La perdita dell'innocenza
La scoperta della fissione nucleare
Arturo Russo
Dipartimento di Fisica e Tecnologie Relative
Università di Palermo
AIF – Scuola di Storia della Fisica 2005
Il 7° Congresso Solvay (1933)
Bruxelles, 22-29 ottobre 1933
La radioattività artificiale
Irène Curie
Frédéric Joliot
(Paris, gennaio 1934)
Nuovi isotopi radioattivi
a
Po
Al
a + 13Al27 
31
15P :
e+
30
15P
L'emissione di
positroni persiste
anche dopo
l'allontanamento
della sorgente
+n
isotopo stabile
30: isotopo radioattivo b+ non esistente in natura
P
15
Avvio di programmi di ricerca
sulla radioattività artificiale
C. Anderson e
S. Neddermeyer
(Caltech)
C. Lauritsen
(Caltech)
E. Lawrence
(Berkeley)
protoni e/o deuteroni
J. Cockroft e E. Walton
(Cambridge)
L'Istituto di Fisica di Roma
Enrico Fermi
I "ragazzi di via Panisperna"
Enrico Fermi
Franco Rasetti
Edoardo Amaldi
Emilio Segrè
Oscar D'Agostino
Bruno
Pontecorvo
Ettore
Majorana
Radioattività artificiale indotta
da neutroni (apr – lug 1934)
Rn-Be
n
A
ZX
emissione
radioattiva
62 elementi irradiati
In 37 almeno un nuovo prodotto radioattivo
50 nuovi radionuclidi identificati con la vita media
Di 16 identificata la natura chimica
La strumentazione
L'interpretazione
A+1* + g
Y
Z
1 + XA
n
0
Z
(n,g)
A* + p1 (n,p)
Y
1
Z-1
YA-3* + 2He4 (n,a)
Z-2
(per Z < 30)
Y*: nuclei di isotopi radioattivi dell'elemento Y
Una lettera da Rutherford
Mi congratulo per la sua
brillante fuga dalla sfera
della fisica teorica! […]
Forse può interessarla
sapere che anche Dirac sta
facendo qualche
esperimento. Ciò sembra di
buon augurio per il futuro
della fisica teorica.
23 aprile 1934
Una scoperta decisiva
(22 ottobre 1934)
neutroni
veloci
Rn-Be
H
neutroni
lenti
Ag
sostanza idrogenata
(paraffina, acqua, ecc.)
L'intensità dell'attivazione aumenta di un fattore
che varia da alcune decine ad alcune centinaia.
g
Un brevetto in vista di
possibili applicazioni
Il brevetto n. 324458 del 26 ottobre 1934 copre
i processi di produzione di sostanze radioattive
mediante bombardamento neutronico.
Sono registrati come inventori Fermi, Amaldi,
Pontecorvo, Rasetti, Segrè, D'Agostino e
Trabacchi.
I neutroni lenti si riveleranno responsabili del
funzionamento dei reattori nucleari.
La fine del gruppo di Roma
(autunno 1935)





Rasetti alla Columbia University, poi a
Quebec
Segrè a Palermo (e Berkeley)
D'Agostino al nuovo Istituto di Chimica del
CNR
Pontecorvo a Parigi con i Joliot-Curie
Fermi e Amaldi, a Roma, continuano la
ricerca sui neutroni lenti
Il problema dell'Uranio
(primavera 1934)
Rn-Be
n
238
U
92
Radioattività con vari
valori di vita media
(10s, 40s, 13min, 90min)
Quali elementi?
Le proprietà chimiche degli elementi con T1/2 = 13min
e 90min non erano riconducibili ad alcun elemento di
numero atomico tra 82 e 92
Elementi transuranici ?
238 (n,g)
U
92
239*
U
92
239*
Y
93
239*
U
92
b
239*
Y
93
radioattivo con T1/2 = 13 min
Conferme
L'interpretazione di Fermi viene confermata a
Berlino (O. Hahn e L. Meitner) e a Parigi (I. Curie e
P. Savitch)
A Roma si comincia a parlare di Ausonio (Ao) ed
Esperio (Hs) come denominazione per gli elementi
con Z = 93 e Z = 94.
…. e critiche
"Si può ipotizzare che il
bombardamento di elementi
pesanti con neutroni provochi la
rottura di tali nuclei in molti
pezzi più grandi [di una
particella a], i quali sarebbero
dunque degli isotopi di elementi
noti ma non vicini a quelli
irradiati" (1934)
Ida Noddack
Lise Meitner e Otto Hahn
Fritz Strassmann
Berlino
1935-38
I risultati di Berlino (1935-37)
92U
b
59m
+n
95EkaIr
92U
b
66h
b
10s
b
93EkaRe
96EkaPt
2,2m
b
2,5h
94EkaOs
97EkaAu
…. più altre due serie analoghe, con
diversi valori di vita media, ma solo due
isotopi dell'uranio noti (U238, U235)
La tavola degli elementi 1934
Le conclusioni di Hahn e Meitner
70
Ba
57-71
La-Lu
72
Hf
73
Ta
74
W
88
Ra
89
Pa
90
Th
91
Pa
92
U
10s
40s
23m
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
(93)
(94)
(95) (96)
(97)
EkaRe EkaOs EkaIr EkaPt EkaAu
2,2m
16m
59m
5,7h
2,7d
2,5h
Il quadro si complica (1937-38)


A Parigi si trova una sostanza con
T1/2 = 3,5h, non osservata a Berlino,
non riconducibile ai transuranici noti
A Berlino si trova un altro EkaIr (?)
con T1/2 = 60d
Lise Meitner è
costretta a lasciare
la Germania
Il problema del radio (nov 1938)
Hahn e Strassmann trovano che l'uranio irradiato
con neutroni produce quattro isotopi del radio la cui
formazione può essere spiegata solo in modo molto
problematico:
92U
+n
90Th*
90Th*
+a
88Ra*
+a
(n,a)
Ma non si è mai osservata una reazione (n,a) per
Z > 30, né radioattività artificiale con emissione a
… e inoltre
I quattro isotopi danno luogo ad altrettante serie
di decadimenti beta con diverse vite medie
RaI
RaIII
AcI
Th?
RaII
AcII
Th?
AcIII
Th?
RaIV
AcIV
Th?
"Risultati straordinari"
(22 dic 1938)
"Dobbiamo concludere che i nostri 'isotopi
del radio' hanno le caratteristiche chimiche
del bario. Ragionando da chimici, siamo
persino costretti a dire che queste nuove
sostanze sono bario, non radio"
Die Natürwissenschaften, 6 gennaio 1939
Natale in Svezia
Otto Frisch
Lise Meitner
Fissione nucleare !
n
U
Copenhagen
"Che idioti siamo
stati tutti quanti!
E' meraviglioso!
E' proprio come
deve essere!"
La reazione di Bohr nel
ricordo di Frisch
La teoria e la conferma sperimentale
(16 gennaio 1939)
Il processo di fissione deve
dare luogo a due nuclei con
Z  40-50 ed energia
cinetica totale  200 MeV
L. Meitner, O. Frisch
Nature, 11 febbraio 1939
Otto Frisch
O. Frisch
Nature, 18 febbraio 1939
La notizia arriva in America
Washington, 28
gennaio 1939
1
2
3 4
Atomic Physics Observatory
Department of Terrestrial Magnetism
5
1.
2.
3.
4.
5.
M. Tuve
E. Fermi
N. Bohr
G. Breit
J. Fleming
Il "meccanismo della fissione"
La fissione è indotta
dai neutroni veloci
in U238 e dai
neutroni lenti in
U235
Niels Bohr
Archibald Wheeler
La possibilità di una reazione
a catena
n
E. Fermi
L. Szilard
F. Joliot
Costruire la bomba?
Albert Einstein
Leo Szilard
Einstein scrive a Roosevelt
2 agosto 1939
La guerra
Pearl Harbour
(7 dicembre 1941)
Manhattan Engineering District
Robert
Oppenheimer
La strana coppia
Robert Oppenheimer
Leslie Groves
La scoperta del plutonio
(Berkeley, gennaio 1941)
Emilio Segrè
Glen Seaborg
La costruzione della bomba
(Metallurgical Laboratory, Chicago)
Progettazione
della pila per
la produzione
di plutonio
Arthur Compton
Enrico Fermi
Il primo reattore nucleare
Chicago, 2 dicembre 1942
La costruzione della bomba
(Los Alamos)
La costruzione della bomba
(Oak Ridge)
Alpha I calutron
Impianto K-25 per la produzione di
U235 mediante diffusione gassosa
La costruzione della bomba
(Hanford)
Impianto per la produzione di plutonio (1200 reattori nucleari)
Due tipi di bomba
La bomba a uranio (little boy)
La bomba a plutonio (fat man)
The "gadget"
Trinity test (16 luglio 1945)
La perdita dell'innocenza
Sapevamo che il mondo
non sarebbe stato più
lo stesso.
Alcuni ridevano, alcuni
piangevano, la maggior
parte taceva.
Io mi sovvenni di un
verso del poema indiano
Bhagavad-Gita [….]
"Adesso sono diventato
la Morte, il distruttore
del mondo"
Hiroshima (6 agosto 1945)
Nagasaki (9 agosto 1945)
Grazie per l'attenzione