Chi ha scoperto la fissione nucleare?
doc-7394
Nel 1938 Otto Hahn e Fritz Strassmann scoprirono la fissione nucleare con metodi radiochimici, e nel 1939 Lise Meitner e Otto Robert Frisch scrissero la prima interpretazione teorica del processo di fissione, successivamente migliorata da Niels Bohr e John A. Wheeler. Ulteriori sviluppi si sono verificati durante la seconda guerra mondiale, che ha portato all' applicazione pratica del radar e lo sviluppo e l' uso della bomba atomica. Sebbene il processo fosse iniziato con l' invenzione del ciclotrone da parte di Ernest O. Lawrence negli anni' 30, nel dopoguerra la fisica entrò in una fase di quella che gli storici hanno definito "Big Science", richiedendo macchine, bilanci e laboratori di massa per testare le loro teorie e spostarsi verso nuove frontiere. Il primo mecenate della fisica divenne governo statale, il quale riconobbe che il sostegno della ricerca "di base" poteva spesso portare a tecnologie utili sia ad applicazioni militari che industriali. Attualmente, la relatività generale e la meccanica quantistica sono incoerenti l' una con l' altra, e sono in corso sforzi per unificare i due.
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doc-16693
Un team guidato da Enrico Fermi nel 1934 osservò che bombardando l' uranio con neutroni produce l' emissione di beta (raggi (elettroni o positroni dagli elementi prodotti; vedi la particella beta). I prodotti di fissione furono inizialmente scambiati per nuovi elementi dei numeri atomici 93 e 94, che il Preside della Facoltà di Roma, Orso Mario Corbino, battezzò rispettivamente ausonio ed esperio. Gli esperimenti che hanno portato alla scoperta della capacità dell' uranio di fissione (a parte) in elementi più leggeri e liberare energia di legatura sono stati condotti da Otto Hahn e Fritz Strassmann nel laboratorio di Hahn a Berlino. Lise Meitner e suo nipote, il fisico Otto Robert Frisch, pubblicarono la spiegazione fisica nel febbraio 1939 e chiamarono il processo "fissione nucleare". Subito dopo, Fermi ipotizzò che la fissione dell' uranio potesse rilasciare neutroni sufficienti a sostenere una reazione di fissione. La conferma di questa ipotesi è arrivata nel 1939, e lavori successivi hanno trovato che in media circa 2,5 neutroni vengono rilasciati da ogni fissione dell' isotopo uranio raro uranio-235. Altri lavori hanno dimostrato che l' isotopo molto più comune dell' uranio-238 può essere trasmutato in plutonio, che, come l' uranio-235, è anche fissile da neutroni termici. Queste scoperte hanno portato numerosi paesi ad iniziare a lavorare sullo sviluppo delle armi nucleari e dell' energia nucleare.
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doc-16698
Molti usi contemporanei dell' uranio sfruttano le sue proprietà nucleari uniche. L' uranio-235 si distingue per essere l' unico isotopo fissile naturale. L' uranio-238 è fissionabile da neutroni veloci ed è fertile, il che significa che può essere trasmutato al plutonio fissile-239 in un reattore nucleare. Un altro isotopo fissile, l' uranio-233, può essere prodotto a partire dal torio naturale ed è importante anche nella tecnologia nucleare. Mentre l' uranio-238 ha una piccola probabilità di fissione spontanea o addirittura di fissione indotta con neutroni veloci, l' uranio-235 e, in misura minore, l' uranio-233 hanno una sezione trasversale di fissione molto più elevata per i neutroni lenti. In concentrazioni sufficienti, questi isotopi mantengono una reazione a catena nucleare sostenuta. Questo genera il calore nei reattori nucleari e produce il materiale fissile per le armi nucleari. L' uranio impoverito (238U) è utilizzato nei penetratori di energia cinetica e nella placcatura delle armature.
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doc-16720
Durante le fasi successive della seconda guerra mondiale, l' intera guerra fredda, e in misura minore in seguito, l' uranio-235 è stato utilizzato come materiale esplosivo fissile per produrre armi nucleari. Inizialmente sono stati costruiti due tipi principali di bombe a fissione: un dispositivo relativamente semplice che utilizza uranio-235 e un meccanismo più complicato che utilizza plutonio-239 derivato dall' uranio-238. Più tardi, fu costruito un tipo molto più complicato e molto più potente di bomba a fissione/fusione (arma termonucleare), che utilizza un dispositivo a base di plutonio per causare una miscela di trizio e deuterio per subire la fusione nucleare. Tali bombe sono rinchiuse in un caso di uranio non fissile (non arricchito) e derivano più della metà della loro potenza dalla fissione di questa materia da neutroni veloci provenienti dal processo di fusione nucleare.
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doc-16722
Nel 1972, il fisico francese Francis Perrin scoprì quindici antichi e non più attivi reattori a fissione nucleare naturale in tre diversi giacimenti minerari presso la miniera di Oklo in Gabon, nell' Africa occidentale, noti collettivamente come i reattori fossili di Oklo. Il giacimento minerario risale a 1,7 miliardi di anni fa; poi l' uranio-235 costituiva circa il 3% del totale dell' uranio sulla Terra. Ciò è abbastanza elevato da consentire una reazione a catena di fissione nucleare prolungata, purché esistano altre condizioni di supporto. La capacità dei sedimenti circostanti di contenere i prodotti dei residui nucleari è stata citata dal governo federale degli Stati Uniti come prova della fattibilità dello stoccaggio del combustibile nucleare esaurito presso il deposito dei residui nucleari della montagna di Yucca. Francese.
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doc-7690
Anche gli isotopi più rari dell' idrogeno hanno applicazioni specifiche. Il deuterio (idrogeno-2) è usato nelle applicazioni di fissione nucleare come moderatore per rallentare i neutroni e nelle reazioni di fusione nucleare. I composti del deuterio hanno applicazioni in chimica e biologia negli studi degli effetti isotopi di reazione. Il trizio (idrogeno-3), prodotto nei reattori nucleari, è utilizzato nella produzione di bombe a idrogeno, come etichetta isotopica nelle bioscienze e come fonte di radiazioni nelle vernici luminose.
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doc-16704
In natura, l' uranio è presente come uranio-238 (99,2742%) e uranio-235 (0,7204%). La separazione isotopica concentra (ricreazioni) l' uranio fissionabile-235 per le armi nucleari e la maggior parte delle centrali nucleari, ad eccezione dei reattori raffreddati a gas e dei reattori ad acqua pesante pressurizzata. La maggior parte dei neutroni rilasciati da un atomo di uranio-235 che fissiona deve colpire altri atomi di uranio-235 per sostenere la reazione a catena nucleare. La concentrazione e la quantità di uranio-235 necessaria per raggiungere questo obiettivo è detta "massa critica".
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doc-8520
Von Neumann continuò indisturbato nel suo lavoro e divenne, insieme a Edward Teller, uno di quelli che sostennero il progetto delle bombe a idrogeno. Collabora poi con Klaus Fuchs per l' ulteriore sviluppo della bomba, e nel 1946 i due depositano un brevetto segreto su "Miglioramento dei metodi e dei mezzi per l' utilizzo dell' energia nucleare", che delinea uno schema per l' utilizzo di una bomba a fissione per comprimere il combustibile di fusione per avviare la fusione nucleare. Il brevetto Fuchs-von Neumann utilizzava l' implosione da radiazioni, ma non nello stesso modo in cui è stato utilizzato in quello che è diventato il design finale della bomba a idrogeno, il progetto Teller-Ulam. Il loro lavoro è stato, tuttavia, incorporato nel "George" colpo di operazione Greenhouse, che è stato istruttivo nel testare i concetti che sono andati nella progettazione finale. Il lavoro di Fuchs-von Neumann è stato trasmesso da Fuchs all' Unione Sovietica come parte del suo spionaggio nucleare, ma non è stato utilizzato nello sviluppo indipendente del progetto Teller-Ulam dei sovietici. Lo storico Jeremy Bernstein ha sottolineato che, ironicamente,"John von Neumann e Klaus Fuchs, nel 1946 produssero una brillante invenzione che avrebbe potuto cambiare l' intero corso dello sviluppo della bomba a idrogeno, ma che non fu completamente compresa fino a quando la bomba non fu fatta con successo".
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doc-5290
Le trasformazioni di energia nell' universo nel corso del tempo sono caratterizzate da vari tipi di energia potenziale che è stata disponibile dal Big Bang successivamente essere "rilasciato" (trasformato in più tipi attivi di energia come l' energia cinetica o radiante) quando un meccanismo di attivazione è disponibile. Esempi familiari di tali processi includono il decadimento nucleare, in cui l' energia viene rilasciata che originariamente era "immagazzinata" in isotopi pesanti (come uranio e torio), per nucleosintesi, un processo che in ultima analisi utilizza l' energia potenziale gravitazionale liberata dal collasso gravitazionale delle supernovae, per immagazzinare energia nella creazione di questi elementi pesanti prima che venissero incorporati nel sistema solare e nella Terra. Questa energia viene attivata e rilasciata nelle bombe a fissione nucleare o nella produzione di energia nucleare civile. Allo stesso modo, nel caso di un' esplosione chimica, l' energia chimica potenziale viene trasformata in energia cinetica ed energia termica in un tempo molto breve. Ancora un altro esempio è quello di un pendolo. Nei punti più alti l' energia cinetica è pari a zero e l' energia potenziale gravitazionale è al massimo. Al suo punto più basso l' energia cinetica è al massimo ed è pari alla diminuzione di energia potenziale. Se uno (unrealisticamente) ipotizza che non ci sia attrito o altre perdite, la conversione di energia tra questi processi sarebbe perfetta, e il pendolo continuerebbe a oscillare per sempre.
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doc-16703
L' uranio è usato come colorante nel vetro d' uranio che produce sfumature dal rosso-arancio al giallo limone. È stato utilizzato anche per colorare e ombreggiare nelle prime riprese fotografiche. La scoperta dell' uranio nella pece minerale del 1789 è accreditata a Martin Heinrich Klaproth, che ha chiamato il nuovo elemento dopo il pianeta Urano. Eugène-Melchior Péligot fu la prima persona ad isolare il metallo e le sue proprietà radioattive furono scoperte nel 1896 da Henri Becquerel. Ricerche di Otto Hahn, Lise Meitner, Enrico Fermi e altri, come J. Robert Oppenheimer a partire dal 1934, ne portarono l' uso come combustibile nell' industria nucleare e in Little Boy, la prima arma nucleare utilizzata in guerra. La conseguente corsa agli armamenti durante la guerra fredda tra gli Stati Uniti e l' Unione Sovietica ha prodotto decine di migliaia di armi nucleari che hanno utilizzato uranio metallico e plutonio-239 derivato dall' uranio. La sicurezza di tali armi e del loro materiale fissile dopo la dissoluzione dell' Unione Sovietica nel 1991 è una preoccupazione costante per la salute e la sicurezza pubblica. Cfr.
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doc-15049
In parole povere, la guerra fredda potrebbe essere considerata un' espressione della lotta ideologica tra comunismo e capitalismo. Gli Stati Uniti affrontarono una nuova incertezza a partire dal settembre 1949, quando perse il monopolio sulla bomba atomica. Le agenzie di intelligence americane hanno scoperto che l' Unione Sovietica aveva esploso la sua prima bomba atomica, con la conseguenza che gli Stati Uniti potevano potenzialmente affrontare una futura guerra nucleare che, per la prima volta, avrebbe potuto devastare le sue città. Di fronte a questo nuovo pericolo, gli Stati Uniti hanno partecipato ad una corsa agli armamenti con l' Unione Sovietica che comprendeva lo sviluppo della bomba all' idrogeno, nonché bombardieri strategici intercontinentali e missili balistici intercontinentali (ICBM) in grado di fornire armi nucleari. Una nuova paura del comunismo e dei suoi simpatizzanti spazzò gli Stati Uniti negli anni Cinquanta, che si trasformarono in un McCarthyism paranoico. Con la diffusione del comunismo in Cina, Corea ed Europa orientale, gli americani si sono sentiti così minacciati che la cultura popolare e politica ha tollerato estese "cacce alle streghe" per esporre le spie comuniste. Parte della reazione americana alle prove sovietiche atomiche e alle bombe all' idrogeno ha incluso il mantenimento di una grande forza aerea, sotto il controllo del comando aereo strategico (SAC). La SAC impiegava bombardieri strategici intercontinentali, nonché bombardieri di media entità basati vicino allo spazio aereo sovietico (nell' Europa occidentale e in Turchia) che erano in grado di trasportare carichi utili nucleari.
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