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Galleria sorgenti radioattive di Enrico Fermi

Il Fondo Enrico Fermi è pervenuto alla Domus Galilaeana tramite donazione a partire dal 1957.

Il fondo giunse alla Domus Galilaeana tramite E. Amaldi insieme agli strumenti di fisica utilizzati da Fermi nei laboratori di Roma.

Gli strumenti furono riconsegnati a E. Amaldi nel 1983, tranne le “sorgenti” radioattive provenienti dalla strumentazione scientifica utilizzata dallo scienziato a Roma negli anni 1934-37 e oggi conservate alla Domus Galilaeana.

"Le sorgenti", contenute in un contenitore in legno, avvolto da un lenzuolo di piombo sono costituite da tubetti cilindrici in modo da poter porre al loro interno la sorgente di neutroni radon-berillio.

Questa (costituita da radon, gassoso, e da polvere di berillio) era contenuta in una piccola provetta di vetro, sigillata alla fiamma, posta all'estremità di un tubo di vetro lungo circa quaranta centimetri che veniva impugnato all'altra estremità dallo sperimentatore quando doveva essere introdotta in uno dei cilindretti da irradiare.

All'inizio del 1934 Fermi, avuta notizia della scoperta da parte dei coniugi Joliot-Curie della radioattività artificiale prodotta bombardando nuclei leggeri (non radioattivi) con particelle alfa, decide di provare a provocare la radioattività artificiale usando come proiettili i neutroni, i quali, per l'assenza di carica elettrica, non risentono della repulsione coulombiana dei nuclei contro i quali vengono scagliati e dovrebbero quindi essere molto più efficaci delle particelle alfa (cariche positivamente proprio come i nuclei) a tale scopo. Seguendo un resoconto di Amaldi,


"Fermi si fece preparare da G. C. Trabacchi una sorgente di neutroni ottenuta mescolando polvere di berillio con emanazione di radio. Dopo pochi tentativi infruttuosi, l'esperienza diede esito positivo e Fermi poté annunciare nel marzo 1934 la scoperta della radioattività provocata da neutroni. Nell'Istituto di Fisica dell'Università di Roma cominciò subito un lavoro febbrile [nel quale erano impegnati Fermi, Rasetti, Amaldi, Segré e il chimico O. D'Agostino]. Fermi non solo dirigeva il lavoro altrui ma prendeva parte egli stesso a tutti i tipi di misurazioni fisiche e manipolazioni chimiche dedicandosi anche alla esecuzione materiale di pezzi di vetreria e di officina. Nel giro di pochi mesi furono prodotti oltre quaranta nuovi corpi radioattivi; molti di essi furono individuati chimicamente e fu dimostrato quale fosse il corrispondente processo nucleare di produzione".

Il direttore dell'Istituto Fisico di via Panisperna, O.M. Corbino, nel discorso su "Prospettive e risultati della fisica moderna" tenuto nel giugno 1934 presso l'Accademia dei Lincei così riassume le ricerche del gruppo Fermi:


"[Recentemente] una nuova scoperta metteva a disposizione dei fisici un corpuscolo di natura singolare. Quando la particella alfa del radio colpisce il berillio, il nucleo di questo, scomponendosi, dà origine a un frammento espulso con grande velocità e che è dotato di massa 1, come il nucleo dell'idrogeno, ma del tutto privo di carica elettrica. E' questo il neutrone [...], uno dei costituenti del nucleo. Il nuovo proiettile, essendo privo di carica,[...] può raggiungere il nucleo senza la repulsione elettrostatica, [anche] nel caso dei nuclei di alto numero atomico dotati della più forte carica positiva. I fisici francesi Joliot e Curie, esaminando gli effetti del bombardamento con raggi alfa [su tre tipi di nuclei leggeri] osservarono che il proiettile, il quale normalmente determina l'esplosione immediata del nucleo colpito, viene talvolta assorbito da questo e solo dopo qualche tempo dall'urto segue l'esplosione. Ciò significa che il nucleo, dopo aver assorbito il proiettile, si comporta come uno di quegli atomi radioattivi naturali che di tempo in tempo esplodono spontaneamente: perciò fu dato al fenomeno il nome di radioattività artificiale. L'esperienza dei due fisici francesi è stata ripresa a Roma dal professor Fermi ricorrendo al bombardamento con neutroni anziché con particelle alfa. E i risultati sono stati di gran lunga più copiosi e brillanti, poiché anziché mostrarsi attivi soltanto tre o quattro elementi, ben 45 su 62 finora cimentati hanno dato risultati positivi; e in particolare si è potuto mettere in evidenza l'azione esercitata sugli elementi pesanti, che avevano resistito finora ad ogni tentativo di [attivazione] artificiale, dimostrandosi vulnerabile perfino l'uranio che rappresenta l'estremo della serie degli elementi conosciuti. Le reazioni nucleari che producono gli effetti osservati dal Fermi sono naturalmente diverse per i vari elementi studiati, e alcune non sono ancora definitivamente chiarite, nonostante l'intenso lavoro svolto in così breve tempo da lui e dai suoi valorosi collaboratori Rasetti, Segré, Amaldi, D'Agostino".

Nell'ottobre del 1934 Fermi e i suoi collaboratori, ai quali si era unito il neolaureato Bruno Pontecorvo, scoprirono un altro importante fenomeno. L'intensità della radioattività provocata dai neutroni nel medesimo campione variava in alcuni casi sensibilmente al variare dei materiali posti in prossimità della sorgente di neutroni e del campione.

Ben presto ci si rese conto che la radioattività veniva in questi casi grandemente esaltata semplicemente circondando la sorgente e il corpo da irradiare con una sostanza idrogenata come la paraffina o l'acqua. Amaldi ricorda che:


"Poche ore dopo la scoperta del fenomeno, Enrico Fermi ne aveva dato una chiara interpretazione e aveva scritto alcune delle formule fondamentali che lo regolano. L'effetto delle sostanze idrogenate, come fu allora chiamato, coinvolge la scoperta di due fenomeni: l'uno è il fatto che per urti successivi contro gli atomi di idrogeno [o comunque contro atomi leggeri, ovvero che abbiano massa confrontabile con quella del neutrone] i neutroni possono rapidamente perdere la loro energia fino a ridursi a neutroni lenti; l'altro è che questi neutroni lenti sono estremamente più efficaci di quelli veloci nel produrre certi processi nucleari. Questa scoperta apriva la via a uno studio delle proprietà dei neutroni lenti, studio che veniva svolto da Fermi e collaboratori nel periodo che va dalla fine del 1934 alla metà del 1936".

Le scoperte del gruppo Fermi sono magistralmente esposte e analizzate in un lungo articolo di Edoardo Amaldi, From the discovery of the neutron to the discovery of nuclear fission (Physics Reports 111, 1 (1984).

Recentemente le “sorgenti” sono state fonte di studio da parte del nucleo NR del Corpo Nazionale Vigili del Fuoco per verificare la eventuale emissione di radioattività.