Vynález jadrového reaktora bol jedným z rozhodujúcich momentov 20. storočia. Úsvit atómového veku sa síce začal výbuchom prvej jadrovej zbrane, ale zárodky tohto momentu a obrovských spoločensko-politických zmien, ktoré nasledovali, boli zasiate už roky predtým vedcami ako Enrico Fermi.

Fermi, taliansky fyzik, ktorý v tom čase pracoval v Amerike ako kľúčová postava projektu Manhattan, skutočne urobil svoj zásadný objav v roku 1942, keď na squashovom kurte Chicagskej univerzity vytvoril prvú človekom vytvorenú jadrovú reťazovú reakciu. Fermiho reaktor bol rozhodujúcim testom, ktorý umožnil napredovanie projektu Manhattan a viedol k Trinity testu (prvá detonácia jadrovej zbranev Novom Mexiku) o tri roky neskôr a, samozrejme, následné bombardovanie Hirošimy a Nagasaki, ktoré ukončilo druhú svetovú vojnu.

Mladý zázrak

Enrico Fermi sa narodil v Ríme v roku 1901 a záujem o fyziku a matematiku sa v ňom prebudil už v ranom veku, keď našiel starý 900-stranový zväzok, ktorý predstavoval matematiku, klasickú mechaniku, astronómiu, optiku a akustiku tak, ako boli chápané v čase svojho vydania v roku 1840. Túto rodiacu sa fascináciu si všimol priateľ jeho otca Adolfo Amidei, ktorý sa vyznal vo vede natoľko, žeAmidei opísal Fermiho ako "zázračné dieťa, prinajmenšom čo sa týka geometrie" a rozhodol sa rozvíjať Fermiho intelekt, pričom mu ponúkol mentorstvo a množstvo kníh.

Mladý Enrico Fermi v roku 1917

Obrázok: G. Cerri, Public domain, via Wikimedia Commons

Amideiho očakávania sa rýchlo naplnili. Fermi ukončil strednú školu v júli 1918, pričom úplne vynechal tretí ročník, a získal štipendium na Scuola Normale Superiore v Pise. Po získaní titulu laurea (doktor) v nezvyčajne mladom veku 20 rokov sa Fermi pustil do impozantnej akademickej kariéry. V roku 1926 objavil štatistické zákony (dnes známe ako "Fermihoštatistiky"), ktorými sa riadia častice podliehajúce Pauliho vylučovaciemu princípu (dnes známe ako fermóny). O rok neskôr bol zvolený za profesora teoretickej fyziky na Rímskej univerzite.

Do konca svojho pôsobenia v Ríme priniesol jeho prelomový výskum atómového jadra niekoľko dôležitých objavov, v neposlednom rade návrh z roku 1934, že neutróny (ktoré dva roky predtým objavil James Chadwick) možno použiť na štiepenie atómov. V roku 1938 dostal Fermi, ešte len 37-ročný, Nobelovu cenu za fyziku za "preukázanie existencie nových rádioaktívnychprvkov vznikajúcich pri ožarovaní neutrónmi a za súvisiaci objav jadrových reakcií vyvolaných pomalými neutrónmi".

Útek z fašistického Talianska

Získanie Nobelovej ceny je v živote každého človeka významným okamihom, ale v príbehu Enrica Fermiho to malo mimoriadny význam. Keď mu bola cena v roku 1938 udelená, na prahu druhej svetovej vojny, režim Benita Mussoliniho obmedzoval cestovanie Talianov, ktorých práca bola považovaná za životne dôležitú pre národnú bezpečnosť. Fermiho ocenenie však bolo natoľko dôležité, že dostal povolenie navštíviťŠvédsko, aby si prevzal cenu.

Fermi, ktorý bol členom fašistickej strany, sa v roku 1938 rozčaroval a bol hlasným kritikom rasových reforiem zavedených v tom roku. Fermiho manželka Laura bola Židovka a pravdepodobne jej hrozilo prenasledovanie. Keď dostal možnosť vycestovať do Švédska, vzal so sebou Lauru a ich dve deti. Nikdy sa nevrátili.

Benito Mussolini, vodca fašistického Talianskeho kráľovstva

Obrázok: Neznámy autor, Public domain, via Wikimedia Commons

Po prevzatí Nobelovej ceny vo švédskom Štokholme odcestoval Fermi s rodinou do New Yorku, kde mu okamžite ponúkli miesta na piatich univerzitách. Prijal miesto na Kolumbijskej univerzite a pokračoval v štúdiu neutrónov. Pre každého, kto pracoval v oblasti atómovej fyziky, to však bolo rušné obdobie. Sotva sa Fermi stihol usadiť v novom živote, jeho prácou otriasli správy z Nemecka.1939 Otto Hahn a Fritz Strassmann objavili po bombardovaní uránu neutrónmi prvok bárium, čo signalizovalo možnosť jadrového štiepenia.

Fermiho, ktorý tri roky predtým odmietol možnosť štiepenia, tento objav do istej miery uviedol do rozpakov, ale rýchlo si uvedomil dôležitosť tohto objavu a jeho obrovské dôsledky. Hnaný možnosťou realizácie riadenej reťazovej jadrovej reakcie začal pracovať na sérii experimentov, ktoré mali viesť k vytvoreniu prvého jadrového reaktora.

Fermi si tiež rýchlo uvedomil potenciálne vojenské využitie objavu nemeckých chemikov a svoje obavy vyjadril 18. marca 1939 na prednáške na ministerstve námorníctva. O niekoľko mesiacov neskôr podpísal list (spolu s Albertom Einsteinom, Edwardom Tellerom a Eugenom Wignerom), ktorý napísal fyzik Leo Szilard a adresoval ho prezidentovi Franklinovi D. Rooseveltovi.Nemecko by mohlo vyvinúť atómové bomby a navrhol, aby Spojené štáty začali vlastný jadrový program.

Architekt jadrového veku

Vo februári 1940 pridelilo americké námorníctvo Kolumbijskej univerzite finančné prostriedky vo výške 6 000 dolárov, z ktorých väčšinu Fermi a Szilard použili na nákup grafitu na stavbu reaktora, o ktorom dúfali, že by mohol overiť prácu Hahna a Strassmanna.

Ernest O. Lawrence, Fermi (uprostred) a Isidor Isaac Rabi

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

Nasledovali dva roky experimentov, ktoré si vyžiadali náklady vo výške viac ako 6 000 dolárov a zahŕňali výstavbu mnohých "atómových hromád", ale až po vytvorení hromady Chicago Pile-1 na Stagg Field, zväčša nevyužívanom ihrisku amerického futbalu na okraji Chicaga, Fermi konečne dosiahol jadrovú reťazovú reakciu.

Fermi a jeho tím sa rozhodli pre miesto - priestor pod tribúnami na Stagg Field, ktorý sa len príležitostne využíval ako squashové a hádzanárske ihrisko - pretože na rozdiel od väčšiny univerzitných nehnuteľností sa nachádzal na okraji Chicaga. Chceli sa vyhnúť riziku, že by postavili funkčný reaktor v obývanej oblasti.

Fermi dohliadal na konštrukciu reaktora, ktorý pozostával z uránu a oxidu uránu v kockovej mriežke zaliatej grafitom. Táto konštrukcia bola uzavretá v 25-metrovom balóne v tvare kocky, takže vzduch vo vnútri mohol byť nahradený oxidom uhličitým. Vzhľadom na rozsah projektu išlo o pomerne provizórnu konštrukciu, ktorú vykonávalo 30 stredoškolákov, ktorísi chceli zarobiť nejaké peniaze pred tým, ako budú povolaní do armády.

Kritický okamih nastal 2. decembra 1942. V to ráno experiment prebiehal ako zvyčajne - kontrolné tyče sa z hromady vyberali jedna po druhej, čo prinášalo povzbudivé výsledky Geigerovho počítadla... Až kým sa náhle nezastavil. Automatická kontrolná tyč sa znovu vložila kvôli príliš nízkej nastavenej úrovni. Na prahu historického prelomu sa Fermi rozhodol požiadať oprestávka na obed.

Experiment pokračoval po obede a ranný pokrok, ktorý vzbudzoval nádej, sa čoskoro potvrdil; Fermiho reaktor dosiahol kritickosť a história sa navždy zmenila. Tím si otvoril fľašu Chianti a papierovými pohármi si pripíjal na svoj prielom.

Vedúci špeciálneho projektu Arthur Compton bol zaznamenaný, ako to oznámil Jamesovi B. Conantovi, predsedovi Národného výboru pre obranný výskum:

Compton: Taliansky navigátor pristál v Novom svete.

Conant: Ako sa mali domorodci?

Compton: Veľmi priateľský