El neutrón, la bala que fisionó la ciencia

Fisión química y fisión física en tiempos difíciles. El lío del uranio.

En 1938 dos químicos Otto Hahn y Frizt Strassman y una física Lise Meitner hicieron como otros muchos científicos y bombardearon átomos con neutrones, partículas que se habían descubierto recientemente en 1932, las balas de moda en los inolvidables 30. Lo que buscaban eran nuevos elementos, pero aquí se encontró un problema, con el uranio (92) pasaban cosas raras. (Para que harán esto que diría un político o empresario español, que falta de sentido común). En este caso se obtenían series de elementos, que científicos como Fermi identificaron con más pesados que el uranio, transuranos. La física nuclear bullía.

Irene Curie y Pavel Savitch encontraron que al bombardear uranio con neutrones se obtenía un elemento que se comportaba químicamente como un radio isótopo del lantano (que tiene un peso inferior al del uranio, más o menos la mitad). Este era un resultado muy extraño, no se obtenía un elemento transuránico sino que parecía que rompía el átomo. Esto no podía ser, como una pequeña partícula sin carga iba a romper un núcleo de unas 238 veces su masa (en verdad 235).

Ya solos, Hahn y Strassman (cosas de Hitler y sus leyes de pureza tras anexionarse Austria) decidieron replicar los resultados. Después del experimento obtuvieron un compuesto radiactivo químicamente similar al Radio pero cuya radioactividad decaía en horas en lugar de en años.

Era pues, un misterio ¿de qué átomo más ligero que el Uranio se trataba?. Como químicos que eran decidieron aislar el problema, y como tales, disolvieron en ácido la mezcla de uranio y compuestos generados por la radiación con neutrones. Posteriormente añadieron un compuesto conocido no radioactivo a la solución similar al Radio que pretendían verificar, en este caso una sal de Bario que haría de vehículo de arrastre. Luego se hacía precipitar como sal en condiciones conocidas y se separaba de la disolución que contiene el uranio. La sorpresa es que estos cristales se llevaban la radiactividad característica y era incapaces por los diferentes métodos químicos de separarlos de las distintas sales de bario.

Tras este trabajo, no cabía mucha duda de que uno de los compuestos radiactivos que aparecían eran isótopos del Bario o quizá Radio. Esto creaba una gran incógnita. ¿Como era posible que sucediera esto?

Detalle de la tabla periódica con el Uranio, el bario, el radio y otros

Detalle de la tabla periódica con el Uranio, el bario, el radio y otros

Hahn lo consultó con Meitner que estaba exiliada y apartada del experimento en Suecia. Ella sabía que eran dos excelentes químicos y que si estos eran los resultados habría que buscar un explicación al fenómeno. Una explicación física. ¿Cómo podía una diminuta bola sin carga partir en dos el pesado átomo de uranio? La duda planeaba sobre todas las figuras de la física del momento.

En las navidades de 1938-39 Meitner junto con su sobrino Robert Frisch discípulo de Borh en Copenhague discutieron sobre el tema que obsesionaba a la física. El núcleo del átomo no era algo sólido que se pudiera partir sin más. Paseando con su sobrino sopesaron como podía darse tal proceso. Pensaron, que la entrada en el núcleo del neutrón podía ser la gota que colmaba el vaso de un núcleo ya de por sí inestable. El problema radicaba en de donde sacaría la energía el proceso para separase del todo. El secreto estaba en que la masa final de los dos átomos más ligeros, su suma, sería algo menor que la del uranio completo. Cuando la masa desaparece aparece la energía y es mucha energía que se generaba al romper el núcleo atómico de uranio. La ecuación de Einstein tenía la respuesta, pero nadie había caído hasta este día. Decidieron escribir un carta en Nature.

Una de la posibles fisiones a las que da lugar el átomo de uranio, más concretamente su isótopo 235 cuando se bombardea con neutrones. Da lugar a dos átomos más ligeros ,a más neutrones y libera mucha energía.

Una de la posibles fisiones a las que da lugar el átomo de uranio, más concretamente su isótopo 235 cuando se bombardea con neutrones. Da lugar a dos átomos más ligeros ,a más neutrones y libera mucha energía.

Frisch diseñó un experimento para medir experimentalmente si se generaba la energía desmesurada de esta pista teórica que daban los cálculos de Meitner. El experimento que añadía una cámara de ionización y un osciloscopio, midió la extraordinaria energía de lo que denominaron fisión por su relación con la separación en la división en dos de las células. Este resultado experimental también fue reflejado en la literatura científica como una carta publicada en Nature.

El mismo Bohr reaccionó a la noticia cuando Frisch se lo contó antes de salir de viaje en barco “Oh, que idiotas hemos sido por no haberlo visto antes. Es así como debe ser” incluso le ofreció escribir con él el resultado. Incluso escribió un artículo en febrero de 1939 con Leon Rosenfeld donde se daba una explicación más detallada del proceso y apuntando al isótopo del U235 como sujeto de la fusión y no al más abundante U238.

Más tarde Hans von Halban, Frederic Joliot y Lev Kowarsky en abril de 1939 descubrieron que la fisión producía de media la emisión de unos tres neutrones por cada neutrón absorbido por el átomo de uranio. Lo que indicaba claramente la posibilidad de una reacción en cadena auto sostenida que liberaría una cantidad inmensa de energía, el resto es historia.

La historia de las personas que se vieron obligadas a dejar los centros de Europa en favor de Estados Unidos y otros polos, es una buena analogía de lo que supone expulsar de manera centrífuga científicos de un país hacia otros lugares. Lise Meitner fue capaz de ver lo que otros no vieron, la importancia de un resultado inusual, pero se sintió y se vio excluida de uno de los descubrimientos más cruciales del siglo XX fruto de sus trabajos en el laboratorio junto con su amigo Otto Hahn que recibiría el sólo Nóbel de Química en 1944.

Esta entrada participa en el XVI Carnaval de la Química que organiza Luis Moreno Martínez (@luisccqq) en su blog El cuaderno de Calpurnia Tate.

REFERENCIAS

Hahn, O.; Strassmann, F. (1939). “Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle”. Die Naturwissenschaften 27: 11. doi:10.1007/BF01488241. (On the detection and characteristics of the alkaline earth metals formed by irradiation of uranium with neutrons)

Meitner, L.; Frisch, O. R. (1939). “Disintegration of Uranium by Neutrons: A New Type of Nuclear Reaction”. Nature 143 (3615): 239. doi:10.1038/143239a0.

Interesante seguimiento del descubrimiento de la fisión: Discovery of fission

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