75 aastat tagasi tegid teadlased Chicago ülikooli jalgpalliväljaku valgendajate all esimese sammu tuuma lõhustumise ahelreaktsiooni jõu rakendamiseks. Nende uurimistöö algatas aatomiajastu ja käivitas Manhattani projekti tõsise võistluse kujuteldamatu jõu relva poole. Hiljem hoogustaks täpselt sama tehnika tuumaelektrijaamade ehitamist, mis praegu varustavad 20 protsenti Ameerika energiast. Meditsiinist kunstini on aatomi lõhestamise vinge ja kohutav potentsiaal meie elus mõned aspektid puutunud.
Lugu algab 1938. aasta lõpus, kui keemikute Otto Hahni, Fritz Strassmani ja Lise Meitneri töö viis avastusele, et aatom - mille nimi kreeka keelest tuleneb „jagamatuks” - võiks tegelikult lahku minna. Kaugkoostöös Rootsis Stockholmi elama asunud natsi-Saksamaa juudi pagulase Meitneriga pommitasid Hahn ja Strassman Berliini ülikoolis pisikeste neutronitega suuri ebastabiilseid uraani aatomeid. Oma üllatuseks leidsid nad, et selle protsessiga võidakse toota baariumi, mis on palju kergem element kui uraan. See näitas, et uraani tuumasid oli võimalik jagada vähem massiivseteks, keemiliselt eristuvateks komponentideks.
Teadlaste kolmik sai kohe teada, et nad on sattunud millessegi suuremasse. Elemendi identiteedi muutmine oli kunagi alkeemikute väljamõeldis: nüüd oli see teaduslik reaalsus. Kuid tol ajal oli neil vaid teaduslik ja kultuuriline revolutsioon, mis nende avastusest võrsus.
Meitneri ja tema vennapoja Otto Frischi teoreetiline töö laienes sellele esialgsele leiule kiiresti - 1939. aasta jaanuaris ajakirjas Nature ilmunud artikkel ei kirjeldanud mitte ainult lõhustumise mehaanikat, vaid ka selle hämmastavat energiatarbimist. Raske uraani tuumade lõhkemisel ja ebastabiilselt suure energiatarbega olekutelt stabiilse madala energiatarbega olekutele liikudes vabanesid nad tohutul hulgal energiat. Veelgi enam, lõhkeaatomid sülitasid välja hulkuvaid neutroneid, mis ise olid võimelised teistes läheduses asuvates tuumades vallanduma.
Pärast seda, kui Columbia ülikooli ameeriklaste meeskond kordas Berliini tulemust kiiresti, oli selge, et aatomi lõhestamise jõud polnud nali. Arvestades tolle aja geopoliitilist kliimat, omandas kiirus selle uue tehnoloogia ärakasutamise tohutult. Maailm ise sarnanes ebastabiilsele aatomile enesehävituse äärel. Ameerika Ühendriikides oli president Franklin Roosevelt üha enam mures karismaatiliste türannide ülemeremaale tõusmise pärast.
Mahukas reaktor püstitati Staggs Fieldi puistute alla. (Chicago ülikool) Mõnede keemikute ja füüsikute jaoks tundus olukord veelgi hirmsam. "Teadlased, kellest mõned [sealhulgas Albert Einstein ja ungari füüsik Leo Szilárd] olid pagulased fašistlikust Euroopast, teadsid, mis oli võimalik, " ütleb Chicago ülikooli füüsikaprofessor Eric Isaacs. “Nad teadsid Adolf Hitlerit. Ja koos oma kolleegide ja eakaaslastega siin Ameerikas mõistsid nad väga kiiresti, et nüüd, kui meil on lõhustumine, on seda energiat kindlasti võimalik pahatahtlikul viisil kasutada. ”
Eriti hirmutav oli võimalus lõhustumisreaktsioonide ahela ühendamiseks, et tekitada piisavalt energiat reaalse hävitamise saavutamiseks. 1939. aasta augustis ajendas see mure Einsteini ja Szilárdit kohtuma ja koostama Rooseveltile kirja, milles hoiatati teda Saksamaa tuumapommi tekitamise ohust ja manitseti teda alustama intensiivse kodumaise uurimistöö programmi USA-s Einsteinile, kellele meeldivad Lise Meitner oli loobunud oma professioonist Saksamaal, kui antisemiitlikud meeleolud olid võimust võtnud, kinnitas tõsise sõnumi, tagades, et see jätaks presidendile sügava mulje.
Kuu aega hiljem marssis Hitleri armee Poola, süütades II maailmasõja. Nagu Isaacs kirjeldab, jõudis vastumeelne Roosevelt peagi Szilárdisse mõtteviisi juurde ja nägi, et liitlased peavad Saksamaad tuumarelvaga peksma. Selle eesmärgi saavutamiseks värbas ta ametlikult pühendunud, üliandeka tuumauurijate rühma. "Olen kokku kutsunud juhatuse, " kirjutas Roosevelt Einsteinile saadetud järelkutses, "et uurida põhjalikult teie ettepaneku võimalusi uraani elemendi osas."
"Einsteini kiri võttis pisut aega, et asuda sisse elama, " ütleb Isaacs, "kuid kui see juhtus, alustati rahastamist. Ja Arthur Holly Compton, kes oli Chicago ülikooli füüsikaosakonna juhataja, suutis 1941. aastaks koguda siin ülikoolis teadlaste - keemikute, füüsikute, metalluroogide - unistuste meeskonna. Sealhulgas Enrico Fermi, sealhulgas Szilárd. Siinsamas ülikoolilinnas. Ja seal nad eksperimendi tegidki. ”
CP-1 mälestusmärgi mälestuse nelinurk on õhuvaade. Selle keskmes (või tuumas) on Henry Moore'i sibulakujuline skulptuur "Tuumaenergia". Ümbritsevad mustad kõõlused hõlmavad ajutist installatsiooni pealkirjaga "Tuumakünnised", autor Ogrydziak Prillinger Architects. (Chicago ülikool) Unistuste meeskonna eesmärk oli toota kontrollitud keskkonnas isemajandav lõhustumissündmuste jada: teisisõnu tuumaahela reaktsioon. Hahn ja Strassman olid täheldanud lõhustumist vähestes eraldatud aatomites. Nüüd tahtsid Compton, Fermi ja Szilárd miljardeid lõhustuda, kusjuures ühe reaktsiooni käigus vabanevad neutronid käivitavad järgmise mitu. Efekt kasvab eksponentsiaalselt ja ka selle energiatoodang.
Katse läbiviimiseks peaksid nad looma maailma esimese inimese loodud tuumareaktori, umbes 60 jalga pikkuse ja 30 jalga laiuse ning kõrguse grafiittellistest ja puidust boxy-seadme. Seadmes imbus kaadmiumi kontrollvardad lõhustumisreaktsioonide tagajärjel üleliigseid neutroneid, hoides ära kontrolli katastroofilise kaotuse. Ülikooli Staggi väljaku stendide all asuvas nišis käivitas reaktor - joonistatud ja ühe kuu jooksul valmistatud - edukalt tuumaahela reaktsiooni ja juhtis seda energia tootmiseks.
Chicago kõigi tähtede teadlaste meeskonna töö oli kriitiline esimene samm Manhattani projekti eesmärgi suunas arendada tuumapomm enne telge. See eesmärk saavutatakse 1945. aastal, kui USA laskis Hiroshima ja Nagasaki kohale aatomipommid, tuues sõjale surmava ja provokatiivse lõpu. („Häda olen mina, ” on Einstein väidetavalt seda uudist kuuldes öelnud.) Ja ometi kujutas Chicago Pile-1, hüüdnimega CP-1, läbimurre USA-le enam kui sammu suurema sõjalise jõu poole. See näitas inimkonna võime kütuse saamiseks kasutada aatomite südameid.
Üks CP-1 eksperimendi kõige ilmsemaid pärandeid on tuumaenergiatööstuse kasv, mida füüsik Enrico Fermi aitas pärast oma aega varjatud Chicago uurimisrõivastusega alustada. “Fermi polnud pikemas perspektiivis tegelikult relvade vastu huvi tundnud, ” ütleb Isaacs. "Ta tegi muidugi tööd Manhattani projekti kallal ja oli täielikult pühendunud - kuid kui sõda oli lõppenud, jätkas ta reaktorite ehitamist mõttega, et neid kasutataks tsiviilotstarbel ja elektritootmiseks."
Henry Moore'i "Tuumaenergia" küljelt vaadatuna. Taustal kangasteljed Joe ja Rika Mansueto raamatukogu kuppel. (Chicago ülikool) Isaacs märgib, et CP-1 abil demonstreeritud kontrollitud lõhustumine sillutas teed ka tuumatehnoloogia integreerimisele meditsiini (mõelge röntgenpildile, CT-skaneeringutele ja muudele diagnostikavahenditele, aga ka vähiteraapiale) ja põllumajanduses (Isaacs nimetab seda üheks) näide jätkuvatest püüdlustest banaanide geneetiliseks mitmekesistamiseks nende geenide taktikalise kiiritamise kaudu). Kuid CP-1 üks suuremaid mõjusid oli teaduse enda tegevusele.
"Kui mõelda sellele, mis juhtus vahetult pärast sõda, " ütleb Isaacs, "mõned esimestest asjadest, mis loodi, olid föderaalsed agentuurid, mis rahastavad selle riigi teadusuuringuid: aatomienergia komisjon, mida nüüd nimetatakse energeetikaosakonnaks, ja aastaid hiljem Riiklikud Terviseinstituudid ja Riiklik Teadusfond. ”Need asutused loodi pärast CP-1 ja Manhattani projekti edukust sillutades laiemalt teed uuele avalikkuse usule teaduse ja tehnoloogia vastu.
Ka Prestige'i unistuste meeskonna teaduslik koostöö tõusis CP-1 pingutuse tulemusel esile. Isaacs näeb näiteks Manhattani projekti mudeli loomuliku jätkuna tänapäevaseid interkolleegseid vähiuuringuid: koondage kogu riigi säravaimad mõtted ja laske võluväel juhtuda. Tänu internetile jagavad tänapäevased teadlased andmeid ja hüpoteese sageli füüsiliselt, mitte digitaalselt, kuid Chicago Pile-1 päevade kiire tulekahju, eesmärgile orienteeritud idee ja prototüüpimine on väga elus ja hästi toimiv.
Stagg Field suleti 1957. aastal, kuna pleegitajad, kes kunagi varjasid maailma esimest tehislikku tuumareaktorit, varisesid kokku. Sait on nüüd tagasihoidlik hall nelinurk, mida ümbritsevad ülikoolide teadusrajatised ja raamatukogud. Selle avatud ruumi keskmes on aatomimurrete mälestusmärk ümarate karahvinitega pronksist skulptuur. Selle kuju võib tõlgendada kas kaitsekilbina või seenepilve koorena. Teos pealkirjaga "Tuumaenergia" tellis teos spetsiaalselt abstraktselt skulptorilt Henry Moorelt.
"Kas see lahustub, " küsib Chicago ülikooli kunstiajaloo õppetool Christine Mehring Moore'i krüptoskulptuuri kohta "või areneb see edasi?" Nüüd okupeeritavas tuumamaailmas, kuhu meid 75 aastat tagasi toimetati, tunduvad sellised küsimused saatusele kummitama meid igavesti.
