SCIENZA A SCUOLA

Esperienze scolastiche


La fissione dell'Uranio

Lett. Phys. Rev 55, 511-512 (1939) (Anderson, Booth, Dunning, Fermi, Glasoe, Slack)
[ Note e Memorie vol II, pag. 2 ]

Questa lettera è una comunicazione preliminare di alcuni degli esperimenti che abbiamo eseguito sul processo di fissione dei nuclei di uranio mediante bombardamento di neutroni. Il fenomeno fu scoperto da Hahn e Strassmann che furono portati dall'evidenza chimica a sospettare la possibilità della divisione del nucleo di uranio in due parti all'incirca uguali. Grazie alla cortesia del Professor Bohr fummo informati di questi risultati alcuni giorni prima di conoscerli in forma pubblica, e alle deduzioni di Meitner e Frisch che il processo doveva essere collegato all'emissione di energia dell'ordine di 200 MeV.
Vale la pena di provare a rivelare i frammenti mediante la loro alta ionizzazione. L'interno di una camera a ionizzazione a lastre parallele fu rivestito con un sottile strato di ossido di uranio. Quando questa camera venne collegata a un amplificatore lineare si osservò un grande numero di piccoli impulsi dalle particelle alfa dell'uranio, ma quando fu esposta al bombardamento di neutroni provenienti dal ciclotrone o da una sorgente Rn - Be si notarono in aggiunta impulsi molto grandi. Dal rapporto tra il massimo di questi grandi impulsi e il massimo di quelli dovuti alle particelle alfa si stimò che le energie dei frammenti di uranio variavano di circa 90 MeV. Questo valore dell'energia sembra essere più piccolo di quello atteso teoricamente. Se si assume che l'energia emessa nella fissione è di circa 200 MeV, e che i due frammenti possono avere masse diverse, allora ci si deve aspettare frammenti con energie fino a 120 o 130 MeV in alcuni casi. Tuttavia, questi valori probabilmente non stavano al di fuori del nostro errore sperimentale per cui la mancanza di linearità nell'amplificatore e nella raccolta incompleta degli ioni potrebbe spiegare la differenza. [...]

Commento di H.L. Anderson:  Enrico Fermi era appena arrivato negli Stati Uniti nel gennaio 1939 quando le notizie della scoperta della fissione dell'uranio lo raggiunsero. Hahn e Strassmann a Berlino avevano completato il loro importante esperimento che mostrava la presenza di bario dal bombardamento dell'uranio con neutroni. Essi comunicarono questo risultato e la sua implicazione che l'uranio poteva essere diviso da neutroni alla loro collega, Lise Meitner, che era fuggita in Svezia a causa delle persecuzioni naziste. ... Questi sviluppi furono comunicati a Niels Bohr, che apprezzò immediatamente gli aspetti riguardanti il processo di fissione. Egli era in partenza per una visita negli Stati Uniti e non poté aspettare di vedere le prove sperimentali che Meitner e Frisch aveva predisposto. Pertanto al suo arrivo a New York, si avviò alla Columbia University con queste notizie. Discusse i nuovi sviluppi con Fermi. [...]

Neutron Production and Absorption in Uranium

Phys. Rev 56, 2840-286 (1939) (Anderson, Fermi, Szilard) - [ Note e Memorie vol II, pag. 11-12 ]

Si è trovato che vi è un'abbondante emissione di neutroni dall'uranio sotto l'azione di neutroni lenti, ed è interessante accertare se e di quanto il numero di neutroni emessi superi il numeri di quelli assorbiti.
La questione può essere analizzata ponendo una sorgente di foto neutroni nel centro di un grande serbatoio di acqua e confrontando, con e senza uranio nell'acqua, il numero di neutroni termici presenti nell'acqua. Nei precedenti esperimenti di questo tipo si era tentato di ottenere una distribuzione di neutroni quanto più possibile a simmetria sferica.[...]

dal commento di H.L. Anderson

Mentre proseguivano gli studi sulla fissione, Szilard si occupava di ottenere una grande quantità di ossido di uranio per un esperimento più ambizioso con l'obiettivo di osservare direttamente un aumento nel numero di neutroni dovuti alla presenza di uranio. L'ossido di uranio, che era in prestito, fu raccolto in scatole di stagno. In questo modo, almeno 20 kg potevano essere posti attorno alla sorgente di foto neutroni di Szilard, e l'intero assemblaggio immerso in un bagno di soluzione di manganese. Con l'uranio in posizione, si osservò un incremento del 10%. Divenne pertanto chiaro che l'uranio emetteva neutroni più di quanto ne assorbiva. Venne fatto un tentativo per dedurre quale fosse il rapporto tra i neutroni veloci emessi e i neutroni termici assorbiti, e fu chiaro che vi era una grande correzione dovuta alla risonanza di assorbimento dell'uranio. Ci fu tra noi un'ampia e animata discussione. Allora Fermi chiese di lasciarlo solo per 20 minuti. Questo era per lui un tempo sufficiente per fare una stima approssimata di questo effetto, e questa fu debitamente riportata nell'articolo. [...] Fermi non sbagliava mai in queste cose, e veniva creduto sulla parola. [...]
Questo fu il primo e anche l'ultimo esperimento che vide la collaborazione tra Fermi e Szilard. Il modo di lavorare di Szilard in un esperimento non era gradito a Fermi. [...]. 


Fermi al lavoro a Chicago
 
Fissione dell'Uranio con conseguente formazione di due nuclei più leggeri e neutroni
 
Schema cilindro, con uranio e 540 litri di solfato di manganese, per gli esperimenti di Fermi