La Stampa - Consultazione Archivio

Incominciava mezzo secolo fa l'alchimia dei nuclei atomici Nel dicembre 1938 per la prima volta si osservò la fissione dell'uranio Incominciava mezzo secolo fa l'alchimia dei nuclei atomici CINQUANTANNI fa, negli ultimi giorni del dicembre del 1938, Hahn e Strassmann dimostravano, sulla base dell'analisi delle proprietà chimiche degli atomi prodotti, che in seguito all'interazione di neutroni con l'uranio si producevano isotopi di bario e lantanio, elementi con una massa che è circa la metà di quella dell'uranio. Era questa la scoperta della fissione nucleare che ha modificato in modo permanente la nostra vita, poiché in meno di quattro anni da quella scoperta Fermi riuscì a costruire il primo reattore nucleare a fissione e in meno di sette anni vennero costruite le prime bombe atomiche, due delle quali utilizzate dagli Stati Uniti contro il Giappone. In ben pochi casi, nella storia della scienza, una scoperta è stata seguita da uno sforzo collettivo paragonabile a quello dello studio della fissione. Praticamente le indagini sulla fissione hanno monopolizzato ogni grande laboratorio e ogni fisico nucleare per un notevole periodo di tempo dopo la scoperta di Hahn e Strassmann e i progressi nella comprensione di questo fenomeno, nel periodo immediatamente successivo alla sua scoperta, si sono misurati in giorni più che in mesi o anni come invece è avvenuto nel caso di altre pur importanti ricerche più recenti. Perché questa frenetica ricerca? Perché fin dal primo momento ci si rese conto che nel processo di fissione venivano prodotti altri neutroni che potevano innescare nuovi processi dì fissione rendendo possibile una reazione a catena che avrebbe permesso la produzione di una enorme energia e la costruzione di ordigni bellici di inaudita potenza. Si realizzava così la possibilità di estrarre l'enorme energia contenuta nei nuclei atomici nota nn da pruni studi sulla radioattività naturale. Tuttavia pochi altri periodi della storia recente sono stati pieni di funesti presagi come quell'inizio del 1939. Il fatto che la scoperta fosse avvenuta in Germania, una nazione con enormi potenzialità tecnologiche e scientifiche, che disponeva della materia prima necessaria per la costruzione di ordigni bellici, l'uranio, ed era retta, allora, da un regime tra i più nefandi e aggressivi nella storia dell'umanità, riempì di sgomento quegli scienziati esuli in America che avevano dorato emigrare, perdendo spesso tutto quanto possedevano per le leggi razziali entrate in vigore in Germania e in Italia. DI qui la decisione di molti scienziati fuori dalla Germania di tener segrete le loro scoperte in questo campo (unica eccezione Joliot Curie in Plancia) e il deciso sforzo per ottenere che il governo americano procedesse con la massima celerità agli studi di fattibilità e alla eventuale costruzione di ordigni atomici. Per tutto il periodo della guerra il pericolo che la Germania potesse precedere gli Stati Uniti nella produzione di questi ordigni fu un incubo, anche se poi si scoprì che, per un insieme di circostanze in parte non prevedibili, questo pericolo non sussisteva. In storia il condizionale passato o presente non ha diritto di esistere, tuttavia non si può fare a meno di domandarsi cosa sarebbe potuto accadere se la fissione fosse stata scoperta cinque o sei anni prima di quanto avvenne. Questa domanda ha ragione di essere perché questo fenomeno avrebbe potuto essere scoperto fin dal 1932, contemporaneamente alla scoperta del neutrone. Per circa sei anni fu come se tutti quegli scienziati, che poi in pochi mesi furono in grado di comprendere nelle sue linee essenziali il fenomeno e di sfruttarlo, fossero stati ciechi. La fissione dell'uranio, o di un altro nucleo di un elemento sufficientemente pesante, avviene quando il nucleo eccitato si deforma fino a scindersi in due grandi frammenti. Questo avviene bombardando il nucleo con una particella di energia sufficiente. Prima del 1932 nessuna delle particelle di cui si poteva disporre (elettroni e particelle in processi di decadimento radioattivo! potevano innescare la fissione dell'uranio a causa della loro limitata energia. Nel 1932, con una serie di celebri esperimenti compiuti presso il laboratorio Cavendish dì Cambridge, lo scienziato inglese Chadwick dimostrava che bombardando con particelle alfa, emesse dal polonio, il berillio o il boro si producono delle particelle elettricamente neutre, i neutroni, con massa circa uguale a quella del protone. Questa scoperta non fu accidentale. Da anni Chadwick cercava di provare sperimentalmente l'esistenza del neutrone, la cui esistenza era stata prevista da Rutherford già nel 1920. La prova dell'esistenza del neutrone era accompagnata da una serie di risultati sperimentali che ne determinavano le principali proprietà. Tra questi, i risultati di uno studio della sezione d'urto, o probabilità di interazione, di un neutrone con vari nuclei, inclusi quelli di elemen- ti pesanti come il piombo. Questo era un risultato molto importante poiché le particelle alfa prodotte nel decadimento radioattivo di elementi pesanti e le particelle cariche prodotte con i primi acceleratori (costruiti nel 1930 a Cambridge di Cockeroft e Walton, nel 1931 al MIT da Van de Graaf e nel 1932 da Lawrence a Berkeley) permettevano, data lo loro piccola energia, solo lo studio di reazioni indotte su elementi leggeri (la barriera di potenziale elettrostatico che una particella carica deve superare prima di interagire con un nucleo risultava troppo alta nel caso dei nuclei di elementi pesanti). Il neutrone, sprovvisto di carica, poteva invece interagire anche con gli elementi più pesanti come dimostrava la misura delle sezione d'urto per interazione col piombo. LO studio dell'interazione di neutroni con gli elementi più pesanti come torio e uranio appariva particolarmente interessante poiché, come doveva far notare Fermi, questi nuclei sono già instabili, dando origine a serie di decadimenti radioattivi, e un loro bombardamento con neutroni avrebbe potuto innescare nuovi processi di decadimento. Stranamente, però allo studio delle reazio¬ ni Indotte da neutroni venne data una bassa priorità a Cambridge rispetto ad altri esperimenti, peraltro di grande rilevanza scientifica, e, anche nel caso delle poche reazioni che vennero studiate, vennero privilegiati nuclei leggeri. Un collaboratore di Chadwick, Feather, studiò con la Camera di Wilson, uno strumento capace di visualizzare le tracce delle particelle atomiche e subatomiche, l'interazione di neutroni con azoto, fluoro e neon. Questa tecnica di indagine avrebbe potuto permettere di osservare la fissione dell'uranio e del torio in grandi frammenti. Lo studio delle reazioni indotte da neutroni venne intrapreso circa due anni più tardi da Fermi, a Roma, con lo scopo primario di produrre nuove sostanze radioattive artificiali. Fermi e i suoi caollaboratori (Arnaldi, Segre. Rasetti, Pontecorvo, D'Agostino) utilizzarono tecniche di radiochimica che permettevano di identificare con precisione le sostanze radioattive prodotte. Tra le sostanze irraggiate con neutroni vi erano torio e uranio, e benché i risultati ottenuti In questi casi non fossero del tutto chiari, Fermi ritenne, erroneamente, di aver prodotto elementi con carica superiore a quella dell'uranio: i primi elementi artificiali transuranici prodotti dall'uomo. Queste conclusioni, pur accettate dalla grande maggioranza degli scienziati, e dai più autorevoli tra questi, vennero criticate da una scienziata tedesca, Ida Noddack, che in un articolo, inviato anche a Fermi, avanzava l'ardita ipotesi che quando i nuclei pesanti sono bombardati con neutroni possano dividersi in parecchi grandi frammenti di massa molto minore di quella dell'elemento irraggiato. Ancora oggi non si capisce su quali basì si fondasse l'ipotesi della Noddack, una scienziata nota, che tuttavia era caduta in un certo discredito quando si era dimostrato falso l'annuncio della sua scoperta di un elemento, previsto dalla tavola periodica (poi effettivamente scoperto da Segre e Perrier e chiamato tecneziol. Con ogni probabilità Fermi la ritenne un'ipotesi assurda e se ne scordò, preso da altre importanti scoperte. MA se l'avesse considerata con maggiore attenzione si sarebbe reso conto che il processo ipotizzato dalla Noddack era possibile da un punto di vista energetico, in base a quanto era già noto allora. Inoltre, da un punto di vista teorico, era già stato sviluppato da Gamow e Weiszacker un modello che assimilava il nucleo a una goccia liquida carica che avrebbe potuto portare a una spiegazione del fenomeno, come avvenne, ad opera di Frisch e Meitner, qualitativamente, e di Bohr e Wheeler, quantitativamente, subito dopo la scoperta di Hahn e Strassmann. Altri esperimenti volti a misurare, con camere di ionizzazione, la possibile emissione di particelle alfa da parte dei supposti elementi transuranici non permisero di osservare l'emissione di frammenti di fissione per la particolare procedura sperimentale adottata, anche se la stessa tecnica venne poi utilizzata con successo dopo la scoperta della fissione. Gli esperimenti di Fermi vennero ripresi da Hahn e Strassmann e da I. Curie e Savitch. L'uso di tecniche radiochimiche più raffinate permise a questi autori di scoprire un numero sempre crescente di elementi radioattivi prodotti nel bombardamento dell'uranio con neutroni. Questi lavori, prima di quello conclusivo che riporta la scoperta, presentano un duplice aspetto: da un lato la grande precisione delle misure, al limite di quella allora ottenibile, dall'altro l'incapacità di interpretare i risultati che portava a formulare ipotesi sempre più complicate e inattendibili. Quando, come detto, sul finire del 1938 Hahn e Strassmann dimostrarono con certezza che erano stati prodotti bario e lentanio fu come se le tenebre si fossero squarciate: nel giro di due mesi, sulle principali riviste scientifiche, erano stati pubblicati circa quindici lavori che confermavano la scoperta e mettevano in luce nuovi aspetti del processo. Nel giro di un anno erano stati pubblicati più di cento lavori, incluso un articolo di rassegna e un lavoro di Bohr e Wheeler, rimasto classico, con una teoria dettagliata del fenomeno. Ciò che accadde è sintetizzato al meglio dalle parole di Bohr all'annuncio da parte di Frisch della scoperta di Hahn e Straussmann e della sua possibile interpretazione teorica: "Oh, ma è meraviglioso! E'proprio come deve essere!-. Bohr, ovviamente, si riferiva alla bellezza della scoperta scientifica e alle prospettive scientifiche che apriva, non certo agli sviluppi successivi, in gran parte dovuti a decisioni politiche e militari, ma certo anche al contributo di scienziati trasformatisi in apprendisti stregoni. Ettore Gadioli Enrico Fermi durante una lezione. Fu tra i primi a intuire le applicazioni pratiche e militari della fissione dell'uranio