Pronalazak nuklearnog reaktora bio je jedan od ključnih trenutaka 20. stoljeća. Zora atomskog doba možda je uvedena detonacijom prvog nuklearnog oružja, ali sjeme tog trenutka i ogromne društveno-političke promjene koje su uslijedile zašili su godinama prije naučnici poput Enrica Fermija.

Zaista, Fermi, talijanski fizičar koji je tada radio u Americi kao ključna figura u projektu Manhattan, napravio je svoj vitalni proboj 1942. godine, proizvodeći prvu nuklearnu lančanu reakciju koju je napravio čovjek na terenu za skvoš na Univerzitetu u Čikagu. Fermijev reaktor bio je ključni test koji je omogućio napredak projekta Manhattan, što je dovelo do Triniti testa (prve detonacije nuklearnog oružja u Novom Meksiku) tri godine kasnije i, naravno, bombardiranja Hirošime i Nagasakija koje su uslijedile koje je okončalo svijet. Drugi rat.

Mlado vunderkind

Rođen u Rimu 1901. godine, Enrico Fermi je probudio interes za fiziku i matematiku u njegovim ranim tinejdžerskim godinama kada je pronašao staru knjigu od 900 stranica koja je predstavljala matematiku, klasična mehanika, astronomija, optika i akustika kako su ih shvatili u vrijeme objavljivanja 1840. Ovu rastuću fascinaciju primijetio je prijatelj njegovog oca, Adolfo Amidei, koji je znaodovoljno o nauci da prepoznamo briljantnost mladog dječaka. Amidei je opisao Fermija kao „čudo, barem u pogledu geometrije“ i preuzeo je na sebe da kultiviše Fermijev intelekt, nudeći mentorstvo i obilje knjiga.

Mladi Enrico Fermi 1917.

Image Credit: G. Cerri, javno vlasništvo, preko Wikimedia Commons

Amideijeva očekivanja su se brzo ostvarila. Fermi je završio srednju školu u julu 1918. godine, preskočivši u potpunosti treću godinu, i dobio stipendiju Scuola Normale Superiore u Pizi. Pošto je dobio laurea (doktorsku diplomu) u neobično mladoj dobi od 20 godina, Fermi je započeo zapanjujuću akademsku karijeru. Godine 1926. otkrio je statističke zakone (danas poznate kao 'Fermijeva statistika') koji upravljaju česticama koje podliježu Paulijevom principu isključenja (sada poznatim kao Fermioni). Godinu dana kasnije izabran je za profesora teorijske fizike na Univerzitetu u Rimu.

Do kraja njegovog mandata u Rimu, njegovo revolucionarno proučavanje atomskog jezgra donijelo je niz važnih otkrića, među kojima je i njegov prijedlog iz 1934. da se neutroni (koje je dvije godine ranije otkrio James Chadwick) mogu koristiti za cijepanje atoma. Godine 1938., Fermi, koji je još imao samo 37 godina, dobio je Nobelovu nagradu za fiziku za svoje „demonstracije postojanja novih radioaktivnih elemenata proizvedenih neutronskim zračenjem i za srodno otkrićenuklearne reakcije izazvane sporim neutronima.”

Bijeg iz fašističke Italije

Dobijanje Nobelove nagrade je dovoljno važan trenutak u nečijem životu, ali je dobio dodatni značaj u priči o Enriku Fermi. Kada mu je dodijeljena nagrada 1938., na pragu Drugog svjetskog rata, režim Benita Musolinija ograničio je putovanja Italijanima čiji se rad smatrao vitalnim za nacionalnu sigurnost. Ali Fermijevo priznanje bilo je dovoljno važno da mu je dato dopuštenje da posjeti Švedsku kako bi primio svoju nagradu.

Pošto je bio član Fašističke stranke, Fermi je postao razočaran do 1938. i bio je glasni kritičar rasnih reformi uveden te godine. Kao prvo, Fermijeva žena, Laura, bila je Jevrejka i verovatno se suočila sa progonom. Dobivši priliku da otputuje u Švedsku, poveo je sa sobom Lauru i njihovo dvoje djece. Nikada se nisu vratili.

Benito Musolini, vođa fašističke Kraljevine Italije

Kredit slike: Nepoznati autor, javno vlasništvo, preko Wikimedia Commons

Primivši njegova Nobelova nagrada u Stockholmu, u Švedskoj, Fermi i njegova porodica su otputovali u New York gdje su mu odmah ponuđene pozicije na pet univerziteta. Prihvatio je ulogu na Kolumbiji i nastavio proučavanje neutrona. Ali bilo je to radno vrijeme za sve koji rade u atomskoj fizici. Pošto je jedva imao vremena da se skrasi u novom životu, Fermijev rad potresle su vijesti iz Njemačke. U rano1939. Otto Hahn i Fritz Strassmann otkrili su element barij nakon bombardiranja uranijuma neutronima, rezultat koji je ukazivao na mogućnost nuklearne fisije.

U određenoj mjeri, otkriće je posramilo Fermija, koji je odbacio mogućnost fisije tri godine ranije, ali je brzo prepoznao važnost nalaza i njegove ogromne implikacije. Potaknut potencijalnom realizacijom kontrolirane nuklearne lančane reakcije, počeo je raditi na nizu eksperimenata koji bi doveli do stvaranja prvog nuklearnog reaktora.

Fermi je također brzo prepoznao potencijalnu vojnu primjenu njemačkog otkriće hemičara i izrazio svoju zabrinutost na predavanju u Odsjeku za mornaricu 18. marta 1939. Nekoliko mjeseci kasnije potpisao je pismo (zajedno s Albertom Ajnštajnom, Edvardom Telerom i Eugenom Vignerom) koje je napisao fizičar Leo Szilard i upućeno na Predsjednik Franklin D. Roosevelt. U pismu se upozorava da bi Njemačka mogla razviti atomske bombe i sugeriralo se da Sjedinjene Države trebaju pokrenuti vlastiti nuklearni program.

Arhitekta nuklearnog doba

U februaru 1940. Američka mornarica dodijelila je Univerzitetu Kolumbija 6.000 dolara sredstava, od kojih su većinu Fermi i Szilard potrošili na kupovinu grafita za izgradnju reaktora za koji su se nadali da bi mogao potvrditi rad Hahna i Strassmanna.

Ernest O. Lawrence, Fermi (u sredini) i IsidorIsaac Rabi

Image Credit: National Archives at College Park, javno vlasništvo, preko Wikimedia Commons

Usledile su dvije godine eksperimenata, koji su prikupili znatno više od 6.000 dolara troškova i uključivali izgradnju brojnih 'atomskih gomile', ali tek nakon stvaranja Chicago Pile-1 na Stagg Fieldu, uglavnom neiskorištenom igralištu američkog nogometa na periferiji Chicaga, Fermi je konačno postigao nuklearnu lančanu reakciju.

Fermi i njegov tim se smjestio na lokaciju – prostor ispod tribina na Stagg Field-u koji se samo povremeno koristio kao igralište za skvoš i rukomet – jer se, za razliku od većine univerzitetskih imanja, nalazio na periferiji Čikaga. Željeli su izbjeći rizik izgradnje operativnog reaktora u naseljenom području.

Fermi je nadgledao izgradnju reaktora koji se sastojao od uranijuma i uranijum oksida u kubičnoj rešetki ugrađenoj u grafit. Ova konstrukcija je bila zatvorena u balon u obliku kocke od 25 stopa tako da se vazduh u njemu može zameniti ugljen-dioksidom. S obzirom na veličinu projekta, radilo se o prilično improviziranom građevinskom poslu koji je izveden uz pomoć 30 onih koji su napustili srednju školu koji su željeli zaraditi nešto novca prije nego što budu pozvani u vojsku.

Kritični trenutak je nastupio 2. decembra 1942. Tog jutra eksperiment je tekao uobičajeno – kontrolne šipke su skidane sa gomile jedna po jednajedan, izvlačeći ohrabrujuće rezultate sa Gajgerovog brojača... Sve dok postupak nije naglo zaustavljen. Automatska upravljačka šipka se ponovo umetnula zbog toga što je njen nivo okidanja bio postavljen prenisko. Na pragu historijskog proboja, Fermi je odlučio pozvati na pauzu za ručak.

Eksperiment je nastavljen nakon ručka, a jutarnji napredak koji je izazivao nadu ubrzo je potvrđen; Fermijev reaktor je dostigao kritičnost i istorija je zauvek promenjena. Tim je otvorio bocu Chiantija i nazdravio svom proboju papirnim čašama.

Vođa specijalnog projekta Arthur Compton je snimljen kako obavještava Jamesa B. Conanta, predsjednika Odbora za istraživanje nacionalne odbrane:

Compton: Italijanski navigator je sletio u Novi svijet.

Conant: Kako su bili domoroci?

Compton: Vrlo prijateljski