Винахід ядерного реактора став одним з визначальних моментів 20-го століття. Можливо, світанок атомної ери був відкритий з вибухом першої ядерної зброї, але насіння для цього моменту і величезних соціально-політичних змін, що послідували за ним, були закладені за багато років до цього такими вченими, як Енріко Фермі.

Дійсно, Фермі, італійський фізик, який тоді працював в Америці як ключова фігура Манхеттенського проекту, зробив свій життєво важливий прорив у 1942 році, здійснивши першу штучну ланцюгову ядерну реакцію на корті для сквошу в Чиказькому університеті. Реактор Фермі став вирішальним випробуванням, яке уможливило просування Манхеттенського проекту, що призвело до Трініті-тесту (першого підриву ядерної зброїв Нью-Мексико) через три роки і, звичайно, наступні бомбардування Хіросіми і Нагасакі, які поклали край Другій світовій війні.

Юний вундеркінд

Енріко Фермі народився в Римі в 1901 році, його інтерес до фізики та математики прокинувся в ранньому підлітковому віці, коли він знайшов старий 900-сторінковий фоліант, в якому були представлені математика, класична механіка, астрономія, оптика та акустика, як вони розумілися на момент його публікації в 1840 році. Це зростаюче захоплення було помічено другом його батька, Адольфо Амідеєм, який знав достатньо про науку, щобАмідей назвав Фермі "вундеркіндом, принаймні в геометрії" і взявся розвивати його інтелект, пропонуючи наставництво і безліч книг.

Молодий Енріко Фермі у 1917 році

Фото: G. Cerri, суспільне надбання, через Wikimedia Commons

Очікування Амідея швидко виправдалися. Фермі закінчив середню школу в липні 1918 року, повністю пропустивши третій рік, і виграв стипендію Пізанської вищої нормальної школи. Отримавши лауреатство (ступінь доктора) у незвично молодому віці 20 років, Фермі розпочав грандіозну академічну кар'єру. 1926 року він відкрив статистичні закони (сьогодні відомі як "закон Фермі"), що стали основою для створенняЧерез рік він був обраний професором теоретичної фізики в Римському університеті, де вивчав частинки, на які поширюється принцип виключення Паулі (тепер відомі як ферміони).

До кінця його перебування в Римі його новаторське дослідження атомного ядра призвело до низки важливих проривів, не в останню чергу завдяки його пропозиції 1934 року про те, що нейтрони (які були відкриті Джеймсом Чедвіком двома роками раніше) можуть бути використані для розщеплення атомів. У 1938 році Фермі, якому було лише 37 років, отримав Нобелівську премію з фізики за "демонстрацію існування нових радіоактивних частинок".елементів, що утворюються при нейтронному опроміненні, і за пов'язане з цим відкриття ядерних реакцій, що відбуваються під дією повільних нейтронів".

Втеча з фашистської Італії

Отримання Нобелівської премії - досить знаменний момент у житті кожної людини, але в історії Енріко Фермі він набув особливого значення. Коли йому присудили премію в 1938 році, на порозі Другої світової війни, режим Беніто Муссоліні обмежував поїздки для італійців, чия робота вважалася життєво важливою для національної безпеки. Але визнання Фермі було настільки важливим, що йому дали дозвіл на візит доЙого премію отримає Швеція.

Будучи членом фашистської партії, Фермі розчарувався в ній до 1938 року і був активним критиком расових реформ, запроваджених того року. З одного боку, дружина Фермі, Лаура, була єврейкою і, ймовірно, зазнавала переслідувань. Отримавши можливість виїхати до Швеції, він взяв Лауру та двох дітей з собою. Вони більше не повернулися.

Беніто Муссоліні, лідер фашистського Королівства Італія

Зображення: Невідомий автор, суспільне надбання, через Wikimedia Commons

Отримавши Нобелівську премію в Стокгольмі (Швеція), Фермі з родиною вирушив до Нью-Йорка, де йому відразу ж запропонували посади в п'яти університетах. Він прийняв пропозицію Колумбійського університету і продовжив дослідження нейтронів. Але це був напружений час для всіх, хто працює в галузі атомної фізики. Ледве встигнувши влаштуватися в новому житті, робота Фермі була сколихнута новинами з Німеччини.1939 р. Отто Ган і Фріц Штрассман виявили елемент барій після бомбардування урану нейтронами, що свідчило про можливість ядерного поділу.

Певною мірою це відкриття збентежило Фермі, який трьома роками раніше відкидав можливість поділу, але він швидко усвідомив важливість відкриття і його величезні наслідки. Натхненний потенційною реалізацією керованої ланцюгової ядерної реакції, він розпочав роботу над серією експериментів, які привели б до створення першого ядерного реактора.

Фермі також швидко зрозумів потенційне військове застосування відкриття німецьких хіміків і висловив свою стурбованість у лекції у Військово-морському департаменті 18 березня 1939 р. Через кілька місяців він підписав лист (разом з Альбертом Ейнштейном, Едвардом Теллером і Юджином Вігнером), написаний фізиком Лео Сілардом і адресований президенту Франкліну Д. Рузвельту. У листі попереджалося, щоНімеччина може розробити атомні бомби і запропонувала США розпочати власну ядерну програму.

Архітектор ядерної епохи

У лютому 1940 року ВМС США виділили Колумбійському університету 6 000 доларів фінансування, більшу частину якого Фермі і Сілард витратили на придбання графіту для будівництва реактора, який, як вони сподівалися, міг би підтвердити роботу Хана і Страссмана.

Ернест О. Лоуренс, Фермі (посередині) та Ісидор Ісаак Рабі

Фото: National Archives at College Park, суспільне надбання, через Wikimedia Commons

Два роки експериментів, які коштували значно більше 6 000 доларів США, спричинили будівництво численних "атомних паль", але лише після створення Чиказької палі-1 на Стагг-Філд, в основному невикористовуваному майданчику для американського футболу на околиці Чикаго, Фермі нарешті досягнув ланцюгової ядерної реакції.

Фермі і його команда зупинилися на цьому місці - просторі під трибунами на Стагг Філд, який лише зрідка використовувався як майданчик для сквошу і гандболу - тому що, на відміну від більшості університетських об'єктів, він знаходився на околиці Чикаго. Вони прагнули уникнути ризику побудови діючого реактора в населеному районі.

Фермі керував будівництвом реактора, який складався з урану та оксиду урану в кубічній решітці, вбудованій в графіт. Ця конструкція була поміщена в 25-футову кубоподібну кулю, так що повітря всередині могло бути замінено вуглекислим газом. Враховуючи масштаби проекту, це була досить імпровізована будівельна робота, виконана за допомогою 30 випускників середньої школи, якіпрагнули підзаробити грошей перед призовом до армії.

Критичний момент настав 2 грудня 1942 р. Того ранку експеримент проходив як зазвичай - контрольні стрижні виймали з купи один за одним, отримуючи обнадійливі результати від лічильника Гейгера... Аж поки все не було раптово зупинено. Автоматичний контрольний стрижень знову вставився через те, що його рівень спрацьовування був встановлений занадто низько. На порозі історичного прориву Фермі вирішив скликати на нарадуобідня перерва.

Експеримент відновився після обіду, і ранкові дражливі надії на прогрес були незабаром підтверджені; реактор Фермі досяг критичного рівня і історія змінилася назавжди. Команда відкрила пляшку К'янті і підняла тост за свій прорив з паперовими стаканчиками.

Зафіксовано, як керівник спецпроекту Артур Комптон повідомляє про це Джеймса Б. Конанта, голову Національного комітету оборонних досліджень:

Комптон: Італійський мореплавець висадився в Новому Світі.

Конант: А як там аборигени?

Комптон: Дуже дружелюбний