Rick e Morty - Le bombe al neutrino e al neutrone

Esistono due cose che mi fanno sentire come un puledrino in calore: la scienza e le bombe! Immagina cosa possa accadere unendo le due cose!

Praticamente è quello che accade in alcuni episodi della serie di cartoni animati Rick e Morty.

Rick è uno scienziato che si è trasferito dalla famiglia di sua figlia Beth, una veterinaria e cardiochirurga per equini. Morty è il nipote di Rick e viene trascinato in avventure sempre diverse a causa delle strane invenzioni del nonno.

Avevamo già parlato del neutrino a proposito del modello standard ed anche a proposito dell’ esperimento SOX. Da bravo lettore attento hai capito come il neutrino faccia parte della categoria della famiglia dei leptoni. Sempre per la mia infinita bontà ti riassumo rapidamente la solfa.

Il modello standard presuppone l’esistenza di tre generazioni di quark e leptoni. Leptoni e quark si differenziano tra loro innanzitutto per la loro carica elettrica. i primi (elettroni, muoni, tau e neutrini) hanno carica elettrica di valore intero +1, -1 o 0 (i neutrini), mentre i secondi, i quark, hanno tutti carica elettrica frazionaria, +2/3 o -1/3.

Ciò che differenzia però quark e leptoni di famiglie diverse è la massa di queste particelle, che aumenta considerevolmente passando dalla prima alla terza generazione.  Per identificare i quark di tipo diverso si parla di diverso sapore (flavor). Così, quark e leptoni esistono in tre generazioni di sapore, che sarebbero identiche repliche, se non fosse appunto per la massa, diversa per ogni sapore.

La ragione per cui le particelle elementari hanno masse così diverse tra loro rimane uno dei misteri più impenetrabili della fisica attuale.

Quindi i sei sapori dei leptoni portano alla suddivisione in elettrone e neutrino elettronico, muone e neutrino muonico, tauone e neutrino tauonico.

I neutrini hanno massa piccolissima e non si è riuscito ad ottenere un valore univoco accettato e fino al decennio scorso si riteneva che la massa fosse nulla.

Poiché i neutrini non hanno né carica elettrica né carica di colore, essendo quest’ultima appartenente solo ai quark, interagiscono con la materia che li circonda solo grazie alla forza debole (una delle quattro forze fondamentali che abbiamo discusso nella seconda parte dell’articolo del modello standard). La forza debole è causa di eventi estremamente rari, talmente rari che i neutrini sono in grado di attraversare l'intera massa terrestre senza subire alcuna interazione!

L’idea di Rick è semplice, poiché i neutrini sono così impalpabili possono viaggiare a lungo nello spazio, se fossero anche capaci di trasportante della radiazione o qualche altra forma d’energia potrebbero diventare effettivamente un’arma di distruzione totale.

Poiché i neutrini interagiscono per via d’interazione debole, non hanno carica ed una massa così irrisoria, possiamo concludere che sono inutilizzabili per fare del danno a qualcuno o a qualcosa. E sarebbe ancora più utopistico immaginare di poterli confinare all’interno dell’involucro di una bomba e farli detonare a comando.

La tecnologia dei neutrini potrebbe però tornare utile in qualche altro modo!

I Fisici del laboratorio KEK in Giappone e dell’Università delle Hawaii hanno ipotizzato una tecnologia per distruggere armi nucleari grazie a un raggio di neutrini di circa 1000 TeV. I neutrini attraverserebbero la Terra fino ai luoghi dove si trovano le armi nucleari provocando reazioni di fissione nel plutonio o nell’uranio facendo fondere o vaporizzare la bomba. Gli stessi scienziati hanno ammesso però la difficoltà di realizzazione dell’idea a causa dell’impossibilità di avere acceleratori di particelle così potenti.  La proposta (di H. Sugiwara et al.) è disponibile online.

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Dopo aver distrutto tutte le tue speranze nel poter costruire una bomba con i neutrini non posso lasciarti andare via senza però darti un’alternativa valida. Sarebbe carino istruirti sui diversi tipi di ordigni nucleari, ma per questioni di tempo ci soffermeremo su un unico tipo.

Bomba a neutroni

Il nome si avvicina, ma come ben sai neutroni e neutrini non sono proprio la stessa cosa.

Una bomba a neutroni anche detta enhanced radiation bombs è una bomba nucleare a potenza ridotta. L’idea alla base di questa bomba non è tanto emettere il più gran quantitativo di energia possibile cosi da distruggere a lungo raggio tutto ciò che incontra; ma lo scopo principale è quello di rilasciare una gran quantità di radiazione per mezzo di emissione di neutroni. I neutroni essendo privi di carica elettrica, riescono ad attraversare la materia con grande facilità ed interagendo con la materia danno vita a processi di cattura radiativa, nei quali i  neutroni vengono catturati dagli atomi che per diseccitarsi emettono raggi gamma.

Si crea per cui un ambiente a largo raggio, ricco di radiazione ionizzante, pericolosa non solo per tutte le forme biologiche ma anche per tutti i dispositivi elettronici.  La radiazione interagisce con i processi biologici causando mutazioni all’interno del DNA delle cellule, in base ai tempi di esposizione ed all’energia del sistema.

Queste caratteristiche fanno della bomba N un'arma ad impiego tattico, adatta soprattutto a colpire esseri viventi dentro strutture metalliche e/o interrate. È efficace, ad esempio, per arrestare un'avanzata massiccia di mezzi terrestri o per colpire persone asserragliate in massicci edifici in cemento armato.

Considera che l'emissione di neutroni avviene anche nelle deflagrazioni di ordigni nucleari, dove però la portata distruttiva neutronica è irrisoria se confrontata con l’onda d’urto e la potenza termonucleare emessa.

A livello pratico una bomba a neutroni è costituita da una piccola bomba a fissione che utilizza cioè dell’uranio per generare al suo interno una reazione a catena di decadimenti di fissione per ottenere un gran quantitativo di energia. Questa energia invece di  essere rilasciata nell’ambiente viene utilizzata per innescare all’interno della bomba stessa un  processo di fusione nucleare su  una miscela di trizio e deuterio: i nuclei di questi due isotopi dell’idrogeno si fondono formando elio e liberando energia e neutroni. Il materiale esterno che nella bomba a neutroni è costituito per lo più da berillio innesca un’ulteriore reazione di emissione multipla di neutroni dopo cattura di uno di essi. Ottenendo cosi un elemento capace di svolgere il ruolo di moltiplicatore neutronico.

Una bomba al neutrone richiede una quantità considerevole di trizio, che essendo un elemento radioattivo tende a decadete nel tempo e  rende impossibile immagazzinare  per cui in efficienza l'arma per periodi più lunghi di dodici anni ( tempo di dimezzamento del trizio ).

Tranquillo Billy, questa mia passione per le bombe non avrà seguito: considera che in seguito al trattato Inf (Intermediate-Range Nuclear Forces Treaty) le armi nucleari a potenza ridotta sono state ritirate.  A quanto pare però anche a Trump piacciono le bombe, magari un giorno diventeremo amici.

Billy, naturalmente scherzo.

Dulce bellum inexpertis.