Chicago Pile-1:Enrico Fermi 和原子時代(核能)

費米,核裂變

核能。 1942年秋天,他們去了 固特異 需要一種熱氣球的客戶,就像這家美國公司幾十年前開始生產的熱氣球一樣,也用於飛艇。 他們只是不希望它在任何情況下都是球形或圓形的,而是立方體的。

看起來固特異的技術人員很困惑。 他們可能想知道“立方體氣球怎麼會飛?”,也許是想說服買家改變主意。 實際上,那些客戶並不關心航班。 事實上,他們來自芝加哥大學,參與了由恩里科·費米領導的絕密項目,該項目旨在開發第一個鍊式核裂變反應,稱為 芝加哥一號樁.

他們不是故意飛...

因此可以理解,他們購買的原因不能透露太多細節,不僅不用飛上天,還可以留在地下空間充當外殼。包含大約 45.000 個石墨塊和 50 噸氧化鈾和金屬鈾之間的堆。

80 年前投入使用的電池。 15 年 25 月 2 日下午 1942 點 23 分,意大利晚上 25 點 XNUMX 分,在美式足球場看台下的實驗室裡或斯塔格場 來自芝加哥大學 - 當時未使用 - 世界正在學習掌握能量 核裁斷 感謝意大利物理學家的基本貢獻。 不到三年後, 廣島和長崎的原子彈將悲慘地利用能量 戰後,用於和平目的的裂變反應堆如今產生了世界上約 10% 的電力。

恩里科·費米和美國的想法

乍一看,似乎恩里科·費米決定降落在美利堅合眾國祇是為了 融資問題 授予大學和研究機構。 當然,在 XNUMX 世紀初,科學界一片喧囂。 綜合起來,在前二十年,所謂的 舊的量子理論, 1920 年代後半葉,量子力學的概念開始形成,科學發現接二連三,人類的思維投射到對無限小的無情探索中。

位於羅馬市中心 Via Panisperna 的研究所由 Enrico Fermi 領導,並與 Segrè、Amaldi、Pontecorvo、Majorana、Rasetti、D'Agostino 等合作者合作,需要非常昂貴的設備才能繼續在最高水平的研究中競爭. 用中子轟擊原子核的正確直覺來探測元素的放射性,需要一個能夠以足夠能量和高強度的束產生它們的粒子加速器。

這一切都始於人工放射性

導致 2 月 1926 日結果的科學過程始於大約 1930 年前,即 1938 年,當時費米被羅馬大學召集為意大利第一位理論物理學主席。 費米在那裡誕生了 Via Panisperna 男孩團體,並指導了他們對核物理的研究,由於許多歐洲物理學家的工作,核物理正在那裡興起。 受到艾琳·居里和弗雷德里克·約里奧發現人工放射性的刺激,費米在 80 年代中期進行了一系列創新實驗,這些實驗為他贏得了 XNUMX 年的諾貝爾物理學獎。這一年結束時發生了兩件對他很有幫助的事件XNUMX 年前在芝加哥發生的事情。

核能

歷史背景

儘管國家向研究所提供了重要資金,但這並不能使他們獲得與 Via Panisperna 男孩的目標相符的粒子加速器. 國家,確實如此。 因為忽視 30 年代意大利的社會政治足跡將是一個非常嚴重的邏輯錯誤。 在過去的十年裡,在遭受第一次世界大戰破壞的意大利,貝尼托·墨索里尼 (Benito Mussolini) 領導的反動運動完成了徹底的決裂。

1933 年阿道夫·希特勒在憤怒的德國奪取政權時,國家法西斯黨無可匹敵的統治地位以及與阿道夫·希特勒領導的國家社會主義德國工人黨的意識形態親和力。外交談判的前景在衝突和未來的不為人知的長期摩擦的侵蝕下崩潰了,這是可以理解的新獨裁者的項目。 這是根深蒂固的歐洲環境,科學就像沙漠中的大教堂。 對恩里科·費米來說,壓垮駱駝的最後一根稻草是 1938 年種族法的頒布,他的猶太妻子勞拉·卡彭 (Laura Capon) 直接受到影響。.

平安夜,出行的關鍵日子

平安夜,費米和他的家人登上了前往美國的 Franconia 班輪,因法西斯主義的種族法律而被迫離開意大利。 順便說一句,在第二次世界大戰的混亂水域中航行了幾次:將本應成為曼哈頓計劃主角之一的物理學家帶到美國,將英國軍隊運送到各個戰線,並在 1945 年雅爾塔會談期間接待了丘吉爾和英國代表團。 總是在聖誕節期間,才華橫溢的奧地利物理學家 Lise Meitner 是猶太人,不得不從德國逃到瑞典。

恩里科·費米、勞拉和尼爾斯·玻爾於 2 年 1939 月 XNUMX 日登陸紐約。由此開始了與哥倫比亞大學的合作,費米將在哥倫比亞大學作為核研究團隊的一員工作。 在...後面 德國人 O. Hahn 和 F. Strassmann 發現重元素的裂變和/或裂變性質, 費米開始全面研究鈾不同同位素的裂變反應中的中子經濟。

核能

原子堆

費米證實了 L.Szilard 在 1933 年提出的關於可能發生一系列核連鎖反應的假說。 同位素U的裂變 235 它平均產生 2,8 個快中子,能量在 10 k eV 和 10 MeV 之間。 通過與減速劑核心碰撞時的散熱適當熱化(減慢),增加導致其他 U 核心裂變的機會 235. 推遲在以後的文章中研究核裂變反應的動力學,這裡足以說明研究人員有可能建造一個電池來容納這種自持反應鏈。

一種核反應,與普通的化學燃燒反應相比,釋放的能量大約高出 10 萬倍,其軍事潛力立即在美國和納粹德國被察覺。 也多虧了費米的直覺,美國的計劃進展得更快,一個基礎階段恰恰是原子電池的發展。

事實上,它發生在 r核裂變連鎖反應. 鈾核的裂變是由中子與其碰撞引起的。 鈾的衰變產生更輕的原子核和更多的中子,平均在兩個到三個之間。 當足夠量的鈾集中在有限的空間中時,就會達到臨界條件,對於每個裂變反應,平均而言,至少產生一個中子會引起另一次裂變。 根據臨界程度,該過程可以自我維持並以受控方式產生能量——如民用反應堆中發生的那樣——或呈指數增長並突然釋放出巨大的能量,如核裝置中發生的那樣。

Chicago-Stack 1,核電

該堆由 5,6 噸金屬鈾和 36 噸氧化鈾顆粒組成。 這些與 350 噸具有緩和和結構功能的石墨塊交替使用。 控制反應並達到臨界姿態(表明自持反應開始)的唯一方法是調整堆棧中控制棒的行程。

該樁於 2 年 1942 月 XNUMX 日投入運行。在下午早些時候,它達到了臨界設置,並在幾分鐘後通過重新插入所有控制棒而關閉。. 在二戰悲慘歲月的那個寒冷的日子裡, 意大利航海家到達新大陸。 但是 在美國核科學研究的表皮下潛伏著曼哈頓計劃。. 因此,在以合乎道德的方式使用核能發電的同時,我們正在目睹钚在軍用核彈頭中的固定化。 他們兩個人, 小男孩 y 胖子,他們首先將廣島和長崎夷為平地。

為後來變成悲劇的發現而高興

15 月 25 日 2 點 1 分,Chicago Pile-XNUMX 以完全可控的方式達到臨界狀態,證明了該過程的可行性。 尤金·維格納 (Eugene Wigner) 是在場的一位物理學家,他打開一瓶基安蒂 (Chianti) 來慶祝這一事件,以紀念費米的意大利血統。 在場的 XNUMX 位科學家在瓶子的吸管包裝紙上簽名,該包裝紙至今仍保存在芝加哥大學。 但是——正如參與該項目的物理學家、當時還是一名 XNUMX 歲學生的利昂娜·伍茲 (Leona Woods) 回憶的那樣——這是一場無聲的敬酒,因為正如維格納本人後來宣稱的那樣,“我們知道我們即將釋放一個巨人«。 這個巨人將在幾年多一點的時間里以廣島和長崎被毀的悲慘代價結束第二次世界大戰。

科學不是罪魁禍首,而是人類

2 年 1942 月 XNUMX 日是一個充滿意義的周年紀念日:一個偉大的科學實驗,對當代歷史產生了巨大的影響。 歷史不能用“如果”來創造,但如果美國沒有在芝加哥建樁,納粹德國很可能在某個時刻取得成功,對世界造成的後果不難想像。

揭示物質最隱秘的秘密一直是人類智慧和主人公最偉大的成就之一,隨著 相對論和量子力學, XNUMX 世紀物理學給我們對世界的理解帶來的巨大革命。 今天,多虧了核物理學,疾病得以治愈,人體得到探索,民用反應堆通過裂變產生電能而不釋放溫室氣體。 這與科學無關,科學已經並將繼續為人類的福祉做出巨大貢獻,而且常常是和平的工具,而是科學成果的使用以及責任感和洞察力,人類永遠不應該失敗。


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