Penciptaan reaktor nuklear adalah salah satu detik penentu abad ke-20. Fajar zaman atom mungkin telah diawali dengan letupan senjata nuklear pertama, tetapi benih untuk saat itu dan perubahan besar sosio-politik yang diikuti telah dijahit bertahun-tahun sebelumnya oleh saintis seperti Enrico Fermi.

Sesungguhnya, Fermi, seorang ahli fizik Itali ketika itu bekerja di Amerika sebagai tokoh penting dalam Projek Manhattan, membuat kejayaan pentingnya pada tahun 1942, menghasilkan tindak balas rantai nuklear buatan manusia yang pertama di gelanggang skuasy di Universiti Chicago. Reaktor Fermi adalah ujian penting yang membolehkan kemajuan Projek Manhattan, yang membawa kepada Ujian Trinity (letupan pertama senjata nuklear di New Mexico) tiga tahun kemudian dan, sudah tentu, pengeboman berikutnya di Hiroshima dan Nagasaki yang mengakhiri Dunia Perang Kedua.

Seorang anak ajaib

Dilahirkan di Rom pada tahun 1901, minat Enrico Fermi dalam fizik dan matematik telah disedarkan pada awal remajanya apabila dia menemui buku tebal 900 muka surat lama yang membentangkan matematik, mekanik klasik, astronomi, optik dan akustik seperti yang difahami pada masa penerbitannya pada tahun 1840. Daya tarikan yang semakin berkembang ini diperhatikan oleh rakan bapanya, Adolfo Amidei, yang tahucukup tentang sains untuk mengenali kecemerlangan budak muda itu. Amidei menyifatkan Fermi sebagai "keajaiban, sekurang-kurangnya berkenaan dengan geometri" dan mengambil tanggungjawab untuk memupuk intelek Fermi, menawarkan bimbingan dan banyak buku.

Enrico Fermi muda pada tahun 1917

Kredit Imej: G. Cerri, Domain awam, melalui Wikimedia Commons

Jangkaan Amidei telah direalisasikan dengan cepat. Fermi lulus dari sekolah menengah pada Julai 1918, setelah melangkau tahun ketiga sepenuhnya, dan memenangi persekutuan Scuola Normale Superiore of Pisa. Setelah menerima laurea (ijazah doktor) pada usia 20 tahun yang luar biasa, Fermi memulakan kerjaya akademik yang menggerunkan. Pada tahun 1926 beliau menemui undang-undang statistik (kini dikenali sebagai 'statistik Fermi') yang mengawal zarah yang tertakluk kepada prinsip pengecualian Pauli (kini dikenali sebagai Fermions). Setahun kemudian beliau telah dipilih sebagai Profesor Fizik Teori di Universiti Rom.

Menjelang penghujung tempoh perkhidmatannya di Rom, kajian terobosannya tentang nukleus atom telah menghasilkan beberapa kejayaan penting, tidak kurang juga. cadangannya pada tahun 1934 bahawa neutron (yang telah ditemui oleh James Chadwick dua tahun sebelumnya) boleh digunakan untuk membelah atom. Pada tahun 1938, Fermi, yang masih berusia 37 tahun, menerima Hadiah Nobel dalam Fizik untuk "demonstrasi kewujudan unsur radioaktif baru yang dihasilkan oleh penyinaran neutron, dan untuk penemuannya yang berkaitantindak balas nuklear yang ditimbulkan oleh neutron perlahan”.

Meloloskan diri dari Itali fasis

Menerima Hadiah Nobel adalah detik yang cukup penting dalam kehidupan sesiapa sahaja, tetapi ia mempunyai kepentingan tambahan dalam kisah Enrico Fermi. Apabila dia dianugerahkan hadiah itu pada tahun 1938, pada puncak Perang Dunia Kedua, rejim Benito Mussolini menyekat perjalanan untuk orang Itali yang kerja mereka dianggap penting untuk keselamatan negara. Tetapi pengiktirafan Fermi cukup penting sehingga dia diberi kebenaran untuk melawat Sweden untuk menerima hadiahnya.

Setelah menjadi ahli Parti Fasis, Fermi telah menjadi kecewa pada tahun 1938 dan dia adalah pengkritik lantang terhadap pembaharuan kaum diperkenalkan pada tahun itu. Untuk satu perkara, isteri Fermi, Laura, adalah seorang Yahudi dan mungkin menghadapi penganiayaan. Diberi peluang untuk melancong ke Sweden, dia membawa Laura dan dua anak mereka bersamanya. Mereka tidak pernah kembali.

Benito Mussolini, pemimpin Kerajaan fasis Itali

Kredit Imej: Pengarang tidak diketahui, Domain awam, melalui Wikimedia Commons

Setelah menerima Hadiah Nobelnya di Stockholm, Sweden, Fermi dan keluarganya mengembara ke New York di mana dia segera ditawarkan jawatan di lima universiti. Dia menerima peranan di Columbia dan meneruskan kajiannya tentang neutron. Tetapi ia adalah masa yang sibuk bagi sesiapa yang bekerja dalam fizik atom. Setelah hampir tidak mempunyai masa untuk menyesuaikan diri dengan kehidupan barunya, kerja Fermi digegarkan dengan berita dari Jerman. Pada awal1939 Otto Hahn dan Fritz Strassmann mengesan unsur barium selepas mengebom uranium dengan neutron, hasil yang menandakan kemungkinan pembelahan nuklear.

Pada tahap tertentu, penemuan itu memalukan Fermi, yang telah menolak kemungkinan pembelahan tiga tahun. lebih awal, tetapi dia dengan cepat menyedari kepentingan penemuan dan implikasinya yang besar. Didorong oleh potensi merealisasikan tindak balas rantai nuklear terkawal, dia mula bekerja pada satu siri eksperimen yang akan membawa kepada penciptaan reaktor nuklear pertama.

Fermi juga cepat mengenali potensi penggunaan ketenteraan Jerman penemuan ahli kimia dan menyatakan kebimbangannya dalam kuliah di Jabatan Tentera Laut pada 18 Mac 1939. Beberapa bulan kemudian dia menandatangani surat bersama (bersama Albert Einstein, Edward Teller dan Eugene Wigner) yang ditulis oleh ahli fizik Leo Szilard dan ditujukan kepada Presiden Franklin D. Roosevelt. Surat itu memberi amaran bahawa Jerman mungkin membangunkan bom atom dan mencadangkan agar Amerika Syarikat memulakan program nuklearnya sendiri.

Arkitek zaman nuklear

Pada Februari 1940, Tentera Laut AS menganugerahkan pembiayaan $6,000 kepada Universiti Columbia, yang kebanyakannya dibelanjakan oleh Fermi dan Szilard untuk membeli grafit untuk pembinaan reaktor yang mereka harap dapat mengesahkan kerja Hahn dan Strassmann.

Ernest O. Lawrence, Fermi (tengah), dan IsidorIsaac Rabi

Kredit Imej: Arkib Negara di College Park, Domain Awam, melalui Wikimedia Commons

Dua tahun percubaan berlaku, mengakru lebih daripada $6,000 dalam perbelanjaan dan melibatkan pembinaan pelbagai 'atom buasir', tetapi hanya sehingga penciptaan Chicago Pile-1 di Stagg Field, padang bola sepak Amerika yang sebahagian besarnya tidak digunakan di pinggir Chicago, Fermi akhirnya mencapai tindak balas rantai nuklear.

Fermi dan pasukannya menetap di lokasi - ruang di bawah tribun di Stagg Field yang hanya sekali-sekala digunakan sebagai gelanggang skuasy dan bola baling - kerana, tidak seperti kebanyakan hartanah milik universiti, ia terletak di pinggir Chicago. Mereka berminat untuk mengelakkan risiko membina reaktor operasi di kawasan berpenduduk.

Fermi menyelia pembinaan reaktor yang terdiri daripada uranium dan uranium oksida dalam kekisi padu yang tertanam dalam grafit. Binaan ini disarungkan dalam belon berbentuk kiub 25 kaki supaya udara di dalamnya boleh digantikan dengan karbon dioksida. Memandangkan magnitud projek itu, ia merupakan kerja pembinaan sementara yang dijalankan dengan bantuan 30 pelajar yang tercicir dari sekolah menengah yang berminat untuk mendapatkan sedikit wang sebelum digubal menjadi tentera.

Detik genting tiba pada 2 Disember 1942. Pagi itu eksperimen berjalan seperti biasa – rod kawalan dikeluarkan dari longgokan satu demi satusatu, mendapat keputusan yang menggalakkan daripada kaunter Geiger... Sehingga prosiding dihentikan secara tiba-tiba. Rod kawalan automatik telah dimasukkan semula kerana tahap perjalanannya ditetapkan terlalu rendah. Di puncak kejayaan bersejarah, Fermi memutuskan untuk meminta rehat makan tengah hari.

Percubaan disambung semula selepas makan tengah hari dan kemajuan penuh harapan pagi itu disahkan tidak lama lagi; Reaktor Fermi mencapai tahap kritikal dan sejarah telah berubah selama-lamanya. Pasukan itu membuka sebotol Chianti dan membakar kejayaan mereka dengan cawan kertas.

Ketua projek khas Arthur Compton dirakam memberitahu James B. Conant, pengerusi Jawatankuasa Penyelidikan Pertahanan Nasional:

Compton: Navigator Itali telah mendarat di Dunia Baharu.

Conant: Apa khabar orang asli?

Compton: Sangat mesra