Opfindelsen af atomreaktoren var et af det 20. århundredes afgørende øjeblikke. Atomalderen blev måske nok indledt med det første atomvåbens detonation, men kimen til dette øjeblik og de enorme samfundspolitiske forandringer, der fulgte, blev lagt mange år tidligere af videnskabsmænd som Enrico Fermi.

Fermi, en italiensk fysiker, der dengang arbejdede i USA som en nøgleperson i Manhattan-projektet, fik sit afgørende gennembrud i 1942, da han producerede den første menneskeskabte nukleare kædereaktion på en squashbane på University of Chicago. Fermis reaktor var den afgørende test, der gjorde det muligt at fremme Manhattan-projektet, hvilket førte til Trinity-testen (den første detonation af et atomvåben).i New Mexico) tre år senere og naturligvis de efterfølgende bombninger af Hiroshima og Nagasaki, der afsluttede Anden Verdenskrig.

Et ungt vidunderbarn

Enrico Fermi blev født i Rom i 1901, og hans interesse for fysik og matematik blev vakt i hans tidlige teenageår, da han fandt en gammel 900 sider lang bog, der præsenterede matematik, klassisk mekanik, astronomi, optik og akustik, som man forstod dem på det tidspunkt, hvor den blev udgivet i 1840. Denne spirende fascination blev bemærket af en af hans fars venner, Adolfo Amidei, der vidste nok om videnskab til atAmidei beskrev Fermi som "et vidunderbarn, i hvert fald med hensyn til geometri" og tog sig selv i at dyrke Fermis intellekt ved at tilbyde mentorater og masser af bøger.

Den unge Enrico Fermi i 1917

Billede: G. Cerri, Public domain, via Wikimedia Commons

Amideis forventninger blev hurtigt indfriet. Fermi afsluttede gymnasiet i juli 1918, efter at have sprunget det tredje år helt over, og vandt et stipendium fra Scuola Normale Superiore i Pisa. Efter at have modtaget sin laurea (doktorgrad) i en usædvanlig ung alder af 20 år, indledte Fermi en formidabel akademisk karriere. I 1926 opdagede han de statistiske love (i dag kendt som "Fermistatistik"), der styrer de partikler, der er underlagt Paulis udelukkelsesprincip (nu kendt som Fermioner). Et år senere blev han valgt til professor i teoretisk fysik ved universitetet i Rom.

Ved slutningen af sin tid i Rom havde hans banebrydende studier af atomkernen givet en række vigtige gennembrud, ikke mindst hans forslag fra 1934 om, at neutroner (som var blevet opdaget af James Chadwick to år tidligere) kunne bruges til at splitte atomer. I 1938 modtog Fermi, der stadig kun var 37 år gammel, Nobelprisen i fysik for sine "demonstrationer af eksistensen af nye radioaktivegrundstoffer fremstillet ved neutronbestråling og for hans beslægtede opdagelse af atomreaktioner forårsaget af langsomme neutroner".

Flugten fra det fascistiske Italien

At modtage en Nobelpris er et betydningsfuldt øjeblik i nogens liv, men det fik ekstra betydning i Enrico Fermis historie. Da han fik prisen i 1938, på tærsklen til Anden Verdenskrig, begrænsede Benito Mussolinis regime rejser for italienere, hvis arbejde blev anset for at være afgørende for den nationale sikkerhed. Men Fermis anerkendelse var vigtig nok til, at han fik tilladelse til at besøgeSverige for at modtage sin pris.

Fermi havde været medlem af det fascistiske parti, men var blevet skuffet i 1938, og han var en højlydt kritiker af de racistiske reformer, der blev indført det år. For det første var Fermis kone, Laura, jødisk og risikerede sandsynligvis forfølgelse. Da han fik mulighed for at rejse til Sverige, tog han Laura og deres to børn med sig. De vendte aldrig tilbage.

Benito Mussolini, leder af det fascistiske kongerige Italien

Billede: Ukendt forfatter, Public domain, via Wikimedia Commons

Efter at have modtaget sin Nobelpris i Stockholm, Sverige, rejste Fermi og hans familie til New York, hvor han straks blev tilbudt stillinger på fem universiteter. Han accepterede en stilling på Columbia og fortsatte sine studier af neutroner. Men det var en travl tid for alle, der arbejdede med atomfysik. Næppe havde Fermi nået at finde sig til rette i sit nye liv, da blev hans arbejde rystet af nyheder fra Tyskland. I begyndelsen af1939 Otto Hahn og Fritz Strassmann opdagede grundstoffet barium efter at have bombarderet uran med neutroner, et resultat, der viste muligheden for atomspaltning.

Til en vis grad gjorde opdagelsen Fermi forlegen, da han tre år tidligere havde afvist muligheden for fission, men han erkendte hurtigt betydningen af opdagelsen og dens enorme konsekvenser. Drevet af den potentielle realisering af en kontrolleret nuklear kædereaktion begyndte han at arbejde på en række eksperimenter, der skulle føre til skabelsen af den første atomreaktor.

Fermi var også hurtigt klar over den potentielle militære anvendelse af de tyske kemikeres opdagelse og gav udtryk for sine bekymringer i et foredrag i flådeministeriet den 18. marts 1939. Få måneder senere var han medunderskriver af et brev (sammen med Albert Einstein, Edward Teller og Eugene Wigner) skrevet af fysikeren Leo Szilard og stilet til præsident Franklin D. Roosevelt. Brevet advarede om, atTyskland kunne udvikle atombomber og foreslog, at USA skulle starte sit eget atomprogram.

Arkitekten af den nukleare tidsalder

I februar 1940 tildelte den amerikanske flåde Columbia University 6.000 dollars i støtte, hvoraf Fermi og Szilard brugte det meste på at købe grafit til at bygge en reaktor, som de håbede kunne bekræfte Hahns og Strassmanns arbejde.

Ernest O. Lawrence, Fermi (i midten) og Isidor Isaac Rabi

Billede: National Archives at College Park, Public domain, via Wikimedia Commons

Der fulgte to års eksperimenter, som kostede betydeligt mere end 6.000 dollars i udgifter og medførte opførelse af adskillige "atomiske pæle", men det var først med Chicago Pile-1 på Stagg Field, en stort set ubenyttet amerikansk fodboldbane i udkanten af Chicago, at Fermi endelig fik en atomar kædereaktion.

Fermi og hans team valgte stedet - et rum under tribunen på Stagg Field, der kun lejlighedsvis blev brugt som squash- og håndboldbane - fordi det i modsætning til de fleste universitetsejede ejendomme lå i udkanten af Chicago. De ville gerne undgå risikoen ved at bygge en reaktor i drift i et befolket område.

Fermi førte tilsyn med konstruktionen af en reaktor, der bestod af uran og uranoxid i et kubisk gitter indlejret i grafit. Denne konstruktion blev indkapslet i en 25 fods kubeformet ballon, så luften indeni kunne erstattes af kuldioxid. I betragtning af projektets omfang var det et ret provisorisk byggearbejde, der blev udført med hjælp fra 30 unge fra gymnasiet, dervar ivrige efter at tjene nogle penge, inden de blev indkaldt til militæret.

Det kritiske øjeblik indtraf den 2. december 1942. Den morgen forløb eksperimentet som sædvanligt - kontrolstængerne blev fjernet fra bunken en efter en, hvilket gav opmuntrende resultater fra geigertælleren... Indtil det pludselig blev standset. Den automatiske kontrolstang havde sat sig selv ind igen, fordi dens udløsningsniveau var indstillet for lavt. På tærsklen til et historisk gennembrud besluttede Fermi at indkalde til enfrokostpause.

Eksperimentet blev genoptaget efter frokost, og morgenens drilagtige og håbefulde fremskridt blev snart bekræftet; Fermis reaktor opnåede kriticitet, og historien blev ændret for altid. Holdet åbnede en flaske Chianti og skålede for deres gennembrud med papkrus.

Den specielle projektleder Arthur Compton blev registreret som værende i en meddelelse til James B. Conant, formand for National Defence Research Committee:

Compton: Den italienske navigatør er gået i land i den nye verden.

Conant: Hvordan var de indfødte?

Compton: Meget venlig