Изобретение ядерного реактора стало одним из определяющих моментов 20-го века. Возможно, рассвет атомного века был ознаменован взрывом первого ядерного оружия, но семена этого момента и последовавших за ним огромных социально-политических изменений были заложены за много лет до этого такими учеными, как Энрико Ферми.

Действительно, Ферми, итальянский физик, работавший тогда в Америке в качестве ключевой фигуры Манхэттенского проекта, совершил свой жизненно важный прорыв в 1942 году, произведя первую искусственную цепную ядерную реакцию на площадке для сквоша в Чикагском университете. Реактор Ферми стал решающим испытанием, которое позволило продвинуть Манхэттенский проект, что привело к Троицкому испытанию (первому взрыву ядерного оружия).в Нью-Мексико) три года спустя и, конечно, последующие бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, завершившие Вторую мировую войну.

Молодой вундеркинд

Энрико Ферми родился в Риме в 1901 году, его интерес к физике и математике пробудился в раннем подростковом возрасте, когда он нашел старый 900-страничный том, в котором математика, классическая механика, астрономия, оптика и акустика были представлены в том виде, в котором они понимались на момент публикации в 1840 г. Это зарождающееся увлечение заметил друг его отца, Адольфо Амидеи, который знал о науке достаточно, чтобыАмидеи назвал Ферми "вундеркиндом, по крайней мере, в геометрии" и взял на себя труд развивать интеллект Ферми, предлагая ему наставничество и множество книг.

Молодой Энрико Ферми в 1917 году

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

Ожидания Амидея быстро оправдались. Ферми окончил школу в июле 1918 года, полностью пропустив третий год, и получил стипендию пизанской Scuola Normale Superiore. Получив степень доктора наук (laurea) в необычно юном возрасте 20 лет, Ферми начал грозную академическую карьеру. В 1926 году он открыл статистические законы (сегодня известные как "законы Ферми").Статистика"), управляющих частицами, подчиняющимися принципу исключения Паули (теперь известными как фермионы). Через год он был избран профессором теоретической физики в Римском университете.

К концу его пребывания в Риме его новаторское исследование атомного ядра привело к ряду важных открытий, не в последнюю очередь к его предложению 1934 года о том, что нейтроны (которые были открыты Джеймсом Чедвиком двумя годами ранее) могут быть использованы для расщепления атомов. В 1938 году Ферми, которому еще не исполнилось 37 лет, получил Нобелевскую премию по физике за "демонстрацию существования новых радиоактивных веществ".элементов, получаемых при облучении нейтронами, и за связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами".

Побег из фашистской Италии

Получение Нобелевской премии - достаточно важный момент в жизни любого человека, но в истории Энрико Ферми он приобрел особое значение. Когда он получил премию в 1938 году, на пороге Второй мировой войны, режим Бенито Муссолини ограничил поездки итальянцев, чья работа считалась жизненно важной для национальной безопасности. Но награда Ферми была настолько важной, что ему разрешили посетить страну.Швеция, чтобы получить свой приз.

Будучи членом фашистской партии, Ферми разочаровался в ней к 1938 году и выступал с резкой критикой расовых реформ, введенных в том году. Во-первых, жена Ферми, Лаура, была еврейкой и, вероятно, подвергалась преследованиям. Получив возможность уехать в Швецию, он взял с собой Лауру и двоих детей. Они так и не вернулись.

Бенито Муссолини, лидер фашистского королевства Италия

Image Credit: Unknown author, Public domain, via Wikimedia Commons

Получив Нобелевскую премию в Стокгольме, Ферми с семьей отправился в Нью-Йорк, где ему сразу же предложили места в пяти университетах. Он согласился на должность в Колумбийском университете и продолжил изучение нейтронов. Но это было напряженное время для всех, кто работал в области атомной физики. Едва успев освоиться в новой жизни, Ферми был потрясен новостями из Германии. В самом начале1939 г. Отто Хан и Фриц Штрассман обнаружили элемент барий после бомбардировки урана нейтронами, что свидетельствовало о возможности ядерного деления.

В какой-то степени это открытие смутило Ферми, который тремя годами ранее отверг возможность деления, но он быстро осознал важность открытия и его огромные последствия. Подстегнутый потенциальной возможностью реализации управляемой цепной ядерной реакции, он начал работу над серией экспериментов, которые привели бы к созданию первого ядерного реактора.

Ферми также быстро осознал возможность военного применения открытия немецких химиков и выразил свои опасения в лекции в военно-морском министерстве 18 марта 1939 г. Несколько месяцев спустя он подписал письмо (вместе с Альбертом Эйнштейном, Эдвардом Теллером и Юджином Вигнером), написанное физиком Лео Сцилардом и адресованное президенту Франклину Д. Рузвельту. Письмо предупреждало, чтоГермания может разработать атомные бомбы и предложила Соединенным Штатам начать собственную ядерную программу.

Архитектор ядерного века

В феврале 1940 года ВМС США выделили Колумбийскому университету 6 000 долларов, большую часть которых Ферми и Сцилард потратили на покупку графита для строительства реактора, который, как они надеялись, сможет подтвердить работу Хана и Штрассмана.

Эрнест О. Лоуренс, Ферми (в центре) и Исидор Исаак Раби

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

После этого последовали два года экспериментов, в ходе которых было затрачено более 6 000 долларов США и построено множество "атомных свай", но только после создания "Чикагской сваи-1" на поле Стагг, практически неиспользуемом поле для американского футбола на окраине Чикаго, Ферми, наконец, добился ядерной цепной реакции.

Ферми и его команда остановились на этом месте - помещении под трибунами стадиона Stagg Field, которое лишь иногда использовалось как площадка для сквоша и гандбола - потому что, в отличие от большинства объектов, принадлежащих университету, оно находилось на окраине Чикаго. Они хотели избежать риска строительства действующего реактора в населенном районе.

Ферми руководил строительством реактора, который состоял из урана и оксида урана в кубической решетке, помещенной в графит. Эта конструкция была заключена в 25-футовый шар в форме куба, чтобы воздух внутри мог быть заменен углекислым газом. Учитывая масштабы проекта, это была довольно импровизированная строительная работа, выполненная с помощью 30 выпускников средней школы.хотели заработать немного денег перед призывом в армию.

Критический момент наступил 2 декабря 1942 г. В то утро эксперимент проходил как обычно - управляющие стержни извлекались из кучи один за другим, получая обнадеживающие результаты от счетчика Гейгера... Пока процесс не был внезапно остановлен. Автоматический управляющий стержень снова встал на место из-за слишком низкого уровня срабатывания. Находясь на пороге исторического прорыва, Ферми решил созватьперерыв на обед.

Эксперимент возобновился после обеда, и утренние надежды на успех вскоре подтвердились: реактор Ферми достиг критичности, и история изменилась навсегда. Команда открыла бутылку кьянти и подняла тост за свой прорыв с помощью бумажных стаканчиков.

Руководитель специального проекта Артур Комптон был уведомлен об этом Джеймсом Б. Конантом, председателем Национального комитета оборонных исследований:

Комптон: Итальянский мореплаватель высадился в Новом Свете.

Конант: Как жили туземцы?

Комптон: Очень дружелюбный