1939. Σχάση του πυρήνα.
Το τούβλο και το ρεβίθι
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Η πρώτη πυρηνική σχάση παρατηρήθηκε από τους Otto Hahn και Fritz Strassmann μετά από βομβαρδισμό ουρανίου 235 με νετρόνια.                Σχολικό βιβλίο φυσικής σελ. 87

 

Εκείνος χημικός και εκείνη φυσικός, και οι δύο γερμανόφωνοι, εκείνος Γερμανός γέννημα της Φραγκφούρτης εκείνη εβραϊκής καταγωγής γεννημένη  στη Βιέννη, μεταξύ τους συνομήλικοι αλλά και στην ίδια ηλικία με τον Einstein, έζησαν και οι δύο 90 περίπου χρόνια, έμειναν στη μνήμη της Ανθρωπότητας ως οι βασικοί ερευνητές που ανακάλυψαν το φαινόμενο Σχάση του ατομικού πυρήνα. Ο Οττο Χαν και η Λίζε Μάιτνερ.

 

 

Ιταλία, Γαλλία, Γερμανία. Βομβαρδισμοί  χωρίς τους Άγγλους
 

 


Η «διάσπαση του ατόμου» όπως τη λέει ο κόσμος , η «σχάση του πυρήνα»,  όπως τη λένε οι φυσικοί, δεν ήταν μία ανακάλυψη που έγινε ξαφνικά. Προηγήθηκε μία τουλάχιστον τετράχρονη εγκυμοσύνη που είχε ως σπέρμα μία συγκεκριμένη ιδέα. Η «ιδέα» ήρθε στον κόσμο το 1934 και πατέρας ο Ενρίκο Φέρμι. Η ιδέα ήταν ότι τα βραδέα νετρόνια ήταν οι καλύτεροι εισβολείς για το κάστρο του ατομικού πυρήνα

Κατά τα τέσσερα χρόνια που ακολούθησαν τη γέννηση της ιδέας ο Φέρμι και οι Ιταλοί συνεργάτες του βομβάρδισαν όλους σχεδόν τους πυρήνες των ατόμων με βόμβες τα βραδέα νετρόνια και σε κάθε περίπτωση διαπίστωναν να προκύπτει μία μεταστοιχείωση κατά μία ή δύο θέσεις. Προχώρησαν μέχρι και το Ουράνιο, το βαρύτερο γνωστό στοιχείο με ατομικό αριθμό 92. Σε αυτή την περίπτωση τα προϊόντα των βομβαρδισμού ήταν σύμφωνα με τον Φέρμι πυρήνες βαρύτεροι από αυτόν του Ουρανίου τους οποίους χαρακτήρισε υπερουράνιους ακόμα κι αν το βομβαρδιζόμενο ουράνιο ήταν το ισότοπο 235. Η τεράστια αυτή εργαστηριακή εμπειρία και ακόμα περισσότερο η συγκεκριμένη ανάγνωσή της συνέβαλλε στο να εδραιωθεί ένα είδος πεποίθησης που έλεγε πως ΟΤΙΔΗΠΟΤΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟ ΕΙΝΑΙ ΑΔΥΝΑΤΟΝ ΝΑ ΠΡΟΚΥΨΕΙ. Αυτά συνέβαιναν στην Ιταλία.

 

Σε δρόμους απολύτως  παράλληλους  κινούνται στη Γαλλία η Irène Joliot-Curie με τον σύζυγο Frederic Joliot, ενώ  στη Γερμανία ο Οττο Χαν και η  Λίζε Μάιτνερ, με περίπου 20 ερευνητικές εργασίες πάνω στο ίδιο αντικείμενο καταλήγουν σε ανάλογους με τον Φέρμι αναγνώσεις των δεδομένων.  Ωστόσο η συνεργασία των δύο ερευνητών θα διακοπεί απότομα γιατί τον Ιούλιο  του 1938 όταν δηλαδή ο Χίτλερ προσάρτησε την Αυστρία  η Μάιτνερ θα «αποδράσει». Θα περάσει κρυφά τα ολλανδικά σύνορα για να καταφύγει αρχικά στην «αγκαλιά» του Νηλς Μπορ στην Κοπεγχάγη και μετά στη Σουηδία, στο Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης.  Μετά τη φυγή της Μάιτνερ ο Χαν συνεργάζεται με τον επίσης χημικό Φριτς Στράσμαν.

Έναν ιδιαίτερο ρόλο έπαιξε στην ενεργοποίηση της σκέψης τους και της πρακτικής τους έπαιξε μία ανακοίνωση της Irène Joliot-Curie η οποία κατά το φθινόπωρο   γνωστοποιεί ότι ο βομβαρδισμός ουρανίου με νετρόνια είχε σαν αποτέλεσμα την παραγωγή ραδιοϊσοτόπου  Θορίου  το  οποίο στη συνέχεια έδειχνε να μετατρέπεται σε στοιχείο παρόμοιο με το λανθάνιο.

 

 

Ο χημικός Otto Hahn. «Απίστευτο. . .  αλλά  ΕΙΝΑΙ Βάριο»
 

 


Όταν το πληροφορείται ο Otto Hahn μένει κατάπληκτος και αμέσως διαμηνύει στο ζεύγος των δύο Γάλλων ερευνητών ότι η δήλωση αυτή δεν μπορούσε να έχει νόημα. Κι αυτό διότι ήταν κατά τη γνώμη του «αδύνατον» ένα στοιχείο με ατομικό αριθμό 90 όπως το Θόριο  να μετατρέπεται σε στοιχείο με ατομικό αριθμό 57 όπως το Λανθάνιο και δήλωσε ότι θα άρχιζε να εκτελεί  πειράματα με σκοπό να αποδείξει ότι έχει δίκιο. 

Ωστόσο, όταν σε συνεργασία με τον Fritz Strassmann επαναλαμβάνει για μία ακόμα φορά τον συνήθη βομβαρδισμό εστιάζοντας την προσοχή του στη χημική ανάλυση του «στόχου» διαπιστώνει το ακόμα πιο εντυπωσιακό  ότι με τους βομβαρδισμούς «έκαναν την εμφάνισή τους» ίχνη ενός στοιχείου το οποίο –μολονότι αδιανόητο –έδειχνε να είναι Βάριο, ένα στοιχείο με ατομικό αριθμό μόλις 56. Ύστερα από εξαντλητικές χημικές αναλύσεις οι δύο χημικοί  κατέληξαν στο ότι το Βάριο είναι αναμφίβολα Βάριο. Το αναμφίβολο ήταν συγχρόνως κα αδιανόητο. Και  ήταν αδιανόητο γιατί η άποψη ότι  «κατά τις πυρηνικές αντιδράσεις επιτρέπονται μικρά μόνο άλματα μεταστοιχείωσης κατά μία ή δύο το πολύ θέσεις» είχε γίνει ένα είδος αμετακίνητης αλήθειας και ο πυρήνας του Βαρίου είναι περίπου ο μισός από εκείνον του Ουρανίου. Η εργαστηριακή ανάλυση έλεγε ότι με ένα αργό νετρόνιο είχαν διασπάσει τον πυρήνα του Ουρανίου σε δύο περίπου ίσα κομμάτια και σύμφωνα με τις αποδεκτές τότε θεωρίες αυτό ήταν τόσο αδιανόητο όσο το να σπάσει κανείς ένα τούβλο φυσώντας πάνω του ένα ρεβίθι με καλαμάκι.  Γρήγορα ωστόσο διαπίστωσαν ότι εκτός από Βάριο 56 ο βομβαρδισμός δημιουργούσε και Κρυπτόν 36 και οι δύο ατομικοί αριθμοί 56 και 36 προστιθέμενοι δίνουν εκείνον τον αριθμό 92 που είναι ο ατομικός αριθμός του  Ουρανίου. Οι δύο συνεργάτες βρέθηκαν σε αμηχανία. Ήταν διακεκριμένοι χημικοί,  ήξεραν ότι είχαν εκτελέσει τα πειράματά τους με μεγάλη προσοχή αλλά μια τέτοιου είδους εξέλιξη  ήταν κυριολεκτικά ανεξήγητη.

Τελικά  στις 6 Ιανουαρίου του 1939  δημοσίευσαν την εργασία τους, στην επιστημονική επιθεώρηση Die Naturwissenschaften (Οι φυσικές επιστήμες) και στο κείμενό τους επεσήμαναν ότι ένα τέτοιο γεγονός βρισκόταν σε αντίθεση με όλα τα μέχρι τότε αποδεκτά στην πυρηνική φυσική. Ο Han έχοντας επίγνωση του ότι εκείνος ήταν ένας χημικός ο οποίος εκινείτο σε περιοχές φυσικής δεν πρότεινε κάποια ερμηνεία του πειραματικού αυτού δεδομένου. 

 

Τρεις περίπου εβδομάδες πριν τη δημοσίευση,  δηλαδή  στις 19 Δεκεμβρίου του 1938, με μία επιστολή στη Σουηδία, ενημέρωσε τη  Lise Meitner ζητώντας της  να προτείνει μία ερμηνεία βασιζόμενη στις αρχές της πυρηνική φυσικής.  

 

 

Εβραία, γυναίκα, φυσικός, μόνη, ψάχνει
 


 

 

Παραμονές Χριστουγέννων και η Lise Meitner παίρνει την επιστολή του Otto Han.  Κατά τη διάρκεια των χριστουγεννιάτικων διακοπών συναντά τον ανεψιό της Otto Frisch. Είναι κι εκείνος φυσικός, έχει επίσης αποδράσει από τη Γερμανία  από το 1933 και από το 1934 εργάζεται στο εργαστήριο του Bohr στην Κοπεγχάγη.  Η συνεργασία των δύο φυσικών πάνω στο συγκεκριμένο ζήτημα έδωσε γρήγορα καρπούς. Εξέφρασαν την άποψη ότι πρόκειται για ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΤΟΥ ΠΥΡΗΝΑ ΤΟΥ ΟΥΡΑΝΙΟΥ, απέδειξαν ότι η συγκεκριμένη διάσπαση  ήταν ενεργειακά εφικτή και βασιζόμενοι το μοντέλο του Bohr για τον ατομικό πυρήνα έδωσαν μια ικανοποιητική ερμηνεία για τη διάσπαση του πυρήνα του ουρανίου 235.

Στο πυρηνικό μοντέλο του Bohr τα σωματίδια του πυρήνα είναι  προσκολλημένα το ένα στο άλλο όπως τα μόρια μιας σταγόνας νερού και συγκρατούνται από μία μυστηριώδη ελκτική «πυρηνική» δύναμη που είναι τόσο ισχυρή ώστε να υπερνικά την ηλεκτρική άπωση ανάμεσα στα στοιβαγμένα πρωτόνια με το θετικό φορτίο. Η μυστηριώδης ωστόσο αυτή δύναμη έχει πού μικρή εμβέλεια, δρα δηλαδή σε πολύ μικρές αποστάσεις που αντιστοιχούν σε κλάσμα της διαμέτρου του πυρήνα και πέρα από αυτές τις αποστάσεις οι απωστικές ηλεκτρικές δυνάμεις υπερισχύουν . Σύμφωνα με τη δική τους θεώρηση όταν ένα σωματίδιο συλληφθεί από τον «υγρό» πυρήνα, εκείνος αρχίζει να πάλλεται βίαια. Σε κάποια φάση της παλμικής αυτής κίνησης είναι δυνατόν να τεντωθεί αποκτώντας ένα σχήμα επίμηκες.  Οι μικρής εμβέλειας ελκτικές πυρηνικές δυνάμεις δεν είναι πλέον αρκετά ισχυρές ώστε να τον κρατήσουν σε συνοχή. Οι απωστικές ηλεκτρικές δυνάμεις αναλαμβάνουν τότε  ρόλο να αρχίσουν να απομακρύνουν όλο και περισσότερο τα δύο άκρα του πυρήνα έτσι που  θα δημιουργηθεί κάπου στο μέσον ένας λαιμός και ο πυρήνας  θα χωριστεί με τον τρόπο που διαιρούνται τα βιολογικά κύτταρα αλλά με πολύ ταχύτερο ρυθμό

 

Σε ένα άρθρο, ορόσημο για την πυρηνική φυσική,  το οποίο δημοσίευσαν στο περιοδικό Nature προτείνουν για το καινούριο φαινόμενο τον δανεισμένο από τη βιολογία, όρο Kernspalung, στα αγγλικά  Nuclear Fission και στην ελληνική γλώσσα Πυρηνική Σχάση.

 

Η είδηση στην Αμερική. Μόνο το 235.
 

 


Ο Otto Frisch γύρισε βιαστικά στην Κοπεγχάγη ώστε να προλάβει να ενημερώσει τον Niels Bohr διότι «ο δασκαλος» θα έφευγε για τις Ηνωμένες Πολιτείες που θα πήγαινε να εργαστεί για λίγους μήνες στο Princeton με τον Albert Einstein. Έτσι ο Bohr μετέφερε αμέσως στην Αμερική το συνταρακτικό νέο. Εκείνη την εποχή έχει φθάσει στην Αμερική και ο Ενρίκο Φέρμι αηδιασμένος από το φασιστικό καθεστώς της Ιταλίας και με σκοπό να εγκατασταθεί μόνιμα εκεί. Όταν έμαθε το νέο εντυπωσιάστηκε από το γεγονός ότι ο ίδιος δεν είχε μπορέσει να το σκεφτεί. Γρήγορα βέβαια συνήλθε και με το γαλήνιο πνεύμα που τον διέκρινε αφοσιώθηκε στο να ανακαλύψει και άλλες συνέπειες του φαινομένου Πυρηνική Σχάση.

Αλλά και ο ίδιος ο Niels Bohr θα συμβάλλει στην παραπέρα θεωρητική επεξεργασία του φαινομένου. Σε συνεργασία με τον Wheeler θα αποφανθεί ότι μόνο το ισότοπο Ουράνιο  235 μπορεί να υποστεί την  πυρηνική σχάση και όχι το 238. 

 

Δύο αξιοσημείωτες επισημάνσεις προσέδιδαν στην καινούρια ανακάλυψη τρομακτικό ενδιαφέρον,  όχι μόνο για την εξέλιξη της φυσικής,  αλλά και για το παγκόσμιο κοινωνικό γίγνεσθαι.

Η πρώτη ήταν το ότι η σχάση κάθε ατομικού πυρήνα ουρανίου 235 φαινόταν να συνοδεύεται με απελευθέρωση τρομακτικών ποσοτήτων ενέργειας.

Η  δεύτερη επισήμανση  ήταν ότι ενώ κάθε σχάση συντελείται με ένα μόνο νετρόνιο,  στα προϊόντα της εντός από τους δύο πυρήνες-θραύσματα έκαναν την εμφάνισή τους έως και τρία νετρόνια, καθένα από τα οποία θα μπορούσε με τη σειρά του να προκαλέσει μία νέα σχάση. Η περιγραφή της σχάσης του πυρήνα  U-235 θα μπορούσε να περιγραφεί με την εξίσωση:

 

           10n +  23592U              14156Ba   +  9236Kr + 3 10n  

 

 

 

 

1944. Βραβείο Νόμπελ στη Χημεία
 

 


Παρά τη σημαντική συμβολή του Strassman, του  Frisch και κυρίως της Meitner στην ανακάλυψη και στη θεωρητική ανάγνωση του φαινομένου, ο μόνος στον οποίο απονεμήθηκε βραβείο Νόμπελ – Χημείας- για την ανακάλυψη ήταν ο Otto Hahn. Αυτό έγινε το έτος 1944. Ωστόσο κατά την τελετή της απονομής στη Στοκχόλμη τον Δεκέμβριο της χρονιάς εκείνης ο   ειδικός τελετάρχης ανήγγειλε πως «ο καθηγητής Otto Hahn  μας γνωστοποίησε ότι είναι δυστυχώς αδύνατον να παρευρεθεί στην τελετή της απονομής» .  Μαζί με όλους σχεδόν τους Γερμανούς ερευνητές της πυρηνικής είχε συλληφθεί από τους Άγγλους  και βρισκόταν «κάπου στην Αγγλία» υπό περιορισμό. Ήταν ακόμα όλοι εκεί, τον Αύγουστο του 1945,  όταν άκουσαν την είδηση για τη βόμβα στη Χιροσίμα. Ανάμεσά τους και ο Werner Heisenberg.