Enrico Fermi e la costruzione della prima Pila Atomica

Un racconto scritto da Storie Scientifiche per il Centro Ricerche Enrico Fermi.

Per cambiare le sorti della Seconda Guerra Mondiale, gli Stati Uniti cominciarono a lavorare ad un progetto segreto che segnò profondamente la Storia e la coscienza delle persone. Durante i primi anni ‘40 del secolo scorso vennero riunite le migliori menti del pianeta con l’intenzione di costruire un’arma che non si era mai vista prima. Tra i protagonisti del “Progetto Manhattan” è affascinante analizzare la storia di un giovane italiano di quaranta anni, premio Nobel nel 1938, che con le sue teorie portò alla costruzione della prima Pila Atomica, Enrico Fermi

“In un campo di studio che evolveva continuamente, Fermi era probabilmente l’unico elemento in grado di conoscere completamente tutta la materia; era, nello stesso tempo, un brillante sperimentatore e un grande teorico.”

Sotto lo scetticismo di molti generali dell’esercito, Arthur Compton si assunse la responsabilità di formare un gruppo di scienziati che avrebbero dovuto sperimentare per la prima volta un “reattore nucleare”. Il Papa, come era chiamato Fermi dai suoi colleghi, era uno dei pochi appartenenti del gruppo di Chicago che veniva considerato un vero genio nel campo della fisica moderna. Le sue teorie riguardo la “Pila” lo portarono ad affermare la possibilità di una reazione a catena tenuta sotto controllo

“Una pila atomica (il primo “reattore nucleare”) è un impianto con il quale si ottiene una reazione atomica a catena, o fissione a catena, fabbricando una pila di blocchi di Uranio Naturale e di Grafite. I neutroni emessi dall’uranio provocano la disintegrazione dei nuclei di altri atomi di uranio, fenomeno chiamato “fissione”. Nella disintegrazione, oltre ai due grossi frammenti del nucleo originale, vengono liberati altri neutroni. Quando il nucleo libera due o più neutroni, che vanno a disintegrare altri nuclei, vengono liberati altri nuclei, ottenendo una reazione a catena. Si scoprì, però, che la fissione sarebbe stata ottenuta più prontamente rallentando la velocità dei neutroni. Per questo motivo, vennero impiegati dei “moderatori” destinati a frenare l’alta velocità dei neutroni; i primi reattori furono costruiti con moderatori di grafite o acqua pesante.”

La struttura disegnata da Fermi, Walter Zinn e Herb Anderson era estremamente semplice, doveva essere costituita da barrette d’uranio, intervallate, ogni ventun centimetri da blocchi di grafite. Per produrre quarantamila mattonelle di Grafite, ciascuna larga e alta dieci centimetri, gli uomini all’università di Chicago abbandonarono le loro attività da intellettuali e iniziarono ad ammucchiare i blocchi di grafite al centro del campo da tennis, come “dei muratori che erigono un muro”. Il 7 novembre del 1942 cominciarono i lavori per la costruzione del reattore, chiamato “Chicago Pila Uno” (CP-1), si lavorava ventiquattr’ore su ventiquattro e giorno dopo giorno la strana Pila eretta con enormi quantità di materiale ad alto grado di purezza, saliva verso il soffitto del campo da Tennis

“Se la gente potesse vedere cosa stiamo facendo con un milione e mezzo dei loro dollari, direbbe che siamo tutti matti. E se sapessero perché lo stiamo facendo, avrebbero la certezza che siamo matti davvero.”

Il pomeriggio del primo dicembre la Pila stava per raggiungere la massa critica, Fermi, dopo aver lavorato fino alle quattro del mattino, fermò i suoi calcoli “Per Oggi Basta. Dite a tutti di essere qui domani mattina alle otto e mezza: meccanici e studenti potranno restarsene a casa.” La squadra Anderson diede il cambio al gruppo di Fermi, ma il “Papa” prima di andarsene prese da parte il giovane Herb Anderson e disse

“Ci siamo quasi. Tutti i calcoli dicono che quando saremmo a cinquantuno strati la pila sarà allo stadio critico. Stanotte tu finirai la Pila, ma quando sarai arrivato al cinquantunesimo strato, spingi dentro al massimo le barre di controllo, bloccale, e vattene a casa! Non dare il via alla reazione finché non ci sono io!”

Anderson si mise al lavoro, dopo aver acconsentito alla richiesta di Fermi, continuava ad aggiungere strati alla Pila e quando erano quasi le 23:00 la squadra di Herb aveva raggiunto il cinquantunesimo strato. Quando tutti gli uomini stavano lasciando la palestra, il giovane ventottenne si mise a ricontrollare tutti gli strumenti, e prima di andarsene l’occhio gli cadde sulla barra di controllo, ne rimase sbalordito, la Pila aveva raggiunto il punto critico e la reazione a catena avrebbe potuto cominciare. Anderson era vicino alla risposta che per tre anni aveva occupato i suoi pensieri, gli bastava solamente estrarre di pochi centimetri la barra di controllo, e sarebbe stato il primo ad assistere alla prima reazione a catena. Però il giovane ventottenne, anche se era ipnotizzato da tanta curiosità si fermò e comprese che in fondo quella era la Pila di Enrico Fermi, solamente lui aveva l’onore di effettuare il primo esperimento.

Il giorno seguente Enrico Fermi tornò al campo da tennis, come al solito aveva preparato i suoi esperimenti con estrema precisione, il Papa non era solo il testimone di un nuovo fenomeno: era il padre. Dopo aver fermato tutto ed essere andato a fare colazione col suo gruppo, alle 14.00 l’esperimento venne ripreso

“Il volto di Fermi era immobile, solo gli occhi dardeggiavano da un quadrante all’altro. Il suo viso esprimeva una calma incredibile. Poi, improvvisamente, un sorriso illuminò tutto il volto. Chiudendo il regolo calcolatore, Fermi annunciò, felice: La reazione si sostenta da sola.”

Per la prima volta nella storia venne sperimentata una reazione a catena atomica, il sogno di Joliot Curie; Wigner sì avvicinò a Enrico e gli consegnò un fiasco di Chianti. Il Papa versò il vino nei bicchieri a tutti i colleghi e insieme brindarono al grande successo e nel mentre disse

“Speriamo di essere stati i primi a farlo!”