Năng lượng hạt nhân. Vào mùa thu năm 1942, họ đã đến Goodyear những khách hàng muốn có một loại khinh khí cầu, giống như loại mà công ty Mỹ đã bắt đầu sản xuất vài thập kỷ trước đó và cũng được sử dụng cho khí cầu. Họ chỉ không muốn nó hình cầu hoặc hình tròn trong mọi trường hợp, mà là hình khối.
Có vẻ như các kỹ thuật viên Goodyear đã khá bối rối. Họ có thể tự hỏi "Làm thế nào một quả bóng bay hình khối sẽ bay?", Có lẽ cố gắng thuyết phục người mua thay đổi suy nghĩ của họ. Trên thực tế, những khách hàng đó không quan tâm đến chuyến bay. Trên thực tế, họ đến từ Đại học Chicago và làm việc trong dự án tuyệt mật do Enrico Fermi đứng đầu để phát triển phản ứng phân hạch hạt nhân dây chuyền đầu tiên, được gọi là Cọc Chicago-1.
Họ không cố ý bay...
Do đó, có thể hiểu được rằng họ không thể cung cấp quá nhiều chi tiết về lý do mua hàng của họ, rằng họ không những không bao giờ phải bay qua bầu trời mà còn ở lại một không gian dưới lòng đất để hoạt động như một vỏ bọc cho chứa khoảng 45.000 khối than chì và 50 tấn uranium oxit và uranium kim loại tạo thành đống.
Pin đã đi vào hoạt động cách đây đúng 80 năm. Lúc 15:25 chiều ngày 2 tháng 1942 năm 23, 25:XNUMX tối tại Ý, trong một phòng thí nghiệm nằm dưới khán đài của sân vận động bóng bầu dục Mỹhoặc Trường Stagg từ Đại học Chicago - không được sử dụng vào thời điểm đó - thế giới đang học cách làm chủ năng lượng của Hạt nhân hạt nhân nhờ sự đóng góp cơ bản của nhà vật lý người Ý. Chưa đầy ba năm sau, năng lượng đó sẽ bị khai thác một cách bi thảm trong các quả bom nguyên tử ở Hiroshima và Nagasaki và, sau chiến tranh, vì mục đích hòa bình trong các lò phản ứng phân hạch mà ngày nay sản xuất khoảng 10% điện năng của thế giới.
Enrico Fermi và ý tưởng về nước Mỹ
Thoạt nhìn, có vẻ như Enrico Fermi quyết định đặt chân đến Hợp chủng quốc Hoa Kỳ chỉ vì một câu hỏi về tài chính trao tặng cho các trường đại học, viện nghiên cứu. Chắc chắn, vào buổi bình minh của thế kỷ XNUMX, thế giới khoa học rất ồn ào. Hợp nhất, trong hai thập kỷ đầu tiên, những gì được gọi là thuyết lượng tử cũ, các khái niệm về cơ học lượng tử đã hình thành từ nửa sau của những năm 1920. Các khám phá khoa học nối tiếp nhau và tâm trí con người hướng đến cuộc điều tra tàn nhẫn về cái vô cùng nhỏ.
Viện trên Via Panisperna, ở trung tâm Rome, do Enrico Fermi chỉ đạo và với các cộng tác viên như Segrè, Amaldi, Pontecorvo, Majorana, Rasetti, D'Agostino, cần những thiết bị rất đắt tiền để tiếp tục cạnh tranh ở cấp độ nghiên cứu cao nhất. Việc thăm dò tính phóng xạ của các nguyên tố bằng trực giác chính xác của việc bắn phá hạt nhân bằng neutron đòi hỏi phải có một máy gia tốc hạt có khả năng tạo ra chúng dưới dạng chùm năng lượng thích hợp và cường độ cao.
Tất cả bắt đầu với phóng xạ nhân tạo
Quá trình khoa học dẫn đến kết quả của ngày 2 tháng 1926 đã bắt đầu khoảng mười lăm năm trước đó, vào năm 1930, với việc Fermi được Đại học Rome triệu tập vào vị trí chủ tịch vật lý lý thuyết đầu tiên của Ý. Ở đó, Fermi đã khai sinh ra nhóm nam sinh Via Panisperna và chỉ đạo nghiên cứu của họ về vật lý hạt nhân, lĩnh vực đang nổi lên ở đó nhờ công của nhiều nhà vật lý châu Âu. Được kích thích bởi việc Irène Curie và Fréderéric Joliot phát hiện ra hiện tượng phóng xạ nhân tạo, Fermi đã thực hiện một loạt thí nghiệm sáng tạo vào giữa những năm 1938 và giúp ông giành được giải Nobel Vật lý năm 80. Một năm kết thúc với hai sự kiện có thể là quan trọng trong những gì đã xảy ra ở Chicago XNUMX năm trước.
Bối cảnh lịch sử
Bất chấp những khoản tiền quan trọng do Nhà nước cấp cho Viện, những khoản này không cho phép họ có được máy gia tốc hạt tương thích với mục tiêu của các chàng trai từ Via Panisperna. Nhà nước, thực sự. Bởi vì bỏ qua dấu ấn chính trị xã hội của Ý những năm 30 sẽ là một sai lầm logic rất nghiêm trọng. Sự phá vỡ triệt để hoàn thành bởi phong trào phản động do Benito Mussolini lãnh đạo trong thập kỷ trước tại một nước Ý bị tàn phá bởi Thế chiến thứ nhất.
Sự thống trị không bị thách thức của Đảng Phát xít Quốc gia và mối quan hệ ý thức hệ với Đảng Công nhân Đức Xã hội Chủ nghĩa Quốc gia của Adolf Hitler khi ông ta lên nắm quyền ở một nước Đức đang giận dữ vào năm 1933. Triển vọng cho các cuộc đàm phán ngoại giao sụp đổ một cách dễ hiểu dưới sự xói mòn của những xích mích thế tục không được che giấu của các cuộc xung đột và tương lai các dự án của các nhà độc tài mới. Đây là bối cảnh cố thủ của châu Âu, nơi khoa học sừng sững như một thánh đường trên sa mạc. Đối với Enrico Fermi, cọng rơm làm gãy lưng con lạc đà là việc ban hành luật phân biệt chủng tộc vào năm 1938, khiến Laura Capon, người vợ Do Thái của ông, nằm trong số những người bị ảnh hưởng trực tiếp..
Đêm Giáng sinh, ngày quan trọng để đi du lịch
Vào đêm Giáng sinh, Fermi và gia đình lên chuyến tàu Franconia đến Hoa Kỳ, buộc phải rời Ý theo luật phân biệt chủng tộc của chủ nghĩa phát xít. Nhân tiện, một con tàu đã nhiều lần đi qua vùng biển khó khăn trong Thế chiến thứ hai: đưa đến Hoa Kỳ nhà vật lý từng là một trong những nhân vật chính của Dự án Manhattan, vận chuyển quân đội Anh đến các mặt trận chiến tranh khác nhau và đón tiếp Churchill cùng phái đoàn Anh vào năm 1945 trong các cuộc đàm phán Yalta. Và luôn luôn trong thời kỳ Giáng sinh, Lise Meitner, nhà vật lý lỗi lạc người Áo, là người Do Thái, đã phải chạy trốn từ Đức sang Thụy Điển.
Enrico Fermi, Laura và Niels Bohr đến New York vào ngày 2 tháng 1939 năm XNUMX. Do đó, bắt đầu hợp tác với Đại học Columbia, nơi Fermi sẽ làm việc như một phần của nhóm nghiên cứu hạt nhân. Phía sau khám phá của người Đức O. Hahn và F. Strassmann về bản chất phân hạch và/hoặc phân hạch của các nguyên tố nặng, Fermi đã bắt tay vào nghiên cứu nền kinh tế neutron trong các phản ứng phân hạch của các đồng vị khác nhau của uranium.
đống nguyên tử
Fermi xác nhận giả thuyết do L.Szilard nêu ra năm 1933, về khả năng xảy ra một loạt phản ứng dây chuyền hạt nhân. Sự phân hạch của đồng vị U 235 Nó tạo ra trung bình 2,8 neutron nhanh, năng lượng từ 10 k eV đến 10 MeV. Làm nóng đúng cách (làm chậm) thông qua tản nhiệt khi va chạm với lõi điều tiết, làm tăng khả năng khiến các lõi U khác phân hạch 235. Tạm hoãn nghiên cứu về động lực học của các phản ứng phân hạch hạt nhân cho một bài báo trong tương lai, ở đây chỉ cần nói rằng các nhà nghiên cứu có khả năng chế tạo một loại pin chứa các chuỗi phản ứng tự duy trì như vậy.
Một phản ứng hạt nhân, so với một phản ứng đốt cháy hóa học thông thường, giải phóng năng lượng lớn hơn khoảng 10 triệu lần và tiềm năng quân sự của nó ngay lập tức được cảm nhận ở cả Hoa Kỳ và Đức Quốc xã. Cũng nhờ trực giác của Fermi, chương trình của Mỹ đã tiến bộ nhanh hơn nhiều và giai đoạn cơ bản chính xác là sự phát triển của pin nguyên tử.
Trên thực tế, nó diễn ra rphản ứng dây chuyền phân hạch hạt nhân. Sự phân hạch của hạt nhân uranium được gây ra bởi sự va chạm của neutron với nó. Sự phân rã uranium tạo ra các hạt nhân nhẹ hơn và nhiều neutron hơn, trung bình là từ hai đến ba. Khi tập trung đủ lượng uranium trong một không gian hạn chế, có thể đạt đến các điều kiện tới hạn, trong đó đối với mọi phản ứng phân hạch, trung bình, ít nhất một trong số các neutron được tạo ra sẽ gây ra sự phân mảnh khác. Tùy thuộc vào mức độ quan trọng, quá trình này có thể tự duy trì và tạo ra năng lượng theo cách được kiểm soát - như xảy ra trong các lò phản ứng dân dụng - hoặc phát triển theo cấp số nhân và đột ngột giải phóng năng lượng khổng lồ, như xảy ra trong các thiết bị hạt nhân.
Chicago-Stack 1, Năng lượng hạt nhân
Đống này bao gồm 5,6 tấn uranium kim loại và 36 tấn uranium oxit dạng viên. Chúng được xen kẽ với 350 tấn khối than chì có chức năng điều tiết và cấu trúc. Cách duy nhất để kiểm soát phản ứng và đạt được thái độ phê bình, biểu thị sự bắt đầu của phản ứng tự duy trì, là điều chỉnh hành trình của các thanh điều khiển trong ngăn xếp.
Cọc đi vào hoạt động vào ngày 2 tháng 1942 năm XNUMX. Vào đầu giờ chiều, nó đạt đến mức giới hạn và tắt vài phút sau đó bằng cách lắp lại tất cả các thanh điều khiển.. Vào ngày lạnh giá của những năm đau buồn của Thế chiến thứ hai, nhà hàng hải người Ý đã đến thế giới mới. Nhưng Bên dưới lớp vỏ nghiên cứu khoa học hạt nhân của Mỹ ẩn giấu Dự án Manhattan.. Vì vậy, song song với việc sử dụng hợp lý năng lượng hạt nhân để sản xuất điện, chúng ta đang chứng kiến sự bất động của plutonium trong các đầu đạn hạt nhân quân sự. Hai trong số họ, Cậu bé nhỏ y Người béo, đầu tiên họ biến Hiroshima và sau đó là Nagasaki thành cát bụi.
Niềm vui khi phát hiện ra rằng một chút sau đó đã trở thành một bi kịch
Vào lúc 15:25 ngày 2 tháng 1, Chicago Pile-XNUMX đã đạt đến giới hạn theo cách được kiểm soát hoàn toàn, chứng tỏ tính khả thi của quy trình. Eugene Wigner, một trong những nhà vật lý có mặt, đã khui một chai Chianti để kỷ niệm sự kiện này, tôn vinh nguồn gốc Ý của Fermi. Bốn mươi chín nhà khoa học có mặt đã ký tên vào giấy gói ống hút của cái chai, hiện vẫn được lưu giữ tại Đại học Chicago. Nhưng – như Leona Woods, một nhà vật lý tham gia vào dự án và khi đó là một sinh viên XNUMX tuổi, nhớ lại – đó là một lời chúc mừng thầm lặng, bởi vì, như chính Wigner sau này đã tuyên bố, “Chúng tôi biết mình sắp giải phóng một người khổng lồ«. Một người khổng lồ mà chỉ trong vài năm nữa sẽ kết thúc Chiến tranh thế giới thứ hai với cái giá thảm khốc là sự hủy diệt của hai thành phố Hiroshima và Nagasaki.
Khoa học không đáng trách, nhưng con người
Một ngày kỷ niệm, ngày 2 tháng 1942 năm XNUMX, do đó đầy ý nghĩa: một thí nghiệm khoa học vĩ đại, có tác động to lớn đến lịch sử đương đại. Lịch sử không thể được làm nên bằng chữ "nếu", nhưng rất có thể nếu Hoa Kỳ không đóng cọc ở Chicago, thì một lúc nào đó Đức Quốc xã có thể đã thành công, với những hậu quả dễ hình dung đối với thế giới.
Tiết lộ những bí mật sâu kín nhất của vật chất là một trong những thành tựu vĩ đại nhất của trí tuệ con người và nhân vật chính, với Thuyết tương đối và cơ học lượng tử, về cuộc cách mạng to lớn trong hiểu biết của chúng ta về thế giới do vật lý học mang lại trong thế kỷ XNUMX. Ngày nay, nhờ vật lý hạt nhân, bệnh tật được chữa khỏi, cơ thể con người được khám phá và điện được sản xuất bằng phản ứng phân hạch trong các lò phản ứng dân dụng mà không giải phóng khí nhà kính. Vấn đề không phải là khoa học, ngành đã và sẽ tiếp tục có những đóng góp to lớn cho hạnh phúc của nhân loại và thường là công cụ của hòa bình, mà là việc sử dụng các kết quả của nó cũng như tinh thần trách nhiệm và nhận thức sáng suốt. không bao giờ nên thất bại nhân loại.