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AIF – Scuola di Storia della Fisica 2005 La perdita dell'innocenza La scoperta della fissione nucleare Arturo Russo Dipartimento di Fisica e Tecnologie.

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Presentazione sul tema: "AIF – Scuola di Storia della Fisica 2005 La perdita dell'innocenza La scoperta della fissione nucleare Arturo Russo Dipartimento di Fisica e Tecnologie."— Transcript della presentazione:

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2 AIF – Scuola di Storia della Fisica 2005 La perdita dell'innocenza La scoperta della fissione nucleare Arturo Russo Dipartimento di Fisica e Tecnologie Relative Università di Palermo

3 Il 7° Congresso Solvay (1933) Bruxelles, ottobre 1933

4 La radioattività artificiale Irène Curie Frédéric Joliot (Paris, gennaio 1934)

5 Nuovi isotopi radioattivi PoAl e Al P n P isotopo stabile P isotopo radioattivo non esistente in natura L'emissione di positroni persiste anche dopo l'allontanamento della sorgente

6 Avvio di programmi di ricerca sulla radioattività artificiale C. Lauritsen (Caltech) E. Lawrence (Berkeley) C. Anderson e S. Neddermeyer (Caltech) J. Cockroft e E. Walton (Cambridge) protoni e/o deuteroni

7 L'Istituto di Fisica di Roma Enrico Fermi

8 I "ragazzi di via Panisperna" Enrico Fermi Franco Rasetti Edoardo Amaldi Emilio Segrè Oscar D'Agostino Bruno Pontecorvo Ettore Majorana

9 Radioattività artificiale indotta da neutroni (apr – lug 1934) Rn-Be ZXAZXA n emissione radioattiva 62 elementi irradiati In 37 almeno un nuovo prodotto radioattivo 50 nuovi radionuclidi identificati con la vita media Di 16 identificata la natura chimica

10 La strumentazione

11 L'interpretazione 0 n 1 + Z X A Z Y A+1 * + n, Z-1 Y A * + 1 p 1 n,p Z-2 Y A-3 * + 2 He 4 n, Y*: nuclei di isotopi radioattivi dell'elemento Y (per Z < 30)

12 Una lettera da Rutherford Mi congratulo per la sua brillante fuga dalla sfera della fisica teorica! […] Forse può interessarla sapere che anche Dirac sta facendo qualche esperimento. Ciò sembra di buon augurio per il futuro della fisica teorica. 23 aprile 1934

13 Una scoperta decisiva (22 ottobre 1934) Rn-Be H sostanza idrogenata (paraffina, acqua, ecc.) neutroni veloci neutroni lenti Ag L'intensità dell'attivazione aumenta di un fattore che varia da alcune decine ad alcune centinaia.

14 Un brevetto in vista di possibili applicazioni Il brevetto n del 26 ottobre 1934 copre i processi di produzione di sostanze radioattive mediante bombardamento neutronico. Sono registrati come inventori Fermi, Amaldi, Pontecorvo, Rasetti, Segrè, D'Agostino e Trabacchi. I neutroni lenti si riveleranno responsabili del funzionamento dei reattori nucleari.

15 La fine del gruppo di Roma (autunno 1935) Rasetti alla Columbia University, poi a Quebec Segrè a Palermo (e Berkeley) D'Agostino al nuovo Istituto di Chimica del CNR Pontecorvo a Parigi con i Joliot-Curie Fermi e Amaldi, a Roma, continuano la ricerca sui neutroni lenti

16 Il problema dell'Uranio (primavera 1934) Rn-Be n 92 U 238 Radioattività con vari valori di vita media (10s, 40s, 13min, 90min) Quali elementi? Le proprietà chimiche degli elementi con T 1/2 = 13min e 90min non erano riconducibili ad alcun elemento di numero atomico tra 82 e 92

17 Elementi transuranici ? 92 U 238 n, 92 U 239 * 92 U 239 * 93 Y 239 * radioattivo con T 1/2 = 13 min

18 Conferme L'interpretazione di Fermi viene confermata a Berlino (O. Hahn e L. Meitner) e a Parigi (I. Curie e P. Savitch) A Roma si comincia a parlare di Ausonio (Ao) ed Esperio (Hs) come denominazione per gli elementi con Z = 93 e Z = 94.

19 …. e critiche Ida Noddack "Si può ipotizzare che il bombardamento di elementi pesanti con neutroni provochi la rottura di tali nuclei in molti pezzi più grandi [di una particella ], i quali sarebbero dunque degli isotopi di elementi noti ma non vicini a quelli irradiati" (1934)

20 Lise Meitner e Otto Hahn Fritz Strassmann Berlino

21 I risultati di Berlino ( ) 92 U + n 92 U 93 EkaRe 94 EkaOs 95 EkaIr 96 EkaPt 97 EkaAu 10s 2,2m 59m 66h 2,5h …. più altre due serie analoghe, con diversi valori di vita media, ma solo due isotopi dell'uranio noti (U 238, U 235 )

22 La tavola degli elementi 1934

23 Le conclusioni di Hahn e Meitner 70 Ba La-Lu 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 88 Ra 89 Pa 90 Th 91 Pa 92 U 10s 40s 23m (93) EkaRe 2,2m 16m (94) EkaOs 59m 5,7h (95) EkaIr 2,7d (96) EkaPt 2,5h (97) EkaAu

24 Il quadro si complica ( ) A Parigi si trova una sostanza con T 1/2 = 3,5h, non osservata a Berlino, non riconducibile ai transuranici noti A Berlino si trova un altro EkaIr (?) con T 1/2 = 60d

25 Lise Meitner è costretta a lasciare la Germania

26 Il problema del radio (nov 1938) Hahn e Strassmann trovano che l'uranio irradiato con neutroni produce quattro isotopi del radio la cui formazione può essere spiegata solo in modo molto problematico: 92 U + n 90 Th* + (n, ) 90 Th* 88 Ra* + Ma non si è mai osservata una reazione (n, ) per Z > 30, né radioattività artificiale con emissione Ma non si è mai osservata una reazione (n, ) per Z > 30, né radioattività artificiale con emissione

27 … e inoltre RaIAcITh?RaIIAcIITh? RaIIIAcIIITh? RaIVAcIVTh? I quattro isotopi danno luogo ad altrettante serie di decadimenti beta con diverse vite medie

28 "Risultati straordinari" (22 dic 1938) "Dobbiamo concludere che i nostri 'isotopi del radio' hanno le caratteristiche chimiche del bario. Ragionando da chimici, siamo persino costretti a dire che queste nuove sostanze sono bario, non radio" Die Natürwissenschaften, 6 gennaio 1939

29 Natale in Svezia Lise Meitner Otto Frisch

30 Fissione nucleare ! U n

31 Copenhagen "Che idioti siamo stati tutti quanti! E' meraviglioso! E' proprio come deve essere!" La reazione di Bohr nel ricordo di Frisch

32 La teoria e la conferma sperimentale (16 gennaio 1939) Otto Frisch L. Meitner, O. Frisch Nature, 11 febbraio 1939 O. Frisch Nature, 18 febbraio 1939 Il processo di fissione deve dare luogo a due nuclei con Z ed energia cinetica totale 200 MeV

33 La notizia arriva in America M. Tuve 2.E. Fermi 3.N. Bohr 4.G. Breit 5.J. Fleming Atomic Physics Observatory Department of Terrestrial Magnetism Washington, 28 gennaio 1939

34 Il "meccanismo della fissione" Niels BohrArchibald Wheeler La fissione è indotta dai neutroni veloci in U238 e dai neutroni lenti in U235

35 La possibilità di una reazione a catena n F. Joliot L. Szilard E. Fermi

36 Costruire la bomba? Albert Einstein Leo Szilard

37 Einstein scrive a Roosevelt 2 agosto 1939

38 La guerra Pearl Harbour (7 dicembre 1941)

39 Manhattan Engineering District Robert Oppenheimer

40 La strana coppia Robert Oppenheimer Leslie Groves

41 La scoperta del plutonio (Berkeley, gennaio 1941) Glen Seaborg Emilio Segrè

42 La costruzione della bomba (Metallurgical Laboratory, Chicago) Arthur Compton Enrico Fermi Progettazione della pila per la produzione di plutonio

43 Il primo reattore nucleare Chicago, 2 dicembre 1942

44 La costruzione della bomba (Los Alamos)

45 La costruzione della bomba (Oak Ridge) Alpha I calutronImpianto K-25 per la produzione di U 235 mediante diffusione gassosa

46 La costruzione della bomba (Hanford) Impianto per la produzione di plutonio (1200 reattori nucleari)

47 Due tipi di bomba La bomba a uranio (little boy) La bomba a plutonio (fat man)

48 The "gadget"

49 Trinity test (16 luglio 1945)

50 La perdita dell'innocenza Sapevamo che il mondo non sarebbe stato più lo stesso. Alcuni ridevano, alcuni piangevano, la maggior parte taceva.

51 Io mi sovvenni di un verso del poema indiano Bhagavad-Gita [….] "Adesso sono diventato la Morte, il distruttore del mondo"

52 Hiroshima (6 agosto 1945)

53 Nagasaki (9 agosto 1945)

54 Grazie per l'attenzione


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