La perdita dell'innocenza La scoperta della fissione nucleare Arturo Russo Dipartimento di Fisica e Tecnologie Relative Università di Palermo AIF – Scuola di Storia della Fisica 2005
Il 7° Congresso Solvay (1933) Bruxelles, 22-29 ottobre 1933
La radioattività artificiale Irène Curie Frédéric Joliot (Paris, gennaio 1934)
Nuovi isotopi radioattivi L'emissione di positroni persiste anche dopo l'allontanamento della sorgente a e+ Po Al + 13Al27 15P30 + n 15P31: isotopo stabile 15P30: isotopo radioattivo b+ non esistente in natura
Avvio di programmi di ricerca sulla radioattività artificiale C. Anderson e S. Neddermeyer (Caltech) C. Lauritsen (Caltech) E. Lawrence (Berkeley) J. Cockroft e E. Walton (Cambridge) protoni e/o deuteroni
L'Istituto di Fisica di Roma Enrico Fermi
I "ragazzi di via Panisperna" Enrico Fermi Franco Rasetti Edoardo Amaldi Emilio Segrè Oscar D'Agostino Ettore Majorana Bruno Pontecorvo
Radioattività artificiale indotta da neutroni (apr – lug 1934) emissione radioattiva n ZXA Rn-Be 62 elementi irradiati In 37 almeno un nuovo prodotto radioattivo 50 nuovi radionuclidi identificati con la vita media Di 16 identificata la natura chimica
La strumentazione
Y*: nuclei di isotopi radioattivi dell'elemento Y L'interpretazione ZYA+1* + g (n,g) Z-1YA* + 1p1 (n,p) Z-2YA-3* + 2He4 (n,a) 0n1 + ZXA (per Z < 30) Y*: nuclei di isotopi radioattivi dell'elemento Y
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
Una scoperta decisiva (22 ottobre 1934) neutroni veloci neutroni lenti H Ag Rn-Be g sostanza idrogenata (paraffina, acqua, ecc.) L'intensità dell'attivazione aumenta di un fattore che varia da alcune decine ad alcune centinaia.
Un brevetto in vista di possibili applicazioni Il brevetto n. 324458 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.
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
Il problema dell'Uranio (primavera 1934) Radioattività con vari valori di vita media (10s, 40s, 13min, 90min) Quali elementi? n 92U238 Rn-Be Le proprietà chimiche degli elementi con T1/2 = 13min e 90min non erano riconducibili ad alcun elemento di numero atomico tra 82 e 92
Elementi transuranici ? b 92U238 (n,g) 92U239* 92U239* 93Y239* 93Y239* radioattivo con T1/2 = 13 min
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.
…. e critiche "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 a], i quali sarebbero dunque degli isotopi di elementi noti ma non vicini a quelli irradiati" (1934) Ida Noddack
Lise Meitner e Otto Hahn Fritz Strassmann Berlino 1935-38
I risultati di Berlino (1935-37) 94EkaOs 92U + n 92U 93EkaRe 10s 2,2m b b b 95EkaIr 96EkaPt 97EkaAu 59m 66h 2,5h …. più altre due serie analoghe, con diversi valori di vita media, ma solo due isotopi dell'uranio noti (U238, U235)
La tavola degli elementi 1934
Le conclusioni di Hahn e Meitner 70 Ba 57-71 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 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
Il quadro si complica (1937-38) A Parigi si trova una sostanza con T1/2 = 3,5h, non osservata a Berlino, non riconducibile ai transuranici noti A Berlino si trova un altro EkaIr (?) con T1/2 = 60d
Lise Meitner è costretta a lasciare la Germania
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: 90Th* + a (n,a) 92U + n 90Th* 88Ra* + a Ma non si è mai osservata una reazione (n,a) per Z > 30, né radioattività artificiale con emissione a
… e inoltre I quattro isotopi danno luogo ad altrettante serie di decadimenti beta con diverse vite medie RaI AcI Th? RaII AcII Th? RaIV AcIV Th? RaIII AcIII Th?
"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
Natale in Svezia Otto Frisch Lise Meitner
Fissione nucleare ! U n
Copenhagen "Che idioti siamo stati tutti quanti! E' meraviglioso! E' proprio come deve essere!" La reazione di Bohr nel ricordo di Frisch
La teoria e la conferma sperimentale (16 gennaio 1939) Il processo di fissione deve dare luogo a due nuclei con Z 40-50 ed energia cinetica totale 200 MeV L. Meitner, O. Frisch Nature, 11 febbraio 1939 O. Frisch Nature, 18 febbraio 1939 Otto Frisch
La notizia arriva in America Washington, 28 gennaio 1939 M. Tuve E. Fermi N. Bohr G. Breit J. Fleming 1 2 3 4 5 Atomic Physics Observatory Department of Terrestrial Magnetism
Il "meccanismo della fissione" La fissione è indotta dai neutroni veloci in U238 e dai neutroni lenti in U235 Niels Bohr Archibald Wheeler
La possibilità di una reazione a catena F. Joliot E. Fermi L. Szilard
Costruire la bomba? Albert Einstein Leo Szilard
Einstein scrive a Roosevelt 2 agosto 1939
Pearl Harbour (7 dicembre 1941) La guerra Pearl Harbour (7 dicembre 1941)
Manhattan Engineering District Robert Oppenheimer
La strana coppia Robert Oppenheimer Leslie Groves
La scoperta del plutonio (Berkeley, gennaio 1941) Emilio Segrè Glen Seaborg
La costruzione della bomba (Metallurgical Laboratory, Chicago) Progettazione della pila per la produzione di plutonio Arthur Compton Enrico Fermi
Il primo reattore nucleare Chicago, 2 dicembre 1942
La costruzione della bomba (Los Alamos)
La costruzione della bomba (Oak Ridge) Alpha I calutron Impianto K-25 per la produzione di U235 mediante diffusione gassosa
La costruzione della bomba (Hanford) Impianto per la produzione di plutonio (1200 reattori nucleari)
Due tipi di bomba La bomba a uranio (little boy) La bomba a plutonio (fat man)
The "gadget"
Trinity test (16 luglio 1945)
La perdita dell'innocenza Sapevamo che il mondo non sarebbe stato più lo stesso. Alcuni ridevano, alcuni piangevano, la maggior parte taceva.
Io mi sovvenni di un verso del poema indiano Bhagavad-Gita [….] "Adesso sono diventato la Morte, il distruttore del mondo"
Hiroshima (6 agosto 1945)
Nagasaki (9 agosto 1945)
Grazie per l'attenzione