Energia nucleare. Nell'autunno del 1942 andarono a Goodyear clienti che desideravano una sorta di mongolfiera, come quelle che l'azienda americana aveva iniziato a produrre qualche decennio prima e che venivano utilizzate anche per i dirigibili. Semplicemente non lo volevano sferico o arrotondato in ogni caso, ma cubico.
Sembra che i tecnici della Goodyear fossero piuttosto perplessi. Probabilmente si sono chiesti "Come farebbe a volare un pallone cubico?", magari cercando di convincere gli acquirenti a cambiare idea. In realtà, a quei clienti non importava del volo. Provenivano infatti dall'Università di Chicago e lavorarono al progetto top secret guidato da Enrico Fermi per lo sviluppo della prima reazione di fissione nucleare a catena, nota come Chicago Pila-1.
Non volevano volare...
È comprensibile, quindi, che non abbiano potuto fornire troppi dettagli sui motivi del loro acquisto, che non solo non avrebbero mai dovuto volare nei cieli, ma sarebbero rimasti in uno spazio sotterraneo a fare da involucro a contenere i circa 45.000 blocchi di grafite e le 50 tonnellate tra ossido di uranio e uranio metallico che componevano la pila.
Batteria entrata in funzione esattamente 80 anni fa. Alle 15:25 del 2 dicembre 1942, 23:25 in Italia, in un laboratorio situato sotto le tribune dello stadio di football americanoo campo di cervo dall'Università di Chicago - non utilizzata all'epoca - il mondo stava imparando a padroneggiare l'energia di Fisione nucleare grazie al fondamentale contributo del fisico italiano. Meno di tre anni dopo, quell'energia sarebbe stata tragicamente sfruttata nelle bombe atomiche di Hiroshima e Nagasaki e, dopo la guerra, per scopi pacifici nei reattori a fissione che oggi producono circa il 10% dell'elettricità mondiale.
Enrico Fermi e l'idea di America
A prima vista sembrerebbe che Enrico Fermi abbia deciso di sbarcare negli Stati Uniti d'America unicamente per una questione di finanziamento assegnato a università e istituti di ricerca. Certamente, all'alba del XNUMX° secolo, il mondo scientifico era in fermento. Consolidato, nei primi due decenni, quello che viene chiamato vecchia teoria quantistica, i concetti della meccanica quantistica prendevano forma dalla seconda metà degli anni 1920. Le scoperte scientifiche si susseguivano e la mente umana si proiettava nell'indagine spietata dell'infinitamente piccolo.
L'istituto di via Panisperna, nel cuore di Roma, diretto da Enrico Fermi e con collaboratori come Segrè, Amaldi, Pontecorvo, Majorana, Rasetti, D'Agostino, aveva bisogno di attrezzature molto costose per continuare a competere ai massimi livelli della ricerca. Sondare la radioattività degli elementi con la corretta intuizione di bombardare i nuclei con i neutroni richiedeva la necessità di un acceleratore di particelle in grado di generarli in fasci di adeguata energia e di elevata intensità.
Tutto è iniziato con la radioattività artificiale
Il processo scientifico che portò al risultato del 2 dicembre iniziò una quindicina di anni prima, nel 1926, con la convocazione di Fermi da parte dell'Università di Roma alla prima cattedra italiana di fisica teorica. Lì Fermi diede vita al gruppo dei ragazzi di Via Panisperna e diresse le loro ricerche sulla fisica nucleare, che lì stava emergendo grazie al lavoro di molti fisici europei. Stimolato dalla scoperta della radioattività artificiale da parte di Irène Curie e Fréderéric Joliot, Fermi condusse a metà degli anni Trenta una serie di esperimenti innovativi che gli valsero il Premio Nobel per la Fisica nel 1930. Un anno che si concluse con due eventi che sarebbero stati determinanti in quello che accadde a Chicago 1938 anni fa.
Contesto storico
Nonostante gli importanti fondi concessi dallo Stato all'Istituto, questi non hanno permesso di ottenere acceleratori di particelle compatibili con gli obiettivi dei ragazzi di Via Panisperna. Lo Stato, appunto. Perché trascurare l'impronta sociopolitica italiana degli anni '30 sarebbe un gravissimo errore logico. La rottura radicale consumata dal movimento reazionario guidato da Benito Mussolini nel decennio precedente in un'Italia devastata dalla prima guerra mondiale.
Il dominio incontrastato del Partito Nazionale Fascista e l'affinità ideologica con il Partito Nazionalsocialista Tedesco dei Lavoratori di Adolf Hitler quando prese il potere in una Germania furibonda nel 1933. progetti dei nuovi dittatori. Questa è l'ambientazione europea radicata in cui la scienza si erge come una cattedrale nel deserto. La goccia che fece traboccare il vaso fu, per Enrico Fermi, la promulgazione delle leggi razziali nel 1938, che videro Laura Capon, sua moglie ebrea, tra i diretti interessati..
Vigilia di Natale, giorno chiave per viaggiare
La vigilia di Natale, Fermi e la sua famiglia si imbarcano sul transatlantico Franconia per gli Stati Uniti, costretti a lasciare l'Italia dalle leggi razziali del fascismo. Una nave che, tra l'altro, ha navigato più volte nelle acque agitate della seconda guerra mondiale: portare negli Stati Uniti il fisico che sarebbe stato uno dei protagonisti del Progetto Manhattan, trasportare le truppe britanniche su vari fronti di guerra e ospitare Churchill e la delegazione britannica nel 1945 durante i colloqui di Yalta. E sempre durante il periodo natalizio Lise Meitner, geniale fisico austriaco che, essendo ebreo, era dovuto fuggire dalla Germania in Svezia.
Enrico Fermi, Laura e Niels Bohr sbarcano a New York il 2 gennaio 1939. Inizia così la collaborazione con la Columbia University dove Fermi lavorerà come parte del gruppo di ricerca nucleare. Dietro il scoperta dei tedeschi O. Hahn e F. Strassmann sulla natura fissile e/o fissile degli elementi pesanti, Fermi si lanciò a pieno titolo nello studio dell'economia dei neutroni nelle reazioni di fissione dei diversi isotopi dell'uranio.
la pila atomica
Fermi confermò l'ipotesi avanzata da L.Szilard nel 1933, circa la possibilità di avere una serie di reazioni nucleari a catena. La fissione dell'isotopo U 235 Genera in media 2,8 neutroni veloci, di energia compresa tra 10 k eV e 10 MeV. Correttamente termalizzato (rallentato) tramite dissipazione del calore in caso di collisione con nuclei moderatori, aumenta la possibilità di provocare la fissione di altri nuclei U 235. Rimandando lo studio della dinamica delle reazioni di fissione nucleare a un prossimo articolo, basterà qui affermare che i ricercatori avevano la possibilità di costruire una batteria che ospitasse tali catene di reazioni autosufficienti.
Una reazione nucleare che, rispetto a una comune reazione chimica di combustione, sprigionava un'energia circa 10 milioni di volte maggiore e il cui potenziale militare fu subito intuito sia negli Stati Uniti che nella Germania nazista. Grazie anche alle intuizioni di Fermi, il programma americano avanzò molto più velocemente e una tappa fondamentale fu proprio lo sviluppo della pila atomica.
Infatti, si svolge un rreazione a catena della fissione nucleare. La fissione del nucleo di uranio è indotta dalla collisione di un neutrone con esso. Il decadimento dell'uranio produce nuclei più leggeri e più neutroni, in media tra due e tre. Quando una quantità sufficiente di uranio è concentrata in uno spazio limitato, si possono raggiungere condizioni critiche, in cui per ogni reazione di fissione, in media, almeno uno dei neutroni prodotti provoca un'altra frammentazione. A seconda del livello di criticità, il processo può autosostenersi e produrre energia in modo controllato -come avviene nei reattori civili- oppure crescere in modo esponenziale e sprigionare improvvisamente una potenza enorme, come accade nei dispositivi nucleari.
Chicago-Stack 1, energia nucleare
La pila consisteva di 5,6 tonnellate di uranio metallico e 36 tonnellate di pellet di ossido di uranio. A questi si alternavano 350 tonnellate di blocchi di grafite con funzione moderatrice e strutturale. L'unico modo per controllare la reazione e raggiungere un atteggiamento critico, che indica l'inizio della reazione autosufficiente, è regolare la corsa delle barre di controllo nella pila.
La pila entra in funzione il 2 dicembre 1942. Nel primo pomeriggio raggiunge una taratura critica e si spegne pochi minuti dopo reinserindo tutte le aste di comando.. In quel freddo giorno dei tristi anni della seconda guerra mondiale, il navigatore italiano è arrivato al nuovo mondo. Ma Sotto l'epidermide della ricerca scientifica nucleare americana si nascondeva il Progetto Manhattan.. Così, parallelamente all'uso etico dell'energia nucleare per la produzione di elettricità, si assiste all'immobilizzazione del plutonio nelle testate nucleari militari. Due di loro, Ragazzino y Uomo Grasso, hanno ridotto in polvere prima Hiroshima e poi Nagasaki.
Gioia per la scoperta che poco dopo si è trasformata in tragedia
Alle 15:25 del 2 dicembre, Chicago Pile-1 ha raggiunto la criticità in modo completamente controllato, dimostrando la fattibilità del processo. Eugene Wigner, uno dei fisici presenti, ha stappato una bottiglia di Chianti per celebrare l'evento, onorando le origini italiane di Fermi. Quarantanove scienziati presenti hanno firmato l'involucro di cannuccia della bottiglia, che è ancora conservato presso l'Università di Chicago. Ma – come ricorda Leona Woods, fisica che partecipò al progetto e poi studentessa ventitreenne – fu un brindisi silenzioso, perché, come dichiarerà poi lo stesso Wigner, “Sapevamo che stavamo per scatenare un gigante«. Un gigante che in poco più di un paio d'anni avrebbe posto fine alla Seconda Guerra Mondiale al tragico costo della distruzione di Hiroshima e Nagasaki.
La colpa non è della scienza, ma dell'essere umano
Un anniversario, quello del 2 dicembre 1942, dunque denso di significato: un grande esperimento scientifico, che ha avuto un impatto enorme sulla storia contemporanea. La storia non può essere fatta con "se", ma è probabile che se gli Stati Uniti non avessero costruito il mucchio a Chicago, a un certo punto la Germania nazista avrebbe potuto avere successo, con conseguenze facilmente immaginabili per il mondo.
Rivelare i segreti più intimi della materia è stata una delle più grandi conquiste dell'intelletto umano e protagonista, con la Relatività e meccanica quantistica, dell'enorme rivoluzione nella nostra comprensione del mondo operata dalla fisica nel XX secolo. Oggi, grazie alla fisica nucleare, si curano malattie, si esplora il corpo umano e si produce elettricità per fissione in reattori civili senza emettere gas serra. Non si tratta della scienza, che ha dato e continuerà a dare enormi contributi al benessere dell'umanità e che tante volte è stata strumento di pace, ma dell'uso che se ne fa dei suoi risultati e di quel senso di responsabilità e di discernimento che non dovrebbe mai fallire l'umanità.