Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività
Einstein e la bomba atomica
"...una lettera che non avrei mai voluto scrivere"
Da dove nasce l'energia nucleare ?
La formazione dei nuclei e il difetto di massa
6 protoni
+
12
C
6
6 neutroni
(6 x 1.007276 uma)
(6 x 1.008665uma)
Massa totale = 12.095646 uma
(12.000000 uma)
m = 0,095646 uma
2
Nel dopoguerra si intravide la possibilità di controllare la reazione di fissione
e poterla così utilizzare a scopi pacifici per la produzione di energia. Il primo
prototipo fu costruito nel 1951. Attualmente la produzione di energia da
centrali nucleari è di circa 7,4 Miliardi di GWh, pari a circa il 6% di tutta
l'energia prodotta a livello mondiale e al 15% dell'energia elettrica. L'energia
nucleare sarà destinata a rimanere una fonte di nicchia, poiché la
disponibilità di uranio è molto limitata. Si stima che le riserve mondiali siano
di circa 4 ML di Ton, mentre il consumo annuo (2000) è di oltre 50000 Ton,
con un rapporto riserve/consumo di 80:1.
.. Kr
.
139
94
..
.
Ba
235 U
94Kr 139Ba
.. Kr
.
94
235
U
.
.
.
94
139
Kr
Ba
23 5
U
.
10-12 sec
2 35
139 Ba
U
Il difetto di massa per nucleone dipende
dal numero di massa atomica
Perdita di massa per nucleone (uma)
0,00000
0
50
-0,00200
100
150
200
250
Fe
-0,00400
-0,00600
-0,00800
-0,01000
Fe
numero di massa
-0,01200
Conseguenza della variazione del difetto di massa al variare del
numero di massa
Fusione nucleare
La fusione di due nuclei leggeri, portante alla formazione di un
nucleo con massa minore di 52, avviene con difetto di massa, che è
liberato sotto forma di energia. La reazione di fusione di nuclei di
idrogeno in nuclei di elio alimenta il sole.
2
2
H+ H
4He
+ massa = energia
Fissione nucleare
La reazione di scissione (fissione) di nuclei pesanti porta alla
formazione di nuclei la somma delle cui masse è minore della massa
del nucleo di partenza: il difetto di massa è liberato sotto forma di
energia.
23 5
139Ba + 9 4Kr + 2 n + massa = energia
U
La fissione dell'Uranio
235U
I due isotopi più abbondanti dell'uranio sono 23928U (99.27%) e 235
92U
235
(0.72%). U è un elemento fissile. Il bombardamento di un nucleo
di uranio-235 con un neutrone porta alla formazione di nuclei più
leggeri (i più comuni sono Bario e Kripton) e alla liberazione di 3
neutroni. Se la quantità di uranio è sufficientemente grande,
superiore a una quantità minima detta "massa critica" (massa
2 35
critica
U = 0.9 Kg) la probabilità che i neutroni liberati
collidano con altri nuclei di uranio-235 è alta. Si innesca una
reazione autocatalitica a catena che assume le caratteristiche
dell'esplosione nucleare. L'energia che si libera è enorme, pari a
20.109 Kcal/Kg 235U.
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Dalla relazione E = m c si ricava 1 uma = 9.315 10 eV
Energia liberata alla formazione di 1 atomo di carbonio:
0,095646 u.m.a. = 0.89 . 108 eV
Energia liberata alla formazione di 1 mole di atomi di
Carbonio (12 g) = 2.04 . 109 Kcal = energia prodotta
dalla combustione di ca. 230.000 litri di petrolio
La storia in breve...
La reazione di fissione nucleare fu prodotta per la prima volta nel 1938 dal
gruppo di Fermi a Roma e dal gruppo di Hahn e Strassmann a Berlino.
Molti fisici, come Otto Frisch (collaboratore di Niels Bohr), Leo Szilard e
Edwars Teller, intravidero possibili utilizzi militari. Nell'agosto del 1939,
alla vigilia della II guerra mondiale, Leo Szilard convinse Einstein a scrivere
una lettera a Roosvelt, in cui si avanzava l'ipotesi che la Germania stesse
sviluppando un'arma basata sulla reazione di fissione e si sollecitavano gli
Stati Uniti a perseguire lo stesso obiettivo. In seguito a questa lettera
Roosvelt diede vita al progetto Manhattan, che divenne operativo nel 1941.
A capo del progetto fu messo J. Oppenehimer. Con lui collaborarono i
migliori fisici dell'epoca, da Fermi a Strassmann. Alla fine del 1942 arrivò il
primo grande successo: il 2 dicembre Fermi realizzò la prima reazione di
fissione controllata dell'uranio. La strada per costruire la bomba atomica
era aperta. Leo Szilard, firmatario della lettera insieme a Einstein, definì
quel successo "un giorno che sarebbe passato alla storia dell'umanità come
una giornata nera". Nell'estate del 1945 erano pronte 3 bombe. Una fu fatta
esplodere a scopo sperimentale nel deserto di Alamogordo, nel New Mexico.
Nel frattempo la guerra in Europa era finita.
Benchè anche la guerra nel Pacifico si stesse avviando
alla conclusone, fu deciso di far esplodere le altre due
bombe sul Giappone. Il 6 Agosto 1945, alle ore 8.15, la
città di Hiroshima fu distrutta. Il 9 Agosto fu la volta
di Nagasaki. Centinaia di migliaia di persone uccise
ingiustificatamente. Fu la prima, e per ora unica,
volta in cui si usarono armi di distruzione di massa.
Oppenheimer, giudicando quel bombardamento un
crimine, si dimise da capo dell'Atomic Bomb Project.
Per Einstein, pacifista convinto, fu una sconfitta
dolorosa. Più volte ebbe a ripetere:
"se avessi saputo, non avrei mai scritto quella lettera"
.
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