Table Of ContentDALTON ELLERY G. BARROSO
A Física dos
EXPLOSIVOS
NUCLEARES
Livraria
da
Física
Editora
A FÍSICA
DOS EXPLOSIVOS
NUCLEARES
Livraria
da
Física
Editora
A FISICA
DOS EXPLOSIVOS
NUCLEARES
DALTON ELLERY GIRÃO BARROSO
Bacharel em Física (UFRJ)
Mestre em Engenharia Nuclear (IME)
Doutor em Ciência dos Materiais (IME)
Pesquisador Titular do Centro Tecnológico do Exército (CTEx)
Livraria
da
Física
Editora
Copyright @ 2009 Editora Livraria da Física
2a edição
Direção editorial José Roberto Marinho
Capa Ana Maria Hitomi - Typography
Projeto gráfico e diagramação Typography
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Barroso, Dalton Ellery Girão
A física dos explosivos nucleares/
Dalton Ellery Girão Barroso. - 2. ed. - São Paulo :
Editora Livraria da Física, 2009.
Bibliografia
ISBN 978-85-7861-016-6
1. Explosivos
2. Física nuclear I. Título.
09-00661 CDD-539.7
índice para catálogo sistemático
1. Explosivos nucleares: Física nuclear
539.7
Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra poderá ser reproduzida
sejam quais forem os meios empregados sem a permissão da Editora.
Aos infratores aplicam-se as sanções previstas nos artigos 102, 104,106 e 107
da Lei no 9.610, de 19 de fevereiro de 1998
Livraria
da
Física
Editora
Editora Livraria da Física
www.livrariadafisica.com.br
'A física da explosão atômica e termonuclear é
realmente um "paraíso" para os teóricos.'
(Sakharov - Memórias, Editora Saraiva, 1992)
'This applied work, combining so many disciplines, was one of the really
interesting pieces of work in physics which I have done'
(Hans Bethe - From a Life of Physics, World Scientific Publishing, 1989-,
referindo-se a seu trabalho no Projeto Manhattan)
'Don't bother me with your conscientious scruples!
After all, the thing's a superb physics!'
(Frase atribuída a Enrico Fermi, durante sua participação no Projeto Manhattan)
'The ultimate responsibility for our nation's policy rests on its citizens and
they can discharge such responsibilities wisely only if they are informed.'
(H.D.Smyth - Atomic Energy for Military Purposes,
the Official Report on the Development of the Atomic
Bomb under the Auspices of the United States Government,
1940-1945- 1945)
‘Knowledge may be dangerous.
Ignorance is incomparably more dangerous'
(Edward Teller - Citações - Lawrence Livermore National Laboratory)
'Possibly no other engineering or technical endeavors of humankind have
involved as much science as nuclear explosives have'
(E.N.Avrorin. V.A. Simomemko, L.l. Shibarshov - Physics - Uspekhi 49(4))
PREFACIO______________________
A era nuclear teve seu início com o desvendar, pelo homem, dos enigmas do
núcleo atômico e a conseqüente descoberta da tremenda energia nele encerrada. A
força dessa energia ficou dramaticamente comprovada com o advento da primeira
explosão nuclear, em 1945, apenas seis anos após a descoberta da fissão.
De lá para cá, a energia nuclear desenvolveu-se rapidamente, tanto para
fins bélicos quanto para fins pacíficos — dualidade, aliás, inerente aos avanços
inexoráveis da ciência. Com relação às aplicações pacíficas, seria inconcebível o
mundo moderno sem o uso da energia nuclear na geração de energia elétrica,
na propulsão naval, nos veículos espaciais, na medicina e na agricultura. Já o de
senvolvimento dos explosivos nucleares, no sentido de torná-los cada vez mais
sofisticados e destrutivos, e a criação dos enormes arsenais nucleares, por parte
das grandes potências, permearam completamente o cenário político e militar
das relações internacionais, em escala global.
Embora os explosivos nucleares, que constituem o tema deste livro, se
jam comumente associados às aplicações bélicas, não se pode escamotear o fato
de que eles se prestam também, com as devidas salvaguardas, às mais diversas
finalidades pacíficas, na ciência e na engenharia. Desse ponto de vista, as explo
sões nucleares nada mais representam que enorme fonte de energia concentrada
— com tremenda emissão de nêutrons, raios gama e raios X, sem paralelo na
física experimental.
Durante muitos anos, pouco se sabia a respeito dos explosivos nucleares,
envoltos por severa cortina de sigilo, além de princípios físicos e processos bási
cos pelos quais operam. O desenvolvimento teórico particularizado e as minú
cias técnicas estavam completamente fora do alcance da comunidade científica
em geral, sem acesso a informações, restritas ao âmbito dos laboratórios onde são
concebidos e projetados os explosivos nucleares. Mesmo hoje, apesar de maior
disponibilidade de informações, e da difusão do conhecimento em áreas correla
tas, ignora-se a existência de publicação que aborde, de forma explícita e no nível
técnico desejado, a teoria dos explosivos nucleares.
Este livro é uma tentativa de suprir parte dessa lacuna, ao tratar específi
camente de temas essenciais à compreensão da física dos explosivos nucleares.
Elaborado com base em atividade científica estritamente acadêmica, e com rigor
técnico consentâneo com limitações na disponibilidade de dados, destina-se aos
que desejam conhecer mais profundamente a teoria e processos físicos envolvi
dos nas explosões nucleares.
A física dos explosivos nucleares, em que pese o sigilo que sempre tem
cercado o assunto, constitui-se de um conjunto de áreas multidisciplinares, a
maior parte das quais é matéria comum a outros ramos da atividade científica
aberta, não necessariamente ligada ao desenvolvimento de explosivos nucleares.
Por exemplo, a neutrônica (Capítulo 2) é estudada corriqueiramente na física de
reatores nucleares; tópicos tratados na hidrodinámica e termodinâmica a altas
temperaturas e densidades (Capítulo 3) são próprios da astrofísica e da física
de plasmas densos em geral; a teoria das detonações químicas em altos explosi
vos (Capítulo 5), responsáveis pela montagem supercrítica da massa físsil, está
consolidada e constitui matéria independente desde o final da Segunda Guerra
Mundial; a compressão dinâmica de sólidos (Capítulo 6), área cujo desenvol
vimento ocorreu paralelo ao dos explosivos nucleares, dá-se mediante a propa
gação de fortes ondas de choque, analisada exaustivamente nos fenômenos de
impacto a altas velocidades; a estatística das reações de fissão em cadeia, que
trata do problema da pré-ignição de explosivos nucleares por fontes aleatórias
de nêutrons (Capítulo 7), é igualmente importante na análise das flutuações
neutrônicas que ocorrem no início da operação {startup) dos reatores nucleares e
nos reatores rápidos pulsados; por último, o processo de detonação termonuclear
(Capítulo 10) é discutido amplamente, há mais de duas décadas, na fusão por
confinamento inercial, que estuda a produção de energia da fusão por meio de
micro-explosões termonucleares de micro-esferas de deutério-trítio altamente
comprimidas por feixes de raios laser ou de partículas carregadas.
Portanto, o estudo da física dos explosivos nucleares é também o estudo da
física de fenômenos de grande interesse para a atividade científica em geral. È
quase consenso, atualmente, que a difusão de tais conhecimentos não contribui
fundamentalmente para a proliferação de armas nucleares. Tal questão, que tem
servido de pretexto para o cerceamento do intercâmbio científico e tecnológico
entre as nações mais desenvolvidas e as nações ditas em desenvolvimento ou
subdesenvolvidas, resolve-se por via diplomática e política, sendo inocua a esca-
moteação do conhecimento científico, ainda mais quando a base desse conheci
mento se encontra já amplamente difundida.
Presume-se que muitos dos resultados específicos aqui apresentados jamais
tenham sido publicados na literatura científica aberta (como os dos Capítulos 4,
8, 9 e 10, obtidos por complexas simulações computacionais). Entretanto, tais re
sultados baseiam-se em modelos físicos e matemáticos bem conhecidos, e estão,
obviamente, condicionados às aproximações inerentes a esses modelos.
Embora os capítulos sigam um encadeamento lógico e estejam correlacio
nados (refletindo, em seu conjunto, a interação entre as diversas áreas envolvidas
no estudo dos explosivos nucleares), espera-se que possam servir também ao
leitor interessado apenas em um ou mais deles, separadamente. Em virtude da
heterogeneidade e amplitude dos temas abordados — cada qual, por si só, exigi
ría um tratado à parte — foi necessário compressão e concisão na exposição de
seus diferentes conteúdos, apresentando-se, porém, extensa lista de referências
técnicas (e alguns apêndices) para consulta do leitor não familiarizado com as
áreas a eles pertinentes.
Em contrapartida, o livro é abundante de resultados numéricos, com aná
lises e informações qualitativamente acessíveis a quantos se interessem em saber
mais acerca dos explosivos nucleares e dos processos pelos quais se dá o fascinan
te fenômeno das explosões nucleares.
Dalton Ellery Girão Barroso
Email: [email protected]
