PARAFFINA: FERMI SCOPRI' CHE
SE UN NEUTRONE COLPIVA PARTICELLE PIU' O MENO DELLA
STESSA MASSA, QUESTO VENIVA RALLENTATO. È
IL PROTONE CHE SODDISFA QUESTA RICHIESTA. NELLA
PARAFFINA INFATTI TROVIAMO ATOMI DI IDROGENO (I
CUI PROTONI HANNO LA STESSA MASSA DEI NEUTRONI)
CHE RALLENTANO IL FASCIO DI NEUTRONI.
I fenomeni di radioattività possono
essere adeguatamente spiegati, come abbiamo visto, dal
verificarsi di particolari reazioni nucleari. Altre reazioni
nucleari di notevole interesse sono quelle di fissione.
Una reazione nucleare è detta di fissione quando
comporta la scissione di un nuclide instabile in due o
più nuclidi aventi masse tra loro comparabili.
Lo studio delle reazioni di fissione ha origine dalle
ricerche condotte da Fermi e dai ragazzi di via Panisperna
sul bombardamento con fasci di neutroni; realizzato con
l'ausilio della pistola a neutroni. I neutroni, essendo
privi di carica elettrica, riescono a penetrare nell'interno
del nucleo anche se sono dotati di piccola energia cinetica.
Le probabilità, quindi, di realizzare delle reazioni
nucleari con queste particelle sono maggiori, in particolare
per i nuclei più pesanti che hanno una minore energia
di legame. Occorrono però sorgenti di neutroni
abbastanza ricche e queste, già negli anni trenta,
erano a disposizione dei fisici che operavano in questo
settore della ricerca scientifica.
Durante gli esperimenti eseguiti da Fermi e dai suoi collaboratori
era stato notato che, bombardando l'uranio con neutroni
lenti, si otteneva la formazione di diversi nuclidi radioattivi.
Si pensava però che tali elementi avessero un numero
atomico prossimo a quello dell'uranio e, siccome non vennero
riconosciuti come tra le specie nucleari note, si avanzò
l'ipotesi che si trattasse di elementi transuranici.
Ma nel 1939 i fisici tedeschi O.Hann e F.Strassmann provarono
che quando l'uranioveniva
bombardato con neutroni si otteneva la formazione di due
grossi frammenti nucleari che subivano successivamente
una serie di trasformazioni radioattive; tra i prodotti
della reazione essi identificarono i nuclei di barioe
di cripto .A
questo tipo di reazione nucleare , che consiste nella
scissione del nucleo atomico degli elementi più
pesanti in due parti (raramente più di due) aventi
masse che stanno in un rapporto dell'ordine di 3/2, fu
dato il nome di fissione nucleare. Secondo il modello
nucleare a goccia, ideato da N. Bohr, la reazione di fissione
si può interpretare nel modo seguente. Quando un
nucleo pesante, per esempio cattura
un neutrone , entra in uno stato di instabilità
e si pone a vibrare. Successivamente, tende ad allungarsi
in una data direzione e a restringersi sempre più
nella parte mediana sino a spezzarsi in due.
In seguito ai primi esperimenti si poté provare
che la fissione mediante neutroni avveniva anche nel torio
e nel protoattinio. Mentre però per questi ultimi
elementi era necessario impiegare neutroni di elevata
energia cinetica , per l'uranio, invece, la reazione avveniva
sia con neutroni veloci, sia con neutroni lenti. Anzi,
si riuscì a provare che , mentre per l'isotopo
più abbondante dell'uranio (99.274%), cioè
occorrevano neutroni veloci, per quello meno abbondante
(0.71%), cioè l'erano
sufficienti neutroni lenti o termici; quest'ultima denominazione
sta a significare che detti neutroni sono dotati di energia
cinetica dell'ordine di grandezza di quella dovuta all'agitazione
termica della molecole. Un altro fatto notevole, che si
doveva manifestare in seguito all'utilizzazione dell'energia
atomica, era che nella fissione dell'uranio 235 venivano
emessi almeno due o tre neutroni per ogni nucleo che subiva
la disintegrazione.
Nel processo di fissione una volta scoperta la convenienza
di rallentare i neutroni facendoli passare o attraverso
un blocco di paraffina
o entro una vasca d'acqua (la famosa vasca dei
pesciolini di via Panisperna), il bombardamento più
interessante, e inizialmente molto misterioso, si rilevò
essere quello dell'uranio.L'isotopo di uranio capace di
scindersi era l'uranio 235 e la reazione a suo carico
si può schematizzare così:X
e Y sono nuclidi con numero di massa intorno a 127; il
numero di neutroni (n) varia a seconda dei nuclidi effettivamente
prodotti; l'energia che si libera corrisponde a circa
200 MeV per nucleo di nucleo di uranio che viene scisso.
La quantità di energia prodotta è enorme,
basti pensare che la combustione di un atomo di carbonio
libera circa 4 eV, mentre la scissione di un nucleo di
uranio comporta la liberazione di una quantità
di energia 50 milioni di volte superiore. Ciò succede
perché nelle reazioni nucleari si hanno variazioni
significative di massa che invece non si verificano nelle
normali reazioni chimiche di combustione. Ritornando alla
reazione descritta, bisogna notare la produzione di neutroni
che possono essere assorbiti dai nuclei di uranio vicini
originando nuovi processi di fissione e nuova produzione
di energia; il primo neutrone che ha prodotto l'iniziale
scissione innesca così una reazione a catena che
in breve tempo coinvolge tutta la quantità di uranio
disponibile. La prima utilizzazione pratica della reazione
di fissione fu la terrificante distruzione di Hiroshima
e Nagasaki che, segnò la fine della seconda guerra
mondiale. Nella bomba atomica la reazione diventa esplosiva
perché vengono messi a contatto rapidamente due
masse "subcritiche" sì che il sistema
ottenuto risulti, nel complesso, superiore alla massa
"critica". La massa critica rappresenta la più
piccola quantità di materiale fissibile necessaria
per autosostenere la reazione a catena. Nelle centrali
nucleari la reazione a catena viene controllata e regolata
usando barre di cadmio o grafite o acciaio al boro che
hanno la capacità di catturare facilmente i neutroni.
Nel reattore si occupano di queste funzioni le barre di
regolazione. Una regolazione del reattore è assicurata
anche dall'acqua che, raffreddando il nocciolo, si trasforma
di conseguenza in vapore: essa assorbe, rallentandoli,
una certa quantità di neutroni. Il vapore acqueo
ottenuto viene inviato alla turbina che, associata all'alternatore,
è in grado di generare energia elettrica.
veniva
bombardato con neutroni si otteneva la formazione di due
grossi frammenti nucleari che subivano successivamente
una serie di trasformazioni radioattive; tra i prodotti
della reazione essi identificarono i nuclei di bario
e
di cripto 
.A
questo tipo di reazione nucleare , che consiste nella
scissione del nucleo atomico degli elementi più
pesanti in due parti (raramente più di due) aventi
masse che stanno in un rapporto dell'ordine di 3/2, fu
dato il nome di fissione nucleare. Secondo il modello
nucleare a goccia, ideato da N. Bohr, la reazione di fissione
si può interpretare nel modo seguente. Quando un
nucleo pesante, per esempio 
erano
sufficienti neutroni lenti o termici; quest'ultima denominazione
sta a significare che detti neutroni sono dotati di energia
cinetica dell'ordine di grandezza di quella dovuta all'agitazione
termica della molecole. Un altro fatto notevole, che si
doveva manifestare in seguito all'utilizzazione dell'energia
atomica, era che nella fissione dell'uranio 235 venivano
emessi almeno due o tre neutroni per ogni nucleo che subiva
la disintegrazione.
X
e Y sono nuclidi con numero di massa intorno a 127; il
numero di neutroni (n) varia a seconda dei nuclidi effettivamente
prodotti; l'energia che si libera corrisponde a circa
200 MeV per nucleo di nucleo di uranio che viene scisso.
La quantità di energia prodotta è enorme,
basti pensare che la combustione di un atomo di carbonio
libera circa 4 eV, mentre la scissione di un nucleo di
uranio comporta la liberazione di una quantità
di energia 50 milioni di volte superiore. Ciò succede
perché nelle reazioni nucleari si hanno variazioni
significative di massa che invece non si verificano nelle
normali reazioni chimiche di combustione. Ritornando alla
reazione descritta, bisogna notare la produzione di neutroni
che possono essere assorbiti dai nuclei di uranio vicini
originando nuovi processi di fissione e nuova produzione
di energia; il primo neutrone che ha prodotto l'iniziale
scissione innesca così una reazione a catena che
in breve tempo coinvolge tutta la quantità di uranio
disponibile. La prima utilizzazione pratica della reazione
di fissione fu la terrificante distruzione di Hiroshima
e Nagasaki che, segnò la fine della seconda guerra
mondiale. Nella bomba atomica la reazione diventa esplosiva
perché vengono messi a contatto rapidamente due
masse "subcritiche" sì che il sistema
ottenuto risulti, nel complesso, superiore alla massa
"critica". La massa critica rappresenta la più
piccola quantità di materiale fissibile necessaria
per autosostenere la reazione a catena. Nelle centrali
nucleari la reazione a catena viene controllata e regolata
usando barre di cadmio o grafite o acciaio al boro che
hanno la capacità di catturare facilmente i neutroni.
Nel reattore si occupano di queste funzioni le barre di
regolazione. Una regolazione del reattore è assicurata
anche dall'acqua che, raffreddando il nocciolo, si trasforma
di conseguenza in vapore: essa assorbe, rallentandoli,
una certa quantità di neutroni. Il vapore acqueo
ottenuto viene inviato alla turbina che, associata all'alternatore,
è in grado di generare energia elettrica.