“Viaggio nel nucleare: da Henri Becquerel a Fukushima” Parte seconda

di Palermomania.it

| Pubblicata il: 13/09/2011 - 17:52:51

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Gli anni ’30 mi piace definirli come “l’era di Enrico Fermi”.
L’apporto, infatti, che il grande scienziato ha fornito alla ricerca sul nucleare può essere definita insostituibile. A lui, ai suoi collaboratori e ad Ettore Majorana saranno dedicati singoli articoli. Prima però, ancora qualche notizia circa importanti scoperte sulla struttura atomica e i sistemi per produrre energia dalla stessa.

17 febbraio 1932: James Chadwick invia alla rivista “Nature” un elaborato con il quale annuncia la scoperta del neutrone, particella priva di carica elettrica. La sua esistenza era già stata ipotizzata da Rutherford e da Bohr.
L’esperimento fu effettuato al Cavendish Laboratory di Cambridge.

Premio Nobel 1935.

18 febbraio 1932: Harold Urey scopre il deuterio. Si tratta dell’isotopo pesante dell’idrogeno, indispensabile per il processo naturale di fusione nucleare che avviene nelle stelle. Nel nucleo sono presenti un protone e un neutrone.

Premio Nobel 1934

20 febbraio 1932: in appena tre giorni, nuovo passo in avanti nella ricerca.

Ernest Lawrence (Premio Nobel 1939) annuncia l’invenzione del ciclotrone. Si tratta di un acceleratore di particelle, sistema importantissimo di ricerca. In sintesi, è una macchina che, dopo aver fornito ai costituenti subatomici (protoni, elettroni, neutroni e altri) un’elevatissima energia cinetica, li invia contro determinati bersagli. Dall’interazione si ricavano informazioni sulla struttura della materia e sulla produzione di nuove particelle. L’accelerazione è provocata  da campi elettrici e magnetici in determinate orbite. In seguito, saranno inventati il betatrone (acceleratore di elettroni, Donald Kerst), il sincrotrone (Edwin Mc Millan) e l’anello di collisione (Bruno Touschek).

Dicembre 1933: Enrico Fermi rende noto lo studio sull’interazione debole, inviandolo a “Nature”. Incredibilmente, la prestigiosa rivista non lo pubblica e, anzi, lo rifiuta. La forza nucleare debole è una tra le quattro forze fondamentali della Natura. Nello stesso materiale inviato, Fermi postula l’esistenza di una  nuova particella, che battezza neutrino. Questa intuizione sarà la base  delle ricerche di Hideki Yukawa sulla forza nucleare forte.

15 gennaio 1934: i coniugi Frederic Joliot e Irene Curie (figlia di Marie e Pierre) scoprono la radioattività artificiale con esperimenti su un foglio di alluminio “bombardato” da raggi alfa emessi da polonio.  Si accorgono che l’alluminio resta radioattivo anche dopo la fine della sollecitazione. In precedenza avevano scoperto il neutrone, ma sottovalutando del tutto il risultato dell’esperienza di laboratorio. Indicativa, a tal proposito, la considerazione di Majorana: ”Sono due cretini! Hanno scoperto il protone neutro e non se ne sono accorti!”
I due “cretini” riceveranno il Nobel 1935.

22 ottobre 1934: un gruppo di giovani scienziati ( I ragazzi di via Panisperna: Fermi, Rasetti, D’Agostino, Pontecorvo, Segrè, Amaldi), raggiunge un importantissimo risultato, frutto di ricerche in seguito alla scoperta dei Joilot-Curie: i neutroni rallentati da paraffina. Sono molto più indicati per la disintegrazione del nucleo atomico. Inizia l’era della fissione nucleare. La parola fissione è utile intenderla nel significato latino, cioè spaccare o dividere. Si tratta di un procedimento che adopera un neutrone come “proiettile”. “Sparato” contro un nucleo di materiale fissile, lo spacca, appunto, innescando una reazione. Lo schema del processo sarà spiegato alla fine dell’articolo. Pioniere della tecnica del “bombardamento” era stato Rutherford, che la usò per il celeberrimo esperimento della “lamina d’oro”, con il quale fece chiarezza sulla struttura dell’atomo.
Servendosi di particelle alfa, bombardò una sottile lamina d’oro, giungendo alle seguenti conclusioni: l’atomo è fondamentalmente vuoto ed elettricamente neutro, esiste un nucleo carico positivamente. Fu adoperato l’oro per alcune importanti caratteristiche, tra le quali duttilità e malleabilità, che consentono di ridurlo in sottilissime lamine.  Alla luce di questi risultati formulò il cosiddetto “modello planetario”. In sintesi, come i pianeti rivoluzionano intorno al Sole, così gli elettroni rivoluzionano intorno al nucleo. Tale modello, però, presentava delle incongruenze, in seguito chiarite da  Bohr.

1937: Emilio Segrè e Carlo Perrier scoprono il tecnezio (figlio della tecnologia). Il brillante risultato è ottenuto a  Palermo. Nel 1935 Segrè era diventato professore di Fisica sperimentale e l’anno successivo direttore dell’Istituto di Fisica dell’Università palermitana.
 

1938: Hans Bethe, uno dei “padri” della bomba atomica, annuncia la teoria di fusione nucleare.
La fusione, processo antitetico alla fissione, è responsabile dell’energia irradiata dalle stelle.

 

24 dicembre 1938: nei laboratori del Kaiser Wilhelm Institut di Berlino, Otto Hahn ( Nobel 1944) e il suo principale collaboratore Fritz Strassmann ottengono la prima fissione nucleare. Grazie alla scoperta dei neutroni lenti dei “ragazzi di via Panisperna”, bombardano l’uranio e riescono a dividerlo. I due scienziati decidono di tacere con le autorità naziste, che tenevano sotto controllo Strassmann  per l’atteggiamento non ortodosso verso il regime (durante la guerra, lui e la moglie nascosero per molto tempo un amico ebreo, rischiando moltissimo). Hahn invia a una collega, Lise Meitner, i risultati dell’esperimento, che non erano per nulla chiari. In Fisica nucleare, infatti, capita spesso di non riuscire subito a spiegarli. La Meitner (figlia di un avvocato ebreo) era scappata in Svezia per sfuggire alle aberranti leggi razziali, dopo l’annessione dell’Austria alla Germania di Hitler (Anschluss). Con lei, anche un altro fisico, Otto Frisch, suo nipote.

26 gennaio 1939: Meitner e Frisch ripetono l’esperimento, interpretano in modo corretto i risultati e annunciano la scoperta della fissione nucleare attraverso comunicazione alla rivista “Nature”. Incredibilmente, la Meitner non riceverà il Nobel!  La strada che condurrà alla prima bomba atomica è già in discesa.
 

In conclusione di questa seconda parte, uno schema della reazione e relativa spiegazione:

Un neutrone è scagliato contro un atomo di uranio 235 e ne spacca il nucleo. Dalla fissione scaturiscono due nuovi atomi, il kripto e il bario. In più, si liberano alcuni neutroni. La massa dei nuovi atomi è inferiore a quella originaria e, come previsto e dimostrato da Einstein, la parte “mancante” si trasforma in energia. In più, i neutroni produrranno la fissione di altri atomi di uranio, con comparsa di altri neutroni che si comporteranno allo stesso modo. In quindici passaggi si ottengono ben quattordici miliardi di neutroni: la famosa reazione a catena.

Nella terza parte, il “viaggio” si concentrerà sulla Pila atomica di Fermi – sistema in grado di controllare la reazione a catena - e sul progetto Manhattan (costruzione della prima bomba atomica e tragedie di  Hiroshima e Nagasaki).
 

Prof. Giuseppe Pitrone

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