Le Origini

Enrico Fermi contribuì, con i suoi studi teorici e sperimentali, alla costruzione del primo reattore nucleare a fissione: una guida per la realizzazione della bomba atomica. Nel 1938 il Premio Nobel per la fisica per "l'identificazione di nuovi elementi della radioattività e la scoperta delle reazioni nucleari mediante neutroni lenti". In suo onore venne dato il nome a un elemento della tavola periodica, il fermio (simbolo Fm), a un sottomultiplo del metro comunemente usato in fisica atomica e nucleare, il fermi, nonché a una delle due classi di particelle della statistica quantistica, i fermioni. Il gruppo da lui guidato iniziò la prima reazione nucleare a catena auto-alimentata (Chicago Pile-1). Un messaggio in codice ("Il navigatore italiano è giunto nel nuovo mondo") fu inviato dal generale Groves al presidente Roosevelt per avvisarlo che l'esperimento aveva avuto successo. La messa in funzione della Chicago Pile 1 è da tutti considerata come il momento in cui è iniziata l'era dell'energia nucleare.

In fisica la scissione o fissione nucleare è un processo fisico-nucleare in cui il nucleo atomico di un elemento chimico pesante (ad esempio uranio-235 o plutonio-239) decade in frammenti di minori dimensioni, ovvero in nuclei di atomi a numero atomico inferiore, con emissione di una grande quantità di energia e radioattività.
Può avvenire spontaneamente in natura oppure essere indotta artificialmente tramite opportuno bombardamento di neutroni. È la reazione nucleare comunemente utilizzata nei reattori nucleari e nei tipi più semplici di arma nucleare, quali le bombe all'uranio (come Little Boy che colpì Hiroshima) o al plutonio (come Fat Man che colpì Nagasaki).

L'atomo (dal greco àtomos, indivisibile) è la struttura nella quale la materia è organizzata in unità fondamentali che costituiscono gli elementi chimici. Questi si aggregano normalmente in unità stabili dette molecole che caratterizzano le sostanze chimiche.
Concepito come l'unità più piccola e indivisibile della materia secondo la dottrina atomistica dei filosofi greci e teorizzato su base scientifica all'inizio del XIX secolo, verso la fine dell'Ottocento, con la scoperta dell'elettrone, fu dimostrato che l'atomo è composto da particelle subatomiche (elettrone, il protone e il neutrone).

Nella nostra vita quotidiana usiamo continuamente degli oggetti che sono costituiti da atomi. Tutti i materiali che esistono e con cui noi entriamo in contatto sono quindi costituiti da particelle piccolissime chiamate atomi. Nel mondo fisico abituale la materia esiste nei suoi stati solido, liquido e gassoso e l’atomo è la più piccola parte. L’atomo di un elemento è costituito da una zona centrale chiamata nucleo, in cui sono presenti particelle cariche positivamente (i protoni) e prive di carica (i neutroni). Intorno al nucleo è presente una regione occupata da particelle di carica negativa (gli elettroni). Ogni atomo differisce dagli altri per il numero di protoni, neutroni ed elettroni.
Thomson propose un modello per descrivere la struttura atomica secondo il quale l’atomo era costituito da una sfera di cariche positive (i protoni) in cui erano dispersi dei granelli di carica negativa (gli elettroni) per controbilanciare le cariche.
Tale modello risultò però inadeguato per Rutherford. Egli, infatti, giunse alla conclusione che l’atomo fosse costituito da un nucleo piccolo e denso in cui era presente la maggior parte della massa e della carica positiva e che gli elettroni, carichi negativamente, fossero localizzati nella regione esterna al nucleo, in uno spazio 10000 volte più grande del nucleo.
Niels Bohr (1885 – 1962) propose un nuovo modello atomico, noto come modello atomico di Bohr, che si basava sui seguenti postulati riguardanti l'atomo e, soprattutto, gli elettroni:

• Gli elettroni in stato stazionario (in assenza di eccitazione) descrivono delle orbite circolari, dette orbite stazionarie, intorno al nucleo: ad ogni orbita corrisponde un livello energetico den definito;
• Un elettrone si muove su una determinata orbita solo se il suo contenuto energetico rispecchia quello dell’orbita in cui si trova. Ogni orbita, man mano che ci si allontana dal nucleo, presenta un contenuto energetico crescente.

L’atomo di Bohr

L’atomo di Bohr poteva essere quindi rappresentato come una serie di orbite circolari disposte intorno al nucleo.
Il modello atomico di Bohr fu successivamente rivalutato da Sommerfeld che scoprì la presenza di orbite ellittiche.

La fissione e la fusione nucleari.

A seguito di un processo di trasformazione nucleare vengono liberate grandi quantità di energia (corrispondenti al difetto di massa dei nuclei, secondo l'equazione di Einstein), che possono venire utilizzate per scopi pratici. È ciò che si verifica nella fissione nucleare e nella fusione nucleare.
Per fissione nucleare si intende la scissione di un nucleo pesante in due (raramente tre) nuclei più leggeri: la massa del nucleo iniziale è maggiore della somma delle masse dei nuclei più leggeri e la differenza di massa viene liberata come energia.
Per fusione nucleare si intende l'unione di due nuclei leggeri, che porti alla formazione di un nucleo più pesante, la cui massa totale è inferiore a quella complessiva dei nuclei originari, anche in questo caso la massa mancante si ritrova trasformata in energia.