Tuumareaktori leiutamine oli üks 20. sajandi määravamaid hetki. Aatomiajastu algus võib olla sisse juhatatud esimese tuumarelva plahvatusega, kuid selle hetke ja sellele järgnenud suurte sotsiaalpoliitiliste muutuste seemned olid külvatud aastaid varem selliste teadlaste poolt nagu Enrico Fermi.

Tõepoolest, Fermi, itaalia füüsik, kes töötas siis Ameerikas Manhattani projekti võtmefiguurina, tegi 1942. aastal oma olulise läbimurde, tekitades esimese inimtekkelise tuumaahelareaktsiooni Chicago ülikooli squashplatsil. Fermi reaktor oli otsustav katse, mis võimaldas Manhattani projekti edasi arendada, mis viis Trinity katse (esimene tuumarelva plahvatus) läbiviimiseni.New Mexicos) kolm aastat hiljem ja muidugi sellele järgnenud Hiroshima ja Nagasaki pommitamised, mis lõpetasid Teise maailmasõja.

Noor imelaps

1901. aastal Roomas sündinud Enrico Fermi huvi füüsika ja matemaatika vastu äratati juba varases nooruses, kui ta leidis vana 900-leheküljelise köite, milles tutvustati matemaatikat, klassikalist mehaanikat, astronoomiat, optikat ja akustikat nii, nagu neid mõisteti selle 1840. aasta ilmumise ajal. Seda tärkavat vaimustust märkas tema isa sõber Adolfo Amidei, kes teadis piisavalt palju teadusest, etAmidei kirjeldas Fermit kui "imetegijat, vähemalt geomeetria osas" ja võttis endale ülesandeks Fermi intellekti kasvatada, pakkudes talle mentorlust ja rohkelt raamatuid.

Noor Enrico Fermi 1917. aastal

Pildi krediit: G. Cerri, Public domain, via Wikimedia Commons

Amidei ootused täitusid kiiresti. 1918. aasta juulis lõpetas Fermi keskkooli, jättes kolmanda aasta täielikult vahele, ja sai Pisa Scuola Normale Superiore stipendiumi. Olles saanud laurea (doktorikraadi) ebatavaliselt noorelt, 20-aastaselt, alustas Fermi suurejoonelist akadeemilist karjääri. 1926. aastal avastas ta statistilised seadused (tänapäeval tuntud kui "Fermi"). 1926. aastal avastas ta statistilised seadused.statistika"), mis reguleerib Pauli välistamispõhimõttele alluvaid osakesi (nüüd tuntud kui Fermionid). Aasta hiljem valiti ta Rooma ülikooli teoreetilise füüsika professoriks.

Rooma ametiaja lõpuks oli tema teedrajav aatomituuma uurimine toonud kaasa mitmeid olulisi läbimurdeid, sealhulgas 1934. aasta ettepaneku, et neutroneid (mille oli avastanud James Chadwick kaks aastat varem) võiks kasutada aatomite lõhustamiseks. 1938. aastal sai Fermi, kes oli alles 37-aastane, Nobeli füüsikapreemia "uute radioaktiivsete ainete olemasolu tõestamise eest". 1938. aastal sai Fermi, kes oli alles 37-aastane, Nobeli füüsikapreemia.neutronkiirguse abil toodetud elementide ja sellega seotud aeglaste neutronite poolt esilekutsutud tuumareaktsioonide avastamise eest".

Põgenemine fašistlikust Itaaliast

Nobeli preemia saamine on küllaltki oluline hetk igaühe elus, kuid Enrico Fermi puhul sai see erilise tähenduse. 1938. aastal, kui ta sai auhinna Teise maailmasõja eel, piiras Benito Mussolini režiim nende itaallaste reisimist, kelle tööd peeti riigi julgeoleku seisukohalt elutähtsaks. Kuid Fermi tunnustus oli piisavalt oluline, et talle anti luba külastada riiki.Rootsi, et võtta vastu oma auhind.

Fermi, kes oli olnud fašistliku partei liige, oli 1938. aastaks pettunud ja ta kritiseeris sel aastal kehtestatud rassireforme häälekalt. Esiteks oli Fermi naine Laura juut ja teda tõenäoliselt ähvardas tagakiusamine. Kui talle anti võimalus sõita Rootsi, võttis ta Laura ja nende kaks last kaasa. Nad ei tulnud kunagi tagasi.

Benito Mussolini, Itaalia fašistliku kuningriigi juht.

Pildi krediit: Tundmatu autor, Public domain, via Wikimedia Commons

Pärast Nobeli preemia saamist Stockholmis, Rootsis, sõitis Fermi koos perega New Yorki, kus talle pakuti kohe ametikohti viies ülikoolis. Ta võttis vastu Columbia ülikooli ja jätkas neutronite uurimist. Kuid see oli kiire aeg kõigi aatomifüüsikaga tegelejate jaoks. Vaevalt oli ta jõudnud uude ellu sisse elada, raputasid Fermi tööd uudised Saksamaalt. Varakult1939 Otto Hahn ja Fritz Strassmann avastasid pärast uraani pommitamist neutronitega elemendi baariumi, mis andis märku tuumalõhustumise võimalikkusest.

Avastus pani Fermi, kes oli kolm aastat varem tuumalõhustumise võimaluse kõrvale jätnud, mõnevõrra häbisse, kuid ta mõistis kiiresti leiu tähtsust ja selle tohutut mõju. Juhitud kontrollitava tuumaahelareaktsiooni potentsiaalsest realiseerimisest, alustas ta tööd katsete seeria kallal, mis viisid esimese tuumareaktori loomiseni.

Fermi tundis kiiresti ära ka saksa keemikute avastuse võimaliku sõjalise kasutuse ja väljendas oma muret 18. märtsil 1939 mereväeametis peetud loengus. Mõned kuud hiljem kirjutas ta (koos Albert Einsteini, Edward Telleri ja Eugene Wigneriga) füüsik Leo Szilardi poolt president Franklin D. Rooseveltile saadetud kirjale alla. Kirjas hoiatati, etSaksamaa võib arendada aatomipomme ja soovitas, et Ameerika Ühendriigid peaksid alustama oma tuumaprogrammi.

Tuumaajastu arhitekt

Veebruaris 1940 eraldas USA merevägi Columbia ülikoolile 6000 dollarit, millest Fermi ja Szilard kulutasid suurema osa grafiidi ostmiseks reaktori ehitamiseks, mille abil nad lootsid kontrollida Hahni ja Strassmanni tööd.

Ernest O. Lawrence, Fermi (keskel) ja Isidor Isaac Rabi.

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

Järgnesid kaks aastat kestnud eksperimendid, mille kulud ületasid tunduvalt 6000 dollarit ja millega kaasnes arvukate "aatomihunnikute" ehitamine, kuid alles Chicago Pile-1 loomisel Stagg Fieldis, Chicago äärelinnas asuvas suuresti kasutamata Ameerika jalgpalliväljakul, saavutas Fermi lõpuks tuumaahelareaktsiooni.

Fermi ja tema meeskond otsustasid asukoha kasuks - Stagg Fieldi tribüünide all asuv ruum, mida kasutati vaid aeg-ajalt squash- ja käsipalliplatsina -, sest erinevalt enamikust ülikoolide omanduses olevatest kinnistutest asus see Chicago äärelinnas. Nad soovisid vältida riski, et töötav reaktor ehitatakse asustatud piirkonda.

Fermi juhtis reaktori ehitamist, mis koosnes uraanist ja uraanoksiidist kuubikujulises ruudustikus, mis oli grafiidi sisse põimitud. See konstruktsioon oli ümbritsetud 25 jala pikkuse kuubikujulise õhupalli sisse, nii et õhk selles oli võimalik asendada süsinikdioksiidiga. Arvestades projekti ulatust, oli see üsna abivalmis ehitustöö, mida teostati 30 keskkoolist väljalangenud õpilase abiga, kes olidsoovisid enne sõjaväeteenistusse kutsumist raha teenida.

Kriitiline hetk saabus 2. detsembril 1942. Sel hommikul kulges eksperiment tavapäraselt - kontrollvardad eemaldati ükshaaval kuhjast, saades Geigeri loendurilt julgustavaid tulemusi... Kuni menetlus järsku peatati. Automaatne kontrollvarda oli end uuesti sisse pannud, kuna selle päästetase oli liiga madalaks seatud. Ajaloolise läbimurde lävel otsustas Fermi kutsuda üles tegemalõunapaus.

Pärast lõunat jätkati katset ja hommikused, naljakalt lootusrikkad edusammud said peagi kinnitust; Fermi reaktor saavutas kriitilisuse ja ajalugu muutus igaveseks. Meeskond avas pudeli Chianti ja tõstis oma läbimurde puhul pabertassidega toosti.

Eriprojekti juht Arthur Compton registreeriti, kui ta teavitas sellest James B. Conanti, riikliku kaitseuuringute komitee esimeest:

Compton: Itaalia meresõitja on maabunud Uues Maailmas.

Conant: Kuidas olid põliselanikud?

Compton: väga sõbralik