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 cách đây vài thập kỷ và cũng được sử dụng cho tàu bay. Họ không muốn nó có hình cầu hay hình tròn mà phải có hình khối.
Có vẻ như các kỹ thuật viên của Goodyear khá bối rối. Có lẽ họ đã tự hỏi, "Một quả bóng bay hình khối sẽ bay như thế nào?", có lẽ là đang cố gắng thuyết phục người mua thay đổi ý định. 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 nhằm phát triển phản ứng dây chuyền phân hạch hạt nhân 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 được đưa vào sử dụng cách đây đúng 80 năm. Vào lúc 15:25 chiều ngày 2 tháng 1942 năm 23, 25:XNUMX tối tại Ý, trong một phòng thí nghiệm nằm bên dưới khán đài của sân vận động bóng đá Stagg Field của Đại học Chicago - khi đó chưa được sử dụng - 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 được trao cho các trường đại học và viện nghiên cứu. Chắc chắn, vào đầu thế kỷ 20, thế giới khoa học là một cái nôi của khoa học. Được hợp nhất, trong hai thập kỷ đầu tiên, cái được gọi là thuyết lượng tử cũ, Các khái niệm về cơ học lượng tử bắt đầu hình thành vào nửa sau những năm 1920. Những khám phá khoa học cứ thế nối tiếp nhau, và trí tuệ con người được đưa vào cuộc điều tra tàn nhẫn về những thứ vô cùng nhỏ bé.
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 khám phá tính phóng xạ của các nguyên tố với trực giác chính xác về việc bắn phá hạt nhân bằng neutron đòi hỏi một máy gia tốc hạt có khả năng tạo ra chúng theo chùm tia có năng lượng thích hợp và cường độ cao. Vì lý do này, năng lượng hạt nhân đã trở thành một vấn đề quan trọng trong các cuộc điều tra này.
Tất cả bắt đầu với phóng xạ nhân tạo
Quá trình khoa học dẫn đến kết quả ngày 2 tháng 1926 đã bắt đầu khoảng mười lăm năm trước đó, vào năm 1930, khi Fermi được Đại học Rome mời vào chiếc ghế đầu tiên về vật lý lý thuyết của Ý. Tại đây, Fermi đã thành lập nhóm nam sinh Via Panisperna và chỉ đạo nghiên cứu của mình về vật lý hạt nhân, một lĩnh vực đang nổi lên ở đó nhờ công trình của nhiều nhà vật lý châu Âu. Được thúc đẩy bởi khám phá về phóng xạ nhân tạo của Irène Curie và Frédéric Joliot, Fermi đã tiến hành một loạt các thí nghiệm mang tính đột phá vào giữa những năm 1938, mang về cho ông Giải Nobel Vật lý năm 80. Một năm đạt đến đỉnh điểm với hai sự kiện có ý nghĩa cơ bản đối với những gì đã xảy ra ở Chicago XNUMX năm trước đó.
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. Đúng là nhà nước. Bởi vì việc bỏ qua dấu ấn chính trị xã hội của Ý vào những năm 30 sẽ là một lỗi logic rất nghiêm trọng. Sự rạn nứt sâu sắc do phong trào phản động do Benito Mussolini lãnh đạo trong thập kỷ trước ở một nước Ý bị tàn phá bởi Chiến tranh thế giới thứ nhất.
Sự thống trị không thể tranh cãi của Đảng Quốc xã và sự gần gũi về mặt tư tưởng với Đảng Công nhân Đức Quốc xã của Adolf Hitler khi đảng này nắm quyền ở nước Đức đang thịnh nộ vào năm 1933. Triển vọng đàm phán ngoại giao dễ hiểu là đã sụp đổ do sự xói mòn của những xung đột được che đậy kém cỏi kéo dài hàng thế kỷ và các dự án tương lai của những nhà độc tài mới. Đây là viễn cảnh cố hữu của châu Âu, nơi khoa học giống như một nhà thờ lớn giữa 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.. Điều này khiến ông phải tìm nơi ẩn náu ở Hoa Kỳ, nơi khoa học phát triển, bao gồm lực hạt nhân yếu, có thể di chuyển về phía trước mà không bị gián đoạn.
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 học, người sẽ là một trong những nhân vật chính của Dự án Manhattan, vận chuyển quân đội Anh đến nhiều mặt trận chiến tranh khác nhau và tiếp đón Churchill cùng phái đoàn Anh trong các cuộc đàm phán Yalta năm 1945. Và trong suốt kỳ nghỉ Giáng sinh, Lise Meitner, một nhà vật lý học người Áo lỗi lạc, là người Do Thái, đã phải chạy trốn từ Đức sang Thụy Điển.
Enrico Fermi, Laura và Niels Bohr đã hạ cánh xuống New York vào ngày 2 tháng 1939 năm XNUMX. Từ đó bắt đầu sự hợp tác với Đại học Columbia, nơi Fermi sẽ làm việc trong nhóm nghiên cứu hạt nhân. Đằng sau anh ấy 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 lao vào nghiên cứu toàn diện về nền kinh tế neutron trong các phản ứng phân hạch của các đồng vị khác nhau của urani, sau này được phản ánh trong quá trình tạo ra pin hạt nhân đầu tiên.
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, với năng lượng từ 10 k eV đến 10 MeV. Được nhiệt hóa thích hợp (làm chậm lại) thông qua sự tản nhiệt trong va chạm với hạt nhân làm chậm, nó làm tăng khả năng gây ra sự phân hạch của các hạt nhân U khác 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 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 đã ngay lập tức được cả Hoa Kỳ và Đức Quốc xã nhận thấy. Cũng nhờ trực giác của Fermi, chương trình của Mỹ đã tiến triển nhanh hơn nhiều, và một giai đoạn cơ bản chính là sự phát triển của lò phản ứng hạt nhân nguyên tử. Loại pin này là một phương pháp tiếp cận quan trọng đối với thứ mà chúng ta biết ngày nay.
Trên thực tế, nó diễn ra rphản ứng dây chuyền phân hạch hạt nhân. Sự phân hạch của hạt nhân urani được gây ra bởi sự va chạm của một neutron với nó. Quá trình phân rã của urani tạo ra các hạt nhân nhẹ hơn và nhiều nơtron hơn, trung bình từ hai đến ba. Khi một lượng urani đủ lớn được tập trung trong một không gian hạn chế, các điều kiện tới hạn có thể đạt được, trong đó, trung bình, đối với mỗi phản ứng phân hạch, ít nhất một nơtron được tạo ra sẽ gây ra một sự phân mảnh khác. Tùy thuộc vào mức độ tới hạn, quá trình này có thể tự duy trì và tạo ra năng lượng theo cách có kiểm soát - như xảy ra trong các lò phản ứng dân dụng - hoặc phát triển theo cấp số nhân và đột nhiên 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 urani kim loại và 36 tấn viên urani oxit. 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 trạng thái tới hạn, cho thấy sự bắt đầu của phản ứng tự duy trì, là điều chỉnh hành trình của các thanh điều khiển trong ống khói.
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 biểu bì của nghiên cứu khoa học hạt nhân của Mỹ ẩn chứa Dự án Manhattan. Vì vậy, bên cạnh việc sử dụng năng lượng hạt nhân một cách có đạo đức để sản xuất điện, chúng ta còn chứng kiến việc cố định plutonium trong đầu đạn hạt nhân quân sự. Hai người 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 chiều Vào ngày 2 tháng 1, Chicago Pile-XNUMX đã đạt đến trạng thái tới hạn theo cách được kiểm soát hoàn toàn, chứng minh tính khả thi của quy trình. Eugene Wigner, một trong những nhà vật lý có mặt, đã mở nút chai rượu Chianti để ăn mừng sự kiện này, tôn vinh nguồn gốc Ý của Fermi. Bốn mươi chín nhà khoa học có mặt đã ký vào giấy gói ống hút của chai, hiện vẫn được lưu giữ tại Đại học Chicago. Nhưng - như Leona Woods, một nhà vật lý đã 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 gã khổng lồ mà chỉ trong vòng vài năm đã có thể kết thúc Thế chiến II với cái giá thảm khốc là sự tàn phá ở Hiroshima và Nagasaki.
Khoa học không đáng trách, nhưng con người
Ngày kỷ niệm 2 tháng 1942 năm XNUMX mang nhiều ý nghĩa: một thí nghiệm khoa học vĩ đại có tác động to lớn đến lịch sử đương đại. Lịch sử không thể được tạo ra bằng những chữ "nếu", nhưng rất có thể nếu Hoa Kỳ không xây dựng tòa nhà ở Chicago, thì Đức Quốc xã có thể đã thực hiện thành công điều đó vào một thời điểm nào đó, với những hậu quả dễ dàng hình dung được 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 sự hiểu biết của chúng ta về thế giới được mang lại bởi vật lý trong thế kỷ 20. Ngày nay, nhờ vật lý hạt nhân, bệnh tật đã được chữa khỏi, cơ thể con người được khám phá và điện có thể được sản xuất thông qua phản ứng phân hạch trong các lò phản ứng dân dụng mà không thải ra khí nhà kính. Vấn đề không phải là khoa học, thứ đã và sẽ tiếp tục 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 khoa học và ý thức trách nhiệm cùng sự sáng suốt mà nhân loại không bao giờ được phép thiếu.