Progetto Manhattan

Scuola S.B. Capitanio Classi III anno scolastico 2006\2007
Progetto Manhattan
Fonti: tratto e modificato da: Wikipedia, Microsoft Encarta
Il Progetto Manhattan fu il programma di ricerca condotto, dagli Stati Uniti durante la seconda
guerra mondiale, che portò alla costruzione della prima bomba atomica. Fu diretto dal fisico
americano Robert Oppenheimer.
La problematica industriale era incentrata sulla
produzione di una quantità sufficiente di materiale
fissile con adeguata purezza. Il progetto seguì
due strade parallele, che portarono alla
produzione di due bombe diverse.
La prima (Little Boy), sganciata su Hiroshima,
era composta da uranio-235, un isotopo minore
dell'uranio che venne separato fisicamente dal più
prevalente uranio-238, che non è adatto per l'uso
in una bomba.
La bomba sganciata su Nagasaki (Fat Man)
invece, consisteva principalmente di plutonio-239,
un elemento sintetico che diventa critico solo
tramite implosione1.
Figura 1 - Laboratorio Nazionale di Los Alamos, foto
aerea del 1995.
Storia
Negli anni a cavallo tra la prima e la seconda guerra mondiale, gli Stati Uniti avevano assunto una
posizione predominante nella fisica nucleare, grazie al lavoro di fisici americani e stranieri. Questi
fisici svilupparono gli strumenti di base della fisica nucleare (ciclotroni2 e altri acceleratori di
particelle), e grazie a questi crearono molte nuove sostanze, compresi radioisotopi come il
carbonio-14.
Prime idee sull'energia nucleare
Enrico Fermi ricordò le origini del progetto in una conferenza tenuta nel 1954.
“Mi ricordo chiaramente il primo mese, nel Gennaio 1939, in cui iniziai a
lavorare ai Pupin Laboratories perché le cose iniziarono ad accadere
molto rapidamente. In quel periodo, Niels Bohr era impegnato come
lettore a Princeton e mi ricordo che un pomeriggio Willis Lamb tornò
molto eccitato e disse che Bohr aveva fatto trapelare grandi novità. La
grande novità era la scoperta della fissione nucleare e quanto meno le
linee principali della sua interpretazione. Quindi, più tardi nel corso di
quel mese, ci fu una riunione a Washington dove la possibile importanza
dell'appena scoperto fenomeno della fissione, venne discussa in tono
semi scherzoso, come possibile fonte di energia nucleare.”
1
Per implosione si intende un fenomeno opposto all'esplosione il cui effetto finale è una concentrazione in un piccolo
spazio di materia ed energia. L'implosione è, in altri termini, un collasso verso l'interno. Una sfera cava di plutonio può
essere fatta implodere utilizzando cariche esplosive di forma sferica poste intorno ad essa, in modo da farle raggiungere
la massa critica ed innescare una bomba a fissione nucleare, la quale, a sua volta, può fungere da innesco per una
bomba a fusione nucleare.
2
Un ciclotrone è una macchina usata per accelerare fasci di particelle elettricamente cariche utilizzando una corrente
alternata ad alta frequenza ed alta tensione, in associazione con un campo magnetico perpendicolare.
1
Scuola S.B. Capitanio Classi III anno scolastico 2006\2007
In Germania gli scienziati scoprirono la fissione verso la fine del 1938. Scienziati rifugiatisi in
america come Leo Szilard, Edward Teller ed Eugene Wigner ritenevano che l'energia rilasciata
durante la fissione nucleare avrebbe potuto essere utilizzata per una bomba dai tedeschi. Essi
persuasero Albert Einstein, il fisico più famoso in america, ad avvertire il presidente Franklin
Delano Roosevelt di questo pericolo.
L'11 ottobre 1939, al presidente Roosevelt, venne consegnata una lettera firmata da Albert
Einstein (trascritta da Leo Szilard), che sollecitava gli Stati Uniti a sviluppare rapidamente un
programma di armamento atomico. Il presidente accettò. La Marina assegnò alla Columbia
University un primo fondo di 6.000 dollari, che diventò poi il Progetto Manhattan grazie al lavoro
di Oppenheimer ed Enrico Fermi.
Alla Columbia University il fisico nucleare italiano Enrico Fermi costruì un prototipo di reattore
nucleare usando varie configurazioni di grafite3 e uranio.
Vannevar Bush, direttore della Carnegie Institution di Washington, organizzò il National Defense
Research Committee nel 1940, per mobilizzare le risorse scientifiche degli Stati Uniti in supporto
allo sforzo bellico.
Il progetto uranio non aveva ancora fatto molti progressi
nell'estate del 1941, quando giunse voce che in base a
calcoli fatti da Otto Frisch e Fritz Peierls, un quantitativo
molto piccolo di un isotopo fissionabile dell'uranio (U-235),
poteva produrre un esplosione equivalente a diverse
migliaia di tonnellate di TNT.
Ai Metallurgical Laboratory dell'Univerità di Chicago, ai
Radiation Laboratory dell'Università della California e nel
dipartimento di fisica della Columbia University, gli sforzi
per preparare il materiale nucleare per una bomba
vennero accelerati. L'uranio-235 doveva essere separato
dal minerale di uranio e il plutonio veniva ottenuto tramite
Figura 2 - Einstein e Oppenheimer.
bombardamento di neutroni dell'uranio naturale. A
partire dal 1942, grossi impianti vennero costruiti all'Oak Ridge National Laboratory (Site X) in
Tennessee e all'Hanford Site (Site W) fuori Washington, per produrre questi materiali.
Per rivedere il lavoro fatto e la teoria generale delle reazioni di fissione, Oppenheimer riunì una
sessione estiva all'Università della California nel giugno 1942 dove gli studiosi conclusero che una
bomba a fissione era fattibile. Gli scienziati suggerirono che tale reazione venisse iniziata
assemblando una massa critica (una quantità di esplosivo nucleare che potesse sostenerla): o
sparando una contro l'altra due masse sottocritiche di plutonio o uranio-235, o facendo
implodere una sfera cava composta da questi materiali ricoperti di esplosivo ad alto
potenziale. In mancanza di migliori dati sperimentali, questo era tutto ciò che si poteva fare.
Teller vide un'altra possibilità: circondando una bomba a fissione con deuterio e trizio4, era
possibile costruire una "superbomba" molto più potente. Questo concetto, si basava su studi della
produzione di energia nelle stelle fatti da Bethe prima della guerra. Quando l'onda prodotta dalla
detonazione della bomba a fissione si muove attraverso una miscela di nuclei di deuterio e trizio,
questi si fondono assieme producendo più energia di quella della fissione, in un processo di
fusione nucleare, esattamente come gli elementi fusi nel sole producono calore e luce.
3
La grafite è un minerale; conduttore elettrico, ha la più alta temperatura di fusione.
Deuterio Isotopo stabile e non reattivo dell'idrogeno, di simbolo D e numero di massa 2. Viene comunemente detto
idrogeno pesante perché, pur avendo massa pressoché doppia di quella dell'idrogeno, presenta caratteristiche chimiche
analoghe; costituisce lo 0,02% dell'idrogeno presente in natura
Trizio Isotopo radioattivo dell'idrogeno, di massa atomica 3 e simbolo 3H o T. Il nucleo di trizio, formato da un protone e
due neutroni.
4
2
Scuola S.B. Capitanio Classi III anno scolastico 2006\2007
Il distretto Manhattan
Nell'estate 1942, il colonnello Leslie Groves era delegato al comando delle costruzioni per il genio
dell'esercito americano e aveva supervisionato la costruzione del Pentagono, si rassegnò a
guidare un progetto che riteneva avesse poche probabilità di successo.
La prima cosa che fece fu ribattezzare il progetto come Il distretto Manhattan. Il nome deriva
dall'abitudine del genio di nominare i distretti in base alla città che ospita il quartier generale. Al
tempo stesso, Groves venne promosso a brigadiere generale, il che gli diede un grado che si
pensava fosse necessario per trattare con i più anziani scienziati del progetto.
Nel giro di una settimana dalla sua nomina, Groves aveva risolto i problemi più urgenti del Progetto
Manhattan. Questo modo di agire valido ed efficace divenne anche troppo familiare per gli
scienziati atomici.
Il primo grande ostacolo scientifico del progetto venne risolto il 2 dicembre 1942 sotto le
lavanderie di Stagg Field all'Università di Chicago. Li un gruppo guidato da Enrico Fermi inizio la
prima reazione a catena nucleare autoalimentata. Un messaggio in codice, "Il navigatore italiano
è giunto nel nuovo mondo" fu inviato al presidente Roosevelt per avvisarlo che l'esperimento
aveva avuto successo.
La bomba atomica detta Fat man
La bomba atomica detta Little boy
3