Penemuan reaktor nuklir adalah salah satu momen yang menentukan abad ke-20. Fajar zaman atom mungkin telah diantar dengan peledakan senjata nuklir pertama, tetapi benih untuk momen itu dan perubahan sosial-politik besar yang mengikutinya dijahit bertahun-tahun sebelumnya oleh para ilmuwan seperti Enrico Fermi.

Fermi, seorang fisikawan Italia yang saat itu bekerja di Amerika sebagai tokoh kunci dalam Proyek Manhattan, membuat terobosan penting pada tahun 1942, menghasilkan reaksi berantai nuklir buatan manusia pertama di lapangan squash di Universitas Chicago. Reaktor Fermi adalah tes penting yang memungkinkan kemajuan Proyek Manhattan, yang mengarah ke Tes Trinity (peledakan pertama senjata nuklir).di New Mexico) tiga tahun kemudian dan, tentu saja, pengeboman Hiroshima dan Nagasaki yang mengakhiri Perang Dunia Kedua.

Seorang anak muda ajaib

Lahir di Roma pada tahun 1901, minat Enrico Fermi pada fisika dan matematika terbangun di awal masa remajanya ketika ia menemukan sebuah buku tebal setebal 900 halaman yang menyajikan matematika, mekanika klasik, astronomi, optik, dan akustik seperti yang dipahami pada saat penerbitannya pada tahun 1840. Ketertarikan yang berkembang ini diperhatikan oleh teman ayahnya, Adolfo Amidei, yang cukup tahu tentang ilmu pengetahuan untukAmidei menggambarkan Fermi sebagai "anak ajaib, setidaknya yang berkaitan dengan geometri" dan mengambil alih dirinya sendiri untuk mengembangkan kecerdasan Fermi, menawarkan bimbingan dan banyak buku.

Enrico Fermi muda pada tahun 1917

Kredit Gambar: G. Cerri, Domain publik, via Wikimedia Commons

Harapan Amidei dengan cepat terwujud. Fermi lulus dari sekolah menengah pada bulan Juli 1918, setelah melewatkan tahun ketiga sepenuhnya, dan memenangkan beasiswa dari Scuola Normale Superiore of Pisa. Setelah menerima laurea (gelar dokter) pada usia yang luar biasa muda 20 tahun, Fermi memulai karir akademis yang tangguh. Pada tahun 1926 ia menemukan hukum-hukum statistik (sekarang dikenal sebagai 'Fermistatistik') yang mengatur partikel-partikel yang tunduk pada prinsip eksklusi Pauli (sekarang dikenal sebagai Fermion). Setahun kemudian ia terpilih sebagai Profesor Fisika Teoretis di Universitas Roma.

Pada akhir masa jabatannya di Roma, studi terobosannya tentang inti atom telah menghasilkan sejumlah terobosan penting, tidak terkecuali usulannya pada tahun 1934 bahwa neutron (yang telah ditemukan oleh James Chadwick dua tahun sebelumnya) dapat digunakan untuk membelah atom. Pada tahun 1938, Fermi, yang baru berusia 37 tahun, menerima Hadiah Nobel Fisika untuk "demonstrasi keberadaan radioaktif baru".elemen yang dihasilkan oleh iradiasi neutron, dan untuk penemuannya yang terkait dengan reaksi nuklir yang ditimbulkan oleh neutron lambat".

Melarikan diri dari Italia yang fasis

Menerima Hadiah Nobel adalah momen yang cukup penting dalam kehidupan siapa pun, tetapi hal itu memiliki arti ekstra penting dalam kisah Enrico Fermi. Ketika ia dianugerahi hadiah pada tahun 1938, di puncak Perang Dunia Kedua, rezim Benito Mussolini membatasi perjalanan bagi orang Italia yang karyanya dianggap penting bagi keamanan nasional. Namun penghargaan Fermi cukup penting sehingga ia diberi izin untuk mengunjungiSwedia untuk menerima hadiahnya.

Setelah menjadi anggota Partai Fasis, Fermi menjadi kecewa pada tahun 1938 dan dia adalah seorang kritikus vokal terhadap reformasi rasial yang diperkenalkan pada tahun itu. Salah satunya, istri Fermi, Laura, adalah seorang Yahudi dan kemungkinan besar menghadapi penganiayaan. Diberi kesempatan untuk melakukan perjalanan ke Swedia, dia membawa Laura dan kedua anak mereka bersamanya. Mereka tidak pernah kembali.

Benito Mussolini, pemimpin Kerajaan Fasis Italia

Kredit Gambar: Penulis tidak dikenal, domain Publik, via Wikimedia Commons

Setelah menerima Hadiah Nobel di Stockholm, Swedia, Fermi dan keluarganya melakukan perjalanan ke New York di mana ia segera ditawari posisi di lima universitas. Dia menerima peran di Columbia dan melanjutkan studinya tentang neutron. Tapi itu adalah waktu yang sibuk bagi siapa pun yang bekerja dalam fisika atom. Setelah hampir tidak punya waktu untuk menetap di kehidupan barunya, pekerjaan Fermi diguncang oleh berita dari Jerman. Pada awal1939 Otto Hahn dan Fritz Strassmann mendeteksi unsur barium setelah membombardir uranium dengan neutron, hasil yang menandakan kemungkinan fisi nuklir.

Sampai batas tertentu, penemuan ini membuat malu Fermi, yang telah menolak kemungkinan fisi tiga tahun sebelumnya, tetapi dia dengan cepat menyadari pentingnya temuan dan implikasinya yang sangat besar. Didorong oleh potensi realisasi reaksi berantai nuklir yang terkendali, dia mulai mengerjakan serangkaian eksperimen yang akan mengarah pada pembuatan reaktor nuklir pertama.

Fermi juga cepat menyadari potensi penerapan militer dari penemuan ahli kimia Jerman dan mengungkapkan kekhawatirannya dalam sebuah ceramah di Departemen Angkatan Laut pada tanggal 18 Maret 1939. Beberapa bulan kemudian ia ikut menandatangani surat (bersama dengan Albert Einstein, Edward Teller dan Eugene Wigner) yang ditulis oleh fisikawan Leo Szilard dan ditujukan kepada Presiden Franklin D. Roosevelt. Surat itu memperingatkan bahwaJerman mungkin mengembangkan bom atom dan menyarankan agar Amerika Serikat memulai program nuklirnya sendiri.

Arsitek zaman nuklir

Pada bulan Februari 1940, Angkatan Laut AS memberikan dana sebesar $6.000 kepada Columbia University, yang sebagian besar dihabiskan oleh Fermi dan Szilard untuk membeli grafit untuk pembangunan reaktor yang mereka harapkan dapat memverifikasi pekerjaan Hahn dan Strassmann.

Ernest O. Lawrence, Fermi (tengah), dan Isidor Isaac Rabi

Kredit Gambar: Arsip Nasional di College Park, domain Publik, via Wikimedia Commons

Dua tahun percobaan pun terjadi, dengan biaya lebih dari $6.000 dan memerlukan pembangunan berbagai 'tumpukan atom', tetapi baru pada saat pembuatan Chicago Pile-1 di Stagg Field, lapangan sepak bola Amerika yang sebagian besar tidak terpakai di pinggiran kota Chicago, Fermi akhirnya mencapai reaksi berantai nuklir.

Fermi dan timnya memilih lokasi - sebuah ruang di bawah tribun di Stagg Field yang hanya sesekali digunakan sebagai lapangan squash dan bola tangan - karena, tidak seperti kebanyakan properti milik universitas, lokasi ini berada di pinggiran kota Chicago. Mereka sangat ingin menghindari risiko membangun reaktor operasional di daerah berpenduduk.

Fermi mengawasi pembangunan reaktor yang terdiri dari uranium dan uranium oksida dalam kisi kubik yang tertanam dalam grafit. Konstruksi ini terbungkus dalam balon berbentuk kubus setinggi 25 kaki sehingga udara di dalamnya dapat digantikan oleh karbon dioksida. Mempertimbangkan besarnya proyek itu, itu adalah pekerjaan konstruksi yang cukup seadanya yang dilakukan dengan bantuan 30 anak putus sekolah menengah yangingin mendapatkan uang sebelum direkrut menjadi tentara.

Momen kritis tiba pada tanggal 2 Desember 1942. Pagi itu eksperimen berjalan seperti biasa - batang kontrol dikeluarkan dari tumpukan satu per satu, memunculkan hasil yang menggembirakan dari penghitung Geiger... Sampai prosesnya tiba-tiba terhenti. Batang kontrol otomatis telah dimasukkan kembali karena tingkat perjalanannya disetel terlalu rendah. Di puncak terobosan bersejarah, Fermi memutuskan untuk memintaistirahat makan siang.

Eksperimen dilanjutkan setelah makan siang dan kemajuan pagi hari yang penuh harapan segera diverifikasi; reaktor Fermi mencapai kekritisan dan sejarah berubah selamanya. Tim membuka sebotol Chianti dan bersulang atas terobosan mereka dengan cangkir kertas.

Pemimpin proyek khusus Arthur Compton tercatat memberi tahu James B. Conant, ketua Komite Penelitian Pertahanan Nasional:

Compton: Navigator Italia telah mendarat di Dunia Baru.

Conant: Bagaimana keadaan penduduk asli?

Compton: Sangat ramah