การประดิษฐ์เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นหนึ่งในช่วงเวลาสำคัญของศตวรรษที่ 20 การรุ่งอรุณของยุคปรมาณูอาจเกิดขึ้นพร้อมกับการระเบิดของอาวุธนิวเคลียร์ลูกแรก แต่เมล็ดพันธุ์ในช่วงเวลานั้นและการเปลี่ยนแปลงทางสังคมและการเมืองครั้งใหญ่ที่ตามมานั้นถูกเย็บขึ้นเมื่อหลายปีก่อนโดยนักวิทยาศาสตร์อย่าง Enrico Fermi

แท้จริงแล้ว Fermi นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีซึ่งขณะนั้นทำงานในอเมริกาในฐานะบุคคลสำคัญในโครงการแมนฮัตตัน ได้สร้างความก้าวหน้าครั้งสำคัญในปี 1942 โดยสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ที่มนุษย์สร้างขึ้นเป็นครั้งแรกในสนามสควอชที่มหาวิทยาลัยชิคาโก เครื่องปฏิกรณ์ของ Fermi เป็นการทดสอบที่สำคัญที่ช่วยให้โครงการแมนฮัตตันมีความก้าวหน้า ซึ่งนำไปสู่การทดสอบ Trinity Test (การระเบิดครั้งแรกของอาวุธนิวเคลียร์ในนิวเม็กซิโก) สามปีต่อมา และแน่นอน การทิ้งระเบิดที่ฮิโรชิมาและนางาซากิที่ตามมาซึ่งยุติโลก สงครามครั้งที่สอง

อัจฉริยะหนุ่ม

เกิดที่กรุงโรมในปี 1901 ความสนใจในฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ของ Enrico Fermi ตื่นขึ้นในช่วงวัยรุ่นตอนต้นเมื่อเขาพบหนังสือเก่า 900 หน้าที่นำเสนอคณิตศาสตร์ กลศาสตร์แบบคลาสสิก ดาราศาสตร์ ทัศนศาสตร์ และอะคูสติก ตามที่เข้าใจกันในขณะที่ตีพิมพ์ในปี 1840 ความน่าหลงใหลที่เพิ่มขึ้นนี้ถูกสังเกตเห็นโดยเพื่อนของ Adolfo Amidei ซึ่งเป็นเพื่อนของพ่อของเขา ซึ่งรู้วิทยาศาสตร์เพียงพอที่จะรับรู้ความฉลาดของเด็กหนุ่ม Amidei อธิบายว่า Fermi เป็น "อัจฉริยะ อย่างน้อยก็เกี่ยวกับเรขาคณิต" และรับมันไว้กับตัวเองเพื่อปลูกฝังสติปัญญาของ Fermi ให้คำปรึกษาและหนังสือมากมาย

Young Enrico Fermi ในปี 1917

เครดิตรูปภาพ: G. Cerri, สาธารณสมบัติ, ผ่าน Wikimedia Commons

ความคาดหวังของ Amidei เป็นจริงอย่างรวดเร็ว Fermi จบการศึกษาจากโรงเรียนมัธยมในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2461 โดยข้ามชั้นปีที่สามไปโดยสิ้นเชิง และได้รับมิตรภาพจาก Scuola Normale Superiore of Pisa หลังจากได้รับลอเรีย (ปริญญาแพทย์) ตั้งแต่อายุยังน้อยผิดปกติคืออายุ 20 ปี Fermi เริ่มอาชีพนักวิชาการที่น่าเกรงขาม ในปี 1926 เขาค้นพบกฎทางสถิติ (ปัจจุบันเรียกว่า 'สถิติ Fermi') ที่ควบคุมอนุภาคภายใต้หลักการกีดกันของ Pauli (ปัจจุบันเรียกว่า Fermions) หนึ่งปีต่อมาเขาได้รับเลือกเป็นศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยโรม

เมื่อสิ้นสุดการดำรงตำแหน่งในกรุงโรม การศึกษาเกี่ยวกับนิวเคลียสของอะตอมที่ก้าวล้ำได้ก่อให้เกิดความก้าวหน้าที่สำคัญหลายประการ ไม่น้อยไปกว่ากัน ข้อเสนอของเขาในปี 1934 ที่ว่านิวตรอน (ซึ่งถูกค้นพบโดย James Chadwick เมื่อสองปีก่อน) สามารถใช้เพื่อแยกอะตอมได้ ในปี 1938 Fermi อายุเพียง 37 ปี ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากผลงาน "การสาธิตการมีอยู่ของธาตุกัมมันตภาพรังสีชนิดใหม่ที่เกิดจากการฉายรังสีนิวตรอน และสำหรับการค้นพบที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยานิวเคลียร์เกิดจากนิวตรอนที่หมุนช้า”

การหลบหนีจากลัทธิฟาสซิสต์อิตาลี

การได้รับรางวัลโนเบลเป็นช่วงเวลาสำคัญในชีวิตของทุกคน แต่มันกลับมีความสำคัญเป็นพิเศษในเรื่องราวของเอ็นริโก เฟอร์มิ. เมื่อเขาได้รับรางวัลในปี พ.ศ. 2481 ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 รัฐบาลของเบนิโต มุสโสลินี จำกัดการเดินทางของชาวอิตาลีซึ่งถือว่างานสำคัญต่อความมั่นคงของชาติ แต่รางวัลของ Fermi ก็มีความสำคัญมากพอที่เขาได้รับอนุญาตให้ไปเยือนสวีเดนเพื่อรับรางวัล

หลังจากเป็นสมาชิกของพรรคฟาสซิสต์แล้ว Fermi ก็ถูกขับไล่ในปี 1938 และเขาเป็นผู้วิพากษ์วิจารณ์การปฏิรูปทางเชื้อชาติ เปิดตัวในปีนั้น ประการหนึ่ง ลอราภรรยาของแฟร์มีเป็นชาวยิวและมีแนวโน้มว่าจะถูกประหัตประหาร เมื่อมีโอกาสเดินทางไปสวีเดน เขาจึงพาลอร่าและลูกสองคนไปด้วย พวกเขาไม่เคยกลับมา

เบนิโต มุสโสลินี ผู้นำแห่งอาณาจักรฟาสซิสต์แห่งอิตาลี

เครดิตรูปภาพ: ผู้เขียนไม่ทราบ, สาธารณสมบัติ, ผ่านวิกิมีเดียคอมมอนส์

หลังจากได้รับ รางวัลโนเบลของเขาในกรุงสตอกโฮล์ม ประเทศสวีเดน Fermi และครอบครัวเดินทางไปนิวยอร์กซึ่งเขาได้รับตำแหน่งทันทีในมหาวิทยาลัยห้าแห่ง เขายอมรับบทบาทที่โคลัมเบียและศึกษานิวตรอนต่อไป แต่มันเป็นช่วงเวลาที่ยุ่งมากสำหรับใครก็ตามที่ทำงานเกี่ยวกับฟิสิกส์อะตอม แทบไม่มีเวลาปรับตัวกับชีวิตใหม่ งานของ Fermi เต็มไปด้วยข่าวจากประเทศเยอรมนี ในช่วงต้นพ.ศ. 2482 Otto Hahn และ Fritz Strassmann ตรวจพบธาตุแบเรียมหลังจากการทิ้งระเบิดยูเรเนียมด้วยนิวตรอน ซึ่งเป็นผลที่บ่งบอกถึงความเป็นไปได้ของการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน

ในระดับหนึ่ง การค้นพบนี้สร้างความอับอายให้กับ Fermi ผู้ซึ่งเพิกเฉยต่อความเป็นไปได้ของการเกิดปฏิกิริยาฟิชชันเป็นเวลาสามปี ก่อนหน้านี้ แต่เขารับรู้ได้อย่างรวดเร็วถึงความสำคัญของการค้นพบและนัยสำคัญของมัน ด้วยแรงขับเคลื่อนจากการรับรู้ถึงศักยภาพของปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ที่มีการควบคุม เขาจึงเริ่มทำงานในชุดการทดลองที่จะนำไปสู่การสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรก

Fermi ยังรับรู้ได้อย่างรวดเร็วถึงศักยภาพการใช้งานทางทหารของเยอรมัน การค้นพบของนักเคมีและแสดงความกังวลของเขาในการบรรยายที่กรมอู่ทหารเรือเมื่อวันที่ 18 มีนาคม พ.ศ. 2482 ไม่กี่เดือนต่อมาเขาได้ลงนามในจดหมายร่วมกับอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เอ็ดเวิร์ด เทลเลอร์ และยูจีน วิกเนอร์ ซึ่งเขียนโดยนักฟิสิกส์ ลีโอ ซิลาร์ด และจ่าหน้าซองถึง ประธานาธิบดีแฟรงกลิน ดี. โรสเวลต์ จดหมายเตือนว่าเยอรมนีอาจพัฒนาระเบิดปรมาณูและเสนอแนะว่าสหรัฐอเมริกาควรเริ่มโครงการนิวเคลียร์ของตนเอง

สถาปนิกแห่งยุคนิวเคลียร์

ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2483 กองทัพเรือสหรัฐฯ มอบเงินทุน 6,000 ดอลลาร์ให้กับมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ซึ่งส่วนใหญ่ Fermi และ Szilard ใช้ในการซื้อกราไฟท์สำหรับการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ที่พวกเขาหวังว่าจะตรวจสอบการทำงานของ Hahn และ Strassmann ได้

Ernest O. ลอว์เรนซ์, แฟร์มี (กลาง) และอิซิดอร์Isaac Rabi

เครดิตรูปภาพ: หอจดหมายเหตุแห่งชาติที่คอลเลจพาร์ค สาธารณสมบัติ ผ่านวิกิมีเดียคอมมอนส์

สองปีของการทดลองเกิดขึ้น มีค่าใช้จ่ายมากกว่า 6,000 ดอลลาร์ และนำมาซึ่งการสร้าง "ปรมาณู" จำนวนมาก 'แต่มันไม่ได้เกิดขึ้นจนกระทั่งการสร้าง Chicago Pile-1 ที่ Stagg Field ซึ่งเป็นสนามอเมริกันฟุตบอลที่ไม่ได้ใช้งานส่วนใหญ่ในเขตชานเมืองของชิคาโก ในที่สุด Fermi ก็ประสบความสำเร็จในปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์

Fermi และ ทีมของเขาตั้งรกรากอยู่ที่สถานที่นี้ ซึ่งเป็นพื้นที่ใต้อัฒจันทร์ของ Stagg Field ซึ่งใช้เป็นสนามสควอชและแฮนด์บอลเป็นครั้งคราว เพราะไม่เหมือนกับทรัพย์สินของมหาวิทยาลัยส่วนใหญ่ตรงบริเวณชานเมืองชิคาโก พวกเขากระตือรือร้นที่จะหลีกเลี่ยงความเสี่ยงในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้งานอยู่ในพื้นที่ที่มีประชากรอาศัยอยู่

Fermi ดูแลการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ที่ประกอบด้วยยูเรเนียมและยูเรเนียมออกไซด์ในลูกบาศก์ตาข่ายที่ฝังอยู่ในกราไฟต์ โครงสร้างนี้ถูกห่อหุ้มด้วยบอลลูนรูปทรงลูกบาศก์ขนาด 25 ฟุต เพื่อให้อากาศภายในถูกแทนที่ด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เมื่อพิจารณาขนาดของโครงการแล้ว มันเป็นงานก่อสร้างที่ค่อนข้างชั่วคราวที่ดำเนินการโดยได้รับความช่วยเหลือจากนักเรียนมัธยมปลาย 30 คนที่ต้องการหารายได้ก่อนที่จะถูกเกณฑ์ทหาร

ช่วงเวลาสำคัญมาถึงในวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2485 เช้าวันนั้น การทดลองดำเนินไปตามปกติ – นำแท่งควบคุมออกจากกองทีละอันหนึ่ง กระตุ้นผลลัพธ์ที่น่ายินดีจากเคาน์เตอร์ไกเกอร์… จนกว่าการดำเนินการจะหยุดกะทันหัน ก้านควบคุมอัตโนมัติได้ใส่ตัวเองกลับเข้าไปใหม่เนื่องจากตั้งระดับการเดินทางไว้ต่ำเกินไป เมื่อถึงจุดสูงสุดของความก้าวหน้าครั้งประวัติศาสตร์ Fermi ตัดสินใจโทรเพื่อพักรับประทานอาหารกลางวัน

การทดลองดำเนินต่อหลังจากรับประทานอาหารกลางวัน และในไม่ช้าความคืบหน้าที่น่าล้อเล่นในตอนเช้าก็ได้รับการยืนยัน เครื่องปฏิกรณ์ของ Fermi ถึงจุดวิกฤติและประวัติศาสตร์ก็เปลี่ยนไปตลอดกาล ทีมงานเปิดขวด Chianti และฉลองความก้าวหน้าด้วยถ้วยกระดาษ

หัวหน้าโครงการพิเศษ Arthur Compton ได้รับการบันทึกโดยแจ้งให้ James B. Conant ประธานคณะกรรมการวิจัยการป้องกันประเทศทราบ:

คอมป์ตัน: นักเดินเรือชาวอิตาลีลงจอดที่โลกใหม่แล้ว

โคแนนต์: ชาวพื้นเมืองเป็นอย่างไรบ้าง

คอมป์ตัน: เป็นมิตรมาก