Da Berlino a Nagasaky, passando per Manhattan Andrea Santangelo, IFCAI CNR Marzo 2001

Transcript

1 Cervelli in Guerra Da Berlino a Nagasaky, passando per Manhattan Andrea Santangelo, IFCAI CNR Marzo 2001

2 Prologo: neutroni lenti e transuranici

3 Prologo: E poi l Uranio Le possibili catene radioattive invocate per spiegare la radioattività dell Uranio Otto Hahn e Lise Meitner al KWI di Berlino

4 La Fissione Gennaio 1939, Naturwissenschaften Scoperta del Bario Hahn, O., and Strassmann, F., Naturwiss., 27, 11 (1939) Scoperta del Bario nel decadimento dell Uranio Ipotesi velata della fissione Contatto epistolare continuo con Lise Meitner

5 La Fissione Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction Lise Meitner and O.R. Frisch Nature, 143, , (Feb. 11, 1939) Spiegazione della fisica della fissione Predizione delle catene radioattive Stima dell energia per evento rilasciata E=200 Mev

6 La Fissione Physical Evidence for the Division of Heavy Nuclei under Neutron Bombardment 0. R. FRISCH Nature (London), Volume 143, p. 276 (1939) Rivelati i burst dovuti ai nuclei energetici fino a 100 MeV Altri esperimenti a Columbia, Fermi, Szilard

7 La Fissione, l ipotesi della reazione a catena Il modello di Bohr La conferma di altri fisici sperimentali (misurano i nuclei ) La misura dell energia rilasciata 175 MeV ed il resto? E il resto sono (anche) neutroni Joliot, von Halban, Kowarski a Parigi Fermi, Anderson, Dunning, Zinn and Szilard a Columbia Univ. Alla fine del 1939 più di cento paper sulla fissione sono stati pubblicati La reazione a catena è una possibilità. Un ordigno atomico e una possibilità

8 La fisica della fissione U n -> fission + 2 or 3 n MeV In media sono liberati 2.47 neutroni 165 MeV 7MeV 6MeV 7MeV 6MeV 9MeV 200 MeV ~ kinetic energy of fission products ~ gamma rays ~ kinetic energy of the neutrons ~ energy from fission products ~ gamma rays from fission products ~ anti-neutrinos from fission

9 La Pila Atomica di Fermi, la prima reazione a catena autosostenuta La pila era fatta d Uranio immerso in una matrice di grafite (carbonio). Barre di cadmio possono essere inserite per assorbire i neutroni e bloccare la reazione a catena On December 2, 1942, man first initiated a self-sustaining nuclear chain reaction, and controlled it. "The Italian navigator has landed in the New World," said Compton. "How were the natives?" asked Conant. "Very friendly."

10 Prologo La possibilità di ottenere un ordigno nucleare non è più il moonshine di Rutherford. (Bohr, Flugge, Szilard) Nel 1940 I Fisici Usa e Gran Bretagna bloccano le pubblicazioni scientifiche Nel Marzo del 1940 Frisch e Peirls in Gran Bretagna conducono il primo studio sulla superbomb. In Gran Bretagna viene organizzato il MAUD e nell estate del 1941 conclude La super bomba è fattibile anche se il progetto è enorme. Fuchs passa a Mosca le informazioni. E fortissimo il timore che La Germania di Hitler abbia iniziato il progetto.

11 Szilard Einstein e Roosvelt Nell estate del 1939 Szilard convince Einstein a scrivere a Roosvelt I understand that Germany has actually stopped the sale of uranium from the Czechoslovakian mines which she has taken over.

12 Nasce Il Progetto Manhattan La lettera non ha effetto immediato anche se viene formato Il Comitato di Consulenza sull Uranio Nel 1940 Il Comitato di consulenza diventa una sotto commissione del National Defense Research Comitte (NDRSC) Nel 1941 il NDRSC viene trasformato in Office for Scientific Research and Development (OSRD) Dopo l attacco di Pearl Harbour il programma nucleare viene accelerato. E chiaro che la superbomba si farà. Viene creato il Met Lab a Chicago. All inizio del 1943 tutti gli sforzi vengono organizzati sotto una nuova organizzazione militare, guidata dal Gen. Groves nome in codice Manhattan Engineering District

13 The Manhattan Project La fabbrica di Oak Ridge, Tennessee, per la produzione di Uranio ( addetti) L impianto di Hanford, Washington, per la produzione di Plutonio

14 Los Alamos Il progetto della bomba atomica fu il compito di un gruppo di fisici che lavorarono a Los Alamos sotto la guida di J. Robert Oppenheimer a partire dalla primavera del 1943 (alla fine il personale sarà di 2500 addetti)

15 La sfida scientifica How to build an atomic bomb by Robert Serber La fisica di base era conosciuta, ma Quanti erano i neutroni emessi nella reazione a catena? Quali erano le sezioni d urto dei neutroni? Quale era lo spettro? Quale era la massa critica del materiale da usare? E quale materiale usare (uranio 235, Plutonio 239)? E con quale geometria? E con quale scala dei tempi, fast o slow chain?

16 La sfida tecnologica La tecnologia era tutta da esplorare e verteva su problemi tutti da eplorare Quale materiale usare? Il problema della separazione dell Uranio 235 il problema della produzione di Plutonio 239 Gli impianti (Oak Ridge, Hanford) tutti da costruire Il problema della massa giusta al momento giusto: il cannone e la sfera implodente L ignitor Il tamper

17 I Fisici (e i Chimici e gli Ingegneri) Chi erano i fisici che lavoravano al Progetto Manhattan? Forse sarebbe più facile elencare chi non ci lavorò (Krag, Quantum Generation) Fisici di tutte le generazioni da Niels Bohr a Richard Feynman Fisici di tutte le nazioni da Oppenheimer a Szilard a Fermi a Frank Fisici di tutte le specializzazioni da Wilson a Bethe La struttura era organizzata in Divisioni (Teoria, Sperimentale, Esplosivi, Chimica, Metallurgia, Fisica delle Armi etc ) e le divisioni in gruppi, guidati da group leader Molti erano i Nobel, molti lo sarebbero diventati

18 Niels Bohr, Robert Oppenheimer, Kenneth Brainbridge, Enrico Fermi, Hans Bethe, John Williams, Robert Bacher, George Kistiakowsky, Robert Wilson, Victor Weisskopf, John von Neumann, Eric Jette, Cyril Smith, Richard Feynman, Leo Szilard, Eugene Wigner, Edward Teller, Emilio Segrè, Darol Froman, Robert Serber, Joseph Kennedy, Donald Flanders, Bruno Rossi, John Manley, Norris Bradbury, J.M.B. Kellog, Edwin McMillan, James Franck, J.T. Seaborg, Hans Staub, Otto Fuchs, James Chadwick, Set Neddermayer, Chamberlein, Wiegand, Otto Frisch, Isaac Rabi, Stanislaw Ulam, Philip Abelson, Philip Morrison, Ernest Lawrence, Luis Alvarez, Parsons, Leona Mrshall, Rudolf Peierls, Henry Conant

19 E i Tedeschi? Heisenberg Uranverein Project Le intuizioni dei Fisici E gli errori Fino al 1942 La ricerca tedesca era al passo con quella Euro- Americana. Quindi si concentrerà su tecnologie sbagliate e sulla produzione di energia più che sulla bomba

20 Little Boy e Fat Man Bomba all Uranio 235 Bomba al Plutonio 239

21 ii 16 Luglio del 1945 alle ore 5:29:45 a.m. Mountain War Time, presso il sito di Jornada del Morto, nel deserto di Alamogordo fu condotto e con successo il Trinity test, la prima esplosione nucleare della storia umana.

22

23 I am become death, the destroyer of worlds R.J.O. Now, we re all son of bitches K.B.

24 Hiroshima il 6 Agosto del 1945, 8:16 Little boy, una bomba all uranio di 4 ton e 12.5 kilotons TNT, fu sganciata dal B29 Enola Gay. Morti nella fase iniziale: Morti alla fine del 45: Feriti: Area totale distrutta 13 km 2. Morti per km 2 :8100

25 e il 9 Agosto alle 11:02, Nagasaky Fat man, la bomba al plutonio di 4.5 ton e 22 kilotons TNT, fu sganciata dal B29 Bock s car. Morti nella fase iniziale: Morti alla fine del 45: Feriti: Area totale distrutta 6.7 km 2. Morti per km 2 : giorni dopo, il Giappone, per volontà dell Imperatore, si arrenderà. La seconda guerra mondiale è finita.

26 Il ruolo della scienza Poiché conosciamo il grande progresso che proviene da una soddisfacente filosofia dell ignoranza, il grande progresso che è frutto della libertà di pensiero, è nostra responsabilità proclamare il valore di questa libertà; insegnare come il dubbio non va temuto, ma deve essere benvenuto e discusso. Ed è nostra responsabilità tramandare questa libertà come dovere a tutte le generazioni che verranno. Richard P. Feynman