ARMI NUCLEARI

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MASTER DI MEDICINA N.B.C. Firenze 2011. ARMI NUCLEARI. Ten. Col. MED Daniele Laganà Dipartimento Militare di Medicina Legale. CENNI DI FISICA E TECNOLOGIA NUCLEARE. L’atomo. L’atomo. A-Z. N=1,5 Z. Z = N. Z. Rapporto A/Z. Fino ad A=20 rapporto p:n =1:1 cioè A=2Z A/Z = 2 - PowerPoint PPT Presentation

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  • ARMI NUCLEARITen. Col. MED Daniele LaganDipartimento Militare di Medicina Legale

    MASTER DI MEDICINA N.B.C.Firenze 2011

  • CENNI DI FISICA E TECNOLOGIA NUCLEARE

  • Latomo

  • Latomo

  • Fino ad A=20 rapporto p:n =1:1 cio A=2Z A/Z = 2 A > 20 aumenta il numero di n pertanto rapporto p:n = 1:1,5 A/Z varia da 2 a 2,6

    Rapporto A/Z

  • Forza nucleare forte

  • Il Difetto di Massa Peso Atomico n + n + p + p = 4,03304Peso Atomico 2He4 = 4,00277Difetto di Massa (M ) = 0,0307 1 u.m.a.= 931 MeV He = 931 x 0.0307 = 28,2 MeV (W)W/A = 28,2 / 4 = 7,05 MeV M

  • Curva Energia di Legame per nucleoneU

  • La Fissione Nucleare

  • La Fissione Nucleare

  • Energia rilasciata dalla Fissione Nucleare U235 + n frammenti + 2 or 3 n + 200 MeV 165 MevEn. Cinetica prodotti di fissione 7 MevRaggi gamma 6 Mev En. Cinetica dei neutroni 7 Mev En. Dei prodotti di fissione 6 Mev Raggi gamma dai prodotti di fissione 9 MevAntineutrini dai prodotti di fissione 200 Mev

  • La Reazione a Catena

  • La Massa Critica

  • La Reazione a Catena Controllata

  • La Reazione a Catena nellOrdigno Nucleare

  • Il decadimento radioattivo

  • Gun-Type Bomb

  • Little Boy: A Gun-Type Bomb

  • Implosion-Type Bomb

  • Implosion-Type Bomb

  • Fat Man: Implosion-Type Bomb

  • La Fusione Nucleare

  • La Fusione Nucleare

  • La Fusione NucleareH3 + H2 = (2He5) = 2He4 + n1 + 17,6 MeVResa energetica (Energia prodotta / u.m.a. impiegata) Fissione vs Fusione201/238 = 0.8 MeV 17.6/5 = 3.5 MeV

  • The Hydrogen Bomb

    Based on model of Edward Teller and Stanislaw Ulam

  • I combustibili nucleariIn natura gli elementi esistono in varie forme isotopiche

  • I combustibili nucleariU238 (99,27%) non fissile U235 (0,718%) fissile U234 (0,0056%) non fissile, Uranio naturale

  • Il ciclo di produzione delluranio

  • The yellow cakeSolid U3 O8

  • I combustibili nucleariArricchimentoSeparazione di isotopi con diffusione gassosa o centrifugazione di UF6

  • U235 aumento dal 3 al 5 % - Reattori nucleariArricchimento

  • ArricchimentoU235 aumento fino al 90 % - Armi nucleari

  • I combustibili nucleari92U238Fertilizzazione94Pu239n+92U239 - 93Np23992U23993Np239 -

  • Arricchimento: i materiali di scartoU238 (99,8)U235 (0,199) U234 (0,0010)Uranio Impoverito - DU

  • Bassa Attivit: 14 mBq/mgDensit elevatissima (19 g/cm3, 1.7 volte maggiore della densit del Pb DuttilePiroforicoUranio Impoverito

  • Contenitori di UF6 negli USA (560.000 t)Paducah, KentuckyPortsmouth, Ohio Oak Ridge, Tennessee

  • Medicina - schermatura di sorgenti di radiazioni Mineralogia - pesi per le perforazioni Industria aerospaziale - contrappesi e superfici di controllo degli aerei (1500 Kg sul Boeing 747)Impieghi in ambito civile del DU

  • Munizioni anticarro ad alto potere penetrante

    Blindatura di parti sensibili del carro M-1 AbramsImpieghi militari del DU

  • Esposizione esterna al DU

  • Contaminazione con DU

  • Gli Ordigni NucleariTIPO MECCANISMO D'AZIONE POTENZA

    A fissione 10-150 Kt H fusione (termonucleare o tn) 0.5-10 Mt U fisso-fuso-fissione (tn) 1-100 Mt N fusione E.R.R.B.W. (tn) 0.1-5 Kt1 Kiloton = 109 Calorie 1 Megaton = 1012 Calorie

  • Esplosione NucleareAspetti quantitativi1 ton: energia liberata dallesplosione simultanea di 1 t di TNT

    Aspetti qualitativiTipologia degli effetti

  • Gli effetti dellesplosione nucleareEffetto meccanico Effetto termico-luminosoEffetto radiologico diretto Effetto radiologico ritardatoEffetto elettromagnetico

  • Gli effetti dellesplosione nucleare

  • Esplosioni Nucleari

    Aerea bassa o in quotaIn superficie (terreno, acqua)Sotto la superficieAerea alta

  • Fenomenologia dellesplosione

  • La radiazione termoluminosa

  • A bridge across the Motoyasu River about 800 meters from the hypocenter Donate by: US Army Pathology Institute / Chugoku Shimbun

  • The imprint of a person who was sitting on the stone steps at the entrance to the Sumitomo Bank, 250 meters east of the hypocenter Photo by: Yoshito Matsushige -Hiroshima Peace Site

  • Lesioni locali da effetto termoluminosoCuteUstioni da vampa (Flash burns)A profiloFigurateUstioni da fiamma (Fire burns)OcchioUstione retinicaAbbagliamentoApparato respiratorioInsufficienza resp. e/o edema polmonare (inalazione di aria calda)

  • Primitive (onda termica)Colpo di caloreAsfissia acutaSecondarie (alle ustioni estese)Shock Malattia da ustioneInfezioni Lesioni locali da effetto termoluminoso

  • Keloids occured in 50 to 60% of people who suffered burns directly from the heat ray within a radius of 2 kilometers from the hypocenter

  • Leffetto meccanico

  • The Effects of Nuclear Weapons, Samuel Glasstone, 1962

  • The Effects of Nuclear Weapons, Samuel Glasstone, 1962

  • The Effects of Nuclear Weapons, Samuel Glasstone, 1962

  • The Effects of Nuclear Weapons, Samuel Glasstone, 1962

  • The Effects of Nuclear Weapons, Samuel Glasstone, 1962Il fungo nucleare

  • Radiazione Nucleare InizialeRadiazioni primarie Raggi gamma e neutroni emessi nel corso delle reazioni di fissione e fusione

    Radiazioni secondarieN.I.G.A. (collisone anelastica o cattura)

  • Radiazione Nucleare ResiduaConvenzionalmente quella emessa dopo il 1 minuto dalla esplosioneOrdigno a fissioneProdotti di fissioneRadioattivit indotta da neutroni (in aria e al suolo)Ordigno a fusione Elementi derivati da attivazione neutronica

  • La ricaduta radioattivaFallout locale Fallout mondiale

  • Fallout locale

    Energia dellordignoAltezza di scoppioCondizioni meteorologiche

  • Fallout mondialeLe particelle pi piccole sono trasportate dai venti a grande distanzaLa loro ricaduta al suolo legata principalmente alle precipitazioni La maggior parte delle particelle oltrepassa la troposfera e ricade anche a distanza di anni (Jet-streams)

  • Test di Lop Nor, 9 maggio 1966

  • Rischio radiologicoPrime settimane Radionuclidi al breve t/2 (es. I 131) Radionuclidi a lungo t/2

    Fasi tardiveIsotopi a lungo t/2 (Sr 90, Cs 137)

  • Danno biologicoFallout precoceIrraggiamento esterno (gamma e beta)

    Fallout ritardatoContaminazione interna (alfa e beta)

  • E.M.P.

  • Effetto Compton

  • 456789E.M.P.Scarica atmosfericaE.M.P.

  • **Lenergia nucleare deriva sia dalla rottura (fissione) che dallunione (fusione) dei nuclei degli atomi. *Lenergia nucleare deriva sia dalla rottura (fissione) che dallunione (fusione) dei nuclei degli atomi. *Quando un nucleo si rompe si producono alcuni frammenti ( in genere due) e vengono liberati due o tre neutroni. La somma delle masse dei frammenti inferiore alla massa del nucleo dorigine. La perdita di massa (difetto di massa), che corrisponde a circa lo 0.1 % della massa dorigine, convertita in energia in accordo con lequazione di Einstein. La fissione pu avvenire spontaneamente o quando un nucleo pesante cattura un neutrone.*Quando un nucleo si rompe si producono alcuni frammenti ( in genere due) e vengono liberati due o tre neutroni. La somma delle masse dei frammenti inferiore alla massa del nucleo dorigine. La perdita di massa (difetto di massa), che corrisponde a circa lo 0.1 % della massa dorigine, convertita in energia in accordo con lequazione di Einstein. La fissione pu avvenire spontaneamente o quando un nucleo pesante cattura un neutrone.**I neutroni liberati dalla fissione sono catturati da altri nuclei che vanno a loro volta incontro a rottura. In tal modo si realizza una reazione a catena che prosegue spontaneamente, a condizione che sia presente un sufficiente numero di nuclei, cio ci sia una massa critica.

    *I neutroni liberati dalla fissione sono catturati da altri nuclei che vanno a loro volta incontro a rottura. In tal modo si realizza una reazione a catena che prosegue spontaneamente, a condizione che sia presente un sufficiente numero di nuclei, cio ci sia una massa critica.

    *Al contrario di quanto avviene nellimpiego pacifico della fissione, dove la reazione a catena controllata tramite lassorbimento di alcuni dei neutroni prodotti, nellordigno nucleare la reazione a catena ha un andamento geometrico tumultuoso, in relazione a numero di neutroni liberati per ogni generazione di fissione (fattore di moltiplicazione k). Ci conduce al rapido esaurimento del combustibile nucleare e alla liberazione di enormi quantit di energia.

    *Al contrario di quanto avviene nellimpiego pacifico della fissione, dove la reazione a catena controllata tramite lassorbimento di alcuni dei neutroni prodotti, nellordigno nucleare la reazione a catena ha un andamento geometrico tumultuoso, in relazione a numero di neutroni liberati per ogni generazione di fissione (fattore di moltiplicazione k). Ci conduce al rapido esaurimento del combustibile nucleare e alla liberazione di enormi quantit di energia.

    *La reazione, oltre a produrre grandi quantit di energia, conduce alla formazione di nuclei instabili che decadono emettendo radiazioni ionizzanti. Il tempo di decadimento di tali nuclei (detto t/2) differente nei vari isotopi, e pu risultare anche particolarmente lungo, realizzando cos un rischio ambientale che pu p