Bomba all'idrogeno e bomba atomica: qual'è la differenza?

Libera traduzione di un articolo di Stehanie Pappas apparso su Live Science il 6 gennaio 2016 nella sezione Tech.

La Corea del Nord ha annunciato mercoledì 6 gennaio 2016 di aver testato la bomba all'idrogeno, un'arma più potente della bomba atomica.

 Fungo atomico generato dal primo test eseguito con successo il 1° novembre 1952

Gli esperti non sono del tutto convinti che questo paese, notoriamente impenetrabile, abbia realmente costruito e sviluppato una bomba H. Tanto per essere chiari, secondo il Geological Survey americano, i disturbi sismici causati dall'esplosione avevano una magnitudo di 5.1, simile come forza ai segnali captati nel 2013 dopo il test di una bomba atomica effettuato dalla stessa Corea del Nord.

Bomba atomica e bomba all'idrogeno sono due diversi tipi di bomba nucleare. Stando agli esperti, le bombe all'idrogeno, o termonucleari, sono più potenti di quelle atomiche, o a fissione, per cui la somiglianza fra i due eventi sismici lascia molti dubbi sulle dichiarazioni della Corea del Nord.

La differenza fra bombe termonucleari e bombe a fissione comincia a livello atomico. Le bombe a fissione, come quelle usate a Nagasaki e Hiroshima, funzionano con la scissione del nucleo dell'atomo. Quando i neutroni, le particelle neutre del nucleo dell'atomo, si separano, alcuni vanno a colpire i nuclei degli atomi vicini causandone la separazione. Il risultato è una reazione a catena altamente esplosiva. Secondo l'Unione degli Scienziati Responsabili - Union of Concerned Scientists – le bombe sganciate su Hiroshima e Nagasaki avevano rispettivamente una potenza esplosiva equivalente, rispettivamente, a 15 e 20 kilotoni di TNTⁱ. Per contro, il primo test di arma termonucleare, o bomba all'idrogeno, eseguito negli Stati Uniti a novembre del 1952, aveva prodotto un'esplosione dell'ordine di 10.000 kilotoni di TNT.

Le bombe termonucleari iniziano con la stessa reazione di fissione delle bombe atomiche, ma la maggior parte dell'uranio o del plutonio nelle bombe atomiche non viene in effetti utilizzato. In una bomba termonucleare una fase ulteriore permette che venga resa disponibile una maggiore quantità di potenza esplosiva.

All'inizio l'esplosione di accensione comprime una sfera di plutonio 239, il materiale che poi viene sottoposto a fissione. All'interno di questo pozzetto di plutonio 239 si trova una camera piena di idrogeno allo stato gassoso. Le alte temperature e pressioni causate dalla fissione del plutonio 239 provocano la fusione dell'idrogeno. Questo processo di fusione rilascia neutroni che vanno ad alimentare di nuovo la reazione nel plutonio 239, spaccando nuovi atomi e incrementando la reazione a catena della fissione.

Come parte della volontà di far rispettare il Trattato di bando globale dei test nucleari – Comprehensive Test Ban Treaty – CTBT, i governi di tutto il mondo usano sistemi di monitoraggio globale per rivelare gli esperimenti nucleari. I firmatari del trattato sono 183, ma non è entrato in vigore perché alcune nazioni chiave, fra cui gli Stati Uniti, non l'hanno ratificato e, a partire dal 1996, il Pakistan, l'India e la Corea del Nord hanno eseguito test nucleari. Ciò nonostante, il trattato ha messo in piedi un sistema di monitoraggio sismico che può percepire la differenza fra una esplosione nucleare e un terremoto.

Il Sistema di Monitoraggio Internazionale CBT comprende anche delle stazioni che sono in grado di rilevare gli infrasuoniⁱⁱ emessi dalle esplosioni - onde sonore la cui frequenza è troppo bassa per essere percepita dall'orecchio umano. Ottanta stazioni di rilevazione dei radionuclidiⁱⁱⁱ sparse intorno al globo misurano la ricaduta atmosferica, che può dimostrare se un'esplosione rilevata da altri sistemi di monitoraggio, è in effetti di origine nucleare.

NdT – Vi sono altri due tipi di bombe nucleari: la bomba a neutroni, che ha una ricaduta radioattiva praticamente nulla e una minima contaminazione a lungo termine, e la micidiale bomba al cobalto, definita come l'ordigno del giudizio universale perché in grado di spazzare via ogni forma di vita dalla terra.

i Il trinitrotoluene (noto anche come tritolo e abbreviato in TNT) è un nitroderivato aromatico ottenuto per nitrazione del toluene.
Come la maggior parte dei nitro-composti è esplosivo e pertanto impiegato nella preparazione di miscele esplosive come ad esempio l'amatolo, in miscela con il nitrato d'ammonio. 
In forma pura è molto stabile; contrariamente alla nitroglicerina (da cui Nobel ha derivato la dinamite) è pressoché insensibile agli urti ed alle sollecitazioni. Esplode solo se viene innescato da un detonatore.
L'energia liberata dall'esplosione del TNT è diventata, per tradizione, il termine di paragone della potenza esplosiva degli ordigni nucleari, l'unità di misura è il chilotone (1000 tonnellate di TNT) tipicamente applicata alle bombe a fissione, o il megatone (1000 chilotoni) per le bombe a fusione.
La sua entalpia di combustione è pari a circa 4,184 × 10⁶ J/kg, il chilotone rappresenta quindi 4,184 terajoule o 277.778 kWh. Ha una velocità di detonazione di circa 6.800 m/s, il che vuol dire che in 1 secondo l'onda d'urto percorre in maniera circolare una distanza di 6,8 km dal punto dell'esplosione.

ii  L'infrasuono è un'onda sonora con frequenza di vibrazione inferiore a 20 Hz (ossia 20 vibrazioni al secondo), quindi inferiore alla soglia di udibilità dell'orecchio umano. Lo studio della gamma di frequenza degli infrasuoni (dai circa 16 o 17 Hz fino a limite minimo di 0,001 Hz) è la stessa che viene registrata dai sismografi e utilizzata per il monitoraggio dei terremoti.
Gli infrasuoni sono caratterizzati dalla capacità di propagarsi su lunghe distanze e di aggirare gli ostacoli con poca dissipazione.

iii  Un radionuclide è un nuclide instabile che decade emettendo energia sotto forma di radiazioni, da qui il suo nome.