Fissione

La scoperta

Poco prima della sua morte nel 1937, Rutherford affermò che "la prospettiva di ricavare energia utile dagli atomi mediante i processi di trasformazione artificiale non sembra molto promettente". Sebbene la sua intuizione nelle questioni scientifiche fosse stata quasi sempre infallibile, di lì a pochi anni una serie di progressi scientifici e tecnologici dimostrò che quella sua particolare opinione era errata in misura sbalorditiva.
Nel 1939, il radiochimico tedesco Otto Hahn bombardò un campione d’uranio con neutroni lenti ed eseguendo accurate analisi sul materiale ottenuto trovò fra i prodotti il bario radioattivo (Z=56). Ma come si poteva formare un elemento così leggero dall’uranio? A questo punto alcuni fisici tedeschi avanzarono l’ipotesi che l’assorbimento dei neutroni da parte dell’uranio producesse una scissione (o appunto fissione) del nucleo in due frammenti leggeri:

U(Z=92)+n Ba(Z=56)+Kr(Z=36)

Si trattava di un nuovo e sorprendente tipo di reazione nucleare. Questa scoperta dimostrò che, invece dello scambio di solo alcuni nucleoni fra la particella incidente e il nucleo bersaglio, il nucleo dell'uranio poteva essere diviso in 2 parti massive.
Nella reazione si libera un enorme quantità di energia che deriva dalla trasformazione di massa in energia secondo la nota relazione di Einstein:

E=Dmc²

Più precisamente, la quantità di energia E che si libera corrisponde alla differenza tra la somma dell’energia di legame dei nucleoni degli atomi risultanti e l’energia di legame dei nucleoni costituenti l’atomo di partenza.
Nella reazione di fissione si liberano 2 o 3 neutroni per ogni atomo che si spezza; se questi determinano a loro volta altre reazioni (reazioni a catena), questo processo si sviluppa in progressione geometrica e si ha un tal numero di fissioni al secondo da provocare un’esplosione nucleare. Tale fenomeno però, si verifica soltanto quando la massa dell’uranio si trova al di sopra di una data massa detta massa critica. Per fare avvenire un’esplosione nucleare (bomba atomica) si portano a contatto, con un dispositivo automatico a tempo, due masse subcritiche di ²³⁵U, in modo da creare in quel certo istante una massa critica che esplode.

Enrico Fermi (1901-1954) nel 1942, scoprì, con geniale intuizione, che si potevano utilizzare dei moderatori (barre di grafite) per controllare le reazioni a catena di fissione nucleare, realizzando così la prima pila atomica, precursore dei più moderni reattori nucleari.
All'interno dei reattori nucleari infatti, si introduce nella massa del materiale fissile una sostanza che assorba i neutroni (ad esempio grafite, cadmio, ecc) in modo da rallentare la reazione. Il reattore viene dotato di un circuito di raffreddamento e il calore estratto viene utilizzato per produrre vapor acqueo che mettendo in moto le turbine, nelle cosiddette centrali nucleari,   darà origine a energia elettrica.
Possiamo quindi dire che grazie alla reazione di fissione nucleare, l’uomo è arrivato a:

1. Costruire la bomba atomica a fissione
2. Sfruttare l’energia nucleare da fissione nelle centrali nucleari.