Energia nucleare tesina

La nascita della fisica nucleare

Il primo periodo dello sviluppo della fisica nucleare coincide con il decennio 1895-1905, che si aprì con la scoperta dei raggi X.

Nel 1896, investigando sulla natura dei raggi X, il fisico francese Henri Becquerel ritenne che potessero essere una sorta di fluorescenza. Espose perciò numerose sostanze fluorescenti alla luce solare, cercando di catturare l'eventuale radiazione emessa.

Dopo molti tentativi, Becquerel osservò che sali di uranio impressionavano la lastra fotografica indipendentemente dalla presenza della luce solare: era la scoperta della radioattività naturale.

Ben presto gli scienziati scoprirono che tutti gli elementi con peso atomico superiore al bismuto sono radioattivi e che, quindi, emettono tre tipi di raggi: alfa, beta e gamma. I raggi alfa sono costituiti da nuclei di elio carichi positivamente, i raggi beta da elettroni in rapido movimento mentre i raggi gamma sono onde elettromagnetiche.

Un'importante conseguenza dell'emissione di questi raggi è che gli elementi radioattivi, con l'emissione, si trasformano in elementi diversi, a seconda del tipo di radiazione, in un processo denominato decadimento.

Questo processo spontaneo porta necessariamente alla diminuzione nel tempo della quantità di sostanza radioattiva: essa infatti si dimezza in un intervallo di tempo che cambia a seconda dell'elemento e varia dai 3,8 giorni per il radon ai 4,47 miliardi di anni per l'uranio; inoltre questo periodo di dimezzamento 1 non varia qualunque sia la pressione, la temperatura o lo stato di aggregazione.

Per questo motivo il decadimento radioattivo, in particolare quello del carbonio-14, è utilizzato per stabilire a che età risalgono alcuni resti di organismi.

Ma la radioattività naturale non è l'unica esistente; infatti, già negli anni '30 del '900 fu scoperta quella artificiale, ottenuta mediante il bombardamento degli atomi di alcuni elementi non radioattivi con delle particelle alfa emesse per radioattività naturale dal polonio.

Si osservò, infatti, che questi elementi continuavano ad emettere radiazioni anche quando la sorgente di polonio veniva allontanata. La conclusione di questo esperimento fu, quindi, che la radioattività poteva essere indotta artificialmente in tutti gli elementi.

Nel 1934 Enrico Fermi ebbe l'idea di colpire gli elementi non più con particelle alfa ma con dei neutroni poiché essi, essendo elettricamente neutri, potevano penetrare nel nucleo atomico senza subire la repulsione da parte delle cariche presenti in esso; anche in questo caso si produceva radioattività artificiale.

In seguito lo stesso Fermi osservò che si otteneva una radioattività indotta molto maggiore sfruttando elettroni lenti, ovvero fatti passare precedentemente attraverso un moderatore; questo perché i neutroni rallentati rimanevano più tempo dentro il nucleo e interagivano maggiormente con esso.

Applicando questo metodo all'uranio un team di scienziati tedeschi ottenne del bario, che dista 36 posti dall'uranio sulla tavola periodica quando, invece, fino a quel momento, si erano ottenuti solo elementi abbastanza vicini a quello originario. La spiegazione di questo fatto fu trovata nella fissione del nucleo. 2

La fissione nucleare

La fissione nucleare è una reazione in cui il nucleo di uranio 235 o di altri elementi pesanti adatti vengono divisi tramite il bombardamento con neutroni o altre particelle elementari in frammenti, in un processo che libera energia.

Questa reazione, in genere, avviene a causa della cattura di un neutrone da parte del nucleo di un elemento pesante o, più facilmente, di un isotopo di un elemento stabile.

Infatti, negli elementi chimici, il rapporto tra protoni e neutroni cresce con l'aumentare del numero atomico; questo causa instabilità negli elementi pesanti e, in maniera maggiore, nei loro isotopi.