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Fermi, uranb e grafite "[CHIUSE A SANREMO LE CELEBRAZIONI DEL PIÙ' GRANDE SCIENZIATO ITALIANO DOPO GALILEO Fermi, uranb e grafite RIEVOCATA A NEW YORK LA GRANDE AVVENTURA DELLA REALIZZAZIONE, NEL 1942, DELLA PRIMA FISSIONE CONTROLLATA, CHE AVREBBE PORTATO ALLA BOMBA ATOMICA Marta Cerù ENRICO Fermi sorridente di fronte a una lavagna di formule è l'immagine che può airivare per posta in America su un francobollo stampato per i cento anni dalla nascita: il 29 settembre 1901. La sua vita si è divisa a metà tra Roma e gli Stati Uniti così come la sua carriera scientifica. In Italia Fermi divenirne famoso per la sua scoperta negli Anni 30 dei neutroni lenti, grazie agli esperimenti condotti a capo del gruppo di fisici di Via Panisperna. A New York arrivò a causa della seconda guerra mondiale, fresco del Nobel (1938) e in fuga dalle leggi razziali che minacciavano la vita della moghe Laura Capon, ebrea. Pretesto ufficiale per trasferirsi a Manhattan un invito a insegnare per un anno alla Columbia University: qui, qualche settimana fa, l'Istituto Italiano di Cultura ha organizzato un incontro dei suoi «allievi» per ricordare il contributo di Fermi alla fissione nucleare. Torniamo al 1939. Mentre Fermi era ancora in viaggio, ih Germania lise Meitner e Otto Frish scoprivano la fissione nucleare, cioè la possibilità di bombardare un nucleo di un atomo pesante (come un isotopo di uranio, plutonio o torio) e dividerlo in due o più frammenti. E si cominciavano a intuire le potenzialità di questo fenomeno. Da una parte, se controllato, poteva diventare una fonte di energia senza precedenti. Dall'altra, incontrollato, poteva servire come la bomba dìu potente mai costruita, la bomja atomica. "Ricordo molto bene il primo mese, gennaio 1939, in cui ho cominciato a lavorare ai laboratori Pupin della Columbia University - raccontava Fermi nel gennaio del '54 in occasione del suo ritiro da Presidente dell' American Physical Society - In quel periodo Niels Bòltf EÌvèva un incarico a Princeton e un pomeriggio Willis Lamb arrivò molto eccitato dicendo che Bohr aveva annunciato grandi notizie. Si trattava della scoperta della fissione. Qualche tempo dopo nello stesso mese ci fu un incontro a Washington dove si discusse l'importanza del nuovo fenomeno della fissione come possibile risorsa di energia nucleare". Fermi aveva studiato in Italia gli effetti del bombardamento di neutroni lenti (cioè rallentati da imo strato di paraffina o grafite) su atomi di uranio. Ma non era arrivato a capire che i prodotti della reazione erano frammenti di nuclei spezzati. Tuttavia, una volta che il fenomeno fu scoperto, la sua esperienza lo portò a progettare una pila dove creare una fissione controllata. Quando il nucleo di uranio si rompe, a causa dell'impatto di un neutrone opportunamente rallentato, viene rilasciata una grande quantità di energia. È possibile stimolare una reazione a catena in cui i neutroni prodotti dalla fissione vanno a colpire altri nuclei, li spezzano, liberano altri neutroni e così via. Il problema a quel tempo era riuscire a controllare questo tipo di esperimento che avrebbe portato, con l'evolvere della guerra e l'intervento americano, alla bomba atomica. Appena arrivato a New York, Fermi si mise a capo di un gruppo di fisici per progettare la pila a fissione. Aveva bisogno di due elementi, uranio e grafite. Il tipo di uranio che può essere frammentato rap- presenta una percentuale bassissima dell'uranio estratto naturalmente. Una pila che potesse dare qualche risultato doveva disporne di molte tonnellate. Gli atomi di carbonio della grafite riescono bene a frenare i neutroni, in modo che abbiano l'energia adatta a rompere il nucleo di uranio. Così la pila venne costruita mettendo insieme grandi quantità di mattoni di grafite e pezzi di uranio. Il problema teorico da affrontare era quello del conteggio dei neutroni. Per sostenere la reazione a catena, si dovevano produrre più neutroni di quanti se ne perdevano in altri processi: alcuni scappavano attraverso le superfici della struttura di grafite, e altri venivano catturati senza produrre fissione. Era cruciale avere a disposizione un materiale spugna per i neutroni prodotti, così da controllare la reazione a catena. Dato che il cadmio ha questa caratteristiceu strati di questo materiale costituivano la pila e potevano essere tolti per accelerare il processo: Due dei giovani fisici del gruppo avevano U compito suicida di versarne una so uzione sull'apparato; nel caso si fosse perso il controllo dell'esperimento. Uno di loro era Walter Wattenbeig, esperto di fisica nucleare e presente alla conferenza newyorkese con i suoi ricordi sull'amicizia con Fermi e sull'esperimento con cui fu raggiunta la prima fissione controllata il 2 dicembre 1942. Fisico senza età (come tanti dei presenti), con un panama bianco e due grandi occhiah di plastica nera o gialla, Wattenberg ha onorato la figura di Enrico ricordandolo come un maestro. Leader del progetto. Fermi determinava come procedere e lavorare. Una volta a settimana dava lezione per spiegare la fisica dell' esperimento. Non solo era uno sperimentale che amava mettere le mani su tutti gli strumenti, ma aveva una capacità fuori dal comune di spiegare la teoria, riuscendo a semplificare la matematica a monte, per coinvolgere tutti in quello che si stava facendo. Wattenberg lo ricorda molto meticoloso e preciso con le apparecchiature. "Ogni mattina quando si arrivava c'era ima routine da seguire per testare gli strumenti e assicurarsi che fossero pronti per le misure". Enrico era affezionato agli apparecchi e li. distingueva chiamandoli come i personaggi della storia preferita dei suoi figli: Winny the Pooh. Dopo i primi prototipi, l'esperimento cominciava a diventare troppo pericoloso per essere condotto nell'ambiente piccolo della Columbia e nel 1942 il gruppo si spostò a Chicago. CP-1 (Chicago Pile Number One) è la pila che finalmente permise di osservare e controllare la reazione a catena. Il primo strato di grafite per costruirla era stato posizionato il 16 novembre 1942 e Fermi era il solo responsabile della sicurezza. Dati i 34 prototipi precedenti, molto del materiale era riciclato e occorreva posizionarlo con criterio nei successivi prototipi. Fermi si occupò personalmente di collocare i pezzi buoni al centro e quelli più vecchi lateralmente. Ogni sera finito il montaggio controllava il conteggio dei neutroni e ogni mattina la strumentazione. Con l'aumentare degli strati di grafite aumentava l'intensità di neutroni e l'idea era quella di raggiungere lentamente uno stato critico. Ma era difficile prevedere quando sarebbe avvenuto. "La soglia fu raggiunta il 2 Dicembre",, ha raccontato Wattenberg. La pila conteneva 6 tonnellate di uranio, 40 tonnellate di ossido di uranio e 385 tonnellate di grafite. "Fermi sapeva che quello sarebbe stato il giorno", ha continuato. "Ma tutto avvenne come al solito. La mattina controllammo gli strumenti. Cominciammo il bombardamento e osservammo l'intensità di neutroni crescere. A un certo punto raggiungemmo la saturazione, eravamo al limite, ma Enrico, che era'abitudinario, interruppe per il pranzo. Tutti eravamo frustrati perché fuori dai laboratori non potevamo parlare di quello che stavamo facendo. Dopo pranzo arrivammo al limite critico. Tutti capimmo che Fermi aveva portato la pila ad auto-sostenersi e l'aveva controllata in modo prevedibile. Era fatta, ma non ci furono particolari celebrazioni. Non suonarono campane, ma molti fisici sorridevano. Fu un beUissimo esperimento". Lo stesso giorno il fisico Arthur Compton, che aveva permesso a Fermi di condurre l'esperimento nel campus di Chicago, chiamò il Direttore del Consiglio per la Difesa Nazionale James Bryant Conant con un messaggio in codice: "Il Navigatore Italiano ha raggiunto il Nuovo Mondo". Al quale pronta la domanda "E come ha trovato gli indigeni?" "Molto amichevoli", rispose. Un disegno della Pila di Fermi in costruzione