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Enrico Fermi immagine fisicoEnrico Fermi (1901-1954), fu uno dei più brillanti scienziati e fisici italiani nel mondo nonché premio Nobel per la fisica all’età di 37 anni, che contribuì, con i suoi studi teorici e sperimentali, alla costruzione del primo reattore nucleare a fissione, ossia il principio che è alla base del funzionamento della bomba atomica.

Prima di chiedervi cosa ci faccia un italiano tra gli ideatori di quest’arma micidiale, vediamo in breve alcuni concetti base nonché il suo principio di funzionamento. 

Il principio della bomba atomica è la reazione a catena di fissione nucleare, il fenomeno fisico per cui il nucleo atomico di certi elementi con massa atomica superiore a 230 si può dividere in due o più nuclei di elementi più leggeri quando viene colpito da un neutrone libero. La fissione si può innescare in forma massiccia, cioè come reazione a catena, se i nuclei fissili sono tanto numerosi e vicini fra loro da rendere probabile l’ulteriore collisione dei neutroni liberati con nuovi nuclei fissili. Gli isotopi che è possibile utilizzare nella pratica sono l’uranio 235 e il plutonio 239. Questi metalli pesanti sono i materiali fissili per eccellenza.

Quando un neutrone libero colpisce un nucleo di U235 o di Pu239, viene catturato dal nucleo per un tempo brevissimo, rendendo il nucleo composto instabile: questo si spezza entro 10−12 secondi in due o più nuclei di elementi più leggeri, liberando contestualmente da due a quattro neutroni. Circa l’uno per cento della sua massa viene convertita in energia sotto forma principalmente di fotoni ed energia cinetica dei nuclei leggeri residui e dei neutroni liberi, per un totale di circa 200 MeV.

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Schema di una reazione nucleare.

I neutroni liberati dal processo possono urtare a loro volta altri nuclei fissili presenti nel sistema, che quindi si fissionano liberando ulteriori neutroni e propagando la reazione a catena in tutta la massa di materiale. Come già detto però la reazione a catena avviene se e solo se la probabilità di cattura dei neutroni da parte dei nuclei fissili è sufficientemente alta, cioè se i nuclei sono numerosi, molto vicini fra loro e le perdite per fuga dal sistema sono opportunamente ridotte. Questo si ottiene, tipicamente, mettendo insieme in una geometria a basso rapporto superficie/volume una certa quantità di uranio (o plutonio) metallico altamente “arricchito”, in cui cioè l’isotopo fissile è presente in concentrazione molto più alta di quella naturale, addirittura superiore al 90% del totale, in quantità tale da superare la cosiddetta “massa critica”.

Il valore esatto della “massa critica” dipende dall’elemento scelto, dal grado del suo arricchimento e dalla forma geometrica (una schermatura che circonda la massa stessa impedendo la fuga di neutroni può contribuire anch’essa a diminuirne il valore). Orientativamente è dell’ordine di alcuni chilogrammi.


Ora che ci è più chiara l’idea di fondo e le reazioni (enormi!) che avvengono all’interno di quest’arma, vi voglio far conoscere una curiosa vicenda riguardante Enrico Fermi rivelata da un informatore del ministero dell’Interno: avvenne durante la cerimonia che la Magneti Marelli, società di cui Fermi era consulente scientifico, organizzò per festeggiare il neo premio Nobel e al quale vennero invitate tutte le maggiori autorità cittadine. Si narra che, all’ultimo minuto, nessuna delle citate autorità politiche, tranne il duca di Bergamo, intervenne alla cerimonia. La causa sarebbe dovuta alla continua disapprovazione di Fermi verso la campagna anti ebraica che si stava svolgendo in quel periodo. Inoltre, il comportamento dello scienziato alla consegna del premio Nobel fece scalpore all’interno dell’informazione del regime fascista. Come ricorda il fisico Amaldi:

Il fatto che Fermi invece di indossare l’uniforme fascista o quella dell’accademico d’Italia portasse il frac e che invece di fare il saluto fascista stringesse la mano al sovrano svedese determinarono una vera ondata di indignazione

L’illustre scienziato italiano decise quindi, poco dopo la promulgazione delle leggi razziali, di volare con la sua famiglia oltreoceano. La decisione di emigrare in America venne presa principalmente perché sua moglie, Laura Capon, era ebrea; ma il fatto che negli Stati Uniti avrebbe ottenuto i finanziamenti per la sua ricerca fu di certo la motivazione che rafforzò la scelta di partire. Come ricorda Segrè, fisico e allievo di Fermi:

Lo attiravano i laboratori attrezzati, gli abbondanti mezzi di ricerca, l’entusiasmo che sentiva nella nuova generazione di fisici, l’accoglienza cordiale degli americani. […] Gli ideali americani, a differenza di quelli fascisti trovavano una profonda eco nell’animo di Fermi. Tutte le osservazioni e le considerazioni che ne seguivano lo preparavano spiritualmente ad emigrare, e quando alla fine si trasferì in America fu più l’esecuzione di un piano a lungo meditato che una decisione improvvisa determinata dalle circostanze

Era giunto negli Stati Uniti da qualche settimana, quando gli scienziati O. Hahn e F. Strassmann annunciarono la scoperta della fissione dell’uranio, o meglio rilevarono la presenza, in seguito al bombardamento dell’uranio con neutroni, di bario radioattivo. Immediatamente Fermi iniziò lo studio della fissione, in particolare dei neutroni emessi in questo processo e cominciò la costruzione della prima pila nucleare, chiamata Chicago Pile-1.

Primo modello di bomba atomica fisico
Modello della prima bomba atomica al plutonio (nome in codice “The Gadget”) impiegata nel “Trinity test”.

Nel 1939 gli scienziati Fermi e Szilard, in base ai loro studi teorici, persuasero Albert Einstein a scrivere una lettera al Presidente Roosevelt nella quale, di fronte alla minaccia del regime nazista, veniva sottolineata la possibilità di realizzare una bomba atomica utilizzando il principio della fissione. Così il governo statunitense cominciò a interessarsi alle ricerche e stabilì un fondo di 6.000 dollari per la Columbia University; fondo che fu incrementato per il Progetto Manhattan nei laboratori di Los Alamos e per il lavoro di Fermi.

A Chicago, nei giorni successivi alla conclusione della guerra mondiale, Arthur Compton nominò un comitato per affrontare la questione dell’uso della bomba atomica dove, nell’ultimo rapporto, se ne sconsigliava vivamente l’utilizzo contro il Giappone e si suggeriva una dimostrazione incruenta della nuova arma.

Il primo test nucleare, nome in codice “Trinity“, si svolse il 16 luglio 1945 ad Alamogordo, nel Nuovo Messico. Una bomba di prova, denominata “The Gadget” fu fatta esplodere con successo.

I lanci su Hiroshima e Nagasaki furono la seconda e terza detonazione della storia delle armi nucleari. Per la gravità dei danni causati dagli ordigni, per le implicazioni etiche comportate dall’utilizzo di un’arma di distruzione di massa e per il fatto che si era trattato del primo e unico utilizzo in guerra di tali armi, i due attacchi atomici vennero considerati fra gli episodi bellici più gravi dell’intera storia dell’umanità.

Maria Gabriella Depalo

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