La perdita dell'innocenza La scoperta della fissione nucleare

Presentazione sul tema: "La perdita dell'innocenza La scoperta della fissione nucleare"— Transcript della presentazione:

1 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

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

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

4 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

5 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

6 L'Istituto di Fisica di Roma
Enrico Fermi

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

8 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

9 La strumentazione

10 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

11 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

12 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.

13 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.

14 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

15 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

16 Elementi transuranici ?
b 92U238 (n,g) 92U239* 92U239* 93Y239* 93Y239* radioattivo con T1/2 = 13 min

17 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.

18 …. 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

19 Lise Meitner e Otto Hahn
Fritz Strassmann Berlino

20 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)

21 La tavola degli elementi 1934

22 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

23 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

24 Lise Meitner è costretta a lasciare la Germania

25 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

26 … 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?

27 "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

28 Natale in Svezia Otto Frisch Lise Meitner

29 Fissione nucleare ! U n

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

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

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

33 Il "meccanismo della fissione"
La fissione è indotta dai neutroni veloci in U238 e dai neutroni lenti in U235 Niels Bohr Archibald Wheeler

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

35 Costruire la bomba? Albert Einstein Leo Szilard

36 Einstein scrive a Roosevelt
2 agosto 1939

37 Pearl Harbour (7 dicembre 1941)
La guerra Pearl Harbour (7 dicembre 1941)

38 Manhattan Engineering District
Robert Oppenheimer

39 La strana coppia Robert Oppenheimer Leslie Groves

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

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

42 Il primo reattore nucleare
Chicago, 2 dicembre 1942

43 La costruzione della bomba (Los Alamos)

44 La costruzione della bomba (Oak Ridge)
Alpha I calutron Impianto K-25 per la produzione di U235 mediante diffusione gassosa

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

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

47 The "gadget"

48 Trinity test (16 luglio 1945)

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

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

51 Hiroshima (6 agosto 1945)

52 Nagasaki (9 agosto 1945)

53 Grazie per l'attenzione