Potere delle armi nucleari

La potenza esplosiva di un'arma nucleare è la quantità di energia rilasciata quando un'arma nucleare esplode, solitamente espressa come massa equivalente di trinitrotoluene (TNT), in kilotoni (migliaia di tonnellate di TNT) o megatoni (milioni di tonnellate di TNT) . TNT), ma anche a volte in terajoule (1 kilotonne di TNT = 4.184 TJ ). Poiché la quantità precisa di energia rilasciata dal TNT è ed è stata soggetta a incertezze di misurazione, soprattutto agli albori dell'era nucleare, la convenzione comunemente accettata è che una chilotonnellata di TNT è definita equivalente a 10 12 calorie , che è approssimativamente uguale all'energia sprigionata dall'esplosione di 1000 tonnellate di tritolo. Va notato che l'energia rilasciata da una bomba non è di per sé sufficiente a specificare i potenziali danni che questa bomba può causare a breve e lungo termine. Questo danno è di natura meccanica per effetto esplosivo legato all'onda d'urto, per propulsione e caduta di materiali, polvere e blocchi di ogni dimensione, effetto termico della palla di fuoco la cui temperatura iniziale è di diverse migliaia di gradi, effetti radioattivi di varie radiazioni immediate e fino a lunghissima durata in particolare per ingestione di polvere, effetto elettromagnetico da impulso del tipo fulmine che può distruggere i circuiti elettronici. Per ogni bomba di una data energia, questi effetti variano di intensità a seconda della scelta dell'altitudine alla quale la bomba esplode.

Il rapporto potenza/peso è la quantità di energia divisa per la massa dell'arma. Il massimo rapporto teorico potenza/peso delle armi a fusione (armi termonucleari) è di 6 megatoni di TNT per tonnellata di bomba (25 TJ/kg ). Rapporti di 5,2 megatoni / tonnellata e superiori sono stati raggiunti per grandi armi costruite per l'uso come singola testata nucleare nei primi anni 1960. Da allora, testate più piccole, necessarie per aumentare i danni prodotti (danno prodotto / massa totale della bomba) tramite sistemi di lancio multitesta , ha portato a una diminuzione dell'efficienza potenza-peso delle moderne testate.

Esempi

In ordine crescente di poteri (la maggior parte dei poteri sono approssimativi):

Bomba	Energia		Appunti
Bomba	kt TNT	TJ	Appunti
Davy Crockett	0,01-0,02	0,042	Arma nucleare tattica a potenza variabile , del peso di soli 23 kg , la più leggera mai schierata dagli Stati Uniti (stessa testata di quella del SADM e del missile GAR-11 Nuclear Falcon ).
Bomba non guidata di Little Boy sganciata su Hiroshima	12-15	50–63	Bomba ad inserimento all'uranio 235 (la prima di due armi nucleari usate in guerra).
Fat Man Bomba senza guida sganciata su Nagasaki	20–22	84–92	Bomba ad implosione al plutonio 239 (la seconda di due armi nucleari usate in guerra).
Testata termonucleare W76	100	420	Dodici di queste testate possono essere installate nel missile Trident II (vedi Mirvage ); i trattati di disarmo ne hanno limitato il numero a otto.
Bomba nucleare B61	variabile		Mod 7 - fino a 350 kt Mod 10 - quattro livelli di potenza 0,3 kt 1,5 k 60 kt 170 k Mod 11 - potere non rivelato
testata W87	300	1.300	Dieci di queste testate possono essere installate nel missile LGM-118 Peacekeeper (vedi Mirvage ).
testata W88	475	1990	Dodici di queste testate possono essere installate nel missile Trident II; i trattati di disarmo ne hanno limitato il numero a otto.
Ivy King Bomb	500	2.100	La più potente delle bombe A. Bomba ad implosione contenente 60 kg di uranio 235.
Bomba B83	variabile		Fino a 1,2 mt ; arma americana più potente in servizio attivo nel 2017.
testata B53	9.000	38.000	Seconda testata americana più potente dopo la B41 . Non è più in servizio nel 2010, ma ne rimangono 50 nelle scorte di armi nucleari degli Stati Uniti ; proprio come la testata W53 che è stata utilizzata nei missili Titan II e che è stata dismessa nel 1987.
Bomba Castello Bravo	15.000	63.000	Il test americano più potente di sempre.
EC17 / Mk-17, EC24 / Mk-24 e la bomba B41 (Mk-41)	variabile		Test più potente mai condotto dagli Stati Uniti: 25 Mt (100 PJ ); la Mk-17 era anche la più grande e pesante delle bombe (circa 18 tonnellate), la Mk-41 aveva una massa di 4.800 kg (bomba non guidata trasportata dal bombardiere B-36 ; ritirata dal servizio attivo nel 1957).
Potenza totale rilasciata dalla serie di test durante l' operazione Castle	48.200	202.000	La più potente serie di test condotti dagli Stati Uniti.
Tsar Bomba Bomba	50.000	210.000	L'arma nucleare sovietica più potente mai esplosa. Potenza: 50 mt . Nella sua configurazione completa (ossia con un tampone di uranio impoverito invece di piombo), che avrebbe raggiunto una potenza di 100 Mt .
Tutti i test nucleari cumulativi	510.000	2 100.000	Energia totale rilasciata durante tutti i test nucleari. [1]

Per fare un confronto, la potenza di esplosione della bomba dell'esplosione aerea di massa era di 0,011 kt e quella dell'attentato di Oklahoma City , utilizzando una bomba fertilizzante in un camion, era di 0,002 kt . La rottura della meteora di Chelyabinsk nel 2013 ha rilasciato una potenza di 440 kt e l'esplosione accidentale non nucleare più potente è stata quella del secondo razzo lunare sovietico N-1 , che ha raggiunto una potenza di 10 kt . La maggior parte delle esplosioni artificiali non nucleari sono considerevolmente più deboli di quelle che sono considerate armi nucleari molto piccole.

Limiti di potenza

Il rapporto potenza/massa è la potenza sviluppata dall'arma rispetto alla massa dell'arma. Il rapporto massimo teorico di bombe H (fusione) è di 6 megatoni di TNT per tonnellata (25 TJ/kg ). Il limite pratico realizzabile è un po' più basso, e tende ad essere inferiore per le armi più piccole, come quella che si trova maggiormente negli arsenali attualmente, perché progettate per il miraggio , ovvero il trasporto di missili da crociera.

La potenza teorica della bomba B41 da 25 Mt le darebbe un rapporto potenza/massa di 5,2 megatoni di tritolo per tonnellata. Sebbene ciò richiederebbe un'efficienza molto maggiore rispetto a qualsiasi altra arma negli Stati Uniti (almeno il 40% di efficienza quando si scioglie il deuteride di litio), che è apparentemente realizzabile.

Nel 1963, dichiarazioni declassificate del DoE indicavano che gli Stati Uniti avevano la capacità tecnologica di schierare una testata da 35 Mt su Titano II, o trasportare una bomba non guidata da 50-60 Mt da parte dei B-52. Non è stata utilizzata alcuna arma, ma sarebbe stato necessario avere rapporti potenza/massa superiori a quello del B41.

Per quanto riguarda le attuali armi leggere americane, il rapporto raggiunge i 600-2200 chilotoni di tritolo per tonnellata. Considerando che per dispositivi tattici molto piccoli, come il Davy Crockett , erano solo da 0,4 a 40 chilotoni di TNT per tonnellata. Per confronto storico, per Little Boy il rapporto era di soli 4 kilotoni di tritolo per tonnellata, e per la più grande bomba mai esplosa la Bomba dello Zar , il rapporto era di 2 megatoni di tritolo per tonnellata (compresa la potenza è stata intenzionalmente ridotta di un fattore due , quindi non c'è dubbio che questa bomba fosse in grado di raggiungere i 4 megatoni per tonnellata).

La più potente bomba a fissione pura mai costruita aveva una potenza di 500 kilotoni, che è probabilmente dell'ordine del limite superiore di questo tipo di arma. La fusione potrebbe aumentare significativamente l'efficacia di tale arma, ma le armi a fissione hanno un limite superiore a causa delle grandi masse critiche. Tuttavia, non esiste un limite di potenza noto per una bomba a fusione.

Poiché il rapporto massimo teorico è di circa 6 megatoni di TNT per tonnellata, e il rapporto massimo raggiunto era apparentemente di 5,2 megatoni di TNT per tonnellata, esiste un limite pratico alla potenza delle armi aria-terra. Si noti che le armi di ultima generazione non hanno più l'involucro molto pesante che si riteneva necessario affinché le reazioni nucleari si verificassero in modo efficace, il che ha aumentato notevolmente il rapporto potenza/massa. Ad esempio, la bomba Mk-36 come costruita aveva un rapporto di 1,25 megatoni di TNT per tonnellata. Se il guscio dell'Mk-36, che pesava 5,5 t, fosse stato ridotto di 2/3, il rapporto potenza-massa sarebbe stato di 2,3 megatoni di TNT per tonnellata, che è ciò che si ottiene in una generazione di armi. successivamente, come per la bomba B53 molto più leggera (9 Mt ).

I limiti di dimensione dovuti al trasporto possono essere utilizzati per determinare i limiti di armi di potenza molto elevata. Se fosse possibile utilizzare l'intero carico di 250 tonnellate dell'Antonov An-225 , una bomba da 1,3 gigaton potrebbe essere portata via. Allo stesso modo, il limite massimo di un'arma montata su un missile è determinato dalla sua capacità di carico. Il grosso missile balistico intercontinentale russo SS-18 ha una capacità di carico utile di 7.200 kg , quindi potrebbe trasportare una bomba con una potenza massima teorica di 37,4 megatoni di tritolo. Allo stesso modo, un razzo Saturn V può trasportare più di 120 tonnellate o una potenza di circa 700 megatoni.

Ancora una volta, va notato che le grandi testate fanno raramente parte degli arsenali odierni. Le testate MIRV più piccole sono molto più distruttive per una data potenza totale o per un dato carico utile.

Potenza di poche esplosioni

L'elenco seguente identifica le esplosioni nucleari che hanno segnato l'era nucleare. Oltre ai bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki , è incluso il primo test nucleare di un determinato tipo di arma per un paese, oltre a test che sono stati notevoli (come il più grande test di sempre). Tutte le potenze sono espresse in kilotoni di TNT . I test putativi (come l' incidente di Vela ) non sono stati inclusi.

Datato	Nome	Potenza (kT)	Nazione	Osservazioni
07-16-1945	Trinità	19	stati Uniti	Primo test della bomba a fissione, prima esplosione di una bomba ad implosione al plutonio
06-08-1945	Ragazzino	15	stati Uniti	Bombardamento di Hiroshima in Giappone , prima esplosione di una bomba ad inserimento con uranio arricchito, primo utilizzo di una bomba nucleare su una popolazione civile dopo un ultimatum degli Alleati che non ne facevano menzione
09-08-1945	Uomo grasso	21	stati Uniti	Bombardamento di Nagasaki in Giappone , secondo uso di un'arma atomica su una popolazione civile
07-01-1946	prova in grado	23	stati Uniti	Atollo di Bikini ; questi test ( Operazione Crossroads ) furono la quarta e la quinta esplosione nucleare condotta dagli Stati Uniti . I loro obiettivi erano conoscere gli effetti di un'esplosione nucleare sulle navi militari. Si tratta delle prime sperimentazioni condotte nelle Isole Marshall , e le prime ad essere pubblicamente annunciate e osservate dagli ospiti, stampa compresa.
07-25-1946	prova panettiere	23	stati Uniti
29-08-1949	RDS-1	22	URSS	Prima bomba a fissione testata dall'Unione Sovietica
09-05-1951	Giorgio prova	225	stati Uniti	Il test "George" era inteso per un esperimento fisico in connessione con la bomba all'idrogeno .
03-10-1952	uragano	25	UK	Primo test di una bomba a fissione da parte del Regno Unito.
01-11-1952	Ivy Mike	10,400	stati Uniti	Primo test completo di una bomba a fusione a gradini, utilizzando deuterio liquido a -250 °C .
12-08-1953	Joe 4	400	URSS	Prima bomba a fusione (in realtà una bomba A potenziata ma non proprio una bomba a fusione H in scena)
01-03-1954	Castello Bravo	15.000	stati Uniti	Prima bomba a fusione "secca" messa in scena; si sono verificate significative ricadute radioattive non pianificate che hanno colpito le popolazioni civili.
22-11-1955	RDS-37	1.600	URSS	Primo test sovietico di una bomba a fusione da stadio
08-11-1957	Grappolo X	1.800	UK	Primo test britannico di una bomba a fusione da stadio
13-02-1960	Jerboa blu	70	Francia	Primo test francese di una bomba A
31-10-1961	Zar Bomba	57.000	URSS	La più potente arma termonucleare mai testata (limitata al 50% della sua potenza massima teorica - 100 Mt )
16-10-1964	596	22	Cina	Primo test cinese di una bomba a fissione
17-10-1967	Prova n°6	3.300	Cina	Primo test cinese di una bomba a fusione a stadio
24-08-1968	Canopo	2.600	Francia	Primo test francese di una bomba a fusione da stadio
18-05-1974	Pokhran-I	12	India	Il primo test della bomba atomica in India
11-05-1998	Pokhran-II	20	India	Primo test di un'arma operativa da parte dell'India
28-05-1998	Chagai-I	36–40	Pakistan	Primo test di una bomba atomica operativa da parte del Paskistan
09-10-2006	Test nucleare nordcoreano del 9 ottobre 2006	~ 1	Corea del nord	Primo test di una bomba A da parte della Corea del Nord, ma il dispositivo si è spento .
25-05-2009	Test nucleare nordcoreano del 25 maggio 2009	5–15	Corea del nord	Primo test riuscito di un dispositivo a fissione da parte della Corea del Nord
12-02-2013	Test nucleare nordcoreano del 12 febbraio 2013	6-7	Corea del nord	Terzo test di un dispositivo a fissione da parte della Corea del Nord

Nota 1: Ci sono due tipi di bombe a fusione, la vera bomba a fusione in scena secondo la configurazione Teller-Ulam o la bomba a fissione drogata . Per un elenco più completo della serie di test nucleari, vedere l' elenco dei test nucleari . Alcune stime di potenza, come quella rilasciata dallo Zar Bomba, quelle dei test effettuati dall'India e dal Pakistan nel 1998, sono contestate dagli specialisti.

Nota 2: alcuni test nucleari potrebbero aver causato ricadute che colpiscono le popolazioni civili, in particolare per i test della bomba A (fissione), nonché gli ecosistemi locali.

Calcolo della potenza e controversie

I poteri delle esplosioni nucleari possono essere molto difficili da valutare. Anche in condizioni sperimentali molto controllate, potenze precise possono essere molto difficili da determinare, e per condizioni meno controllate i margini di errore possono essere molto ampi. I poteri possono essere calcolati in diversi modi, tramite calcoli basati sulla dimensione dell'esplosione dell'esplosione, la sua luminosità, i dati sismografici e la forza dell'onda d'urto. Enrico Fermi fece un (molto) famoso calcolo approssimativo della potenza del test della Trinità facendo cadere in aria piccoli pezzi di carta e misurando la distanza a cui furono portati dall'onda d'urto dell'esplosione.

Una buona approssimazione delle prestazioni del dispositivo di test Trinity è stata ottenuta dal fisico britannico Geoffrey Ingram Taylor da una semplice analisi dimensionale . Taylor notò che il raggio R dell'esplosione dovrebbe inizialmente dipendere solo dall'energia E dell'esplosione, dal tempo t dopo la detonazione e dalla densità dell'aria . L'unico modo per ottenere una dimensione omogenea a una lunghezza da questi parametri è:

${\ displaystyle R = c \ sinistra ({\ frac {{E {t}} ^ {2}} {\ rho}} \ destra) ^ {\ frac {1} {5}}}$

Usando l'immagine del test Trinity mostrata a lato (che era stata resa pubblica dal governo degli Stati Uniti e pubblicata sulla rivista Life), Taylor stima che al tempo t = 0,025 s il raggio dell'esplosione fosse di 140 metri. Prendendo ρ a 1 kg/m 3 e risolvendo per E, ottenne che la potenza dell'esplosione era di circa 22 kilotoni di TNT (90 TJ ). Questo calcolo molto semplice è in accordo con il valore ufficiale della resa della bomba entro il 10% (20 kilotoni di TNT, o 84 TJ ). Questo valore, al momento in cui Taylor ha pubblicato il suo risultato, era un'informazione altamente classificata .

Quando questi dati non sono disponibili, come in alcuni casi, si discutono i poteri precisi, soprattutto quando si riferiscono a questioni di politica. Le armi usate nei bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki , ad esempio, avevano idee ben precise tanto che stimare la loro potenza è abbastanza difficile post . Si stima che la bomba di Hiroshima, " Little Boy ", abbia sviluppato una potenza da 12 a 18 chilotoni di TNT (tra 50 e 75 TJ ) (cioè un margine di errore del 20%), mentre la bomba di Nagasaki, " Fat Man " è si stima che avesse una potenza compresa tra 18 e 23 kilotoni di TNT (cioè tra 75 e 96 TJ ) (margine di errore del 10%). Queste incertezze apparentemente piccole possono essere importanti quando si cerca di utilizzare i dati di queste esplosioni per estrapolare gli effetti di altre bombe nella vita reale. Spesso la potenza di una bomba viene valutata anche in "equivalente di Hiroshima". Ad esempio, la bomba all'idrogeno di Ivy Mike era equivalente a 867 o 578 bombe di Hiroshima: una differenza piuttosto grande (anche se puramente teorica) a seconda che si utilizzasse il punteggio alto o basso. Altre potenze si contendevano, in particolare quella della bomba dello zar Bomba. La sua potenza è stata dichiarata essere "solo" 50 megatoni di tritolo (210 PJ ) o fino a un massimo di 57 megatoni di tritolo (240 PJ ) da varie figure politiche.

Note e riferimenti

(it) Questo articolo è parzialmente o interamente tratto dall'articolo di Wikipedia in inglese intitolato " Nuclear Weapon yield " ( vedi elenco degli autori ) .

Il B-41 Bomb
[Test 2010] Kakodkar afferma che i test Pokhran-II hanno avuto pieno successo], 24 settembre 2009
Pakistan armi nucleari . Federazione degli scienziati americani. 11 dicembre 2002
Vedi GI Taylor, Proc. Roy. Soc. Londra A 200, p. 235-247 (1950).

Appendici

link esterno

"Qual è stato il rendimento della bomba di Hiroshima?" (estratto dal rapporto ufficiale)
"Principi generali delle esplosioni nucleari" , capitolo 1 in Samuel Glasstone e Phillip Dolan, eds., The Effects of Nuclear Weapons , 3rd edn. (Washington DC: US Department of Defense / US Energy Research and Development Administration, 1977); fornisce informazioni sulla relazione delle rese nucleari con altri effetti (radiazioni, danni, ecc.).
"THE MAY 1998 POKHRAN TESTS: Scientific Aspects" , discute diversi metodi utilizzati per determinare i rendimenti dei test indiani del 1998.
Discute alcune delle controversie sui rendimenti dei test indiani
"Quali sono i reali risultati dei test nucleari dell'India?" da NuclearWeaponArchive.org di Carey Sublette
Simulatore di effetti di detonazione nucleare ad alto rendimento