SCIENZA A SCUOLA

Esperienze scolastiche


L'attacco giapponese a Pearl Harbor il 7 dicembre del '41 e l'entrata in guerra degli Stati Uniti resero molto più acuto il senso di urgenza fra gli scienziati che lavoravano al "progetto uranio": mentre fino ad allora i vari gruppi di fisici avevano lavorato in sedi isolate e distanti fra loro, fu deciso che era meglio che svolgessero le loro ricerche in modo coordinato in un unico sito: così nel gennaio del '42 alcuni di questi gruppi, fra cui quello di Enrico Fermi e di della Columbia University, furono trasferiti presso l'Università di Chicago per dar vita al Metallurgical Laboratory sotto la direzione di Arthur Holly Compton. Il nome alquanto fuorviante dato al laboratorio di Chicago nascondeva il suo vero scopo: la realizzazione dì una controllata per verificare la fattibilità della produzione di plutonio in una pila atomica.

Nel giugno dei '42, mentre nel frattempo si erano andati accumulando risultati scientifici favorevoli alla possibilità di realizzare una reazione a catena autosostenuta, il Presidente Roosevelt diede il via libera perché venisse intrapreso con la massima priorità un programma su vasta scala per la realizzazione di bombe a fissione. Bush e Conant erano ben consapevoli che lo sforzo industriale richiesto andava molto al di là delle capacità manageriali dell'OSRD, si adoperarono perché i compiti relativi alto sviluppo, la progettazione, la produzione e l'approvvigionamento di materiali del progetto fossero affidati ad una agenzia direttamente sotto il controllo dei militari.

Nel settembre del '42 l'esercito degli Stati Uniti assunse la direzione del progetto a cui, per ragioni di segretezza, venne dato un nome fuorviante: il Manhattan Dìstrìct of the Army Engineers. Il comando del cosiddetto progetto Manhattan, come venne poi comunemente chiamato, fu affidato al brigadiere generale Leslie R. Groves, mentre la responsabilità delle ricerche fisiche e chimiche sulla bomba rimase nelle mani di tre scienziati civili: Harold Urey per il programma relativo alla dell'U235 mediante diffusione gassosa presso la Columbia University di New York; Ernest Lawrence per il programma sulla separazione elettromagnetica e per gli studi sul plutonio a Berkeley; Arthur Compton per gli studi teorici sulla bomba e per le reazioni a catena presso il Metallurgical Laboratory di Chicago.

A Chicago, il 2 dicembre del 1942, sotto la direzione scientifica di Fermi venne costruita la prima .

Quello stesso mese il Presidente Roosevelt approvò la spesa di 400 milioni di dollari per la costruzione di installazioni industriali per la separazione dell'U235 e di reattori nucleari per la produzione di plutonio su larga scala. All'inizio del '43 il generale Groves poté rilasciare i contratti per la separazione dell'U235 a varie industrie, fra le quali la Stone and Webster per la separazione elettromagnetica dell'U235 e la Kellex Corporation per la diffusione gassosa, e per la costruzione dei relativi impianti su un terreno di 24.000 ettari acquistato a questo scopo dall'esercito presso Oak Ridge nel Tennessee. Lo stabilimento per la produzione su larga scala di plutonio fu costruito a Hanford, nello Stato di Washington, su un terreno di proprietà federale che si estendeva su oltre 160.000 ettari.

Una volta verificata, con il successo della pila di Fermi moderata a grafite, la fattibilità di una reazione a catena controllata per la produzione di plutonio, il problema principale per la produzione su larga scala di questo elemento fissile con un reattore fu quello di ottenere un sistema di raffreddamento efficace. Ma già molto prima che gli impianti di Oak Ridge e di Hanford raggiungessero il pieno regime di produzione del materiale fissile, i primi piccoli quantitativi di plutonio e di uranio arricchito furono spediti a Los Alamos, nel New Mexico, nello speciale laboratorio segreto, fondato nel marzo del '43 dal generale Groves, per la messa a punto dei prototipi delle bombe a fissione.

La direzione del laboratorio di Los Alamos era stata affidata al brillante fisico teorico . Los Alamos divenne presto il centro principale di tutto il progetto Manhattan e, a causa della massima priorità data alla costruzione delle bombe a fissione, il suo personale scientifico e tecnico crebbe al punto che nella primavera del '45 aveva superato le duemila unità, includendo i migliori fisici teorici e sperimentali di tutto il mondo.

Il principale problema tecnico che i fisici di Los Alamos affrontarono inizialmente fu quello di determinare le proprietà di una massa critica di U235 o di plutonio nel brevissimo intervallo di tempo, dell'ordine del microsecondo, intercorrente fra l'inizio della reazione a catena e l'esplosione. A questo scopo la divisione di fisica sperimentale di Los Alamos diretta da Robert F. Bacher utilizzò gli acceleratori di particelle più avanzati dell'epoca per ottenere sorgenti di neutroni adatte a misurare le proprietà di fissione dei due elementi. Usando tecniche di elettronica veloce utilizzate per il radar a microonde, i fisici di questa divisione misero a punto sofisticati strumenti per misurare le velocità dei processi di fissione in funzione dell'energia dei neutroni incidenti. La divisione di fisica teorica di Los Alamos, diretta da Hans Bethe, ebbe quindi il compito di elaborare i dati sperimentali così ottenuti per fare previsioni sul comportamento della massa critica dei materiali fissili.

Ma il problema principale che i fisici di Los Alamos dovettero affrontare fu quello relativo al disegno e alla progettazione delle bombe. La potenza dell'esplosione infatti di pendeva dalla rapidità con cui una quantità sufficiente di materiale fissile era "messa insieme" in modo da raggiungere la massa critica. Il metodo di assemblaggio del materiale fissile su cui inizialmente si comincio a lavorare fu quello noto come "metodo del cannone", che consisteva nello "sparo" di una quantità di materiale fissile al di sotto del valore critico all'interno di un'altra massa dello stesso materiale con la velocità di un proiettile di artiglieria, in modo da raggiungere la massa critica con sufficiente rapidità.

Ma in seguito ad una serie di esperimenti ci si rese conto all'inizio del '44 che questo metodo avrebbe potuto funzionare per l'U235 ma non per il plutonio.

Un metodo alternativo a quello del cannone, noto i come "metodo dell'implosione", era già stato proposto un anno prima dal giovane fisico di CalTech Seth Neddermeyer, ma era stato inizialmente respinto perché le difficoltà di realizzazione pratica erano apparse insormontabili. Una volta scoperti i limiti del metodo del cannone per il plutonio, nel febbraio del '44 Oppenheimer decise di riprendere in seria considerazione la vecchia idea di Neddermeyer e incaricò il chimico fisico George Kistiakowsky di dirigere un gruppo apposito per la realizzazione del metodo dell'implosione. A partire dalla metà del '44 il laboratorio di Los Alamos venne riorganizzato: le sue attività vennero riorientate dalla ricerca alla realizzazione vera e propria della bomba a U235 e di quella al plutonio. Tuttavia il progetto della bomba a implosione fu completato soltanto all'inizio di marzo del 1945, e Mstiakowsky poté venire a capo del problema critico dell'asimmetria dell'onda d'urto implosiva soltanto a metà aprile. L'8 maggio del '45 ebbe fine la guerra in Europa con la resa della Germania nazista. L'assemblaggio della bomba a U235 fu completato due mesi dopo la fine della guerra in Europa; gli scienziati di Los Alamos ritennero che non fosse necessario sperimentarla prima di un suo eventuale uso sul campo di battaglia perché avevano raggiunto la massima fiducia nell'efficacia del metodo del cannone, mentre considerarono fondamentale effettuare un'esplosione sperimentale della bomba al plutonio. Il 16 luglio 1945, la prima esplosione nucleare sperimentale di una bomba al plutonio, chiamata in codice Triníty, fu effettuata ad Alamogordo, un'area desertica del New Mexico. L'energia liberata fu valutata pari a 13.000 tonnellate di tritolo equivalente (chilotoni). La bomba atomica era ormai una realtà. Restava da decidere se e come usarla.

La bomba sul Giappone Nella primavera del '45, quando gli impianti di Hanford e Oak Ridge avevano cominciato a funzionare a pieno ritmo nella produzione del materiale fissile e a Los Alamos la progettazione e la messa a punto delle bombe a fissione aveva oramai raggiunto uno stadio avanzato, era ormai diventato chiaro che la guerra contro la Germania stava per finire con la vittoria sul campo degli alleati; veniva quindi meno la necessità di utilizzare questa nuova arma contro i tedeschi. All'inizio di marzo del '45 alcuni fisici del Metallurgical Laboratory cominciarono a porsi seri interrogativi sull'opportunità di sperimentare e usare contro il Giappone le bombe atomiche in costruzione a Los Alamos, e sulle drammatiche conseguenze che il loro uso e la loro probabile proliferazione avrebbero avuto sugli equilibri mondiali dopo la fine della guerra.


Attacco giapponese a Pearl Harbour


Distruzione conseguente all'attacco a Pearl Harbour


Ingresso al villaggio di Los Alamos


Oppenheimer con il genrale Grooves


Lawrence, Fermi e Rabi a Los Alamos


Sethe Neddermeyer, teorico del metodo di implosione