Da Sapere, Anno I, Vol. I, 31 gennaio 1935.
Di Enrico Fermi.
“La trasmutazione artificiale degli elementi, la produzione artificiale di corpi radioattivi, la loro possibile utilizzazione in medicina la probabile scoperta di nuovi elementi chimici in più dei novantadue finora conosciuti, sono l’oggetto di questo scritto di Enrico Fermi che per i suoi lavori in corso nell’Istituto fisico dell’Università di Roma, coi contributi di valentissimi collaboratori, va richiamando l’attenzione di tutto il mondo sull’attività scientifica italiana in questo campo eccezionalmente importante sotto ogni aspetto.”
” ■ Il problema della scoperta di metodi intesi a trasmutare un elemento chimico in un altro è stato variamente studiato da parecchie generazioni di ricercatori scientifici.
■ Com’è risaputo, nel medio evo il più dei lavori degli alchimisti, dai quali ha origine appunto la chimica moderna, è intensamente rivolto ai tentativi di trasformare il mercurio in oro; ma solo in tempi molto recenti le nostre cognizioni sulla struttura e sulle proprietà dell’atomo hanno progredito a tal punto da poterci consentire di trattare il problema su basi scientifiche e di ottenere l’effettiva trasmutazione di un certo numero di elementi chimici. E se è vero che a molti alchimisti arrise la speranza di conquistare il benessere e la ricchezza, non credo davvero che altrettanto possa dirsi per alcuno degli scienziati che oggi lavorano nello stesso campo. La quantità di materia che si riesce a trasformare coi mezzi più adatti è tanto esigua da sfuggire anche ai più delicati processi di analisi chimica e soltanto le sensibilissime misure radioattive, consentendo di rivelare in molteplici casi la presenza di un numero anche piccolo di atomi, han fornito direttamente, negli ultimi anni, la prova sicura delle trasmutazioni compiute.

■ Il primo trasmutatore di elementi è stato il fisico inglese Lord Rutherford, del Cavendish Laboratory di Cambridge. Di fatto, nel 1919 egli dimostrava che alcuni elementi leggeri, ad esempio l’alluminio e l’azoto, quando venivano colpiti con particelle alfa emesse da corpi radioattivi, potevano qualche volta assorbire una di queste particelle ed emettere invece, corrispondentemente, un corpuscolo più leggero: un “protone”.
■ Allo scopo di chiarire il significato di questa scoperta sarà opportuno ricordare che, secondo le moderne teorie, l’atomo si ritiene costituito da corpuscoli carichi. Il centro dell’atomo è occupato da una particella relativamente pesante: il così detto “nucleo”. Questo è carico positivamente ed ha intorno a sé dei corpuscoli negativi, gli “elettroni”, perfettamente identici in tutti gli atomi. Ciò che differenzia tra di loro le varie specie atomiche è la diversa specie di nuclei, i quali possono differire o per massa o per carica elettrica; quest’ultima, misurata in unità atomiche, è sempre espressa da un numero intero (il “numero atomico”): 1 per l’elemento idrogeno, 2 per l’elio, 3 per il litio e così via, sino a 92 per l’uranio, che è il più pesante di tutti gli atomi conosciuti. Le particelle alfa che il Rutherford impiegava nelle sue esperienze, sono nuclei di elio proiettati spontaneamente da corpi radioattivi; invece i protoni, emessi dai corpi che venivano colpiti dalle particelle alfa, sono nuclei d’idrogeno.
■ Da quanto si è detto risulta la impossibilità di ogni tentativo di trasformare un atomo in un altro se il tentativo stesso non si traduce in un’azione sul nucleo: e si è riconosciuto che l’unico mezzo efficace per tale scopo è quello di colpire i nuclei con un bombardamento di particelle molto veloci e provviste dell’energia necessaria per raggiungere il nucleo e modificarne la struttura.
■ Nelle classiche esperienze di Rutherford del 1919, particelle alfa (carica elettrica 2), penetrando nel nucleo, ne accrescevano la carica di due unità; ma siccome seguiva la immediata emissione di un protone (carica elettrica 1), la carica del nucleo primitivo veniva, in ultima analisi, ad accrescersi di una sola unità; cioè l’elemento bombardato si trasformava in un altro, con numero atomico maggiore di 1 rispetto al precedente. Così, dall’elemento azoto (numero atomico 7) è possibile passare all’elemento ossigeno (numero atomico 8).
■ Dopo queste prime esperienze di Rutherford, nuovi esempi di trasmutazioni sono stati raccolti bombardando gli elementi con varie altre particelle, e speciale rilievo meritano qui le trasmutazioni prodotte mediante atomi di idrogeno ionizzato, accelerati in campi con potenziali altissimi, dell’ordine del milione di volt, esperimentati da I. D. Cockroft e E. T. Walton a Cambridge, e poi da Lawrence, Livingstone ed altri scienziati in America.
■ Fin quasi all’anno scorso, si credeva generalmente che dalle disintegrazioni artificiali ottenute mediante l’urto di particelle veloci contro i nuclei, si ottenessero sempre atomi stabili. Ma ecco che i fisici francesi F. Joliot e la moglie Irene Curie, figlia della compianta Maria Curie cui si deve la scoperta del radio, annunziavano — e il risultato era davvero ragguardevolissimo — d’essere riusciti a produrre tre nuovi istopi che non raggiungevano immediatamente una forma stabile; ma che si mantenevano per un tempo medio di qualche minuto in uno stato labile, analogo a quello delle sostanze radioattive naturali; emettendo poi un elettrone, questi elementi si trasformavano in comuni elementi stabili.
■ Il metodo seguito dai coniugi Joliot per la produzione di questi corpi radioattivi era il medesimo delle classiche esperienze di Rutherford: bombardamento, cioè, con particelle alfa. Queste non possono tuttavia considerarsi come agenti molto efficaci per produrre la disintegrazione artificiale dei nuclei, pel fatto che, essendo le particelle alfa cariche positivamente come i nuclei esse vengono da questi fortemente respinti. Questa ed altre cause limitano le possibilità di disintegrazione mediante le particelle alfa; anzi le circoscrivono praticamente ai casi di elementi molto leggeri, giacché la repulsione elettrica da parte dei nuclei di elementi pesanti assume tale valore da rendere impossibile la collisione del proiettile contro il nucleo atomico. Da ciò si comprende la opportunità di ricercare gli effetti di una particella neutra, cioè del neutrone che è un corpuscolo di dimensioni nucleari, con massa all’incirca equivalente a quella dell’atomo di idrogeno, ma privo di carica elettrica. Sebbene le sorgenti utilizzabili di neutroni siano di gran lunga meno ricche delle sorgenti di particelle alfa o di protoni, si poteva sperare a priori di trovare un compenso a questi elementi di svantaggio nel fatto che i neutroni sono appunto elettricamente neutri. Le esperienze all’uopo compiute a Roma hanno confermato appieno la legittimità di questo tentativo, dimostrando che all’incirca due terzi dei sessanta atomi cimentati al bombardamento di neutroni davano origine a nuovi corpi radioattivi. Il fenomeno si presenta non solo operando su elementi leggeri, sui quali è efficace anche il bombardamento con particelle cariche, ma anche lavorando su elementi pesanti. Invero anche l’uranio, l’elemento più pesante che si conosca, sottoposto al bombardamento di neutroni, dà luogo a prodotti radioattivi, diversi da tutti gli altri corpi radioattivi noti.
■ In molti casi, l’elemento radioattivo che si produce bombardando con neutroni un dato elemento è chimicamente diverso da quello originario e quindi è possibile, con metodi di analisi chimica adatti a questo tipo di separazione, discernere il corpo radioattivo dalla sostanza madre e con ciò provare direttamente la trasmutazione ottenuta. Si è così dimostrato, ad esempio, che bombardando il ferro con neutroni lo si trasforma in un isotopo radioattivo del manganese; che il cloro diventa fosforo radioattivo e così via. Un caso che presenta speciale interesse per tal riguardo è quello dell’uranio, giacché sembra che qualcheduno dei prodotti, nei quali esso si trasforma in conseguenza del bombardamento, abbia proprietà diverse da quelle di tutti gli elementi chimici conosciuti. Se questi risultati troveranno conferma sarà altresì provato che, per effetto del bombardamento dell’uranio, si forma un elemento instabile, finora ignorato, probabilmente con numero atomico 93, superiore cioè a quello di tutti gli elementi noti.
■ Osservavo dapprincipio come, pur essendosi ottenuta la trasformazione degli elementi in un gran numero di casi, la quantità di materia che si riesce a trasformare con tutti i metodi attuali sia tuttavia straordinariamente piccola.
■ Questo fatto esclude per ora ogni possibilità di ottenere una conveniente produzione di elementi rari, finché non si escogitino processi di trasformazione sostanzialmente nuovi. Naturalmente altrettanto deve dirsi circa le possibilità di utilizzazione delle enormi quantità di energie racchiuse nell’interno dei nuclei che si liberano in alcune reazioni nucleari.
■ Una applicazione che forse potrà in un tempo non lontanissimo entrare in una fase concreta potrebbe consistere nella produzione di corpi radioattivi artificiali per uso medico. Al riguardo può interessare la notizia che, come è stato provato nell’Istituto fisico di Roma, la intensità di produzione dei corpi radioattivi può in determinate circostanze arrivare a centuplicarsi solo che la sorgente dei neutroni e la sostanza irradiata vengano circondate da una grande massa d’acqua. Ciò è forse dovuto ad un rallentamento dei neutroni provocato dal loro urto cogli atomi d’idrogeno contenuto nell’acqua; sembra infatti che i neutroni lenti abbiano la proprietà di legarsi facilmente a qualche nucleo e quindi di trasformarli in un nuovo nucleo radioattivo. Tuttavia, neppure così è possibile produrre dei corpi radioattivi in quantità sufficiente alle applicazioni mediche: per questo parrebbe necessario poter accrescere ancora l’intensità delle sorgenti neutroniche utilizzabili.
■ In conclusione, sebbene la speranza d’applicare industrialmente i risultati su riferiti presenti oggi ancora molte difficoltà, possiamo affermare che molte proprietà del misterioso centro dell’atomo sono oramai venute in luce ma che molti fatti sono ancora oscuri e che occorrerà lavorare ancora parecchio prima di poterli chiarire, spingendo così più avanti la nostra comprensione dei misteri della costituzione della materia.”













































