H Lise Meitner ανακαλύπτει την πυρηνική σχάση

Posted on 29/12/2016

0


… στις διακοπές των Χριστουγέννων του 1938

Τον Δεκέμβριο του 1938, κατά την διάρκεια των διακοπών των Χριστουγέννων, οι φυσικοί Lise Meitner και Otto Frisch έκαναν μια εντυπωσιακή ανακάλυψη η οποία έφερε επανάσταση στην πυρηνική φυσική και οδήγησε στην πυρηνική βόμβα αλλά και τους πυρηνικούς αντιδραστήρες παραγωγής ενέργειας. Προσπαθώντας να εξηγήσουν τα μυστηριώδη πειραματικά αποτελέσματα του Otto Hahn στο Βερολίνο, η Meitner και ο Frisch συνειδητοποίησαν ότι αυτό που μέχρι τότε θεωρούνταν αδύνατο συνέβη πραγματικά: ο πυρήνας του ουρανίου χωρίστηκε σε δυο «κομμάτια» .

Lise Meitner

Lise Meitner

Η Lise Meitner γεννήθηκε στη Βιέννη το 1878. Μεγάλωσε σε μια οικογένεια διανοούμενων, σπούδασε φυσική στο πανεπιστήμιο της Βιέννης και ολοκλήρωσε το διδακτορικό της το 1906. Ως γυναίκα, η μόνη θέση που ήταν διαθέσιμη εκείνη την εποχή ήταν καθηγήτρια σε κάποιο σχολείο. Έτσι, το 1907 πήγε στο Βερολίνο για να ασχοληθεί με την έρευνα στον τομέα των φυσικών επιστημών.  Η Meitner παρότι ήταν εκ φύσεως ντροπαλή, γρήγορα έγινε φίλη και συνεργάτης του χημικού Otto Hahn. Το 1912 προσελήφθη στο νέο-ιδρυθέν ινστιτούτο  Χημείας Kaiser Wilhelm.

Κατά την διάρκεια του Α’ Παγκοσμίου Πολέμου η Meitner εργάστηκε εθελοντικά στον αυστριακό στρατό, ως νοσοκόμα στις ακτινογραφίες. Όταν επέστρεψε στο Βερολίνο τοποθετήθηκε επικεφαλής του τμήματος φυσικής στο ινστιτούτο  Kaiser Wilhelm, όπου έκανε έρευνα στην πυρηνική φυσική.

Μετά την ανακάλυψη του νετρονίου, το 1932, οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι διαθέτουν ένα καλό «εργαλείο» που θα τους βοηθήσει να εξερευνήσουν τους ατομικούς πυρήνες. Το 1934 ο Enrico Fermi βομβαρδίζοντας το ουράνιο με νετρόνια νόμισε ότι δημιούργησε τα πρώτα στοιχεία που ήταν βαρύτερα από το ουράνιο. Μάλιστα για την λανθασμένη αυτή «ανακάλυψη» βραβεύθηκε με το Νόμπελ φυσικής το 1938!

Οι περισσότεροι επιστήμονες πίστευαν ότι χτυπώντας έναν μεγάλο πυρήνα όπως το ουράνιο με ένα νετρόνιο θα μπορούσαν να προκαλέσουν μόνο μικρές αλλαγές στον αριθμό των νετρονίων ή πρωτονίων. Ωστόσο, μια χημικός, η Ida Noddack , επεσήμανε ότι ο Fermi δεν είχε εξετάσει το ενδεχόμενο στις αντιδράσεις του, το ουράνιο να έχει διασπαστεί σε ελαφρύτερα στοιχεία, αν και δεν πρότεινε κάποια θεωρητική βάση για το πως θα μπορούσε αυτό να συμβεί. Η δημοσίευσή της αγνοήθηκε, και κανείς, ούτε η ίδια η  Noddack, δεν ασχολήθηκε στη συνέχεια με αυτή την ιδέα.

Ακολουθώντας την εργασία του Fermi, η Meitner και ο Hahn, μαζί με τον Fritz Strassmann, άρχισαν να βομβαρδίζουν το ουράνιο και άλλα στοιχεία με νετρόνια και ταυτοποίησαν τα διαδοχικά προϊόντα των διασπάσεων. Ο Hahn πραγματοποιούσε ακριβείς χημικές αναλύσεις και η Meitner, η φυσικός, εξηγούσε την πυρηνική διαδικασία που λάμβανε χώρα.

Η Meitner που είχε εβραϊκή καταγωγή, εργάστηκε στο ινστιτούτο  Kaiser Wilhelm μέχρι τον Ιούλιο του 1938, το οποίο αναγκάστηκε να εγκαταλείψει εξαιτίας των ναζί. Η έρευνα ήταν ολόκληρη η ζωή της, και προσπάθησε να προστατέψει τη θέση της όσο το δυνατόν περισσότερο, αλλά όταν έγινε ξεκάθαρο πως βρίσκεται σε κίνδυνο, έφυγε βιαστικά από την Γερμανία, μόνο με δυο μικρές βαλίτσες.

Εγκαταστάθηκε στην Στοκχόλμη, και εργάστηκε στο Ινστιτούτο φυσικής Νόμπελ, αλλά εκεί διέθετε ελάχιστους πόρους για έρευνα και αισθανόταν ανεπιθύμητη και απομονωμένη. Διατηρούσε αλληλογραφία με τον Hahn και συνέχισε να τον συμβουλεύει σχετικά με τα κοινά ερευνητικά τους ενδιαφέροντα.

Τον Δεκέμβριο του 1938, οι Hahn και Strassmann συνεχίζοντας τα πειράματά τους, βομβαρδίζοντας το ουράνιο με νετρόνια, ανακάλυψαν ισότοπα του Βαρίου μεταξύ των προϊόντων της διάσπασης. Δεν μπορούσαν όμως να δώσουν κάποια ερμηνεία, γιατί θεωρούσαν πως ένα ελάχιστο σωματίδιο όπως το νετρόνιο δεν θα μπορούσε να διασπάσει στα δύο έναν τεράστιο πυρήνα, όπως του ουρανίου. Έτσι, ο Hahn έστειλε επιστολή προς την Meitner περιγράφοντας το μυστηριώδες εύρημα.

Κατά τη διάρκεια των διακοπών των Χριστουγέννων, η Meitner είχε μια επίσκεψη από τον ανιψιό της Otto Frisch, έναν φυσικό που εργαζόταν στην Κοπεγχάγη, στο ινστιτούτο του Niels Bohr, στον οποίο κοινοποίησε την επιστολή του Hahn. Γνώριζαν ότι ο Hahn ήταν πολύ καλός χημικός και δεν είχε κάνει λάθος, αλλά τα αποτελέσματά του ήταν ακατανόητα. Η Meitner και ο Otto Frisch, έκαναν έναν περίπατο στο χιόνι και συζήτησαν για το ζήτημα αυτό. Εκεί ήταν όπου η Meitner πρότεινε την εικόνα του πυρήνα σαν μια σταγόνα νερού, σύμφωνα με το μοντέλο που είχε προταθεί νωρίτερα από έναν ρώσο φυσικό, τον George Gamow και αναπτύχθηκε περαιτέρω από τον Bohr. Ο Frisch, οπτικοποίησε το πρόβλημα, σχεδιάζοντας διαγράμματα που έδειχναν τον πυρήνα ουρανίου πριν και μετά το χτύπημα του νετρονίου. Ο πυρήνας, όπως μια σταγόνα νερού, γινόταν επιμήκης και στη συνέχεια χωρίζονταν στα δυο, σε δυο «σταγόνες». Μετά τη διάσπαση οι δυο σταγόνες απωθούνται από την αμοιβαία ηλεκτροστατική άπωση, αποκτώντας μεγάλες κινητικές ενέργειες, μέχρι 200 ΜeV(1MeV=106 eV). Αυτό είναι ένα μεγάλο ποσό ενέργειας, που δεν θα μπορούσε να αποδοθεί σε χημικές διαδικασίες, οι οποίες απελευθερώνουν ενέργειες της τάξης των eV.

Aπό που προέρχονταν η ενέργεια αυτή; Η Meitner υπολόγισε ότι τα θραύσματα της διάσπασης είχαν λιγότερη μάζα από τον αρχικό πυρήνα ουρανίου, περίπου το 1/5 της μάζας ενός πρωτονίου. Η μάζα αυτή σύμφωνα με την γνωστή εξίσωση του Einstein, E=mc2, ισοδυναμεί με περίπου 200 MeV. Όλα ταίριαζαν τέλεια.

Βίντεο: «H Lise Meitner ανακαλύπτει την πυρηνική σχάση» , απόσπασμα από την ταινία Einstein’s Big Idea

Ο Frisch έφυγε από την Σουηδία μετά το δείπνο των Χριστουγέννων. Έχοντας κάνει πρώτοι την ανακάλυψη, αυτός και η Meitner, συνεργάστηκαν στη συνέχεια από απόσταση τηλεφωνικά. Ο Frisch το ανακοίνωσε στον Bohr, ο οποίος στη συνέχεια μετέφερε την είδηση της ανακάλυψης στην Αμερική.

Η εργασία των Meitner και Frisch στάλθηκε στο περιοδικό Nature τον Ιανουάριο και ο Frisch ονόμασε τη νέα πυρηνική διαδικασία «σχάση».

Οι φυσικοί στη συνέχεια αντιλήφθηκαν σύντομα ότι κατά την αντίδραση της σχάσης εκπέμπονται και δευτερογενή νετρόνια, τα οποία θα μπορούσαν να προκαλέσουν αλυσιδωτή αντίδραση απελευθερώνοντας τεράστια ποσά ενέργειας.
nuclear_fissionΠολλοί επιστήμονες στη συνέχεια συνεργάστηκαν για την κατασκευή της ατομικής βόμβας, αλλά η Meitner, δεν ήθελε να συμμετάσχει και αργότερα ήταν πολύ λυπημένη από το γεγονός ότι η ανακάλυψή της οδήγησε σε τέτοια όπλα μαζικής καταστροφής.

Η Meitner συνέχισε την έρευνά της και συνέβαλε στην κατασκευή του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα της Σουηδίας. Ενώ ο Hahn βραβεύθηκε «για την ανακάλυψη της σχάσης βαρέων πυρήνων» με το νόμπελ χημείας το 1944, δυστυχώς η συνεισφορά της Meitner στην ανακάλυψη της σχάσης δεν αναγνωρίστηκε ποτέ.

πηγές: www.aps.orgen.wikipedia.org

Ετικέτα: ,