Longum iter est per praecepta, breve et
efficax per exempla
Lunga è la strada dei precetti, breve ed efficace quella degli esempi
La scoperta della fissione
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Giugno 1934 – esce su Nature il famoso articolo di Fermi e del gruppo
romano “Possible Production of Elements of Atomic Nmber Higher than 92”
10 dicembre 1938 – Fermi riceve il premio Nobel per la Fisica
Natale 1938 – Hahn e Strassmann scoprono che l’Uranio (numero atomico
Z=92) colpito da neutroni termici dà luogo alla produzione di atomi di Bario
(Z=56).
Ultimi giorni di gennaio 1939 – Fermi, ignaro dei lavori dei tedeschi Frish e
Meitner, si mette al lavoro alla Columbia University per un esperimento che
porti ad una “conferma fisica” della fissione.
Febbraio 1939 - compaiono su Nature gli articoli di Frish e Meitner in cui si
usa il termine “fissione” (Fermi aveva fornito una interpretazione diversa dei
suoi risultati nel discorso all’Accademia di Svezia)
Intanto tra I fisici stava maturando l’idea che I
frammenti di fissione non fossero gli unici
prodotti del bombardamento di neutroni ma che
ci fossero anche neutroni in eccesso. Se I
neutroni uscenti fossero stati davvero maggiori
di quelli in ingresso sarebbe stato possibile
ottenere una
REAZIONE A CATENA con produzione di
energia e forse, in opportune condizioni
addirittura in forma esplosiva
Come Fermi affermo’ una decina di anni pi`u tardi nel
corso di una conferenza a Milano:
“fu allora che mi accorsi che un fenomeno di questo tipo
avrebbe potuto fare uscire la fisica nucleare dal ristretto
campo della ricerca pura trasformandola in quella delle
cose grosse”.
(Conferenze Donegani, Ed. Acc. dei Lincei, 1950, pag.
97).
La pila di Fermi
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1 settembre del 1939 - Hitler invade la Polonia ed inizia il conflitto mondiale.
11 Ottobre 1939 - venne consegnata al Presidente degli Stati Uniti,
Roosvelt, una lettera a firma di Einstein e Szilard che chiedeva di finanziare
le ricerche nucleari per la loro importanza strategica e, soprattutto, per
sottrarre il predominio della scienza ai tedeschi. In una atmosfera di
marcato scetticismo da parte dei militari venne concesso un finanziamento
di 6000 $.
Febbraio 1940 – con il finanziamento statale Fermi si mise all’opera per la
realizzazione di una prima piccola “pila” per misurare l’assorbimento dei
neutroni nella grafite.
1941 – Fermi progetta esperimenti su larga scala per determinare le
dimensioni critiche del sistema. Il fattore di moltiplicazione di questi
esperimenti è <1.
Aprile 1942 – Fermi si trasferisce a Chicago dove inizia a lavorare alla sua
“pila esponenziale” per ottenere un fattore di moltiplicazione >1.
Il racconto di un partecipante:
La mattina dopo, 2 dicembre, sul presto dissi a Fermi che tutto era pronto
ed egli ne assunse la direzione. Fermi aveva predisposto una sequenza di operazioni per
il raggiungimento della criticit`a. L’ultima barra di Cd venne estratta a mano, segmento
per segmento (da George Weil, suo collaboratore ancora dai tempi della Columbia):
ad ogni arresto si misurava l’attività neutronica e Fermi confrontava i risultati con le
previsioni basate sulle misure precedenti. Il procedimento convergeva rapidamente ed
egli dimostrava una crescente fiducia. Sicché quando si arrivò all’ultimo segmento Fermi
era certo che la criticità sarebbe stata allora raggiunta. Infatti quando la barra di Cd fu
del tutto estratta, la pila divenne critica e la prima reazione a catena autosostenentesi
ebbe luogo”.
La pila venne lasciata funzionare per ventotto minuti, con un keff = 1, 0006 a una
potenza massima di ½ Watt
La scoperta dei raggi X
(8 novembre 1895)
• La scoperta avviene fondamentalmente per caso mentre Röengten
studiava I raggi catodici.
• Pochi giorni dopo la pubblicazione del rapporto preliminare la notizia
fece il giro del mondo
• Molti colleghi si mostrarono molto scettici e comparvero anche
alcune vignette umoristiche
• Per questa scoperta Röengten ricevette il premio Nobel per la Fisica
nel 1901
nuovo tipo di radiazione ?
• Febbraio 1896 – primo trattamento contro il cancro a
base di raggi X
• Maggio 1896 – prime radiografie in guerra
I raggi X sono onde
elettromagnetiche di grande
energia ed alto potere penetrante
Ma questo lo sappiamo soltanto
grazie al lavoro di Mosley nel
1913
Oscillations in condensed matter
(thermal motion)
Oscillation in condensed matter
(with an e.m. field)
E ()
Coherent oscillations in condensed
matter
E ()
Coherence Domain
Fusione dd nella materia condensata
• Nella materia condensata il
nucleo di He può rilasciare la
sua energia al campo em
• Se questo processo é
abbastanza veloce il nucleo
evita così di frammentarsi
n +
+ n
• Così possiamo osservare elio4
e calore
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Tempo (10-21 s)
0.7
0.8
0.9
1.0
L’esperimento con la cella elettrolitica
The electrolytic cell
Palladium cathodes:
2 m thick x 54 m wide x 100 cm long
mPd = 1.29 mg (=1.2 10-5 Pd moles)
Thermostatic Box
n.o.
Gas mixture
Storage
circuit
n.o.
inert gases
Sample
volume
n.c.
NEG
pump
n.c.
Peltier element
QMA
UHV
chamber
Cell
UHV
containment
vessel
Cathode resistance
Power in (cell voltage and current)
Power out (trought Peltier voltage)
Voltage across the cathode
Temperatures
Le frontiere “nascoste” della scienza: le
ricerche militari
• Le ricerche per realizzare armi nucleari di nuova concezione sono
coperte dal più stretto segreto (e meno male !)
• Il Presidente degli Stati Uniti (G.W. Bush) si è riferito pubblicamente
in passato all’esistenza (ed all’utilizzo) di “mini-nukes” ma noi
abbiamo imparato all’università che per fare una bomba atomica è
necessaria una massa critica.
• Le prospettive per la realizzazione di nuove armi si collegano
direttamente a settori avanzati di ricerca fondamentale (super laser
di alta potenza, antimateria…)
• Gli statuti internazionali non sono adeguati e risultano così
facilmente agirabili
Dall’autorevole rivista Science
(circa 30 anni fa)
“Per quasi 20 anni gli Stati Uniti e l’Unione Sovietica hanno professato
interesse per sottoscrivere un trattato per la messa al bando totale dei test
nucleari. Ma se le due superpotenze arriveranno eventualmente ad un
accordo su una messa al bando totale globale, una tecnologia importante e in
rapida evoluzione può, in modi rilevanti, aiutare entrambe le parti ad
aggirarlo.
La nuova tecnologia è la fusione mediante laser, una tecnica per generare
esplosioni nucleari in miniatura colpendo pellets [sferette] di idrogeno con
impulsi laser convergenti di enorme potenza. Negli anni recenti la fusione
laser è stata ampiamente acclamata, sia dalla stampa che da coloro che la
sviluppano nei laboratori nazionali, come una potenziale scorciatoia verso
uno degli obiettivi fondamentali della ricerca nucleare, energia elettrica a
basso costo dalla fusione termonucleare. Anche se non vi sono dubbi sulla
sincerità di queste speranze, non viene capito in generale che l’obiettivo
pratico immediato del programma del governo di 68 milioni di dollari per il la
ricerca e sviluppo della fusione laser è di trovare una tecnica di laboratorio
per simulare esplosioni di testate nucleari. Vi è anzi un corpo di opinioni – per
quanto in generale non condivise dai laboratori nazionali – che sostiene che
la simulazione delle armi può essere l’unica applicazione pratica della fusione
laser in questo secolo.”
Ma se i militari possono esprimere preferenze o desideri rispetto al
rinnovamento degli armamenti, sono gli scienziati che propongono le
innovazioni fondamentali.
Lord Zuckerman, che è stato per molti anni consigliere scientifico in
capo del Governo Britannico, ha espresso questo nel modo seguente:
'Nel mondo nucleare di oggi i capi militari … di regola servono solo
come canali attraverso i quali gli uomini nei laboratori trasmettono i
loro punti di vista.. Perché è l’uomo nel laboratorio … che inizialmente
propone che per questa o quella ragione sarebbe utile migliorare una
vecchia testata o progettarne una nuova … È lui, il tecnico, non il
comandante nel campo, colui che avvia i processi per formulare le
cosiddette necessità militari'.”
Messaggio da portare a casa