Как первая цепная реакция изменила науку

Наследие прорыва 1942 года в кампусе включает достижения во многих областях.

Атомный век начался в 15:25. 2 декабря 1942 года — тихо, в обстановке секретности, на корте для сквоша под западными трибунами старого Стэгг-Филда в Чикагском университете.

Сегодня скульптура Генри Мура «Ядерная энергия» и библиотека Мансуэто занимают территорию на углу Эллис-авеню и 57-й улицы, где 70 лет назад Энрико Ферми и его коллеги разработали первую управляемую самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию. Их эксперимент стал ключевым шагом в Манхэттенском проекте по разработке атомной бомбы во время Второй мировой войны.

Эта первоначальная цепная реакция была слишком слабой, чтобы питать даже одну лампочку. Тем не менее, он изменил мир, а вместе с ним и Чикагский университет, в целом ряде направлений, охватывающих физику, химию, междисциплинарные исследования, политический анализ и ядерную медицину. Еще в 1942 году присутствующие на этом историческом событии почувствовали, насколько влиятельной будет их работа.

"Все мы . . . знал, что с появлением цепной реакции мир уже никогда не будет прежним», — писал в то время бывший физик из Университета Чикаго Сэмюэл К. Эллисон.

Сложное наследие этой первой цепной реакции включает мирное использование ядерной энергии, ужасную мощь ядерного оружия и новую эру других научных и технологических достижений.

После войны в Чикаго были основаны Институт ядерных исследований и Институт изучения металлов. Позже переименованные в институты Энрико Ферми и Джеймса Франка, они позволили университету сохранить большую часть интеллектуальных талантов, собравшихся в кампусе для работы над Манхэттенским проектом. Еще одним продуктом проекта стала Аргоннская национальная лаборатория, которая проводит фундаментальные и прикладные исследования во многих основных научных дисциплинах. Сегодня Аргонн является партнером Института молекулярной инженерии, который привлекает ведущих ученых и инженеров к новаторской инициативе по проведению исследований на молекулярном уровне.

«То, что мы видим здесь, — это наследие связи, на которое мы все еще опираемся, способ попытаться переопределить инженерию для 21-го века», — сказал проректор Томас Розенбаум, почетный профессор физики Джона Т. Уилсона.

Создание сваи

Хотя команда Ферми занималась самым большим секретным проектом Второй мировой войны, они обсуждали технические вопросы под деревом в главном квадрате, который они считали защищенным от подслушивания. В середине дня, когда они произвели первую цепную реакцию, они взяли обычный обеденный перерыв в Хатчинсон-Коммонс.

«Не думайте, что им удалось добиться цепной реакции с первой попытки», — говорит Роджер Хильдебранд, заслуженный профессор физики имени Сэмюэля К. Эллисона. «Они построили и перестроили штабели из урана, оксида урана и графита 30 раз, прежде чем они были готовы к финальному испытанию».

Чикагская свая номер один, или сокращенно CP-1, состояла из 40 000 графитовых блоков, в которых было заключено 19 000 кусков металлического урана и топлива из оксида урана. Ученые из того, что тогда называлось Металлургической лабораторией или «Метлабораторией», уложили графит слоями в деревянный каркас площадью 24 квадратных фута.

Хильдебранд начал свою работу над Манхэттенским проектом, когда изучал химию в Калифорнийском университете в Беркли.Он работал на лауреата Нобелевской премии Эрнеста Лоуренса, тезку национальных лабораторий Лоуренса Ливермора и Лоуренса Беркли, используя циклотронный ускоритель Беркли для превращения урана в плутоний, элемент, который, как считается, может запускать цепную реакцию.

Образцы, облученные в Беркли и другой лаборатории в Сент-Луисе, оказались в лаборатории Джеймса Герберта Джонса, всего в одном квартале к югу от старого Стэгг Филд. Там, в комнате 405 лаборатории Джонса, будущий лауреат Нобелевской премии Гленн Сиборг сделал важный шаг на пути к атомному веку. Он взвесил первый видимый образец плутония размером с булавочную головку. Это было немного, но достаточно, чтобы измерить его химические и металлургические свойства.

Потенциальные опасности ядерной энергетики были очевидны даже в те первые дни, но приоритет отдавался военным усилиям. Японцы бомбили Перл-Харбор 7 декабря 1941 года. Через четыре дня Германия и Италия объявили войну Соединенным Штатам.

«Они наступали повсюду, они повсюду завоевывали и работали над атомной бомбой», — сказал Хильдебранд о немцах. «Последствия проигрыша в ядерной гонке были озабочены всеми, кто знал, что ядерная бомба возможна».

Результат успеха цепной реакции

Научный персонал Металлургической лаборатории основал Чикагскую организацию ученых-атомщиков 26 сентября 1945 года — всего через несколько недель после того, как Соединенные Штаты сбросили атомную бомбу на Хиросиму и Нагасаки. Группа выпустила первый номер журнала. Бюллетень ученых-атомщиков Чикаго 10 декабря 1945 г. Бюллетень«Часы Судного дня» до сих пор являются символом уязвимости человечества перед антропогенной катастрофой, а повестка дня расширилась от ядерного оружия до изменения климата и биологического оружия.

Медицинские исследования получили неожиданные преимущества от исследований военного времени. В начале 1950-х годов Комиссия по атомной энергии финансировала Аргоннскую онкологическую больницу, которая стала Институтом Франклина Маклина, 5841 ю.Эллис-авеню, 1973 год. Аргоннская больница успешно впервые применила радиацию для лечения рака, а позже усилия были расширены за счет включения радиологических инноваций в диагностику и лечение других заболеваний.

Хотя Чикагский университет уже был известен в области физики и химии еще до Второй мировой войны, ученые, работавшие над Манхэттенским проектом, помогли этим факультетам добиться нового научного прогресса после войны. Многие ученые из Университета Чикаго, участвовавшие в военных действиях, получили Нобелевские премии за научную работу в послевоенный период, в том числе Оуэн Чемберлен, Юджин П. Вигнер и Гленн Сиборг. Ферми, один из самых важных ученых 20-го века, стал вдохновляющим учителем в Калифорнийском университете в Чикаго после войны, прежде чем умер от рака желудка в 1954 году. Национальная ускорительная лаборатория в Батавии была переименована в честь Ферми в 1974 году и стала называться Фермилаб. место многочисленных фундаментальных достижений в физике элементарных частиц.

Университет Чикаго строит для будущего

Сегодня Исследовательский центр Уильяма Экхарта возвышается над строительной площадкой прямо через дорогу от того места, где Ферми и его коллеги осуществили первую управляемую самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию. Центр Экхарта займет место бывшего здания научно-исследовательских институтов, где Ферми и многие другие ветераны Манхэттенского проекта проводили преобразующие исследования.

Ученые Калифорнийского университета в Чикаго официально почтили наследие научно-исследовательских институтов в июне 2011 года, когда они публично раскрыли содержимое капсулы времени, которую Ферми запечатал в краеугольном камне здания научно-исследовательских институтов почти 62 года назад. Оглядываясь назад, содержание краеугольного камня, которое включало буклеты об институтах и ​​эскиз их здания, едва намекало на последующие достижения. «Это вдохновляющее наследие сохранилось и по сей день», — сказал Роберт Фефферман, декан факультета физических наук университета.

«Это не просто что-то о далеком прошлом», — заметил Фефферман на церемонии открытия краеугольного камня. «Это то, что продолжается, и мы очень гордимся великими научными традициями здесь».

Лучшие истории

1. В центре Земли обнаружена потенциальная алмазная фабрика
2. Образовательная лаборатория Чикагского университета возглавляет репетиторский проект стоимостью 18 миллионов долларов, направленный на стимулирование обучения
3. Исследование показало, что многие планеты могут иметь атмосферы, богатые гелием