Die uitvinding van die kernreaktor was een van die 20ste eeu se bepalende oomblikke. Die aanbreek van die atoomtydperk is dalk ingelui met die ontploffing van die eerste kernwapen, maar die saadjies vir daardie oomblik en die groot sosio-politieke veranderinge wat gevolg het, is jare tevore deur wetenskaplikes soos Enrico Fermi vasgewerk.

Inderdaad, Fermi, 'n Italiaanse fisikus wat toe in Amerika gewerk het as 'n sleutelfiguur in die Manhattan-projek, het sy lewensbelangrike deurbraak in 1942 gemaak en die eerste mensgemaakte kernkettingreaksie op 'n muurbalbaan by die Universiteit van Chicago geproduseer. Fermi se reaktor was die deurslaggewende toets wat die bevordering van die Manhattan-projek moontlik gemaak het, wat gelei het tot die Trinity-toets (die eerste ontploffing van 'n kernwapen in New Mexico) drie jaar later en, natuurlik, die daaropvolgende bomaanvalle op Hiroshima en Nagasaki wat die wêreld beëindig het. Oorlog Twee.

'n Jong wonderkind

Gebore in Rome in 1901, Enrico Fermi se belangstelling in fisika en wiskunde is in sy vroeë tienerjare wakker gemaak toe hy 'n ou boek van 900 bladsye gevind het wat wiskunde aangebied het, klassieke meganika, sterrekunde, optika en akoestiek soos dit verstaan ​​is ten tyde van die publikasie daarvan in 1840. Hierdie ontluikende fassinasie is opgemerk deur 'n vriend van sy pa, Adolfo Amidei, wat geweet hetgenoeg oor wetenskap om die jong seun se briljantheid te erken. Amidei het Fermi beskryf as "'n wonderkind, ten minste met betrekking tot meetkunde" en het dit op homself geneem om Fermi se intellek te kweek, deur mentorskap en baie boeke te bied.

Jong Enrico Fermi in 1917

Beeldkrediet: G. Cerri, Publieke domein, via Wikimedia Commons

Amidei se verwagtinge is vinnig verwesenlik. Fermi het in Julie 1918 aan die hoërskool gegradueer, nadat hy die derde jaar heeltemal oorgeslaan het, en 'n genootskap van die Scuola Normale Superiore van Pisa gewen. Nadat hy sy laurea (doktorsgraad) op die buitengewoon jong ouderdom van 20 ontvang het, het Fermi 'n formidabele akademiese loopbaan aangepak. In 1926 het hy die statistiese wette (vandag bekend as die 'Fermi-statistieke') ontdek wat die deeltjies onderhewig is aan Pauli se uitsluitingsbeginsel (nou bekend as Fermions). 'n Jaar later is hy verkies as professor in Teoretiese Fisika aan die Universiteit van Rome.

Teen die einde van sy ampstermyn in Rome het sy baanbrekende studie van die atoomkern 'n aantal belangrike deurbrake opgelewer, nie die minste nie sy voorstel van 1934 dat neutrone (wat twee jaar vroeër deur James Chadwick ontdek is) gebruik kan word om atome te verdeel. In 1938 het Fermi, nog net 37, die Nobelprys in Fisika ontvang vir sy “demonstrasies van die bestaan ​​van nuwe radioaktiewe elemente wat deur neutronbestraling vervaardig word, en vir sy verwante ontdekking vankernreaksies teweeggebring deur stadige neutrone”.

Ontsnap uit fascistiese Italië

Om 'n Nobelprys te ontvang is 'n belangrike oomblik in enigiemand se lewe, maar dit het ekstra betekenis gekry in die verhaal van Enrico Fermi. Toe hy die prys in 1938 bekroon is, op die voorpunt van die Tweede Wêreldoorlog, het Benito Mussolini se regime reis beperk vir Italianers wie se werk as noodsaaklik geag is vir nasionale veiligheid. Maar Fermi se toekenning was belangrik genoeg dat hy toestemming gekry het om Swede te besoek om sy prys te ontvang.

Nadat Fermi 'n lid van die Fascistiese Party was, het Fermi teen 1938 ontnugter geraak en hy was 'n vokale kritikus van die rassehervormings daardie jaar bekendgestel. Vir een ding, Fermi se vrou, Laura, was Joods en het waarskynlik vervolging in die gesig gestaar. Toe hy die kans gegun is om na Swede te reis, het hy Laura en hul twee kinders saamgeneem. Hulle het nooit teruggekeer nie.

Benito Mussolini, die leier van die fascistiese Koninkryk van Italië

Beeldkrediet: Onbekende skrywer, Publieke domein, via Wikimedia Commons

Na ontvangs sy Nobelprys in Stockholm, Swede, het Fermi en sy gesin na New York gereis waar hy onmiddellik poste by vyf universiteite aangebied is. Hy het 'n rol by Columbia aanvaar en sy studie van neutrone voortgesit. Maar dit was 'n besige tyd vir enigiemand wat in atoomfisika werk. Nadat hy skaars tyd gehad het om in sy nuwe lewe te vestig, is Fermi se werk geruk deur nuus uit Duitsland. Vroeg1939 Otto Hahn en Fritz Strassmann het die element barium opgespoor nadat hulle uraan met neutrone gebombardeer het, 'n resultaat wat die moontlikheid van kernsplyting aangedui het.

Tot 'n mate het die ontdekking Fermi in die verleentheid gestel, wat die moontlikheid van splitsing drie jaar van die hand gewys het. vroeër, maar hy het vinnig die belangrikheid van die bevinding en die groot implikasies daarvan besef. Aangedryf deur die potensiële verwesenliking van 'n beheerde kernkettingreaksie het hy begin werk aan 'n reeks eksperimente wat sou lei tot die skepping van die eerste kernreaktor.

Fermi was ook vinnig om die potensiële militêre toepassing van die Duitser te erken. chemici se ontdekking en het sy kommer uitgespreek in 'n lesing by die Vlootdepartement op 18 Maart 1939. 'n Paar maande later het hy mede-onderteken van 'n brief (saam met Albert Einstein, Edward Teller en Eugene Wigner) geskryf deur die fisikus Leo Szilard en gerig aan President Franklin D. Roosevelt. Die brief het gewaarsku dat Duitsland atoombomme kan ontwikkel en voorgestel dat die Verenigde State sy eie kernprogram moet begin.

Die argitek van die kerntydperk

In Februarie 1940, die Amerikaanse vloot het aan Columbia Universiteit $6 000 se befondsing toegeken, waarvan die meeste Fermi en Szilard bestee het aan die aankoop van grafiet vir die bou van 'n reaktor wat hulle gehoop het die werk van Hahn en Strassmann kon verifieer.

Ernest O. Lawrence, Fermi (middel) en IsidorIsaac Rabi

Beeldkrediet: Nasionale Argief by College Park, Publieke domein, via Wikimedia Commons

Twee jaar se eksperimente het gevolg, wat aansienlik meer as $6 000 aan uitgawes opgeloop het en die konstruksie van talle 'atomiese stapels', maar dit was eers met die skepping van die Chicago Pile-1 by Stagg Field, 'n grootliks ongebruikte Amerikaanse voetbalveld aan die buitewyke van Chicago, dat Fermi uiteindelik 'n kernkettingreaksie bereik het.

Fermi en sy span het op die plek besluit – 'n spasie onder die staanplekke by Stagg Field wat net af en toe as 'n muurbal- en handbalbaan gebruik is – want, anders as die meeste eiendomme in universiteitsbesit, was dit aan die buitewyke van Chicago. Hulle was gretig om die risiko te vermy om 'n operasionele reaktor in 'n bevolkte gebied te bou.

Fermi het toesig gehou oor die konstruksie van 'n reaktor wat bestaan ​​het uit uraan en uraanoksied in 'n kubieke rooster wat in grafiet ingebed is. Hierdie konstruksie was omhul in 'n 25 voet kubusvormige ballon sodat die lug binne deur koolstofdioksied vervang kon word. As die omvang van die projek in ag geneem word, was dit 'n redelik tydelike konstruksiewerk wat uitgevoer is met die hulp van 30 hoërskoolverlaters wat gretig was om geld te verdien voordat hulle in die weermag opgeneem is.

Die kritieke oomblik het op 2 Desember aangebreek. 1942. Die oggend het die eksperiment soos gewoonlik voortgegaan – kontrolestawe is een vir een van die stapel verwydereen, wat bemoedigende resultate uit die Geiger-toonbank ontlok ... Totdat verrigtinge skielik gestaak is. Die outomatiese beheerstang het homself weer ingesit omdat sy ritvlak te laag gestel is. Op die punt van 'n geskiedkundige deurbraak het Fermi besluit om 'n middagete te bel.

Die eksperiment het ná middagete hervat en die oggend se tergende hoopvolle vordering is gou geverifieer; Fermi se reaktor het kritiek bereik en geskiedenis is vir altyd verander. Die span het 'n bottel Chianti oopgemaak en hul deurbraak met papierkoppies gesmul.

Spesiale projekleier Arthur Compton is opgeneem deur James B. Conant, voorsitter van die Nasionale Verdedigingsnavorsingskomitee in kennis te stel:

Compton: Die Italiaanse navigator het in die Nuwe Wêreld geland.

Conant: Hoe was die inboorlinge?

Compton: Baie vriendelik