando vita ad una potentissima esplosione nucleare, dell'ordine di grandezza di numerosi megatoni.

L'intero processo dura 600 ns.

I danni

Esplosione della prima bomba termonucleare della storia: Ivy Mike test

Sono quattro i fattori distruttivi dovuti all'esplosione di un ordigno nucleare:

onda di calore fino a 3,2 milioni di gradi centigradi in corrispondenza del punto di detonazione;
onda d'urto;
emissione di radiazioni (direttamente con l'esplosione e tramite successivo Fallout radioattivo);
effetto EMP (Electro Magnetic Pulse), questo scoperto solo a partire da alcuni test nucleari dei primi anni sessanta.

Le esplosioni nucleari possono essere a loro volta classificate in cinque tipi:

aero-alte: esplosione nella stratosfera, con forte rilascio di particelle alfa e beta e scarso rilascio di radiazioni gamma, che però vengono fermate dall'atmosfera; nessun danno agli esseri umani ma viene rilasciato un gigantesco impulso elettromagnetico (EMP, Electro Magnetic Pulse) che distrugge qualunque apparecchiatura elettronica non protetta da adeguata schermatura o funzionante con valvole termoioniche; inoltre vengono azzerate le comunicazioni radio per un certo periodo a causa dei disturbi;
aero-basse: esplosione nell'atmosfera a poche centinaia di metri di altezza, con forte rilascio di particelle alfa e beta e scarso rilascio di radiazioni gamma, letali nel raggio di diversi chilometri in un tempo breve. Scarso fall-out nucleare;
superficiali: esplosione a terra, con forte rilascio di radiazioni gamma, e scarso rilascio di particelle alfa e beta; elevata ricaduta radioattiva dovuta alle polveri sollevate, pesantemente contaminate. Danni anche di tipo sismico alle cose, ma minori effetti immediati sulle persone;
sotterranee: nessun rilascio di particelle, che vengono schermate dal terreno, e di onde elettromagnetiche. Forte onda sismica, proporzionale alla potenza dell'arma. È usata principalmente nei test per le armi nucleari;
sottomarine.