Izum nuklearnog reaktora bio je jedan od ključnih trenutaka 20. stoljeća. Zora atomskog doba možda je započela detonacijom prvog nuklearnog oružja, ali sjeme tog trenutka i velikih društveno-političkih promjena koje su uslijedile usijali su godinama prije znanstvenici poput Enrica Fermija.

Doista, Fermi, talijanski fizičar koji je tada radio u Americi kao ključna figura u Projektu Manhattan, napravio je svoj vitalni proboj 1942., proizvevši prvu nuklearnu lančanu reakciju koju je napravio čovjek na terenu za squash na Sveučilištu u Chicagu. Fermijev reaktor bio je ključni test koji je omogućio napredak Projekta Manhattan, što je dovelo do Trinity Testa (prva detonacija nuklearnog oružja u Novom Meksiku) tri godine kasnije i, naravno, bombardiranja Hirošime i Nagasakija koja su uslijedila, koja su okončala svijet Drugi rat.

Mlado čudo

Rođen u Rimu 1901., Enrico Fermi se zanimao za fiziku i matematiku probudio se u ranim tinejdžerskim godinama kada je pronašao staru knjigu od 900 stranica koja je predstavljala matematiku, klasičnu mehaniku, astronomiju, optiku i akustiku kako su ih shvaćali u vrijeme njegova objavljivanja 1840. Ovu rastuću fascinaciju primijetio je prijatelj njegova oca, Adolfo Amidei, koji je znaodovoljno o znanosti da se prepozna briljantnost mladog dječaka. Amidei je Fermija opisao kao "čudo od djeteta, barem u pogledu geometrije" i preuzeo je na sebe njegovanje Fermijeva intelekta, ponudivši mentorstvo i mnoštvo knjiga.

Mladi Enrico Fermi 1917.

Zasluge za sliku: G. Cerri, javno vlasništvo, putem Wikimedia Commons

Amideijeva očekivanja brzo su se ostvarila. Fermi je završio srednju školu u srpnju 1918., nakon što je potpuno preskočio treću godinu, i osvojio je stipendiju Scuola Normale Superiore u Pisi. Nakon što je dobio laurea (doktorsku diplomu) u neuobičajeno mladoj dobi od 20 godina, Fermi je započeo sjajnu akademsku karijeru. Godine 1926. otkrio je statističke zakone (danas poznate kao 'Fermijeva statistika') koji upravljaju česticama podložnim Paulijevom principu isključenja (sada poznatim kao Fermioni). Godinu dana kasnije izabran je za profesora teorijske fizike na Sveučilištu u Rimu.

Do kraja njegovog mandata u Rimu, njegova revolucionarna studija atomske jezgre dovela je do brojnih važnih otkrića, ne manje važno 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 uvijek imao samo 37 godina, dobio je Nobelovu nagradu za fiziku za svoje “demonstracije postojanja novih radioaktivnih elemenata proizvedenih neutronskim zračenjem, i za njegovo povezano otkrićenuklearne reakcije izazvane sporim neutronima”.

Bijeg iz fašističke Italije

Primanje Nobelove nagrade dovoljno je važan trenutak u svačijem životu, ali je dobio dodatno značenje u priči o Enricu Fermi. Kad mu je dodijeljena nagrada 1938., na pragu Drugog svjetskog rata, režim Benita Mussolinija ograničio je putovanja Talijanima čiji se rad smatrao vitalnim za nacionalnu sigurnost. Ali Fermijevo priznanje bilo je dovoljno važno da mu je dano dopuštenje da posjeti Švedsku kako bi primio svoju nagradu.

Budući da je bio član Fašističke stranke, Fermi se do 1938. razočarao i bio je glasni kritičar rasnih reformi uveden te godine. Kao prvo, Fermijeva žena, Laura, bila je Židovka i vjerojatno se suočila s progonom. Kad mu se pružila prilika da otputuje u Švedsku, sa sobom je poveo Lauru i njihovo dvoje djece. Nikad se nisu vratili.

Benito Mussolini, vođa fašističke Kraljevine Italije

Zasluge za sliku: Nepoznati autor, javno vlasništvo, putem Wikimedia Commons

Primivši svoju Nobelovu nagradu u Stockholmu, Švedska, Fermi i njegova obitelj otputovali su u New York gdje su mu odmah ponuđeni položaji na pet sveučilišta. Prihvatio je posao na Columbiji i nastavio proučavati neutrone. Ali bilo je to radno vrijeme za sve koji su se bavili atomskom fizikom. Nakon što je jedva imao vremena da se navikne na novi život, Fermijev rad potresle su vijesti iz Njemačke. U ranoj1939. Otto Hahn i Fritz Strassmann otkrili su element barij nakon bombardiranja urana neutronima, rezultat koji je signalizirao mogućnost nuklearne fisije.

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

Fermi je također brzo prepoznao potencijalnu vojnu primjenu njemačkog reaktora. otkriće kemičara i izrazio svoju zabrinutost na predavanju u Odjelu mornarice 18. ožujka 1939. Nekoliko mjeseci kasnije supotpisao je pismo (zajedno s Albertom Einsteinom, Edwardom Tellerom i Eugeneom Wignerom) koje je napisao fizičar Leo Szilard i naslovljeno na predsjednik Franklin D. Roosevelt. Pismo je upozoravalo da bi Njemačka mogla razviti atomske bombe i sugeriralo da bi Sjedinjene Države trebale pokrenuti vlastiti nuklearni program.

Arhitekt nuklearnog doba

U veljači 1940. američka mornarica dodijelila je Sveučilištu Columbia 6000 dolara sredstava, od čega su Fermi i Szilard većinu potrošili na kupnju 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

Zasluge za sliku: Nacionalni arhivi u College Parku, javno vlasništvo, putem Wikimedia Commons

Uslijedile su dvije godine eksperimenata, koji su prikupili znatno više od 6000 dolara troškova i uključivali izgradnju brojnih 'atomskih gomile', ali tek stvaranjem Chicago Pile-1 na Stagg Fieldu, uglavnom neiskorištenom igralištu američkog nogometa u predgrađu Chicaga, Fermi je konačno postigao nuklearnu lančanu reakciju.

Fermi i njegov se tim smjestio na tu lokaciju - prostor ispod tribina na Stagg Fieldu koji se samo povremeno koristio kao igralište za squash i rukomet - jer se, za razliku od većine nekretnina u vlasništvu sveučilišta, nalazio na periferiji Chicaga. Htjeli su izbjeći rizik izgradnje operativnog reaktora u naseljenom području.

Fermi je nadgledao izgradnju reaktora koji se sastojao od urana i uranovog oksida u kubičnoj rešetki ugrađenoj u grafit. Ova je konstrukcija bila zatvorena unutar balona u obliku kocke od 25 stopa kako bi se zrak iznutra mogao zamijeniti ugljičnim dioksidom. Uzimajući u obzir veličinu projekta, radilo se o prilično improviziranom građevinskom poslu koji je izveden uz pomoć 30 učenika koji su napustili srednju školu i željeli zaraditi nešto novca prije nego što budu pozvani u vojsku.

Kritični trenutak nastupio je 2. prosinca 1942. Tog jutra eksperiment se odvijao kao i obično - kontrolne šipke vađene su iz hrpe jedna po jednajedan, izazivajući ohrabrujuće rezultate Geigerovog brojača... Sve dok postupak nije naglo prekinut. Automatska kontrolna poluga ponovno se umetnula jer joj je razina okidanja bila postavljena prenisko. Na pragu povijesnog otkrića, Fermi je odlučio pozvati stanku za ručak.

Eksperiment je nastavljen nakon ručka i jutarnji napredak pun nade ubrzo je potvrđen; Fermijev reaktor je dostigao kritičnost i povijest je zauvijek promijenjena. Tim je otvorio bocu Chiantija i nazdravio svom uspjehu papirnatim čašama.

Snimljeno je kako voditelj posebnog projekta Arthur Compton obavještava Jamesa B. Conanta, predsjednika Nacionalnog odbora za obrambena istraživanja:

Compton: Talijanski moreplovac iskrcao se u Novom svijetu.

Conant: Kako su bili domoroci?

Compton: Vrlo prijateljski