SCIENZA A SCUOLA

Esperienze scolastiche


Scoperte: Lavori sui Neutroni

Oltre alla scoperta del neutrone, il 1932 era l'anno in cui gli Joliot-Curie ottennero per primi i nuovi isotopi radioattivi dell'azoto e del fosforo bombardando boro e alluminio con particelle alfa. L'annuncio della radioattività artificiale creò molta eccitazione nella comunità scientifica. Nel caso dell'alluminio, la reazione iniziale con particelle alfa produceva un isotopo radioattivo del fosforo che era poi sottoposto all'emissione di positroni per produrre silicio-30. 

\[^{27}_{13}Al + ^{4}_{2}He \rightarrow ^{30}_{15}P + n\]

I nuovi isotopi radioattivi furono separati dai materiali dei bersagli con metodi radiochimici. I prodotti degli isotopi radioattivi erano limitati poiché la maggior parte della particelle alfa erano respinte dai nuclei positivi.

Nel 1934, Fermi usò i neutroni per produrre radioattività invece delle particelle alfa. A Roma il suo gruppo predispose un a sorgente intensa di neutroni al radon/berillio e iniziò a bombardare gli elementi per numero atomico crescente, iniziando dall'idrogeno. Il bombardamento dei primi elementi della tavola periodica non produssero  radioattività, ma infine un bersaglio di fluoro (Z = 9) dette un prodotto radioattivo. Nei tre anni successivi il gruppo identificò 40 nuovi isotopi radioattivi. Questo lavoro fu importante per gli sviluppi della teoria del nucleo e fornì tracciatori radioattivi praticamente per tutti gli elementi. L'uso di questi tracciatori rivoluzionò più tardi le tecniche chimiche e biologiche.

Il gruppo osservò che quando i nuclei bersagli assorbono neutroni, emettono particelle (alfa, beta, positroni, protoni) ed energia sotto forma di radiazione gamma. Pertanto queste reazioni nucleari producono isotopi di elementi nei dintorni dell'elemento bersaglio. Quando il gruppo di Fermi raggiunse l'elemento più pesante conosciuto, l'uranio, si aspettava di trovare elementi transuranici (nuovi elementi più pesanti dell'uranio) con proprietà simili al renio, osmio, iridio e platino. La radiazione beta emessa e l'assenza di prodotti attribuibili ad elementi di numero atomico tra il piombo e l'uranio davano valore alla loro ipotesi. 

Nel 1935, Otto Hahn, Lise Meitner e Fritz Strassmann, a Berlino, confermarono gli esperimenti sull'uranio del gruppo di Fermi e identificarono la presenza di U-239 come un emettitore beta con una vita media di 23 minuti. Anche i Joliot-Curie confermarono il lavoro di Fermi e, nel 1938, identificarono un isotopo radioattivo di 3,5 ore che aveva le proprietà chimiche del lantanio, un elemento con numero atomico molto più basso dell'uranio. Essi non compresero che era invece La141, un prodotto della fissione.

Questi risultati indicavano che le reazioni nucleari erano complesse e che l'ipotesi italiana di prodotti transuranici poteva non essere pienamente corretta. Inoltre nel 1934, Ida Noddack (un chimico tedesco che, con il marito Walter, aveva scoperto il renio) aveva avvertito il gruppo di Fermi di confrontare la chimica dei "nuovi" elementi transuranici con tutti gli elementi noti, non solo quelli degli elementi più vicini. Noddack suggerì che "quando nuclei pesanti sono bombardati da neutroni, è immaginabile che il nucleo si rompa in parecchi frammenti grandi, che potrebbero essere isotopi di elementi noti, ma non vicini." La comunità dei fisici ignorò tale avviso, e i proponenti non fecero seguire alcuna esperienza..

Il gruppo italiano fece una scoperta più importante nel 1934. Trovarono, grazie ad una intelligente osservazione, che i neutroni che passano attraverso un blocco di paraffina prima di raggiungere il bersaglio erano più efficaci nel produrre reazioni nucleari. Fermi concluse che i neutroni erano rallentati dalle collisioni elastiche nella paraffina e che questi neutroni lenti erano più efficaci di quelli più veloci.

É ironico che nel 1938, mentre Fermi riceveva il suo Premio Nobel in Svezia, a Berlino, Hahn e Strassmann scoprivano la fissione nucleare. Questo lavoro chiarì i misteriosi risultati ottenuti dal bombardamento dell'uranio.



Lise Meitner
Meitner e Hahn
Joliot e Irene Curie