Uppfinning kjarnaofnsins var eitt af mikilvægustu augnablikum 20. aldar. Dögun atómaldar gæti hafa verið boðuð með sprengingu fyrsta kjarnorkuvopnsins, en fræið fyrir þá stund og miklar félags-pólitísku breytingarnar sem fylgdu voru saumaðar á árum áður af vísindamönnum eins og Enrico Fermi.

Ungt undrabarn

Fæddur í Róm árið 1901, áhugi Enrico Fermi á eðlisfræði og stærðfræði vaknaði snemma á táningsaldri þegar hann fann gamalt 900 blaðsíðna tónefni sem kynnti stærðfræði, klassísk vélfræði, stjörnufræði, ljósfræði og hljóðfræði eins og þau voru skilin þegar hún kom út árið 1840. Vinur föður síns, Adolfo Amidei, tók eftir þessari vaxandi hrifningu, sem vissinóg um vísindi til að viðurkenna ljóma unga drengsins. Amidei lýsti Fermi sem „undrabarni, að minnsta kosti með tilliti til rúmfræði“ og tók að sér að rækta greind Fermis, bauð upp á leiðbeiningar og nóg af bókum.

Ung Enrico Fermi árið 1917

Image Credit: G. Cerri, Public domain, via Wikimedia Commons

Væntingar Amidei gengu fljótt fram. Fermi útskrifaðist úr menntaskóla í júlí 1918, eftir að hafa sleppt þriðja árinu algjörlega, og vann styrk frá Scuola Normale Superiore í Písa. Eftir að hafa hlotið laurea (doktorsgráðu) á óvenju ungum aldri, 20 ára, hóf Fermi gífurlegan fræðilegan feril. Árið 1926 uppgötvaði hann tölfræðilögmálin (í dag þekkt sem „Fermi tölfræðin“) sem stjórna ögnunum sem falla undir útilokunarreglu Pauli (nú þekkt sem Fermions). Ári síðar var hann kjörinn prófessor í fræðilegri eðlisfræði við háskólann í Róm.

Við lok starfstíma hans í Róm hafði tímamótarannsókn hans á atómkjarnanum skilað ýmsum mikilvægum byltingum, ekki síst tillögu hans frá 1934 um að nota mætti ​​nifteindir (sem James Chadwick uppgötvaði tveimur árum áður) til að kljúfa atóm. Árið 1938 fékk Fermi, sem er enn aðeins 37 ára gamall, Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði fyrir „sýnikennslu sína á tilvist nýrra geislavirkra frumefna sem myndast með nifteindageislun og fyrir tengda uppgötvun sína ákjarnorkuhvörf af völdum hægra nifteinda“.

Flótti frá fasista Ítalíu

Að fá nóbelsverðlaun er nógu stórt augnablik í lífi hvers manns, en það fékk auka þýðingu í sögu Enrico Fermi. Þegar honum voru veitt verðlaunin árið 1938, undir lok seinni heimsstyrjaldarinnar, takmarkaði stjórn Benito Mussolini ferðalög fyrir Ítala sem voru talin lífsnauðsynleg þjóðaröryggi. En viðurkenning Fermis var nógu mikilvæg til að hann fékk leyfi til að heimsækja Svíþjóð til að taka á móti verðlaunum sínum.

Eftir að hafa verið meðlimur í fasistaflokknum var Fermi orðinn óhugnanlegur árið 1938 og hann var harður gagnrýnandi kynþáttaumbótanna. kynnt það ár. Fyrir það fyrsta var eiginkona Fermis, Laura, gyðingur og gæti þurft að sæta ofsóknum. Hann fékk tækifæri til að ferðast til Svíþjóðar og tók Lauru og tvö börn þeirra með sér. Þeir sneru aldrei aftur.

Benito Mussolini, leiðtogi fasistaríkis Ítalíu

Myndinnihald: Óþekktur höfundur, Public domain, í gegnum Wikimedia Commons

Hafið fengið Nóbelsverðlaunin í Stokkhólmi í Svíþjóð fóru Fermi og fjölskylda hans til New York þar sem honum var strax boðin staða við fimm háskóla. Hann tók við starfi hjá Kólumbíu og hélt áfram rannsókn sinni á nifteindum. En það var annasamur tími fyrir alla sem starfa í atómeðlisfræði. Eftir að hafa varla haft tíma til að koma sér fyrir í nýju lífi, var starf Fermis rokkað af fréttum frá Þýskalandi. Í byrjun1939 Otto Hahn og Fritz Strassmann fundu frumefnið baríum eftir að hafa sprengt úraníum með nifteindum, niðurstaða sem gaf til kynna möguleika á kjarnaklofnun.

Að vissu leyti varð uppgötvunin Fermi til skammar, sem hafði vísað á bug möguleikanum á klofnun í þrjú ár. áðan, en hann gerði sér fljótt grein fyrir mikilvægi uppgötvunarinnar og gríðarstórum afleiðingum hennar. Knúinn áfram af hugsanlegri framkvæmd stjórnaðrar kjarnorkukeðjuverkunar hóf hann vinnu við röð tilrauna sem myndu leiða til stofnunar fyrsta kjarnaofnsins.

Fermi var líka fljótur að viðurkenna hugsanlega hernaðarbeitingu Þjóðverja uppgötvun efnafræðinga og lýsti áhyggjum sínum í fyrirlestri í sjóhernum 18. mars 1939. Nokkrum mánuðum síðar skrifaði hann undir bréf (ásamt Albert Einstein, Edward Teller og Eugene Wigner) skrifað af eðlisfræðingnum Leo Szilard og stílað á Franklin D. Roosevelt forseti. Í bréfinu var varað við því að Þýskaland gæti þróað kjarnorkusprengjur og lagt til að Bandaríkin ættu að hefja sína eigin kjarnorkuáætlun.

Arkitekt kjarnorkualdarinnar

Í febrúar 1940, Bandaríski sjóherinn veitti Columbia háskólanum 6.000 dollara í fjármögnun, sem Fermi og Szilard eyddu að mestu í að kaupa grafít fyrir smíði kjarnaofns sem þeir vonuðu að gæti sannað verk Hahn og Strassmann.

Ernest O. Lawrence, Fermi (miðja) og IsidorIsaac Rabi

Image Credit: National Archives at College Park, Public domain, í gegnum Wikimedia Commons

Tveggja ára tilraunir hófust, sem safnaði umtalsvert meira en $6.000 í kostnað og fól í sér byggingu fjölmargra 'atómstöðva piles', en það var ekki fyrr en með stofnun Chicago Pile-1 á Stagg Field, sem er að mestu ónotaður amerískur fótboltavöllur í útjaðri Chicago, að Fermi náði loks kjarnorkukeðjuverkun.

Fermi og Lið hans settist á staðinn - rými undir stúkunni á Stagg Field sem var aðeins stundum notað sem skvass- og handboltavöllur - vegna þess að ólíkt flestum eignum í eigu háskóla var það í útjaðri Chicago. Þeim var hugleikið að forðast þá áhættu að byggja starfhæfan kjarnakljúf í byggð.

Fermi hafði umsjón með byggingu kjarnaofns sem samanstóð af úrani og úraníumoxíði í kúbikargrindum sem grafið var inn í. Þessi bygging var umlukin 25 feta teninglaga blöðru þannig að hægt væri að skipta út loftinu inni fyrir koltvísýring. Miðað við umfang verkefnisins var þetta frekar bráðabirgðaframkvæmd sem unnin var með aðstoð 30 brottfallsskólanema sem höfðu áhuga á að vinna sér inn peninga áður en þeir voru kallaðir í herinn.

Krýnistundin rann upp 2. desember. 1942. Um morguninn hélt tilraunin áfram eins og venjulega – stýristangir voru teknar úr haugnum ein afeitt, sem dregur fram uppörvandi niðurstöður frá Geigerteljaranum... Þar til málsmeðferð var skyndilega stöðvuð. Sjálfvirk stýristöngin hafði komið sér aftur fyrir vegna þess að akstursstig hennar var of lágt. Á barmi sögulegrar byltingar ákvað Fermi að kalla í hádegishlé.

Tilraunin hófst aftur eftir hádegismat og stríðnislega vongóð framvinda morgunsins var fljótlega staðfest; Kjarnaofn Fermis náði gagnrýni og sagan var breytt að eilífu. Liðið opnaði flösku af Chianti og skálaði fyrir byltingunni með pappírsbollum.

Sérstakur verkefnaleiðtogi Arthur Compton var tekinn upp þegar hann tilkynnti James B. Conant, formanni rannsóknarnefndar landvarna:

Compton: Ítalski siglingamaðurinn hefur lent í nýja heiminum.

Conant: Hvernig voru innfæddir?

Compton: Mjög vingjarnlegur