Chicago Pile-1:Enrico Fermi 和原子时代(核能)

费米,核裂变

核能。 1942年秋天,他们去了 固特异 需要一种热气球的客户,就像这家美国公司几十年前开始生产的热气球一样,也用于飞艇。 他们只是不希望它在任何情况下都是球形或圆形的,而是立方体的。

看起来固特异的技术人员很困惑。 他们可能想知道“立方体气球怎么会飞?”,也许是想说服买家改变主意。 实际上,那些客户并不关心航班。 事实上,他们来自芝加哥大学,参与了由恩里科·费米领导的绝密项目,该项目旨在开发第一个链式核裂变反应,称为 芝加哥一堆.

他们不是故意飞...

因此可以理解,他们购买的原因不能透露太多细节,不仅不用飞上天,还可以留在地下空间充当外壳。包含大约 45.000 个石墨块和 50 吨氧化铀和金属铀之间的堆。

80 年前投入使用的电池。 15 年 25 月 2 日下午 1942 点 23 分,意大利晚上 25 点 XNUMX 分,在美式足球场看台下的实验室里或斯塔格场 来自芝加哥大学 - 当时未使用 - 世界正在学习掌握能量 核裁断 感谢意大利物理学家的基本贡献。 不到三年后, 广岛和长崎的原子弹将悲惨地利用能量 战后,用于和平目的的裂变反应堆如今产生了世界上约 10% 的电力。

恩里科·费米和美国的想法

乍一看,似乎恩里科·费米决定降落在美利坚合众国只是为了 融资问题 授予大学和研究机构。 当然,在 XNUMX 世纪初,科学界一片喧嚣。 综合起来,在前二十年,所谓的 旧的量子理论, 1920 年代后半叶,量子力学的概念开始形成,科学发现接二连三,人类的思维投射到对无限小的无情探索中。

位于罗马市中心 Via Panisperna 的研究所由 Enrico Fermi 领导,并与 Segrè、Amaldi、Pontecorvo、Majorana、Rasetti、D'Agostino 等合作者合作,需要非常昂贵的设备才能继续在最高水平的研究中竞争. 用中子轰击原子核的正确直觉来探测元素的放射性,需要一个能够以足够能量和高强度的束产生它们的粒子加速器。

这一切都始于人工放射性

导致 2 月 1926 日结果的科学过程始于大约 1930 年前,即 1938 年,当时费米被罗马大学召集为意大利第一位理论物理学主席。 费米在那里诞生了 Via Panisperna 男孩团体,并指导了他们对核物理的研究,由于许多欧洲物理学家的工作,核物理正在那里兴起。 受到艾琳·居里和弗雷德里克·约里奥发现人工放射性的刺激,费米在 80 年代中期进行了一系列创新实验,这些实验为他赢得了 XNUMX 年的诺贝尔物理学奖。这一年结束时发生了两件对他很有帮助的事件XNUMX 年前在芝加哥发生的事情。

核能

历史背景

尽管国家向研究所提供了重要资金,但这并不能使他们获得与 Via Panisperna 男孩的目标相符的粒子加速器. 国家,确实如此。 因为忽视 30 年代意大利的社会政治足迹将是一个非常严重的逻辑错误。 在过去的十年里,在遭受第一次世界大战破坏的意大利,贝尼托·墨索里尼 (Benito Mussolini) 领导的反动运动完成了彻底的决裂。

1933 年阿道夫·希特勒在愤怒的德国夺取政权时,国家法西斯党无可匹敌的统治地位以及与阿道夫·希特勒领导的国家社会主义德国工人党的意识形态亲和力。外交谈判的前景在冲突和未来的不为人知的长期摩擦的侵蚀下崩溃了,这是可以理解的新独裁者的项目。 这是根深蒂固的欧洲环境,科学就像沙漠中的大教堂。 对恩里科·费米来说,压垮骆驼的最后一根稻草是 1938 年种族法的颁布,他的犹太妻子劳拉·卡彭 (Laura Capon) 直接受到影响。.

平安夜,出行的关键日子

平安夜,费米和他的家人登上了前往美国的 Franconia 班轮,因法西斯主义的种族法律而被迫离开意大利。 顺便说一句,在第二次世界大战的混乱水域中航行了几次:将本应成为曼哈顿计划主角之一的物理学家带到美国,将英国军队运送到各个战线,并在 1945 年雅尔塔会谈期间接待了丘吉尔和英国代表团。 总是在圣诞节期间,才华横溢的奥地利物理学家 Lise Meitner 是犹太人,不得不从德国逃到瑞典。

恩里科·费米、劳拉和尼尔斯·玻尔于 2 年 1939 月 XNUMX 日登陆纽约。由此开始了与哥伦比亚大学的合作,费米将在哥伦比亚大学作为核研究团队的一员工作。 在...后面 德国人 O. Hahn 和 F. Strassmann 发现重元素的裂变和/或裂变性质, 费米开始全面研究铀不同同位素的裂变反应中的中子经济。

核能

原子堆

费米证实了 L.Szilard 在 1933 年提出的关于可能发生一系列核连锁反应的假说。 同位素U的裂变 235 它平均产生 2,8 个快中子,能量在 10 k eV 和 10 MeV 之间。 通过与减速剂核心碰撞时的散热适当热化(减慢),增加导致其他 U 核心裂变的机会 235. 推迟在以后的文章中研究核裂变反应的动力学,这里足以说明研究人员有可能建造一个电池来容纳这种自持反应链。

一种核反应,与普通的化学燃烧反应相比,释放的能量大约高出 10 万倍,其军事潜力立即在美国和纳粹德国被察觉。 也多亏了费米的直觉,美国的计划进展得更快,一个基础阶段恰恰是原子电池的发展。

事实上,它发生在 r核裂变连锁反应. 铀核的裂变是由中子与其碰撞引起的。 铀的衰变产生更轻的原子核和更多的中子,平均在两个到三个之间。 当足够量的铀集中在有限的空间中时,就会达到临界条件,对于每个裂变反应,平均而言,至少产生一个中子会引起另一次裂变。 根据临界程度,该过程可以自我维持并以受控方式产生能量——如民用反应堆中发生的那样——或呈指数增长并突然释放出巨大的能量,如核装置中发生的那样。

Chicago-Stack 1,核电

该堆由 5,6 吨金属铀和 36 吨氧化铀颗粒组成。 这些与 350 吨具有缓和和结构功能的石墨块交替使用。 控制反应并达到临界姿态(表明自持反应开始)的唯一方法是调整堆栈中控制棒的行程。

该桩于 2 年 1942 月 XNUMX 日投入运行。在下午早些时候,它达到了临界设置,并在几分钟后通过重新插入所有控制棒而关闭。. 在二战悲惨岁月的那个寒冷的日子里, 意大利航海家到达新大陆。 但 在美国核科学研究的表皮下潜伏着曼哈顿计划。. 因此,在以合乎道德的方式使用核能发电的同时,我们正在目睹钚在军用核弹头中的固定化。 他们两个人, 小男孩 y 胖子,他们首先将广岛和长崎夷为平地。

为后来变成悲剧的发现而高兴

15 月 25 日 2 点 1 分,Chicago Pile-XNUMX 以完全可控的方式达到临界状态,证明了该过程的可行性。 尤金·维格纳 (Eugene Wigner) 是在场的一位物理学家,他打开一瓶基安蒂 (Chianti) 来庆祝这一事件,以纪念费米的意大利血统。 在场的 XNUMX 位科学家在瓶子的吸管包装纸上签名,该包装纸至今仍保存在芝加哥大学。 但是——正如参与该项目的物理学家、当时是一名 XNUMX 岁的学生利昂娜·伍兹 (Leona Woods) 回忆的那样——这是一场无声的敬酒,因为正如维格纳本人后来宣称的那样,“我们知道我们即将释放一个巨人«。 这个巨人将在几年多一点的时间里以广岛和长崎被毁的悲惨代价结束第二次世界大战。

科学不是罪魁祸首,而是人类

2 年 1942 月 XNUMX 日是一个充满意义的周年纪念日:一个伟大的科学实验,对当代历史产生了巨大的影响。 历史不能用“如果”来创造,但如果美国没有在芝加哥建桩,纳粹德国很可能在某个时刻取得成功,给世界带来不难想象的后果。

揭示物质最隐秘的秘密一直是人类智慧和主人公最伟大的成就之一,随着 相对论和量子力学, XNUMX 世纪物理学给我们对世界的理解带来的巨大革命。 今天,多亏了核物理学,疾病得以治愈,人体得到探索,民用反应堆通过裂变产生电能而不释放温室气体。 这与科学无关,科学已经并将继续为人类的福祉做出巨大贡献,而且常常是和平的工具,而是科学成果的使用以及责任感和洞察力,人类永远不应该失败。


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