Enrico Fermi nació en Roma, Italia, el 29 de septiembre de 1901. Murió 28 de noviembre de 1954. Era hijo de un oficial de ferrocarril, estudió en la Universidad de Pisa desde 1918 hasta 1922 y más tarde en las Universidades de Leyden y Gottingen. Se convirtió en profesor de física teórica en la Universidad de Roma en 1927.
El dominio completo de la desintegración del átomo se alcanzó en 1942, cuando el italiano Enrico Fermi hizo funcionar, en la Universidad de Chicago, la primera pila atómica. En ella se provocó la primera desintegración autosostenida y controlada, es decir, la reacción en cadena. La desintegración de un átomo provoca la de otro, y así sucesivamente, hasta alcanzar la energía y el calor que se requieren.
A raíz de este trabajo se conoce a Fermi como el "Padre de la Bomba Atómica. El átomo, intuido y conocido por el hombre desde el siglo V antes de Cristo, siendo la base fundamental de la materia, ha sido estudiado y penetrado hasta arrancarle sus secretos y convertirlo, al menos por ahora, en el elemento más destructor que jamás la humanidad haya conocido. (Fuente Consultada: Libros Maravillosos Sobre Física)
Sagaz teórico y brillante experimentador, FERMI, con sus colaboradores, sometió una larga serie de elementos al bombardeo por neutrones. Una pequeña ampolla que contenía una mezcla de polvo de berilio y de radón constituía la fuente de proyectiles y lanzaba por segundo 20.000.000 de neutrones contra blancos formados por las sustancias elegidas para la investigación.
Las energías individuales de los proyectiles se repartían sobre una escala amplia; muchos alcanzaban hasta 8.000.000 de electrón-voltios. La mayoría de los sesenta y tres elementos que FERMI y sus colaboradores investigaban, cedieron a la acción transformadora del bombardeo y se volvieron activos. Si bien la duración de la vida del núcleo activado raramente sobrepasó algunos minutos, FERMI y sus colaboradores lograron identificar la naturaleza química de los elementos portadores de la actividad inducida.
De las sustancias examinadas por FERMI, más de cuarenta se revelaron transmutables por la irradiación neutrónica. Así los muros del núcleo se habían abierto al intruso neutrón. Mas, seis meses después de sus primeros ensayos de bombardeó neutrónico, FERMI y su equipo, guiados por un azar benévolo, realizaron un descubrimiento de excepcionales alcances. Al procurar mejorar el rendimiento de las transmutaciones, notaron que la intensidad de la activación como función de la distancia a la fuente, presentaba anomalías que dependían —así parecía— de la materia que rodeaba a la fuente neutrónica.
Comprobaron que el pasaje de los proyectiles a través de sustancias hidrogenadas como agua y parafina, en vez, disminuir —como hubiera podido creerse—, aumentaba de manera sorprendente, a menudo en la relación de uno a cien, la eficacia de los proyectiles y la consiguiente actividad de la materia bombardeada. FERMI interpretó con admirable sagacidad el efecto imprevisto: los neutrones —al penetrar en la sustancia hidrogenada— pierden rápidamente energía en sus reiterados choques con los protones.
Expulsados por la fuente con una velocidad de varios millares de kilómetros por segundo, se convierten al atravesar una pantalla de parafina en neutrones lentos con una velocidad del orden de un kilómetro por segundo, casi desprovistos de energía y mas o menos en equilibrio térmico con la materia que los rodea.
El efecto descubierto por FERMI es sumamente extraño y sin modelo en nuestro mundo microscópico donde la eficacia de los proyectiles crece con su energía cinética. Lo mismo sucede con proyectiles cargados en el mundo microscópico. Los físicos que habían bombardeado los blancos atómicos con partículas alfa, con deutones o protones, pusieron su empeño en acelerar los proyectiles: los tubos de descarga de COCKCROFT los generadores electroestáticos de VAN DF GRAAFF, los ciclotrones LAWRENCE, fueron inventados y construidos, en primer término para servir a esa finalidad. Antes del descubrimiento de FERMI los investigadores hubieran comprendido difícilmente que e: menester moderar la velocidad de un proyectil para aumento su eficacia.
Mas con los neutrones que no llevan carga y que por ende, están libres de toda repulsión por parte de las barro ras de potencial eléctrico de los núcleos, el problema cambio de aspecto. Dada su pequeña velocidad, los neutrones lento —explicó FERMI— tienen tiempo para sufrir la acción de lo núcleos que atraviesan y dejarse capturar por éstos gracias a un efecto de resonancia con las capas neutrónicas de los núcleos efecto del cual la mecánica ondulatoria permite dar cuenta.
La facilidad con que los neutrones lentos se incorporan en los núcleos, provocando su transmutación, permitió a FERMI y a sus colaboradores producir isótopos radiactivos de una larga serie de elementos Los isótopos así obtenidos, más pesados que la sustancia primitiva, se desintegran expulsando electrones negativos; como la pérdida de una carga negativa equivale a la ganancia de una Positiva, se forman de esta manera nuevos núcleos con números atómicos más elevados que el núcleo primitivo. Este proceso que FERMI encontró como regla para el bombardeo neutrónico de los elementos pesados, cobró particular interés cuando el físico italiano atacó en 1934 al más pesado de los elementos naturales, el uranio.
El núcleo de este último radiactivo en estado natural, se desintegra irradiando una partícula alfa, disminuyéndose así en dos su número atómico. Sin embargo, era de esperar que el núcleo de uranio, expuesto al bombardeo neutrónico, al capturar un neutrón, se desintegrara con emisión de un electrón, lo cual aumentaría su número atómico en una unidad, formando entonces un elemento desconocido de número 93.
Si éste resultaba radiactivo a su vez, podía dar nacimiento a un elemento de número 94 expulsando un electrón. Átomos nuevos, inexistentes en la naturaleza terrestre, aparecerían así y ocuparían en la tabla de MENDELEIEVcasillas situadas mas allá del uranio, elementos transuranianos.
En efecto, en la primavera de 1934, FERMI creía haber producido núcleos con números atómicos mayores que el del uranio. Guiada por la misma hipótesis, IRENE CURIE, procuró establecer la naturaleza química de la enigmática sustancia engendrada por el bombardeo neutrónico del uranio.
Llegó al sorprendente resultado de que las propiedades del elemento desconocido eran análogas a las del lantano. El número atómico de este último es 57, el número de su masa 139; los números correspondientes de uranio son 92 y 238. ¿Cómo admitir, se preguntó IRENE CURIE, que la desintegración del uranio hubiese producido lantano?. (imagen izq. Irene Curie y Su esposo Joliet)
Todas las reacciones nucleares conocidas hasta entonces habían llevado a elementos cercanos en número atómico y en número másico a los de la sustancia primitiva. Ni IRENE CURIE ni su colaborador PAUL SAVITCH sospecharon que se encontraban ante una reacción nuclear de tipo completamente nuevo, y estaban lejos de pensar que el intrigante fenómeno con que habían tropezado tenía alcances formidables, superiores a los del supuesto hallazgo de un elemento transuraniano. La presencia del lantano entre los productos de la desintegración del uranio, hizo nacer dudas en el espíritu del físico berlinés OTTO HAHN (1879-1968), quien resolvió repetir y verificar a fondo las experiencias parisienses.
Para identificar los nuevos radio-elementos, HAHN y su colaborador FRITZ STRASSMANN (1902) (foto derecha: Hahn y Meitner) acudieron a los procedimientos clásicos de precipitación y cristalización fraccionadas. Sin embargo, cuando trataron de separar el nuevo radio-elemento del bario —empleado como elemento de arrastre—, fracasaron todos sus esfuerzos.
Ante la imposibilidad de realizar la aludida separación, HAHN y STRASSMANN terminaron por admitir, tras muchas vacilaciones, que el núcleo de uranio bombardeado por neutrones, en lugar de limitarse emitir partículas de pocas masa, se habría quebrado en gruesos fragmentos, de los cuales uno sería posiblemente el núcleo del barioy el otro probablemente el del kriptón.
Las masas de los dos fragmentos serían sólo aproximadamente iguales, ya que la ruptura puede producirse de distintas maneras y puede originar incluso más de dos fragmentos. Hipótesis osada fue ésta HAHN y STEASSMANN formularon en enero de 1939 con toda las reservas, puesto que ese tipo de reacción nuclear no tenía precedentes en la experiencia.
Sin embargo, el irrecusable testimonio de los hechos no tardo en apuntalar sólidamente la Suposición de los dos investigadores y las confirmaciones que afluyeron de todas partes pusieron pronto fuera de duda la realidad del fenómeno que HAHN y STBASSMANN habían bautizado como KERNSPAITUNG: partición o “fisión” del núcleo uránico. El nuevo fenómeno concentró casi inmediatamente el interés de todos los laboratorios de física atómica en el viejo y en el nuevo continente.
En efecto, si el núcleo de uranio se divide en gruesos fragmentos, la suma de las masas de estos es considerablemente inferior a aquella del núcleo inicial. En lugar de la masa que desaparece , se libera una cantidad extraordinaria de energía, a la que el cálculo asigna por núcleo cerca de 200.000.000 de electrón-voltios. Así, la ruptura de todos los átomos presentes de una molécula-gramo de uranio liberaría una cantidad de energia equivalente a 6.000.000 de kilovatios-hora, la suficiente para llevar a la ebullición instantánea 50.000.000 de litros de agua.
Dos investigadores expulsados de Alemania por el régimen hitleriano, LISA MEITNER (1878-1969) y ROBERT FRISCH (1904), simultáneamente con aportar la primera prueba experimental al fenómeno de HAHN y STRASSMANN, bosquejaron una teoría de la “fisión” nuclear. ¿Cómo explicar que una excitación moderada la captura de un neutrón, baste para producir una ruptura explosiva del núcleo? ¿Por qué esta captura provoca fisiones en los núcleos más pesados y no en los livianos? La respuesta que MEITNER y FRISCH sugirieron se inspiró en el modelo de BOHR del núcleo.
BOHR había asimilado el núcleo a una gota líquida; ésta, puesta en vibración, puede quebrarse en dos gotitas más pequeñas, como el núcleo puede dividirse en dos fragmentos gracias al aporte de una energía exterior. El fenómeno tiene mayor probabilidad de producirse cuanto mas pesado y menos estable es el núcleo considerado. En el núcleo muy complejo del uranio repleto de protones, las fuerzas repulsivas que se ejercen entre las partículas cargadas son casi tan grandes como las fuerzas de intercambio protono-neutrónicas garantes de la cohesión del núcleo.
Es pues lógico admitir, concluyeron LISA MEITNER y FRISCH, que una excitación moderada de esos núcleos puede determinar su ruptura. Guiado por consideraciones teóricas, BOHR (foto izquierda)y su discípulo WHEELER reconocieron, en febrero de 1939, que el uranio “fisionable” por neutrones lentos no es el isótopo corriente con el número másico 238, sino el isótopo raro con número másico 235, presente en el uranio natural en cantidades muy reducidas (0,7%). Poco antes FERMI había sugerido que durante el proceso de la “fisión” del núcleo de uranio, además de los pesados fragmentos animados por una tremenda energía cinética, se lanzan también neutrones.
Esta suposición abrió una perspectiva de formidables alcances e hizo entrever la posibilidad de una reacción auto sustentadora, es decir, una reacción en cadena, capaz de poner al alcance del hombre la liberación de la energía atómica en una escala ponderable.
En efecto, por considerable que sea la energía de 200.000.000 de electrón-voltios liberada por la ruptura de un solo núcleo, la cantidad total de la energía liberada no pasaría de la escala microscópica, si solamente parte infinitesimal de los núcleos presentes se desintegrara por el bombardeo. Pero el problema cambia de aspecto si el proyectil neutrónico expulsa del átomo neutrones que pueden servir a su vez como proyectiles.
Al penetrar éstos en los núcleos vecinos, producen nuevos proyectiles, y de esta manera la “fisión” de un núcleo entraña rápidamente la de otros y la reacción, una vez desencadenada, es susceptible de mantenerse por sí misma, propagándose como fuego en un pajar. Distinta en todos sus aspectos de las reacciones nucleares estudiadas hasta entonces, la reacción en cadena prometía la utilización práctica de la energía nuclear, ya como fuerza propulsiva de máquinas, ya como explosivo para superbombas.
Esta promesa dio excepcional importancia a la perspectiva abierta por FERMI y confirió jerarquía histórica a la reunión de eminentes físicos realizada a fines de enero de 1939 en Washington en la que el problema fue discutido.
