I primi a proporre una teoria compiuta della fissione, pubblicata sulla Physical Review nel 1939, furono Bohr e Wheeler. Uno dei primi problemi con cui si dovettero confrontare fu quello relativo alla comprensione della sezione d’urto di fissione. Si accorsero subito, infatti, che l’uranio assorbiva i neutroni ma dava vita a comportamenti diversi. In particolare, l’uranio 235 era fissile (generava fissione) se bombardato con neutroni termici, ossia poco energetici, come aveva scoperto Fermi. Al contrario l’uranio 238 era fissionabile, ossia assorbiva neutroni veloci senza scindersi in due frammenti, ma producendo uranio 239 che a sua volta decadeva in plutonio 239, questo invece fissile.
John Archibald Wheeler (D.P., di Emielke – Opera propria, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=56172308)
Bohr e Wheeler interpretarono il fenomeno in questo modo. La barriera di fissione dell’uranio 239 doveva essere molto meno attraversabile rispetto a quella dell’uranio 235, rendendo più competitivo l’assorbimento di neutroni e quindi i decadimenti successivi. Per l’uranio 235 invece, neutroni a energia più bassa potevano fornire un’energia sufficiente per far superare al nucleo composto la barriera di potenziale di fissione e avevano una più alta sezione d’urto, dato che a bassa energia possedevano una maggior lunghezza d’onda, cosa che rendeva più favorevole l’interazione con i nuclei d’uranio.
Una volta che un elemento fissile come l’uranio si scinde in due frammenti più piccoli, questi necessitano complessivamente di un minor numero di neutroni, dato che il numero di neutroni in un nucleo aumenta all’aumentare del numero atomico e se per nuclei leggeri è circa pari al numero atomico, per nuclei pesanti è molto superiore. Per questo nei processi di fissione alcuni neutroni si liberano e se termalizzati possono dar vita a ulteriori fissioni e quindi a un processo detto “a catena”.