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Come Fermi giunse alla scoperta della "fissione a catena,, dell'uranio Un artìtolo di lise Meitner, the tollaborò con io studioso italiano Come Fermi giunse alla scoperta della "fissione a catena,, dell'uranio Dalla identificazione del neutrone da parte di Chadwick alle indagini di Otto Hahn e Fritz Strassmann - Una relazione scientifica nata da una conversazione telefonica - La difficile interpretazione dei fenomeni radioattivi Per il ZOo anniversario della prima reazione a catena controllata, ■pubblichiamo un articolo scritto per questo stesso ventennale da Lise Meitner. La signora Meitner (ogni nttantaquattrenne) prima fra tutti i fisici interpretò i risultati ottenuti da Fermi nei suo\ lavori sperimentali all'Istituto di Fisica a Roma e ripetuti poi da Hahn e Strassmann, come dovuti alla « /Iasione > dei nucleo di uranio. Lo scritto è tradotto (con qualche necessario accorciamento) rfali'International Atomlc Energy Bulletin, che porta In data del s dicembre. Anche Lise Meitner, come tanti altri scienziati europei, dovette sottrarsi con la fuga alle persecuzioni naziste; e nel corso di queste vicende appunto portò il suo contributo concettuale, tanto fruttifero di conseguenze, alla scoperta dell'energia nucleare. Vent'anni fa, il 2 dicembre 1942, Enrico Fermi riuscì a far diventare critico il primo reattore nucleare, e cioè a metterlo al lavoro. Non per caso Fermi fu il paèmo a risolvere un problema allora straordinariamente complicato, benché chiaro nei principi. Sia come sperimentatore sia come teorico, egli fu uno dei fisici più dotati del nostro tempo, sempre pronto ad affrontare nuovi e difficili problemi, nel modo più semplice; o — in mancanza di apparati sperimentali adatti — a progettare esperimenti nuovi, tra i più semplici sempre, con una straordinaria ' capacità di analisi dei risultati ottenuti. La base del successo di Fermi nel costruire il pri mo reattore fu la scoperta, fatta da Otto Hahn è Fritz Strassmann, della fissione dell'uranio col bombarda- Nuovi metodi di datazione radioattiva SI è tenuto, nel mese di novembre ad Atene, un simposio sui metodi della datazione radioattiva: e cioè della determinazione della età di un oggetto, ricavata dalla misura della radioattività di isotopi radioattivi in esso contenuti. Il più celebre ili questi metodi, dovuto allo scienziato americano Libby si basa sul contenuto in carbonio radioattivo: una sostanza che perde la metà della sua radioattività in un periodo stimato di 5600 anni (misura ora corretta in 570(1). Il carbonio radioattivo serve per datare relitti organici (mummie, ad esempio, o palafitte), antichi Ano di sessanta o scttantamila anni. Recentemente scienziati svizzeri e tedeschi hanno usato un'altra sostanza, il renio radioattivo, il cui periodo di dimezzamento è di quarantotto milioni di anni. Applicato per datare meteoriti contenenti ferro, esso ha indicato per questi oggetti un'età di quattromila milioni di anni. Altre sostanze, di delicato uso in via di continuo perfezionamento, sono particolari isotopi di uranio, piombo, alluminio, manganese, stronzio. Con essi si sono potuti seguire antichi processi geochimici e geologici; studiare l'accumulazione sulla Terra di polveri di origine extraterrestre; determinare l'età di molte rocce. Ciascuno di essi si presenta alla guisa di una sorta di orologio retrospettivo, il quale ci consente di risalire ad eventi passati della storia del mondo, determinandone il tempo esatto. mento dell'uranio ordinario per mezzo di neutroni. Vista alla luce delle conoscenze attuali, la via che condusse a questa scoperta è stata lunga, tortuosa e, in un certo senso, sbagliata: ma si giunse alla fine alla vera spiegazione del fenomeno e Fermi ne fu il pioniere. Subito dopo la scoperta del neutrone da parte di Chadwick e della radioattività artificiale da parte di I. Curie e F. Joliot, Fermi comprese che i neutroni — per essere privi di carica elettrica — dovevano essere quanto mai idonei à penetrare nei nuclei pesanti (dotati cioè di forte carica elettrica), e a indurre in essi delle reazioni. Egli, con un gruppo di giovani collaboratori, bombardò con neu troni tutti gli elementi che potè, compresi alcuni tra i più pesanti. I risultati più interessanti sembrarono risultare dal bombardamento del più pesante degli elementi, l'uranio. Fermi pensò di avere ottenuto elementi nuovi, di numero atomico superiore (93 e 94) cioè elementi transuranici. Questi esperimenti mi sembrarono così affascinan- ti che, subito dopo averne letto i risultati "sul Nuovo Cimento e su -Nature, persuasi Otto Hahn a rinnovare il nostro lavoro in comune (che era rimasto interrotto da parecchi anni), per investigare i nuovi problemi. E così facemmo nel 1934, con la collaborazione, dopo breve tempo, di Fritz Strassmann. (Qui l'Autrice dà un ragguaglio un po' minuto, e perciò assai denso di termini e concetti scientifici, dei risultati delle ricerche ed esperimenti da lei condotti con Hahn e Strassmann, risultati che non concordavano con la supposta produzione di elementi più pesanti da parte dell'uranio bombardato con neutroni. Nel corso di queste ricerche, nel luglio 1938, l'Autrice aveva dovuto lasciare la Germania e, dopo una breve sosta in Olanda, si era portata a Stoccolma, dove ebbe la possibilità di continuare il lavoro e gli esperimenti. Qui lettere di Hahn dalla Germania la informarono che, tra l'uranio bombardato con neutroni, egli e Strassmann avevano trovato del bario, cioè una sostanza che pesa circa la metà dell'uranio. Durante una gita in Svezia, la Meitner, eccitata da questa notizia, ne parlò col fisico O. R. Frisch, anch'egli in gita colà da Copenaghen, dove lavorava Bohr. Fu allora che nacque nei due, Meitner e Frisch, il concetto di fissione. N.d.T.). Il nuovo processo diven-j tò gradualmente comprcn- j sibile alla luce del modello' del nucleo atomico, considerato da. Bohr come una goceia di liquido. Secondo que-| sto concetto, la tensione su-' perficiale della goccia ha un effetto stabilizzante sul nucleo rispetto a piccole deformazioni. Nel corso della nostra discussione noi sviluppammo la seguente ipotesi: se nel nucleo di uranio, che porta una forte carica elet-j trica, e che perciò ha una| bassa tensione superficiale (data la mutua repulsione dei protoni), il movimento! interno del nucleo è reso vio- J lento dalla cattura di un neutrone, il nucleo stesso può deformarsi, nel senso di assumere una forma allungata, presentando una cmFc«ninuCm [sorta di strozzatura versoi il mezzo, e infine può dividersi in due parti, più o meno uguali, le quali si respingono con grande forza, per la mutua repulsione elettrica. Usando questa ipotesi, potemmo anche stimare l'entità dell'energia liberata, in circa 200 milioni di Voltelettroni. In vista della simiglianza di questo processo con la divisione cellulare, noi lo chiamammo (per suggerimento di Frisch) «fissione», e ne fa cemmo rapporto col titolo « Un nuovo tipo di reazione nucleare ». Questa memoria nacque n un modo, fuor del comune, cioè come risultato di una conversazione telefonica. Frisch era ritornato a Copenaghen ed io a Stoccol ma, prima di poter decidere cetfisS«ftmci i termini esatti del nostro rapporto; su esso ci accordammo poi per telefono. Nel gennaio del 1939 noi mandammo due lettere a Nature, che comparvero l'il e il 18 febbraio rispettivamente. Frattanto parecchie cose erano accadute. Bohr era andato in America ed aveva riferito alla Società Americana di fisica sui lavori di Hahn e Strassmann e sulla nostra interpretazione del processo (che Frisch aveva comunicato a Bohr dopo il suo ritorno dalla Svezia). Alcuni sperimentatori americani lasciarono in tutta fretta l'adunanza, prima ancora che Bohr avesse fini to di parlare, per cercar con ferma con l'esperimento del l'energia di ionizzazione dei prodotti di fissione quale do veva risultare con la nostra ipotesi; e ne pubblicarono subito i risultati su un gior naie quotidiano, prima an cora che Bohr sapesse che una tale conferma era stata già ottenuta da Frisch. Bohr ne fu poi informato da una lettera di suo figlio e allora intervenne presso i giornalisti per stabilire le giuste priorità: ragione per cui ne venne fuori la sorprendente asserzione che Frisch era genero di Bohr (sorprendente, perché Bohr non aveva figlie e Frisch non aveva moglie). Il resto della storia è ben noto. Non vorrei chiudere questa relazione senza notare quanto io abbia sperato che la nuova sorgente di energia scoperta fosse usata soltanto per scopi pacifici. Durante la guerra ero solita dire al mio amico di Stoccolma, Oskar Klein: « Spero che non riescano a fare una bomba atomica, ma temo che riusciranno ». I miei timori erano giustificati, e vedete in che stato è il mondo oggi! Lise Meitner Enrico Fermi mentre dimostra un teorema alla lagna. L'illustre fisico mori nel '54 di cancro polmon