75 lat temu, pod trybunami boiska piłkarskiego Uniwersytetu Chicago, naukowcy zrobili pierwszy krok w kierunku wykorzystania mocy reakcji łańcuchowej rozszczepienia jądrowego. Ich badania zapoczątkowały erę atomową i zapoczątkowały wyścig projektu Manhattan w kierunku broni o niewyobrażalnej mocy. Później dokładnie ta sama technika pobudziłaby budowę elektrowni jądrowych, które dziś dostarczają 20 procent energii Ameryki. Od medycyny do sztuki, niesamowity i straszny potencjał rozszczepienia atomu pozostawił kilka aspektów naszego życia nietkniętych.
Historia zaczyna się pod koniec 1938 r., Kiedy praca chemików Otto Hahna, Fritza Strassmana i Lise Meitner doprowadziła do odkrycia, że atom - którego nazwa pochodzi od greckiego słowa „niepodzielny” - w rzeczywistości można go rozdzielić. W zdalnej współpracy z Meitnerem, żydowskim uchodźcą z nazistowskich Niemiec, który osiadł w Sztokholmie, Szwecji, Hahn i Strassman bombardowali duże, niestabilne atomy uranu małymi neutronami na Uniwersytecie w Berlinie. Ku ich zaskoczeniu odkryli, że proces ten może wytworzyć bar, pierwiastek znacznie lżejszy od uranu. Ujawniło to, że możliwe było podzielenie jąder uranu na mniej masywne, chemicznie odrębne składniki.
Trójka naukowców od razu wiedziała, że są w czymś ważnym. Zmiana samej tożsamości elementu była kiedyś fantazją alchemików: teraz była to rzeczywistość naukowa. Jednak w tamtym czasie mieli jedynie pojęcie o wielu rewolucjach naukowych i kulturowych, które wywołałyby ich odkrycie.
Prace teoretyczne podjęte przez Meitner i jej siostrzeńca Otto Frischa szybko rozszerzyły to wstępne odkrycie - artykuł opublikowany w Nature w styczniu 1939 r. Nakreślił nie tylko mechanikę rozszczepienia, ale także jego zadziwiającą wydajność energetyczną. Gdy pękają ciężkie jądra uranu, przechodząc od niestabilnych stanów wysokoenergetycznych do stabilnych stanów niskoenergetycznych, uwalniają ogromne ilości energii. Co więcej, rozszczepione atomy wypluwają zbłąkane neutrony, które same były w stanie wywołać rozszczepienie w innych pobliskich jądrach.
Po tym, jak amerykański zespół z Columbia University szybko powtórzył wynik w Berlinie, stało się jasne, że siła rozpadu atomów nie była żartem. Biorąc pod uwagę napięty klimat geopolityczny ówczesnych czasów, pęd do wykorzystania tej nowej technologii nabrał ogromnego znaczenia. Sam świat przypominał niestabilny atom na krawędzi samozagłady. W Stanach Zjednoczonych prezydent Franklin Roosevelt był coraz bardziej zaniepokojony wzrostem charyzmatycznych tyranów za granicą.
Wielkogabarytowy reaktor wzniesiono pod trybunami na Staggs Field. (University of Chicago) Dla niektórych chemików i fizyków sytuacja była jeszcze bardziej tragiczna. „Naukowcy, z których niektórzy (w tym Albert Einstein i węgierski fizyk Leo Szilárd] byli uchodźcami z faszystowskiej Europy, wiedzieli, co jest możliwe”, mówi profesor fizyki z University of Chicago, Eric Isaacs. „Oni znali Adolfa Hitlera. A wraz ze swoimi kolegami i rówieśnikami tutaj, w Ameryce, bardzo szybko zdali sobie sprawę, że teraz, kiedy mieliśmy rozszczepienie, z pewnością będzie możliwe wykorzystanie tej energii w niecny sposób ”.
Szczególnie przerażająca była możliwość połączenia łańcucha reakcji rozszczepienia w celu wygenerowania wystarczającej ilości energii, aby doprowadzić do prawdziwego zniszczenia. W sierpniu 1939 r. Obawa ta skłoniła Einsteina i Sziládda do spotkania i sporządzenia listu do Roosevelta, ostrzegając go przed niebezpieczeństwem stworzenia bomby atomowej w Niemczech i zachęcając go do rozpoczęcia programu intensywnych badań wewnętrznych w amerykańskim Einsteinie, który lubi Lise Meitner porzucił profesurę w Niemczech, gdy utrzymywały się nastroje antysemickie, poparł poważne przesłanie, upewniając się, że wywrze ono na prezydentu głębokie wrażenie.
Miesiąc później armia Hitlera wkroczyła do Polski, rozpalając II wojnę światową. Jak opisuje Izaak, niechętny Roosevelt wkrótce doszedł do sposobu myślenia Szilárda i zauważył, że Alianci muszą pokonać Niemcy bronią nuklearną. Aby osiągnąć ten cel, formalnie zwrócił się o pomoc do zaangażowanej, niezwykle utalentowanej grupy badaczy jądrowych. „Zwołałem zarząd”, napisał Roosevelt w liście uzupełniającym do Einsteina, „aby dokładnie zbadać możliwości twojej sugestii dotyczącej pierwiastka uranu”.
„List Einsteina zajął trochę czasu” - mówi Isaacs - „ale kiedy to się stało, zaczęły się fundusze. A Arthur Holly Compton, który był kierownikiem Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Chicago, był w stanie zebrać wymarzony zespół naukowców - chemików, fizyków, metalurgów - wszyscy tu na uniwersytecie do 1941 roku. W tym Enrico Fermi, w tym Szilárd. Właśnie tutaj na kampusie. I tam przeprowadzili eksperyment. ”
Widok z lotu ptaka czworoboku pamiątkowego, który teraz upamiętnia CP-1. W jego centrum (lub jądrze) znajduje się bulwiasta rzeźba Henry'ego Moore'a „Energia jądrowa”. Otaczające czarne wąsy tworzą tymczasową instalację „Progi jądrowe” autorstwa Ogrydziaka Prillingera Architekta. (University of Chicago) Celem zespołu marzeń było wyprodukowanie samowystarczalnej serii zdarzeń rozszczepienia w kontrolowanym środowisku: innymi słowy, nuklearnej reakcji łańcuchowej. Hahn i Strassman zaobserwowali rozszczepienie kilku izolowanych atomów. Teraz Compton, Fermi i Szilárd chcieli połączyć miliardy rozszczepień, uwalniając neutrony w wyniku jednej reakcji wyzwalającej kilka następnych. Efekt miałby rosnąć wykładniczo, podobnie jak jego wydajność energetyczna.
Aby przeprowadzić eksperyment, musieliby stworzyć pierwszy na świecie reaktor jądrowy, pudełkowy aparat z grafitowych cegieł i drewna o długości około 60 stóp i szerokości 30 stóp i wysokości. W urządzeniu pręty kontrolne kadmu pochłaniały nadmiar neutronów z reakcji rozszczepienia, zapobiegając katastrofalnej utracie kontroli. W niszy pod trybunami uniwersyteckiego pola Stagg reaktor - zaprojektowany i wyprodukowany w ciągu jednego miesiąca - z powodzeniem zainicjował reakcję łańcuchową z wykorzystaniem energii jądrowej.
Praca gwiazdorskiego zespołu naukowego z Chicago stanowiła pierwszy ważny krok w kierunku celu projektu Manhattan, jakim było opracowanie bomby atomowej przed Osią. Cel ten zostanie zrealizowany w 1945 r., Kiedy Stany Zjednoczone zrzuciły bomby atomowe nad Hiroszimą i Nagasaki, co doprowadziło do śmiertelnego i prowokującego zakończenia wojny. („Biada mi”, podobno powiedział Einstein po usłyszeniu wiadomości.) A jednak przełom Chicago Pile-1, nazywany CP-1, stanowił więcej niż krok w kierunku większej potęgi militarnej USA. Pokazał ludzkość zdolność sięgania w samo serce atomów w celu uzyskania paliwa.
Jednym z najbardziej oczywistych skutków eksperymentu CP-1 jest rozwój energetyki jądrowej, którego fizyk Enrico Fermi odegrał kluczową rolę w rozpoczęciu działalności po ukryciu zespołu badawczego w Chicago. „Na dłuższą metę Fermi naprawdę nie interesował się bronią” - mówi Isaacs. „Oczywiście pracował nad Projektem Manhattan i był całkowicie oddany - ale kiedy wojna się skończyła, nadal budował reaktory z myślą, że będą one wykorzystywane do użytku cywilnego, do wytwarzania energii”.
„Energia jądrowa” Henry'ego Moore'a widziana z boku. W tle widać kopułę biblioteki Joe i Riki Mansueto. (University of Chicago) Isaacs zauważa, że kontrolowane rozszczepienie wykazane za pomocą CP-1 utorowało również drogę do włączenia technologii nuklearnej do medycyny (pomyśl promieniowanie rentgenowskie, tomografia komputerowa i inne narzędzia diagnostyczne, a także terapie przeciwnowotworowe) i rolnictwa (Isaacs przytacza jako jeden przykład ciągłych wysiłków na rzecz genetycznej dywersyfikacji bananów poprzez taktyczne napromieniowanie ich genów). Jednak jednym z największych skutków CP-1 był wpływ na samą naukę.
„Jeśli pomyślisz o tym, co stało się tuż po wojnie”, mówi Isaacs, „jednymi z pierwszych rzeczy, które powstały, były agencje federalne finansujące badania w tym kraju: Komisja Energii Atomowej, która nazywa się teraz Departamentem Energii, a lata później National Institutes of Health and National Science Foundation. ”Te agencje powstały po sukcesie CP-1 i Projektu Manhattan szerzej utorowały drogę do odnowienia publicznej wiary w naukę i technologię.
Prestige „zespół marzeń” naukowy również zyskał na znaczeniu dzięki wysiłkowi CP-1. Isaacs postrzega współczesne międzyuczelniane badania nad rakiem, na przykład, jako naturalne rozszerzenie modelu projektu Manhattan: zbierz najjaśniejsze umysły z całego kraju i pozwól magii się wydarzyć. Dzięki internetowi współcześni badacze często dzielą się danymi i hipotezami cyfrowo zamiast fizycznie, ale błyskawiczna, ukierunkowana na cel ideacja i prototypowanie dni Chicago Pile-1 jest bardzo żywa i ma się dobrze.
Stagg Field został zamknięty w 1957 roku, trybuny, które niegdyś chroniły pierwszy na świecie sztuczny reaktor jądrowy, zostały ostatecznie rozebrane. Witryna jest teraz skromnym szarym czworobokiem, otoczonym uniwersyteckimi placówkami badawczymi i bibliotekami. W sercu tej otwartej przestrzeni surowa rzeźba z brązu z zaokrąglonym pancerzem upamiętnia przełomowe odkrycia atomowe. Jego kształt można interpretować jako tarczę ochronną lub grzebień grzyba. Utwór zatytułowany „Energia jądrowa” został specjalnie zamówiony przez abstrakcyjnego rzeźbiarza Henry'ego Moore'a.
„Czy to się rozpuszcza”, Christine Mehring, przewodnicząca historii sztuki na Uniwersytecie Chicago, pyta o tajemniczą rzeźbę Moore'a, „czy ewoluuje?”. W obecnym świecie nuklearnym, w który zostaliśmy wydani 75 lat temu, takie pytania wydają się być skazane na nawiedzają nas na zawsze.
