Inventarea reactorului nuclear a fost unul dintre momentele definitorii ale secolului XX. Poate că zorii erei atomice au fost inaugurați odată cu detonarea primei arme nucleare, dar semințele acestui moment și ale uriașelor schimbări socio-politice care au urmat au fost create cu mulți ani înainte de oameni de știință precum Enrico Fermi.

Într-adevăr, Fermi, un fizician italian care lucra pe atunci în America, fiind o figură cheie în Proiectul Manhattan, a făcut descoperirea sa vitală în 1942, producând prima reacție nucleară în lanț produsă de om pe un teren de squash de la Universitatea din Chicago. Reactorul lui Fermi a fost testul crucial care a permis avansarea Proiectului Manhattan, ducând la testul Trinity (prima detonare a unei arme nucleareîn New Mexico) trei ani mai târziu și, bineînțeles, bombardamentele de la Hiroshima și Nagasaki care au pus capăt celui de-al Doilea Război Mondial.

Un tânăr minune

Născut la Roma în 1901, interesul lui Enrico Fermi pentru fizică și matematică s-a trezit în adolescență, când a găsit un volum vechi de 900 de pagini care prezenta matematica, mecanica clasică, astronomia, optica și acustica așa cum erau ele înțelese la momentul publicării sale, în 1840. Această fascinație în plină dezvoltare a fost remarcată de un prieten al tatălui său, Adolfo Amidei, care știa suficient de multe despre știință pentru aAmidei l-a descris pe Fermi ca fiind "un copil-minune, cel puțin în ceea ce privește geometria" și s-a ocupat de cultivarea intelectului lui Fermi, oferindu-i îndrumare și multe cărți.

Tânărul Enrico Fermi în 1917

Credit de imagine: G. Cerri, Public domain, via Wikimedia Commons

Așteptările lui Amidei s-au împlinit rapid. Fermi a absolvit liceul în iulie 1918, sărind complet peste anul al treilea, și a obținut o bursă de la Scuola Normale Superiore din Pisa. După ce a primit laurea (titlul de doctor) la vârsta neobișnuit de tânără de 20 de ani, Fermi a început o carieră academică formidabilă. În 1926 a descoperit legile statistice (cunoscute astăzi sub numele de "legile lui Fermi").statistică") care guvernează particulele supuse principiului de excludere al lui Pauli (cunoscute în prezent sub numele de Fermioni). Un an mai târziu a fost ales profesor de fizică teoretică la Universitatea din Roma.

Până la sfârșitul mandatului său la Roma, studiul său revoluționar al nucleului atomic a dus la o serie de descoperiri importante, nu în ultimul rând propunerea sa din 1934, conform căreia neutronii (descoperiți de James Chadwick cu doi ani mai devreme) ar putea fi folosiți pentru a descompune atomii. În 1938, Fermi, care avea doar 37 de ani, a primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru "demonstrațiile sale privind existența unor noielemente produse prin iradiere cu neutroni și pentru descoperirea reacțiilor nucleare provocate de neutronii lenți".

Evadarea din Italia fascistă

Primirea unui premiu Nobel este un moment destul de important în viața oricui, dar a ajuns să aibă o semnificație suplimentară în povestea lui Enrico Fermi. Când a primit premiul în 1938, în pragul celui de-al Doilea Război Mondial, regimul lui Benito Mussolini a restricționat călătoriile italienilor a căror activitate era considerată vitală pentru securitatea națională. Dar distincția lui Fermi a fost suficient de importantă pentru ca acesta să primească permisiunea de a vizitaSuedia pentru a-și primi premiul.

După ce a fost membru al Partidului Fascist, Fermi a devenit dezamăgit până în 1938 și a fost un critic vocal al reformelor rasiale introduse în acel an. În primul rând, soția lui Fermi, Laura, era evreică și probabil că se confrunta cu persecuții. Având șansa de a călători în Suedia, Fermi a luat-o cu el pe Laura și pe cei doi copii ai lor, dar nu s-au mai întors niciodată.

Benito Mussolini, liderul Regatului fascist al Italiei

Credit de imagine: Autor necunoscut, domeniu public, via Wikimedia Commons

După ce a primit Premiul Nobel la Stockholm, Suedia, Fermi și familia sa au călătorit la New York, unde i s-au oferit imediat posturi la cinci universități. A acceptat un post la Columbia și și-a continuat studiul neutronilor. Dar era o perioadă aglomerată pentru oricine lucra în domeniul fizicii atomice. Abia avusese timp să se acomodeze la noua sa viață, munca lui Fermi a fost zguduită de veștile din Germania. La începutul anului1939 Otto Hahn și Fritz Strassmann au detectat elementul bariu după bombardarea uraniului cu neutroni, un rezultat care a indicat posibilitatea fisiunii nucleare.

Într-o oarecare măsură, descoperirea l-a stânjenit pe Fermi, care respinsese posibilitatea fisiunii cu trei ani mai devreme, dar a recunoscut rapid importanța descoperirii și implicațiile sale uriașe. Impulsionat de potențiala realizare a unei reacții nucleare în lanț controlate, a început să lucreze la o serie de experimente care vor duce la crearea primului reactor nuclear.

De asemenea, Fermi a recunoscut rapid potențialul aplicațiilor militare ale descoperirii chimiștilor germani și și-a exprimat îngrijorarea într-o conferință la Departamentul Marinei, la 18 martie 1939. Câteva luni mai târziu, a semnat o scrisoare (împreună cu Albert Einstein, Edward Teller și Eugene Wigner) scrisă de fizicianul Leo Szilard și adresată președintelui Franklin D. Roosevelt. Scrisoarea avertiza căGermania ar putea dezvolta bombe atomice și a sugerat că Statele Unite ar trebui să înceapă propriul program nuclear.

Arhitectul erei nucleare

În februarie 1940, US Navy a acordat Universității Columbia o finanțare de 6.000 de dolari, cea mai mare parte a căreia Fermi și Szilard au cheltuit-o pentru a cumpăra grafit pentru construcția unui reactor care, sperau ei, ar putea verifica lucrările lui Hahn și Strassmann.

Ernest O. Lawrence, Fermi (în mijloc) și Isidor Isaac Rabi

Credit imagine: Arhivele Naționale de la College Park, domeniu public, via Wikimedia Commons

Au urmat doi ani de experimente, care au generat cheltuieli de peste 6.000 de dolari și au presupus construirea a numeroase "grămezi atomice", dar Fermi a reușit să realizeze în sfârșit o reacție nucleară în lanț abia după ce a creat Chicago Pile-1 pe Stagg Field, un teren de fotbal american în mare parte nefolosit de la periferia orașului Chicago.

Fermi și echipa sa au ales locația - un spațiu sub tribunele de la Stagg Field, care era folosit doar ocazional ca teren de squash și handbal - deoarece, spre deosebire de majoritatea proprietăților deținute de universități, acesta se afla la periferia orașului Chicago. Ei doreau să evite riscul de a construi un reactor operațional într-o zonă populată.

Fermi a supervizat construcția unui reactor care consta din uraniu și oxid de uraniu într-o rețea cubică încastrată în grafit. Această construcție a fost încastrată într-un balon cubic de 25 de picioare, astfel încât aerul din interior să poată fi înlocuit cu dioxid de carbon. Având în vedere amploarea proiectului, a fost o construcție destul de improvizată, realizată cu ajutorul a 30 de liceeni care au abandonat școala și care auerau dornici să câștige niște bani înainte de a fi înrolați în armată.

Momentul critic a sosit pe 2 decembrie 1942. În acea dimineață, experimentul a decurs ca de obicei - tijele de control au fost scoase din grămadă una câte una, obținând rezultate încurajatoare de la contorul Geiger... Până când procedurile au fost brusc oprite. Tija de control automat s-a reinsertat singură din cauza faptului că nivelul de declanșare a fost setat prea jos. În pragul unei descoperiri istorice, Fermi a decis să solicite opauză de prânz.

Experimentul a fost reluat după prânz, iar progresul de dimineață, plin de speranță, a fost în curând verificat; reactorul lui Fermi a atins starea critică, iar istoria s-a schimbat pentru totdeauna. Echipa a deschis o sticlă de Chianti și a închinat în cinstea descoperirii lor cu pahare de hârtie.

Șeful proiectului special, Arthur Compton, a fost înregistrat în timp ce îl notifica pe James B. Conant, președintele Comitetului Național de Cercetare pentru Apărare:

Compton: Navigatorul italian a aterizat în Lumea Nouă.

Conant: Cum erau băștinașii?

Compton: Foarte prietenos