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La scoperta dell'energia nucleare

L’energia nucleare che oggi sfruttiamo a scopi civili e militare tramite processi di fissione nucleare trova le sue origini in un lungo percorso di complesse scoperte che risalgono sino al 1789, anno in cui un chimico tedesco di nome Martin Klaproth scoprì e diede il nome all’uranio. Si dovette attendere quasi un secolo per arrivare a scoprire l’esistenza delle radiazioni ionizzanti nel 1895 con il fisico tedesco Wilhelm Rontgen che facendo passare della corrente attraverso un tubo in vetro sottovuoto produsse e rilevò un flusso costante di raggi X. L’anno seguente, nel 1896, il fisico francese Henri Becquerel scoprì i raggi Beta rilevando come l’uraninite, un minerale naturale nel quale troviamo il radio e l’uranio, facesse scurire delle lastre fotografiche proprio attraverso queste radiazioni. Furono poi i più noti Pierre e Marie Curie a dare il nome, sempre nel 1896, al fenomeno della “radioattività” e furono sempre loro ad isolare il Polonio e il Radio dall’Uranite (permettendo, per il secondo, i primi utilizzi in ambito medicale). L’ambiente scientifico era galvanizzato da queste continue rivelazioni ed i ricercatori si moltiplicarono; nel 1900 si aggiunse il fisico e chimico francese Paul Ulrich Villard che scoprì i raggi Gamma, nel 1902 il chimico neozelandese Ernest Rutherford che dimostrò come la radioattività fosse una naturale disintegrazione degli atomi e vinse per questo il Nobel per la chimica nel 1908. Sempre Rutherford teorizzò poi la presenza di una struttura atomica che presentasse un nucleo circondato da elettroni, anticipando il modello poi perfezionato dal collega Niels Bohr. Nel 1919 sempre Rutherdorf dimostrò, mediante bombardamento di particelle alpha su un atomo di azoto, come questi producesse isotopi (cioè atomi con lo stesso numero atomico ma differente massa) di ossigeno, dimostrando così la reazione nucleare. Nel 1922 Niels Bohr ricevette il premio Nobel per la fisica grazie ai suoi studi sulla struttura degli atomi che produssero il modello atomico di Bohr (ovvero la struttura che oggi noi conosciamo identificando un nucleo di protoni circondato da orbite su più livelli di elettroni) Nel 1932 James Chadwick completò il modello scoprendo l’esistenza del neutrone nel nucleo atomico. Nel 1938 i fisici Otto Hahn e Fritz Strassmann scoprirono ufficialmente la fissione nucleare dopo aver rilevato tracce di radio e bario in seguito al bombardamento con neutroni di un campione di uranio. A questo avvenimento si unirono Lise Meitner e Otto Frisch, collaboratori di Niels Bohr, che individuarono come la parte di massa mancante dalla scissione dell’atomo dell’esperimento fosse quantificabile in 200 milioni di elettrovolt di energia. Queste incredibili scoperte andarono a loro volta a confermare le prime teorie del fisico Albert Einstein che nel 1905 aveva proposto l’equivalenza tra massa ed energia. In seguito gli stessi Hahn e Strassmann dimostrarono come la fissione nucleare non rilasciasse solo molta energia ma anche una quantità aggiuntiva di neutroni che avrebbero potuto a loro volta colpire e fendere altri atomi di uranio, scatenando così una reazione a catena.

Niels Bohr, Leó Szilárd, Enrico Fermi e John Wheeler scrissero un trattato sul processo di fissione nucleare nel quale si enunciava anche l’intuizione, proposta inizialmente da Fermi e Szilárd, di rallentare la reazione dei neutroni per mezzo di un elemento detto “moderatore”; si era alle porte della gestione di una reazione a catena controllata e contemporaneamente alla scoperta di un mezzo per liberare una quantità di energia mai vista prima. Questo testo venne pubblicato il 30 agosto 1939, due giorni prima dello scoppio del secondo conflitto mondiale. Poco tempo dopo il fisico francese Francis Perrin introdusse il concetto di massa critica per l'uranio (cioè il livello di massa necessaria a produrre un rilascio autosostenuto di energia), aggiungendo così l’ultimo tassello mancante alla gestione del processo di fissione.

Nella Germania nazista il progetto Uranverein si occupava proprio di promuovere la ricerca sulla fissione nucleare Reich ed era seguito dall’Ufficio dell’Ordinanza tedesca presieduto da Rudolf Peierls, allievo del più noto Werner Heisenberg; quest’ultimo teorizzò che l’impiego dell’uranio 235 (isotopo dell’uranio 238) sarebbe stato efficace come materiale esplosivo per un possibile ordigno nucleare e, l’anno seguente, il collega Carl Friedrich von Weizsäcker scoprì che dal teorico processo di reazione a catena dell’uranio 238 si sarebbe potuto ottenere del Plutonio, altro elemento altamente esplosivo (elemento che andrà effettivamente a comporre uno dei due ordigni nucleari detonati sul Giappone). Nel 1941 von Weizsäcker fu molto vicino al presentare un brevetto per un prototipo di impianto atto a produrre plutonio ma si vide scartato il progetto dagli apparati militari perché considerato troppo costoso in un momento storico in cui le risorse per la ricerca si stavano concentrando per la produzione dei razzi V1 e V2.

L’esistenza di un progetto nucleare tedesco spronò fortemente il governo britannico a stanziare i fondi disponibili per la ricerca sul controllo della fissione nucleare al fine di anticipare il nemico in guerra e, dal loro punto di utilizzo, sperimentare nuovi mezzi di propulsione navale.

Con l’entrata in guerra degli Stati Uniti, gli sforzi per la ricerca sulla fissione nucleare finirono per convogliare nel progetto Manhattan dopo che nel 1942 tutta la gestione della ricerca passò sotto l’egida dell’esercito. Nel dicembre dello stesso anno, presso l’università di Chicago, Enrico Fermi sperimentò con successo la prima reazione nucleare controllata della storia, in quello che di fatto fu il primo reattore nucleare conosciuto. Da li Robert Oppenheimer diresse a Los Alamos i lavori di progettazione per ordigni nucleari all’uranio e al plutonio. Il primo ordigno venne sperimentato con successo ad Alamagordo, nel New Mexico, il 16 luglio 1945. Poco meno di un mese dopo il mondo conobbe il fungo atomico con le detonazioni su Hiroshima e Nagasaki, rispettivamente il 6 e il 9 agosto 1945. Il giorno seguente il Giappone si arrese e il 15 agosto l’Imperatore Hirohito parlò alla nazione per anticipare la resa incondizionata firmata poi il 2 settembre.

La fine del conflitto mondiale presentò la divisione del mondo tra le superpotenze di Stati Uniti e Unione Sovietica con entrambi che reclutarono scienziati della Germania sconfitta e occupata. L’URSS detonò il primo ordigno nucleare il 25 agosto 1949 e costruì la prima centrale nucleare per utilizzo civile del mondo a Obninsk nel giugno 1954; la centrale aveva una produzione di 30 MWt. Negli Stati Uniti il primo reattore nucleare di potenza ad uso commerciale venne ultimato a Yankee Rowe nel 1960; l’impianto contava una produzione di 167 MWt.

Prese così il via l’era dell’energia nucleare.

Le fonti impiegate per la redazione del presente post sono liberamente consultabili:

https://world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/outline-history-of-nuclear-energy.aspx

https://www.enea.it/it/seguici/le-parole-dellenergia/fissione-nucleare/levoluzione-della-tecnologia-1


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  • L'Autore

    Fabio Di Gioia

    Dottore in Scienze internazionali ed istituzioni europee, attualmente si sta specializzando nel corso di laurea magistrale in Relazioni Internazionali. È stato Presidente del Collegio dei Revisori dei Conti e co-ideatore del progetto TrattaMI Bene. È ora autore per la sezione Diritti Umani e nella sua rubrica Dŏmĭna.

    Doctor in International Sciences and European Institutions, he is currently specializing in the Master's degree program in International Relations. He has been President of the Board of Auditors and co-creator of the project TrattaMI Bene. He is now an author for the Human Rights section and in his column Dŏmĭna.

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Nucleare Stati Uniti Mondo

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