La fissione è un processo di decadimento radioattivo (quando non vi è una causa esterna al mucleo) o di reazione nucleare (quando un elemento esterno reagisce col nucleo), in cui il nucleo di un atomo si divide in due o più nuclei che sono più piccoli e più leggeri di quello originale.
E’ un processo che, inoltre, produce spesso raggi gamma e rilascia un enorme quantità di energia e la scoperta che una reazione nucleare a catena era possibile portò allo sviluppo dell’energia nucleare e delle armi atomiche.
Nel 1932 il fisico inglese James Chadwick scoprì per primo l’esistenza dei neutroni e notò come questi, essendo di carica elettrica neutra, erano in grado di penetrare il nucleo più facilmente rispetto ai positroni o le particelle alfa, usati in precedenza per realizzare la tramutazione nucleare, processo in cui un atomo instabile si trasforma in un atomo stabile, tramite l’emissione di particelle subatomiche.
Nel 1934 i coniugi Curie riuscirono a ottenere ciò che venne definito il primo elemento radioattivo artificiale mediante bombardamento di alluminio con particelle alfa: il radio (da cui, appunto, il termine radioattività).
A Roma, negli anni che seguirono, Enrico Fermi riprese l’idea di Chadwick e cominciò a bombardare gli elementi del sistema periodico in maniera sistematica. In poco tempo vennero irradiati con neutroni 60 elementi e almeno in 40 vennero verificati nuovi elementi radioattivi. Nel classificare le reazioni scoprì che, nel caso di atomi leggeri, i radionuclidi prodotti avevano un numero atomico di unità una o due volte inferiore al nucleo iniziale, mentre nel caso degli elementi più pesanti, i nuovi elementi erano isotopi del nucleo bombardato.
Quando arrivò a bombardare l’uranio, interpretò erroneamente i radionuclidi che erano stati prodotti, come nuovi elementi, senza realizzare che, in realtà, si trattava della fissione dell’uranio.
Per perfezionare i suoi esperimenti, Fermi decise di inserire, tra la fonte e il bersaglio, un cuneo di piombo, allo scopo di distinguere i neutroni assorbiti da quelli diffusi.
Tuttavia, a seguito di un’intuizione improvvisa, sostituì il cuneo di piombo con un pezzo di paraffina. I risultati furono straordinari: la paraffina, essendo ricca di idrogeno, ossia di protoni, rallentava i neutroni, aumentando la loro efficacia nel determinare la radioattività artificiale. La scoperta dei neutroni lenti contraddisse ciò che la maggior parte degli scienziati dell’epoca credeva, e valse a Fermi il Premio Nobel per la Fisica nel 1938.
La spiegazione che Fermi diede al risultato dell’esperimento da lui condotto con l’uranio trovò presto molti critici. Tra questi la fisica tedesca Ida Noddack, la quale affermò che quando i nuclei pesanti vengono bombardati con i neutroni, è concepibile che accada qualcosa di diverso dalle trasmutazioni, in quanto in quest’ultime gli elementi che ne derivano sono elementi di numero di massa molto vicini a quello originariamente bombardato, mentre usando i neutroni si creano frammenti grandi di nucleo che non sono vicini all’elemento irradiato.
La scoperta ufficiale della fissione nucleare avvenne nel 1938 ad opera del gruppo di Berlino composto dai fisici Lise Meitner e Otto Robert Frisch, e dai chimici Otto Hahn e Fritz Strassmann. Hahn e Strassmann bombardarono l’uranio con neutroni lenti e scoprirono che da quel processo era stato prodotto il bario, un elemento di massa molto più piccola rispetto all’uranio. I due scienziati informarono dei loro risultati Meitner e Frisch, i quali prima teorizzarono, e poi provarono, che l’assorbimento dei neutroni da parte dell’uranio producesse una scissione del nucleo in due frammenti leggeri.
La scoperta fece presto il giro del mondo e suscito enorme scalpore, oltre a dare il via a numerose altre ricerche. Meitner condusse esperimenti per verificare se anche con altri elementi si potesse ottenere la fissione, e i risulti furono positivi con il torio e il protoattinio. Von Alban, Curie e Kowarski dimostrarono che l’uranio bombardato da neutroni emetteva più neutroni di quelli che assorbiva, e ciò fece pensare che erano possibili reazioni nucleari a catena.
Tali neutroni addizionali, infatti, potevano essere indotti a generare nuove fissioni, con enormi liberazioni di energia e di materiale radioattivo. Questa prospettiva fece maturare negli scienziati l’idea che, realizzando una reazione a catena di fissione dell’uranio, si potesse costruire una superbomba nucleare, di enorme potenza distruttiva.
Fermi, che nel frattempo aveva raggiunto gli Stati Uniti, intuì che la possibilità che si verificasse una reazione a catena dipendeva dal numero di neutroni che venivano emessi nel singolo processo, e, assieme a Herbert Anderson, si attivò per la costruzione di una pila nucleare. I primi tempi utilizzò il carbonio e ne misurò la sezione d’urto, ma questa risultò troppo piccola.
Lo scetticismo sulla possibilità di costruire una bomba atomica prese campo, anche perché si pensava che essa necessitasse di una grande quantità di uranio, che, invece, è un elemento molto raro in natura.
La concomitante scoperta del plutonio, e la dimostrazione delle sue caratteristiche di elemento fissile, e il parere favorevole dato dalla commissione britannica MAUD sulla fattibilità della realizzazione di una bomba atomica a base di uranio 235, spinsero Roosevelt a dare il via al Progetto Manhattan.
Finalmente, nel 1942, a Chicago, Fermi riuscì a realizzare la prima reazione a catena autosostenuta e controllata della storia dell’umanità. Ha così inizio l’era atomica…
Fonti:
www.forumnucleare.it
www.galileonet.it
www.chemistryworld.com
www.wikipedia.it
Mi piace dei tuoi articoli di divulgazione scientifica che si unisce conoscenza scientifica ed impostazione umanistica critica,oserei dire fisiologica. Bravissimo