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

• 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).

• 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.

La pila di Fermi

Il racconto di un partecipante:

La mattina dopo, 2 dicembre, sul presto dissi a Fermi che tutto era prontoed egli ne assunse la direzione. Fermi aveva predisposto una sequenza di operazioni peril raggiungimento della criticit`a. L’ultima barra di Cd venne estratta a mano, segmentoper 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 leprevisioni basate sulle misure precedenti. Il procedimento convergeva rapidamente edegli dimostrava una crescente fiducia. Sicché quando si arrivò all’ultimo segmento Fermiera certo che la criticità sarebbe stata allora raggiunta. Infatti quando la barra di Cd fudel tutto estratta, la pila divenne critica e la prima reazione a catena autosostenentesiebbe luogo”.

La pila venne lasciata funzionare per ventotto minuti, con un keff = 1, 0006 a unapotenza 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 penetranteMa 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

+n +

n+n +

n

Tempo (10-21 s)

0 0.30.1 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

• 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

• Così possiamo osservare elio4 e calore

Palladium cathodes:2 thick x 54 wide x 100 cm longmPd = 1.29 mg (=1.2 10-5 Pd moles)

The electrolytic cell

L’esperimento con la cella elettrolitica

QMAUHV

chamber

Thermostatic Box

Cell

UHVcontainment

vessel

Storagecircuit

Samplevolume

NEGpump

Peltier element

n.o.

n.o.

n.c. n.c.

Gas mixture inert gases

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