Ydinreaktorin keksiminen oli yksi 1900-luvun ratkaisevista hetkistä. Atomiajan alku saatettiin aloittaa ensimmäisen ydinaseen räjäyttämisellä, mutta Enrico Fermin kaltaiset tiedemiehet olivat kylväneet siemeniä tuolle hetkelle ja sitä seuranneille valtaville yhteiskunnallis-poliittisille muutoksille jo vuosia aiemmin.

Fermi, italialainen fyysikko, joka työskenteli tuolloin Amerikassa Manhattan-projektin avainhenkilönä, teki ratkaisevan läpimurtonsa vuonna 1942 tuottamalla ensimmäisen ihmisen tekemän ydinketjureaktion Chicagon yliopiston squash-kentällä. Fermin reaktori oli ratkaiseva testi, joka mahdollisti Manhattan-projektin etenemisen, joka johti Trinity-testiin (ensimmäinen ydinaseen räjäytys).New Mexicossa) kolme vuotta myöhemmin ja tietenkin Hiroshiman ja Nagasakin pommitukset, jotka päättivät toisen maailmansodan.

Nuori ihmelapsi

Roomassa vuonna 1901 syntyneen Enrico Fermin kiinnostus fysiikkaa ja matematiikkaa kohtaan heräsi jo teini-iässä, kun hän löysi vanhan 900-sivuisen teoksen, jossa esiteltiin matematiikkaa, klassista mekaniikkaa, tähtitiedettä, optiikkaa ja akustiikkaa sellaisena kuin ne ymmärrettiin vuonna 1840 julkaistun teoksen ilmestymisajankohtana. Hänen isänsä ystävä Adolfo Amidei, joka tunsi tiedettä riittävästi, huomasi tämän orastavan kiinnostuksen.Amidei kuvaili Fermiä "ihmelapseksi ainakin geometrian alalla" ja ryhtyi vaalimaan Fermin älykkyyttä tarjoamalla hänelle mentorointia ja runsaasti kirjoja.

Nuori Enrico Fermi vuonna 1917

Image Credit: G. Cerri, Public domain, Wikimedia Commonsin kautta.

Amidein odotukset toteutuivat nopeasti. Fermi valmistui lukiosta heinäkuussa 1918 - hän jätti kolmannen vuoden kokonaan väliin - ja sai stipendin Pisan Scuola Normale Superioresta. Saatuaan laurean (tohtorin tutkinnon) epätavallisen nuorena, 20-vuotiaana, Fermi aloitti vaikuttavan akateemisen uran. Vuonna 1926 hän löysi tilastolliset lainalaisuudet (jotka nykyään tunnetaan nimellä "Fermin laki").tilastot"), jotka koskevat Paulin poissulkemisperiaatteen piiriin kuuluvia hiukkasia (nykyään tunnetaan nimellä fermionit). Vuotta myöhemmin hänet valittiin Rooman yliopiston teoreettisen fysiikan professoriksi.

Roomassa toimikautensa loppuun mennessä hänen uraauurtava tutkimuksensa atomiytimestä oli tuottanut useita tärkeitä läpimurtoja, eikä vähiten hänen vuonna 1934 tekemänsä ehdotus siitä, että neutroneita (jotka James Chadwick oli löytänyt kaksi vuotta aiemmin) voitaisiin käyttää atomien jakamiseen. Vuonna 1938 Fermi, joka oli vasta 37-vuotias, sai fysiikan Nobel-palkinnon "osoituksistaan uusien radioaktiivisten aineiden olemassaolosta".alkuaineiden tuottamisesta neutronisäteilytyksen avulla ja siihen liittyvästä hitaiden neutronien aiheuttamien ydinreaktioiden löytämisestä".

Pako fasistisesta Italiasta

Nobel-palkinnon saaminen on merkittävä hetki kenen tahansa elämässä, mutta Enrico Fermin tarinassa sillä oli erityisen suuri merkitys. Kun hänelle myönnettiin palkinto vuonna 1938, toisen maailmansodan kynnyksellä, Benito Mussolinin hallinto rajoitti sellaisten italialaisten matkustamista, joiden työn katsottiin olevan elintärkeää kansalliselle turvallisuudelle. Mutta Fermin saama kunnianosoitus oli niin tärkeä, että hänelle annettiin lupa vierailla Italiassa.Ruotsiin vastaanottamaan palkintonsa.

Fermi oli ollut fasistisen puolueen jäsen, mutta hän oli pettynyt vuoteen 1938 mennessä, ja hän arvosteli äänekkäästi tuona vuonna käyttöön otettuja rotuoikeudellisia uudistuksia. Fermin vaimo Laura oli juutalainen, ja häntä todennäköisesti vainottiin. Fermi sai mahdollisuuden matkustaa Ruotsiin, ja hän otti Lauran ja kaksi lasta mukaansa. He eivät koskaan palanneet.

Benito Mussolini, Italian fasistisen kuningaskunnan johtaja.

Image Credit: Tuntematon tekijä, Public domain, Wikimedia Commonsin kautta.

Saatuaan Nobel-palkintonsa Tukholmassa, Ruotsissa, Fermi matkusti perheineen New Yorkiin, jossa hänelle tarjottiin heti paikkaa viidestä yliopistosta. Hän otti vastaan paikan Columbian yliopistosta ja jatkoi neutronien tutkimista. Mutta se oli kiireistä aikaa kaikille atomifysiikan parissa työskenteleville. Tuskin oli ehtinyt asettua uuteen elämäänsä, kun Fermin työtä järisyttivät Saksasta tulleet uutiset. Alkuvuodesta1939 Otto Hahn ja Fritz Strassmann havaitsivat bariumia pommitettuaan uraania neutroneilla, mikä oli merkki ydinfission mahdollisuudesta.

Fermi, joka oli kolme vuotta aiemmin hylännyt fission mahdollisuuden, oli jossain määrin hämmentynyt löydöstä, mutta hän ymmärsi nopeasti löydön merkityksen ja sen valtavat seuraukset. Hallitun ydinketjureaktion mahdollisesta toteutumisesta innostuneena hän aloitti työt kokeiden parissa, jotka johtaisivat ensimmäisen ydinreaktorin luomiseen.

Fermi tunnisti myös nopeasti saksalaisten kemistien keksinnön mahdollisen sotilaallisen soveltamisen ja ilmaisi huolensa laivastoministeriössä 18. maaliskuuta 1939 pitämässään luennossa. Muutamaa kuukautta myöhemmin hän allekirjoitti (yhdessä Albert Einsteinin, Edward Tellerin ja Eugene Wignerin kanssa) fyysikko Leo Szilardin kirjoittaman kirjeen, joka oli osoitettu presidentti Franklin D. Rooseveltille. Kirjeessä varoitettiin, ettäSaksa saattaisi kehittää atomipommeja ja ehdotti, että Yhdysvallat aloittaisi oman ydinohjelmansa.

Ydinkauden arkkitehti

Helmikuussa 1940 Yhdysvaltain laivasto myönsi Columbian yliopistolle 6000 dollarin rahoituksen, josta Fermi ja Szilard käyttivät suurimman osan grafiitin hankkimiseen reaktorin rakentamista varten, jonka avulla he toivoivat voivansa todentaa Hahnin ja Strassmannin työn.

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

Image Credit: National Archives at College Park, Public domain, Wikimedia Commonsin kautta.

Kaksi vuotta kestäneet kokeet tuottivat huomattavasti yli 6 000 dollarin kulut ja edellyttivät lukuisten "atomipaalujen" rakentamista, mutta Fermi onnistui lopulta saamaan aikaan ydinketjureaktion vasta, kun hän loi Chicagon laitamilla sijaitsevalle Stagg Fieldille, joka oli suurelta osin käyttämätön amerikkalaisen jalkapallon kenttä, Chicago Pile-1 -paalun.

Fermi ja hänen tiiminsä päätyivät sijaintipaikkaan - Stagg Fieldin katsomon alla olevaan tilaan, jota käytettiin vain satunnaisesti squash- ja käsipallokenttänä - koska se sijaitsi Chicagon laitamilla, toisin kuin useimmat yliopistojen omistamat kiinteistöt. He halusivat välttää riskin, joka aiheutuisi siitä, että toiminnassa oleva reaktori rakennettaisiin asutulle alueelle.

Fermi valvoi reaktorin rakentamista, joka koostui uraanista ja uraanioksidista kuutioristikossa, joka oli upotettu grafiittiin. Tämä rakennelma koteloitiin 25 jalan pituiseen kuution muotoiseen ilmapalloon niin, että sisällä oleva ilma voitiin korvata hiilidioksidilla. Hankkeen laajuuteen nähden se oli melko tilapäinen rakennustyö, joka toteutettiin 30 lukion keskeyttäneen henkilön avustuksella.halusivat ansaita rahaa ennen kuin heidät kutsuttiin armeijaan.

Kriittinen hetki koitti 2. joulukuuta 1942. Tuona aamuna koe eteni tavalliseen tapaan - säätösauvat poistettiin kasasta yksi kerrallaan, ja Geiger-laskurista saatiin rohkaisevia tuloksia... Kunnes toiminta keskeytettiin äkillisesti. Automaattinen säätösauva oli asettanut itsensä takaisin paikoilleen, koska sen laukaisutaso oli asetettu liian alhaiseksi. Historiallisen läpimurron kynnyksellä Fermi päätti kutsua koollelounastauko.

Kokeilua jatkettiin lounaan jälkeen, ja aamun kiusallisen toiveikas edistyminen varmistui pian; Fermin reaktori saavutti kriittisyyden, ja historia muuttui lopullisesti. Ryhmä avasi pullon Chianttia ja kohotti maljan läpimurrolleen paperimukeilla.

Erityishankkeen johtaja Arthur Compton kirjattiin ilmoittamaan asiasta kansallisen puolustustutkimuskomitean puheenjohtajalle James B. Conantille:

Compton: Italialainen merenkulkija on laskeutunut Uuteen maailmaan.

Conant: Millaisia alkuasukkaat olivat?

Compton: Erittäin ystävällinen