Die Erfindung des Kernreaktors war einer der entscheidenden Momente des 20. Jahrhunderts. Der Beginn des Atomzeitalters mag mit der Zündung der ersten Kernwaffe eingeläutet worden sein, aber die Saat für diesen Moment und die gewaltigen gesellschaftspolitischen Veränderungen, die darauf folgten, wurde bereits Jahre zuvor von Wissenschaftlern wie Enrico Fermi gelegt.

Fermi, ein italienischer Physiker, der damals in Amerika arbeitete und eine Schlüsselfigur des Manhattan-Projekts war, schaffte 1942 den entscheidenden Durchbruch, indem er auf einem Squash-Platz an der Universität von Chicago die erste von Menschen gemachte nukleare Kettenreaktion erzeugte. Fermis Reaktor war der entscheidende Test, der den Fortschritt des Manhattan-Projekts ermöglichte und zum Trinity-Test führte (die erste Detonation einer Kernwaffein New Mexico) drei Jahre später und natürlich die darauf folgenden Bombenangriffe auf Hiroshima und Nagasaki, die den Zweiten Weltkrieg beendeten.

Ein junges Wunderkind

Das Interesse des 1901 in Rom geborenen Enrico Fermi an Physik und Mathematik wurde bereits in jungen Jahren geweckt, als er ein altes, 900 Seiten starkes Buch fand, in dem Mathematik, klassische Mechanik, Astronomie, Optik und Akustik so dargestellt waren, wie sie zur Zeit der Veröffentlichung 1840 verstanden wurden.Amidei bezeichnete Fermi als "ein Wunderkind, zumindest was die Geometrie betrifft" und nahm sich vor, Fermis Intellekt zu fördern, indem er ihm Mentoren und viele Bücher zur Verfügung stellte.

Der junge Enrico Fermi im Jahr 1917

Bildnachweis: G. Cerri, gemeinfrei, über Wikimedia Commons

Amideis Erwartungen erfüllten sich schnell. Fermi machte im Juli 1918 sein Abitur, nachdem er das dritte Jahr übersprungen hatte, und erhielt ein Stipendium der Scuola Normale Superiore von Pisa. Nachdem er im ungewöhnlich jungen Alter von 20 Jahren seinen Doktortitel erhalten hatte, begann Fermi eine beachtliche akademische Laufbahn. 1926 entdeckte er die statistischen Gesetze (heute bekannt als die "FermiEin Jahr später wurde er zum Professor für Theoretische Physik an der Universität Rom gewählt, wo er sich mit der Frage beschäftigte, ob es möglich sei, die Teilchen, die dem Pauli-Ausschlussprinzip unterliegen (heute als Fermionen bekannt), in die Statistik einzubeziehen.

Am Ende seiner Amtszeit in Rom hatte seine bahnbrechende Studie des Atomkerns eine Reihe wichtiger Durchbrüche hervorgebracht, nicht zuletzt seinen Vorschlag von 1934, dass Neutronen (die zwei Jahre zuvor von James Chadwick entdeckt worden waren) zur Spaltung von Atomen verwendet werden könnten. 1938 erhielt der erst 37-jährige Fermi den Nobelpreis für Physik für seine "Nachweise der Existenz neuer radioaktiverElemente, die durch Neutronenbestrahlung erzeugt werden, und für seine damit verbundene Entdeckung von Kernreaktionen, die durch langsame Neutronen ausgelöst werden".

Flucht aus dem faschistischen Italien

Die Verleihung des Nobelpreises ist ein bedeutsamer Moment im Leben eines jeden Menschen, aber in der Geschichte von Enrico Fermi hatte er eine besondere Bedeutung. Als er 1938, an der Schwelle zum Zweiten Weltkrieg, mit dem Preis ausgezeichnet wurde, schränkte das Regime von Benito Mussolini die Reisemöglichkeiten für Italiener ein, deren Arbeit als wichtig für die nationale Sicherheit erachtet wurde. Aber Fermis Auszeichnung war wichtig genug, dass er die Erlaubnis erhielt, dieSchweden, um seinen Preis entgegenzunehmen.

Als Mitglied der faschistischen Partei war Fermi 1938 desillusioniert und ein lautstarker Kritiker der in jenem Jahr eingeführten Rassenreformen. Zum einen war Fermis Frau Laura Jüdin und wahrscheinlich von Verfolgung bedroht. Als ihm die Möglichkeit geboten wurde, nach Schweden zu reisen, nahm er Laura und ihre beiden Kinder mit. Sie kehrten nie zurück.

Benito Mussolini, der Führer des faschistischen Königreichs Italien

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Nach der Verleihung des Nobelpreises in Stockholm reiste Fermi mit seiner Familie nach New York, wo ihm sofort Stellen an fünf Universitäten angeboten wurden. Er nahm eine Stelle an der Columbia an und setzte seine Neutronenforschung fort. Doch es war eine arbeitsreiche Zeit für alle, die sich mit Atomphysik beschäftigten. Kaum hatte sich Fermi in sein neues Leben eingelebt, wurde seine Arbeit durch Nachrichten aus Deutschland erschüttert. Anfang1939 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann nach der Beschießung von Uran mit Neutronen das Element Barium, ein Ergebnis, das auf die Möglichkeit der Kernspaltung hindeutete.

Diese Entdeckung brachte Fermi, der drei Jahre zuvor die Möglichkeit der Kernspaltung verworfen hatte, in gewisser Weise in Verlegenheit, aber er erkannte schnell die Bedeutung dieser Entdeckung und ihre enorme Tragweite. Angetrieben von der möglichen Realisierung einer kontrollierten nuklearen Kettenreaktion begann er mit einer Reihe von Experimenten, die zum Bau des ersten Kernreaktors führen sollten.

Fermi erkannte auch schnell die potenzielle militärische Nutzung der Entdeckung der deutschen Chemiker und äußerte seine Bedenken in einem Vortrag vor dem Marineministerium am 18. März 1939. Einige Monate später war er Mitunterzeichner eines Briefes (zusammen mit Albert Einstein, Edward Teller und Eugene Wigner), den der Physiker Leo Szilard an Präsident Franklin D. Roosevelt gerichtet hatte. In dem Brief wurde gewarnt, dassDeutschland könnte Atombomben entwickeln und schlug vor, dass die Vereinigten Staaten ihr eigenes Atomprogramm starten sollten.

Der Architekt des Atomzeitalters

Im Februar 1940 bewilligte die US-Marine der Columbia University 6.000 Dollar, die Fermi und Szilard größtenteils für den Kauf von Graphit für den Bau eines Reaktors ausgaben, mit dem sie hofften, die Arbeit von Hahn und Strassmann überprüfen zu können.

Ernest O. Lawrence, Fermi (Mitte) und Isidor Isaac Rabi

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

Es folgten zwei Jahre voller Experimente, die weit über 6.000 Dollar kosteten und den Bau zahlreicher "Atommeiler" nach sich zogen, aber erst mit dem Chicago Pile-1 auf dem Stagg Field, einem weitgehend ungenutzten American-Football-Platz am Stadtrand von Chicago, gelang Fermi schließlich eine nukleare Kettenreaktion.

Fermi und sein Team entschieden sich für den Standort - einen Raum unter der Tribüne des Stagg Field, der nur gelegentlich als Squash- und Handballplatz genutzt wurde -, weil er sich im Gegensatz zu den meisten universitätseigenen Grundstücken am Stadtrand von Chicago befand. Sie wollten das Risiko vermeiden, einen betriebsbereiten Reaktor in einem bewohnten Gebiet zu bauen.

Fermi überwachte den Bau eines Reaktors, der aus Uran und Uranoxid in einem würfelförmigen Gitter bestand, das in Graphit eingebettet war. Dieses Konstrukt war in einem 25 Fuß hohen würfelförmigen Ballon eingeschlossen, so dass die Luft im Inneren durch Kohlendioxid ersetzt werden konnte. In Anbetracht der Größenordnung des Projekts war es eine recht behelfsmäßige Konstruktion, die mit Hilfe von 30 Schulabbrechern durchgeführt wurde, diewollten etwas Geld verdienen, bevor sie zum Militär eingezogen wurden.

Der kritische Moment kam am 2. Dezember 1942. An diesem Morgen verlief das Experiment wie üblich - die Kontrollstäbe wurden einer nach dem anderen aus dem Stapel herausgenommen, was dem Geigerzähler ermutigende Ergebnisse entlockte... Bis das Verfahren abrupt gestoppt wurde. Der automatische Kontrollstab hatte sich selbst wieder eingesetzt, weil sein Auslösewert zu niedrig eingestellt war. Auf der Schwelle zu einem historischen Durchbruch beschloss Fermi, eineMittagspause.

Nach dem Mittagessen wurde das Experiment fortgesetzt, und der hoffnungsvolle Fortschritt vom Morgen bestätigte sich bald: Fermis Reaktor erreichte die Kritikalität, und die Geschichte wurde für immer verändert. Das Team öffnete eine Flasche Chianti und stieß mit Pappbechern auf den Durchbruch an.

Der Leiter des Sonderprojekts, Arthur Compton, informierte James B. Conant, den Vorsitzenden des National Defence Research Committee:

Compton: Der italienische Seefahrer ist in der Neuen Welt gelandet.

Conant: Wie waren die Eingeborenen?

Compton: Sehr freundlich