75 лет назад под трибунами футбольного поля Чикагского университета ученые сделали первый шаг к использованию цепной реакции ядерного деления. Их исследование положило начало атомному веку и положило начало гонке Манхэттенского проекта к оружию невообразимой мощи. Позже, точно такой же метод стимулировал бы строительство атомных электростанций, которые сегодня поставляют 20 процентов энергии Америки. От медицины до искусства удивительный и ужасный потенциал расщепления атома оставил несколько аспектов нашей жизни нетронутыми.
История начинается в конце 1938 года, когда работа химиков Отто Хана, Фрица Страссмана и Лизы Мейтнер привела к открытию того, что атом, само название которого происходит от греческого слова «неделимый», фактически может быть разделен на части. В дистанционном сотрудничестве с Мейтнером, еврейским беженцем из нацистской Германии, обосновавшимся в Стокгольме, Швеции, Хан и Страсман, бомбардировали большие нестабильные атомы урана крошечными нейтронами в Берлинском университете. К их удивлению, они обнаружили, что процесс может производить барий, элемент намного легче, чем уран. Это показало, что было возможно разделить ядра урана на менее массивные, химически отличные компоненты.
Тройка исследователей сразу поняла, что они на чем-то серьезном. Изменение самой идентичности элемента когда-то было фантазией алхимиков: теперь это была научная реальность. Тем не менее, в то время у них были лишь малейшие подозрения во многих научных и культурных революциях, которые могло бы вызвать их открытие.
Теоретическая работа, предпринятая Мейтнер и ее племянником Отто Фришем, быстро расширила эту первоначальную находку - статья, опубликованная в журнале Nature в январе 1939 года, обрисовала в общих чертах не только механику деления, но и его удивительный выход энергии. Когда взорвались тяжелые ядра урана, переходя из нестабильных высокоэнергетических состояний в стабильные низкоэнергетические состояния, они выделяли огромное количество энергии. Более того, расщелинные атомы выбрасывают рассеянные нейтроны, которые сами способны вызвать деление в других соседних ядрах.
После того, как американская команда из Колумбийского университета быстро воспроизвела берлинский результат, стало ясно, что сила расщепления атомов не шутка. Учитывая тяжелый геополитический климат того времени, стремление извлечь выгоду из этой новой технологии приобрело огромное значение. Сам мир напоминал нестабильный атом на грани самоуничтожения. В Соединенных Штатах президент Франклин Рузвельт все больше озабочен ростом харизматических тиранов за границей.
Громоздкий реактор был установлен под трибунами на месторождении Стаггс. (Чикагский университет) Для некоторых химиков и физиков ситуация была еще более ужасной. «Ученые, некоторые из которых [включая Альберта Эйнштейна и венгерского физика Лео Сциларда] были беженцами из фашистской Европы, знали, что это было возможно», - говорит профессор физики Чикагского университета Эрик Айзекс. «Они знали Адольфа Гитлера. И со своими коллегами и коллегами здесь, в Америке, они очень быстро поняли, что теперь, когда у нас есть деление, безусловно, можно будет использовать эту энергию гнусным образом ».
Особенно пугающей была возможность связать воедино цепочку реакций деления, чтобы генерировать достаточно энергии для реального разрушения. В августе 1939 года эта озабоченность побудила Эйнштейна и Сциларда встретиться и составить письмо Рузвельту, предупреждая его об опасности создания ядерной бомбы в Германии и призывая его начать программу интенсивных внутренних исследований в США. Эйнштейн, которому нравится Лайз Мейтнер оставил свою профессорскую должность в Германии, так как антисемитские настроения усилились, одобрил серьезное послание, гарантировав, что оно оставит глубокое впечатление на президента.
Месяц спустя армия Гитлера вошла в Польшу, разжигая вторую мировую войну Как описывает Айзекс, неохотный Рузвельт вскоре пришел к мысли Сциларда и увидел необходимость для союзников побить Германию ядерным оружием. Для достижения этой цели он официально заручился поддержкой преданной, чрезвычайно талантливой группы исследователей атомной энергетики. «Я созвал совет, - писал Рузвельт в последующем письме Эйнштейну, - чтобы тщательно изучить возможности вашего предложения относительно элемента урана».
«Письму Эйнштейна потребовалось некоторое время, чтобы обосноваться, - говорит Айзекс, - но как только это произошло, началось финансирование. А Артур Холли Комптон, который возглавлял физический факультет Чикагского университета, смог собрать команду мечты ученых - химиков, физиков, металлургов - все здесь, в университете, к 1941 году. Включая Энрико Ферми, включая Сциларда. Прямо здесь, в кампусе. И именно там они провели эксперимент.
Вид с воздуха на мемориальный четырехугольник, который теперь ознаменовывает CP-1. В его центре (или ядре) находится луковичная скульптура Генри Мура "Ядерная энергия". Окружающие черные усики представляют собой временную инсталляцию под названием «Ядерные пороги», разработанную Ogrydziak Prillinger Architects. (Чикагский университет) Цель команды мечты состояла в том, чтобы создать самодостаточную серию событий деления в контролируемой среде: другими словами, ядерная цепная реакция. Хан и Страссман наблюдали деление в нескольких изолированных атомах. Теперь Комптон, Ферми и Силард хотели объединить миллиарды делений, и нейтроны, выпущенные одной реакцией, запускают следующие несколько. Эффект будет расти в геометрической прогрессии, равно как и выход энергии.
Для проведения эксперимента им потребуется создать первый в мире искусственный ядерный реактор, квадратный аппарат из графитового кирпича и дерева, длиной около 60 футов, шириной 30 футов и высотой. Внутри устройства кадмиевые контрольные стержни поглощают избыточные нейтроны от реакций деления, предотвращая катастрофическую потерю контроля. В своей нише под трибунами на Стэгг-Филдском университете реактор, разработанный и изготовленный в течение одного месяца, успешно вызвал цепную ядерную реакцию и использовал ее для выработки энергии.
Работа научно-исследовательской команды звездного состава Чикаго стала важнейшим первым шагом на пути к цели Манхэттенского проекта по созданию ядерной бомбы перед Осью. Эта цель будет реализована в 1945 году, когда Соединенные Штаты сбросят атомные бомбы на Хиросиму и Нагасаки, что приведет к смертельному и провокационному окончанию войны. («Горе мне», - сказал Эйнштейн, услышав эту новость.) И все же, прорыв Чикагской кучи-1, по прозвищу CP-1, представлял собой больше, чем шаг к большей военной мощи для США. способность подключаться к сердцам атомов для топлива.
Одним из наиболее очевидных наследий эксперимента CP-1 является рост атомной энергетики, который физик Энрико Ферми сыграл важную роль в кикстарте после своего времени с тайным исследовательским оборудованием Чикаго. «Ферми действительно не интересовался оружием в долгосрочной перспективе», - говорит Айзекс. «Он, конечно, работал над Манхэттенским проектом, и он был полностью предан своему делу, но когда война закончилась, он продолжал строить реакторы с идеей, что они будут использоваться для гражданского использования, для выработки электроэнергии».
«Ядерная энергия» Генри Мура, вид сбоку. На заднем плане вырисовывается купол библиотеки Джо и Рики Мансуэто. (Чикагский университет) Айзекс отмечает, что контролируемое деление, продемонстрированное с помощью СР-1, также проложило путь для включения ядерных технологий в медицину (например, рентгеновские снимки, компьютерная томография и другие диагностические инструменты, а также методы лечения рака) и сельское хозяйство (Айзекс цитирует как один пример продолжающихся усилий по генетической диверсификации бананов путем тактического облучения их генов). И все же одно из самых масштабных воздействий ХП-1 было на практику самой науки.
«Если подумать о том, что произошло сразу после войны, - говорит Айзекс, - то, что было создано в первую очередь федеральными агентствами, финансирующими исследования в этой стране, - Комиссией по атомной энергии, которая сейчас называется Министерством энергетики, и спустя годы - Национальный институт здравоохранения и Национальный научный фонд ». Эти агентства возникли после успеха ПК-1 и Манхэттенского проекта, который в более широком смысле проложил путь к обновленной общественной вере в науку и технику.
Престижное научное сотрудничество «команда мечты» также приобрело известность благодаря усилиям CP-1. Например, Айзекс рассматривает современные межвузовские исследования рака как естественное продолжение модели Манхэттенского проекта: объедините самые яркие умы со всей страны и позвольте магии случиться. Благодаря Интернету современные исследователи часто обмениваются данными и гипотезами в цифровом виде, а не физически, но быстрое, целенаправленное представление и создание прототипов Чикагской кучи-1 очень живы и здоровы.
Поле Стагг было закрыто в 1957 году, трибуны, которые когда-то укрывали первый в мире искусственный ядерный реактор, были снесены. Сайт теперь представляет собой скромный серый четырехугольник, окруженный университетскими исследовательскими центрами и библиотеками. В основе этого открытого пространства, абсолютная бронзовая скульптура с округлым панцирем увековечивает атомные открытия. Его форму можно интерпретировать как защитный щит или гребень грибного облака. Под названием «Ядерная энергия» произведение было специально заказано абстрактным скульптором Генри Муром.
«Растворяется ли это», - задается вопросом о загадочной скульптуре Мура кафедра истории искусств Чикагского университета Кристин Меринг, - «или она развивается?» преследовать нас вечно.
