Il prezzo della pace è stato altissimo e la contrapposizione strategica su base nucleare ha letteralmente «deformato le coscienze» di intere generazioni, plasmatesi nello scontro della deterrenza e quindi nella paura di un imminente olocausto nucleare.
La nascita della fisica dell’atomo fu dall’inizio caratterizzata dalla logica di una progressiva militarizzazione e sottrazione al patrimonio scientifico condiviso.
La prima fissione nucleare artificiale (cioè provocata dall’uomo) avvenne nel 1932 ad opera Ernest Walton e John Cockcroft, che accelerando protoni contro un atomo di litio-7 riuscirono a dividere il suo nucleo in due particelle alfa ovvero il nucleo di litio -7 venne diviso in due nuclei di elio).
Questa dinamica venne definita «splitting the atom» e condusse la ricerca alla prima fissione nucleare artificiale di un atomo di Uranio Il 22 ottobre 1934.
La prima fissione di un atomo di Uranio fu realizzata da un gruppo di fisici italiani guidati da Enrico Fermi mentre bombardavano dell’uranio con neutroni.
Il gruppo di fisici italiani, diventati poi noti come i «ragazzi di via Panisperna» non si accorse però di ciò che era avvenuto ma ritenne invece di aver prodotto dei nuovi elementi transuranici: fu invece Ida Noddack ad ipotizzare per prima la fissione nel 1934 a partire da presupposti teorici chimici, mentre i fondamenti fisico-teorici si devono a Otto Frisch e a sua zia Lise Meitner.
Alla fine del dicembre 1938, esattamente nella notte tra il 17 e il 18, due chimici nucleari tedeschi, Otto Hahn e il suo giovane assistente Fritz Strassmann, furono i primi a dimostrare sperimentalmente che un nucleo di uranio-235, qualora assorba un neutrone, può dividersi in due o più frammenti dando luogo così alla fissione del nucleo. A questo punto per i chimici e fisici iniziò a prendere forma l’idea che si potesse utilizzare questo processo, costruendo dei reattori che contenessero la reazione, per produrre energia.
Da questa presa di coscienza della potenzialità energetica del processo di fissione, la possibilità di produrre energia elettrica venne posta in subordine alla finalità bellica ovvero alla possibilità di scatenare un’esplosione devastante con ordigni nucleari: la prima bomba atomica esplose il 16 luglio 1945 nel poligono di Alamogordo nel Nuovo Messico.
Un caso emblematico di questo vero e proprio «sequestro» operato dalla Ragion di Stato è rappresentato dal «caso Majorana» 1.
L’energia nucleare da fissione rappresenta ancora oggi un motivo di conflitto per la salvezza ed il presidio delle posizioni di vantaggio geopolitico: il rovesciamento di Saddam Houssein in Irak, lo scontro tra gli interessi occidentali in Iran e le sanzioni contro la minaccia di proliferazione nucleare in medio oriente, il blocco di ogni sviluppo industriale finalizzato alla produzione di energia da scissione è motivato soprattutto dall’inaccettabile prospettiva di una nuova politica energetica che si genererebbe con la realizzazione della bomba atomica araba.
In fisica nucleare la fissione nucleare si può definire come una reazione nucleare in cui il nucleo di un elemento chimico pesante (ad esempio uranio-235 o plutonio-239) decade in frammenti di minori dimensioni, cioè in nuclei di elementi a numero atomico inferiore, con emissione di una grande quantità di energia e radioattività.
La fissione è un fenomeno che può avvenire spontaneamente in natura dando luogo ad una fissione spontanea oppure può essere indotta artificialmente innescata da un bombardamento di neutroni sul nucleo di un elemento «pesante» come Uranio.
L’energia complessivamente liberata dalla fissione di 1 nucleo di 235U è di 211 MeV, una quantità elevatissima data dalla formula descritta dalla formula di relazione:
E=MU235+nc2 – MP c2
Il fenomeno parte della massa/energia a riposo del sistema iniziale che si trasforma per effetto della conservazione della massa/energia convertita in energia di altro tipo: la maggior parte di questa energia (circa 167 MeV) si trasforma in energia cinetica impressa ai frammenti pesanti prodotti della reazione (nuclei e neutroni).
Circa 11 MeV sono trasformati invece in energia cinetica dei neutrini emessi al momento della fissione, il resto dell’energia prodotta si libera in forma elettromagnetica ovvero di raggi gamma. L’energia effettivamente sfruttabile come energia termica è di circa 200 MeV per ogni fissione.
La potenza energetica della fissione è enorme, milioni di volte maggiore di quella ottenuta dalle reazioni generate dalla combustione. Confrontata con un tradizionale processo di combustione la soverchiante proporzione a favore della fissione nucleare risulta evidente: l’ossidazione di un atomo di carbonio fornisce un’energia di circa 4 eV, un’energia che è meno di cinquanta milionesimi di quella prodotta nella reazione nucleare di fissione.
I nuovi neutroni prodotti possono venire assorbiti dai nuclei degli atomi di uranio-235 vicini: se ciò avviene possono produrre una nuova fissione del nucleo. Se il numero di neutroni che danno luogo a nuove fissioni è maggiore di 1 si ha una reazione a catena in cui il numero di fissioni aumenta esponenzialmente; se tale numero è uguale a 1 si ha una reazione stabile ed in tal caso si parla di massa critica.
La massa critica è dunque quella concentrazione e disposizione di atomi con nuclei fissili per cui la reazione a catena si autoalimenta in maniera stabile ed il numero complessivo di neutroni presente nel sistema non varia. Se si varia tale disposizione allora il numero di neutroni assorbiti può scendere, ed in tal caso la reazione si spegne, oppure aumentare, e si ha che la reazione cresce esponenzialmente ovvero non è più controllata.
Per cui scrivendo:
neutroni presenti in una generazione
K = ________________________________
neutroni della generazione precedente
se la disposizione è tale che si abbia K > 1 allora il numero di neutroni aumenta, se K < 1 diminuisce, mentre se K = 1 il numero di neutroni resta stabile e si parla di massa critica.
La quantità K viene definita in fisica del reattore come il fattore di moltiplicazione efficace ed è fondamentale nel controllo del reattore stesso. Se per i reattori nucleari il valore di K non deve superare mai il valore di 1 se non di una quantità bassissima (come quando si aumenta la potenza del reattore e allora si può arrivare a K = 1,005) per le armi nucleari il valore di K deve essere il più alto possibile e in tal caso si può arrivare a K=1,2.
1 Ettore Majorana (Catania, 5 agosto 1906 – Italia, 27 marzo 1938 (morte presunta) o in località ignota dopo il 1959[1]) è stato un fisico italiano. Operò principalmente come teorico della fisica, le sue opere più importanti hanno riguardato la fisica nucleare e la meccanica quantistica relativistica, con particolari applicazioni nella teoria dei neutrini. La sua improvvisa e misteriosa scomparsa suscita, dalla primavera del 1938, continue speculazioni riguardo al possibile suicidio o allontanamento volontario, e le sue reali motivazioni, a causa anche della sua personalità e fama di geniale fisico teorico.
