Fig.7Un gruppo di giovani studiosi che si radunava intorno a Enrico Fermi all’Università di Roma decise subito di ripetere l’esperienza dei francesi, impiegando per il bombardamento radiazioni formate da neutroni, scoperti nel 1932 da Chadwick mediante un processo (a , n). Queste particelle elettricamente neutre, non sono sottoposte alle forze di repulsione elettrica generata dai protoni, carichi positivamente e presenti nel nucleo atomico, e dunque possiedono un’elevata capacità di penetrazione. Da questo la relativa facilità con cui possono giungere a colpire il nucleo.
Sottoponendo al bombardamento dei neutroni, con sistematicità, un gran numero di elementi, il gruppo di Fermi scoprì che moltissime sostanze possono essere radioattive, ma che soprattutto l’uranio, il più pesante tra gli atomi conosciuti, si trasforma in un gran numero di sostanze radioattive.
In questo modo l’uranio diventava la fondamentale materia prima per gli studi sulla radioattività. Capire però quali fossero precisamente le sostanze radioattive che nascevano per effetto del bombardamento neutronico era un compito troppo difficile per il momento. Durante queste ricerche il gruppo romano fece anche un’altra scoperta sorprendente: gli effetti radioattivi erano fortemente aumentati se si impiegavano come proiettili neutroni "rallentati", ottenuti facendo passare il fascio di neutroni emesso dalla sorgente attraverso sostanze, come la paraffina o l’acqua, capaci di diminuire la velocità.
I risultati ottenuti da Fermi rimasero per alcuni anni di difficile interpretazione e solo nel 1938 si raggiunse una spiegazione che sconvolgeva le precedenti. Fino ad allora si era creduto che un atomo sottoposto a un bombardamento radioattivo mutasse di poco la sua struttura, trasformandosi in un atomo di caratteristiche simili. Ma dopo lunghe e attente analisi due fisico–chimici tedeschi, Otto Hahn e Fritz Strassmann, riconobbero che le sostanze ottenute da Fermi bombardando l'uranio non erano affatto simili a questo, ma erano elementi con un peso atomico pari a circa la metà di quello proprio dell'uranio. Questa scoperta suggeriva immediatamente quella che fu la spiegazione teorica del fenomeno proposto di lì a poco da Lise Meitner e da Otto Frish: colpito da un neutrone, il nucleo dell'uranio invece di emettere una piccola particella e trasformarsi in un nucleo di massa poco diversa (come fanno gli altri elementi) si spezza in due parti quasi uguali, subisce dunque un processo di fissione.
Fig.7
Nelle linee generali il processo, chiamato con il nome di fissione nucleare, può essere così puntualizzato: l’urto neutrone – nucleo pone il bersaglio in rapida vibrazione. Poiché a causa del notevole numero di protoni il nucleo di uranio è poco stabile, dopo una serie di vibrazioni, le cui configurazioni sono schematicamente rappresentate in figura 7, talvolta si rompe in due frammenti radioattivi che sfuggono in direzioni opposte con notevole sviluppo di energia.
La fissione ha due aspetti che la rendono suscettibile di conseguenze rivoluzionarie per la società umana e che vennero subito riconosciute. Il primo consiste nella circostanza che durante il processo di fissione si ha una piccola perdita di massa che, per la teoria della relatività di Einstein, deve produrre la generazione di un’enorme quantità di energia: un atomo di uranio che si scinde libera un’energia (dell’ordine di 200 MeV) 100 milioni di volte più grande di quella particella che si libera nella combustione di una molecola di carburante. Il secondo è dato dal fatto che l’atomo di uranio, mentre si spezza in due, emette due neutroni. Questi neutroni potrebbero a loro volta andare a colpire altri due atomi di uranio, provocandone la fissione, con la liberazione di nuova energia e di quattro neutroni, che avrebbero la possibilità di far scindere altri quattro atomi di uranio, e così via, in un processo che andrebbe costantemente aumentando di dimensioni. In altri termini, una fissione singola pare in grado di avviare una serie di fissioni, una "reazione a catena" in grado di liberare quantità di energia e di radiazioni sempre crescenti, capace di assumere le proporzioni di un’esplosione di inimmaginabile potenza.
