Bevezetés
Az 1901-ben született Enrico Fermi valóban a huszadik század tudósa volt. Gyermekkorának, neveltetésének és karrierjének története ismerősnek és “modernnek” tűnik. Korának sok zseniális tudósához hasonlóan Fermi is úgy látta, hogy az Európában zajló események további ösztönzést jelentenek számára, hogy Amerikában dolgozzon. Európa vesztesége Amerika nyeresége volt. New Yorkban és Chicagóban Fermi megtalálta azt a környezetet és technológiát, amelyre szüksége volt elméletei továbbfejlesztéséhez és bizonyításához. 1947-re Fermi ünnepelt tudós lett, akit világszerte ismertek az elméleti és kísérleti fizika terén elért eredményei.
Ki volt Enrico Fermi? Mi volt a hozzájárulása az elméleti és kísérleti fizikához?
Egy kivételes diák
Enrico Fermi 1901. szeptember 29-én született Rómában, Olaszországban; ő volt a legfiatalabb Alberto Fermi, egy vasúti tisztviselő és Ida de Gattis, egy határozott elvárásokkal rendelkező elemi iskolai tanár három gyermeke közül.
A családot lesújtó csapás volt testvére, Giulio halála 1915-ben egy kisebb műtét során. Míg édesanyja mélyen gyászolt, Enrico tanulással töltötte ki az ürességet, amit érzett. A fizika és a matematika szövegeinek olvasása lett a hobbija. Felesége, Laura Fermi egyszer leírta, hogy Enrico elmesélte neki, hogyan ült otthon a kezén, hogy melegen tartsa magát tanulás közben, és hogyan “lapozgatta a könyv lapjait a nyelvével.”
Apa egyik kollégája, Ingegner Amidei bátorította a fiatal Enricót tanulmányaiban, és a pisai egyetem leányvállalatához, a Reale Scuolo Normale Superiore-hoz irányította, amely kifejezetten az ígéretes és tehetséges diákokat célozta meg, és versenyvizsgákon keresztül vette fel őket. Amikor Enrico Fermi egy rezgő húrokról szóló dolgozatot nyújtott be, amely lenyűgözte a vizsgáztató professzort, felvették az iskolába, és “kivételesnek” nyilvánították. Így 17 évesen Rómából Pisába költözött, Galilei több száz évvel korábbi híres kísérleteinek helyszínére.
A Pisai Egyetemen tanulva Fermi továbbfejlesztette a spektroszkópia elméleti megközelítését. Az egyetemen 1922 júliusában doktorált a röntgensugarak vizsgálatáról írt disszertációjával.
Kiváló fiatal tudós
Rómában Fermi megismerkedett Orso Mano Corbinóval, a római egyetem mérnöki karának vezetőjével és a nemzet kormányának szenátorával. Az olasz kormány ösztöndíjakat és ösztöndíjakat biztosított Ferminek, amelyek lehetővé tették a kvantummechanikával foglalkozó két szakemberrel való haladó tanulmányokat: Max Born professzorral, a fizika Nobel-díjasával a Gottingeni Egyetemen és Dr. Paul Ehrenfesttel a Leideni Egyetemen. Werner Heisenberg osztálytársa volt Gottingenben.
1924-ben, amikor Mussolini fasiszta kormányának megalakulásakor visszatért Olaszországba, Fermi, aki még mindig Corbino pártfogoltja volt, elvállalta a római egyetemen az elméleti fizika külön erre a célra létrehozott tanszéki állást. Corbino célja Olaszország lecsökkent tudományos tekintélyének helyreállítása volt, és a legjobb fiatal tudósokat kezdte el toborozni, hogy Fermi egy kiváló fizikai tanszéket építsen.
Fermi csoportja eleinte spektroszkópiai jelenségekkel és kvantummechanikával foglalkozott. Ebben az időben, a neutron felfedezése előtt, és amikor a kvantumelméletet még csak fejlesztették, Fermi az elektronok tulajdonságaira összpontosította figyelmét. A Fermi-statisztika elmélete az elektronok eloszlásának valószínűségére vonatkozik az atom adott szintjein belül. Megállapította, hogy névadó fermionjai, az anyag alapvető szubatomi részecskéi engedelmeskednek a Pauli-féle kizárási elvnek.
Laura Capon, egy vegyészhallgató és Enrico Fermi 1928-ban kötött házasságot, és 1931-ben és 1936-ban megszülettek gyermekeik, Nella és Giulio.
Fermi először 1930-ban látogatott az Egyesült Államokba, hogy előadást tartson egy nyári szimpóziumon a kvantumelméletről; 1933 és 1935 nyarán tért vissza 1937-ig.
Kíván többet megtudni Enrico Fermiről? Tudjon meg többet Benjamin Franklin-díjáról
Az elméletitől a kísérletig
A neutron 1932-es felfedezése, majd a mesterséges radioaktivitás 1934-es felfedezése után Fermi elhatározta, hogy kísérletet tesz a mesterséges radioaktivitás előállítására úgy, hogy a francia tudósok által használt alfa-részecske-módszert neutronbombázással helyettesíti. Ez azt jelentette, hogy tudományos prioritása az elméleti tudományról a kísérleti tudományra változott.
Kitalált egy eljárást neutronok előállítására a radon és a berillium kombinációjából, épített egy Geiger-számlálót a keletkező radioaktivitás mérésére, és elkezdte az elemek bombázását, módszeresen haladva végig a periódusos rendszerben. Az első sikert a radioaktivitás kimutatásában a fluor (atomi szám=9), a legjelentősebbet pedig az urán (atomi szám=92) jelentette. Az urán szétesésekor egy olyan 93-as atomi számú, múló, instabil elem keletkezett, amelynek létezéséről korábban nem volt tudomásunk. Az “új elem” felfedezését azonnali világméretű hírverés követte, de Fermi ezt a hírverést elhamarkodottnak és helytelennek tartotta. Ugyanilyen indokolatlannak tartotta azokat az állításokat is, amelyek szerint a tudományos siker a fasiszta környezetnek köszönhető. Az uránbontás felfedezésének teljes hatása csak évekkel később következett be.
Felfedezés
A kutatások folytatódtak, és 1934 októberében ezüsttel végzett besugárzási kísérletek során kiszámíthatatlan eredményeket észleltek. A fém eredő radioaktivitása attól függött, hogy a fém a védő ólomtartályban volt-e elhelyezve. Ezért kísérleteket állítottak össze, hogy összehasonlítsák a keletkező radioaktivitást, amikor különböző anyagokat helyeztek a radonforrás és az ezüst céltárgy közé. Október 22-én Fermi a nehézfém ólom helyett, amely enyhe aktivitásnövekedést mutatott, egy könnyű anyagot javasolt: a paraffinviaszt. Véletlen választása jól bevált. A Geiger-számláló kimutatta, hogy ennek az ezüstmintának a mesterséges radioaktivitása akár százszorosára is megnövekedett – az izgalom egyre nőtt. Fermi magyarázata az volt, hogy a paraffinban lévő többszörös hidrogénatomok hatékonyan “lelassították” a neutronokat olyan állapotba, amely sokkal több ütközést tett lehetővé az ezüst atomjaival. A neutronbombázással történő irányított vagy “hasznosított” sugárterhelés következő elképesztő lehetősége közel volt.
Ez a felfedezés következményeit előre látva Corbino ragaszkodott ahhoz, hogy azonnal szabadalmat kérjenek. A kérelmet 1934. október 26-án nyújtották be.
Et a nagy jelentőségű felfedezést további munkálatok követték, de a tudóscsoport fokozatosan szétszéledt, ahogy a kísérletezés üteme lelassult; a legtöbben Észak-Amerikába utaztak. Az olaszországi bizonytalan politikai légkör és a háború valószínűsége megterhelte a Fermit. A Róma-Berlin tengely létrejöttével 1938-ban keresztes hadjárat indult az antiszemitizmus ellen. Laura Fermi zsidó volt.
Hatalmas energia
1938. november 10-én Enrico Fermi megkapta a fizikai Nobel-díjat “az új radioaktív elemek azonosításáért és az e munkával kapcsolatban tett felfedezéséért, a lassú neutronok által kiváltott nukleáris reakciók felfedezéséért”. Már korábban is tudott erről a lehetőségről, és kapcsolatban állt amerikai egyetemekkel az elhelyezkedési lehetőségekről. A Fermi család kormányzati engedélyt kapott arra, hogy Stockholmba utazzon a Nobel-díj átadására. Olaszországba nem tértek vissza. Ehelyett, miután meglátogatták Niels Bohrt Koppenhágában, december 10-én elhajóztak az Egyesült Államokba és Fermi új professzori állására a Columbia Egyetemen.
Eközben Németországban felfedezték, hogy az urán neutronbombázásakor két hasonló atomsúlyú termék keletkezik. A várakozások szerint egy, a periódusos rendszerben az uránhoz közeli termék és kis bomlástermékek voltak. A most lejátszódó reakciót helyesebb volt hasadásnak, nem pedig szétesésnek nevezni.
Fermi kezdte megérteni ennek az újdonságnak a következményeit, és hipotézisbe kezdett, hogy az uránatom neutronnal történő hasadása két neutron felszabadulását eredményezi. Ezek a neutronok mindegyike aztán egy másik atomot hasítana meg, ami négy neutront eredményezne, és így tovább. Ez az önismétlődő láncreakció óriási energiát termelne. Ennek fontossága nem veszett el a tudományos közösség számára. A közelgő háború légkörében új, elképzelhetetlen erejű fegyverek lehetősége jelent meg.
Fermi a Columbia Egyetemen kezdte tesztelni hipotézisét az ottani ciklotron neutrongenerátorként való felhasználásával; hónapokon belül Fermi hipotézisét megerősítették.
Háborús munka
Máshol a háború veszélye egyre nőtt, a német tudósoknak már voltak tapasztalataik a maghasadással. Bár a jelenség fegyveres alkalmazása távoli volt, mégis léteztek. Ilyen megfontolások vezették a Columbia fizikusait arra, hogy Albert Einstein segítségét kérjék, hogy tájékoztassák az Egyesült Államok kormányát a fejleményekről. Roosevelt elnök erre úgy reagált, hogy létrehozta az Uránnal foglalkozó tanácsadó bizottságot (az Uránbizottságot).
Akkor Nagy-Britannia és gyarmatai már háborúban álltak Németországgal, majd hat hónappal később Olaszországgal is. Fermi kutatásai az Egyesült Államok 1941. december 8-i hadba lépésével “háborús munkává” váltak. Automatikusan “ellenséges külföldivé” is vált, az ezzel járó bonyodalmakkal együtt.
1942. október 12-én az olaszok számára feloldották az “ellenséges” státuszt; Fermi 1944. július 11-én az Egyesült Államok állampolgára lett.
Atomhalom
A Columbián Fermi és csapata folytatta a nukleáris hasadásból származó szabályozott láncreakciók megvalósíthatóságának vizsgálatát. A kísérletek egy “atomi halom” megépítéséhez vezettek, amely egy neutronforrást körülvevő, tiszta grafittéglákból álló halomként indult. Ez az első lépés lehetővé tette a grafit neutronaktivitásra gyakorolt hatásának vizsgálatát: abszorpció és re-emisszió, mennyiségek, hasadások. A második lépés az urán hozzáadása volt a kísérlethez. Az eredeti halmot úgy építették újjá, hogy néhány grafittéglát urándarabokkal láttak el. Folytatódtak a grafit hatásának megfigyelései. Az eredmények megmutatták Ferminek, hogy a jelenlegi “kísérleti” változatnál nagyobb halomra van szükség a mérhető nukleáris láncreakció létrehozásához, és megkezdődött a nagyobb létesítmények keresése.
A Columbia bővítését az amerikai kormányzatnak az atomkutatás felgyorsítására és központosítására vonatkozó döntése lassította le. Fermi munkája végül 1942-ben a Chicagói Egyetemre költözött. Titoktartás fedte az összes törekvést ezen a helyen, amelyet elterelően Metallurgiai Laboratóriumnak neveztek el. Az új létesítményben összegyűlt fizikusok az alapvető atomkutatásra koncentráltak, mint az újonnan elnevezett Manhattan Projekt egyik ága, a “nagy tudomány” első példája, ahol a kutatást, az anyaggyártást és a támogató személyzetet összevonták és egyetlen célra irányították.
Fermi most már rendelkezett a kibővített atomhalomhoz szükséges térrel. Ez a hely – körülbelül 200 négyzetméter alapterületű és több mint 26 láb magas a Stagg Field Stadion nyugati lelátója alatti használaton kívüli squashpályán, egy több mint 3 millió lakosú város közepén – tartós hírnévre volt hivatott.
A chicagói Fermi-csoport kis halmokat épített és vizsgált, és meggyőződött arról, hogy a tartós láncreakcióhoz szükséges kritikus méretű és összetételű halom létrehozásának minden paramétere ismert. Mindössze hat hét alatt megépült a végleges halom, amely alig kevesebb mint 26 láb magas volt, és teljesen be volt burkolva egy hatalmas négyzet alakú, gumírozott szövetből készült ballonba. 1942. december 2-án Fermi irányította a történelmi műveletet, ő irányította a vezérlő rudak fokozatos eltávolítását, és figyelte a radioaktivitás ebből következő növekedését. Mivel minden a terv szerint haladt, Fermi, aki a szokások rabja volt, ebédszünetet rendelt el. A munka ebéd után folytatódott, és délután 3:20-kor az utolsó vezérlő rudat is óvatosan, egy lábnyi lépésekben távolították el, amikor Fermi kiadta a végső utasítást a teljes eltávolításra. Minden ellenőrző műszer emelkedő radioaktivitást mutatott – a szabályozott maghasadási láncreakciót sikerült elérni!
A sikerről szóló üzenet, amelyet az igazgató, Arthur Compton küldött a Tudományos Kutatási és Fejlesztési Hivatalnak, így szólt: “Az Olasz Navigátor elérte az Újvilágot”. Egy pohár Chiantival koccintottak az ünneplésre.
Eközben folyt az ezt az eredményt magában foglaló fegyverek kifejlesztésére irányuló gyorsprogram. Egy atombombát képzeltek el, irányíthatatlan nukleáris robbanással.
Fermi úr
Fermi most az országot járta, és meglátogatta a háborús erőfeszítések szempontjából kulcsfontosságú helyszíneket: Hanfordot, Oak Ridge-et, Argonne-t és Los Alamost. Megérdemelte az állandó testőrt, John Baudinót és a “Mr. Farmer” fedőnevet is. 1944 nyarán a Fermi család Chicagóból Los Alamosba költözött. Ott maradtak 1945. december 31-ig.
1945. július 16-án volt az első atombomba-kísérlet az új-mexikói sivatagban, a Trinityben. Fermi a robbanás helyszínétől mintegy 10 mérföldre lévő alaptáborból figyelte meg. Leírta, hogy egy széles deszka sötét hegesztőüveg betéttel védte az arcát, és érezte a hőérzetet a testének kitett részeken.
A tudós Fermi mindig is kíváncsi volt a robbanás erejére. Leírta az általa végzett egyszerű tesztet:
“Körülbelül 40 másodperccel a robbanás után ért el engem a légrobbanás. Megpróbáltam megbecsülni az erejét úgy, hogy a robbanáshullám áthaladása előtt, alatt és után kb. két méterről kis papírdarabokat dobtam le. Mivel abban az időben nem fújt szél, nagyon jól megfigyelhettem és ténylegesen meg tudtam mérni a papírdarabok elmozdulását, amelyek a robbanás közben lezuhantak. Az elmozdulás körülbelül 2,5 méter volt, amit akkoriban úgy becsültem, hogy az megfelel annak a robbanásnak, amit tízezer tonna T.N.T. okozna. “1
A robbanást követően Fermi megvizsgálta a 800 láb magasan fekvő. átmérőjű krátert egy ólommal bélelt Sherman tank biztonságából, és megállapította a sivatag mázas felszínét – a homok megolvadt és újra megszilárdult.
Egy alternatív felhasználás
1945. augusztus 6-án Hirosimára dobták le az atombombát, majd három nappal később Nagaszakira a következőt. Japán augusztus 14-én megadta magát, véget vetve a hat évig tartó második világháborúnak. Németország már korábban, 1945. május 7-én megadta magát. Bár a német tudósok kiemelkedő szerepet játszottak a maghasadás felfedezésében és azonosításában, háborús alkalmazási erőfeszítéseik nem jártak sikerrel.
Az atomtudósok rámutattak a maghasadás békeidőben történő felhasználására is, mint az olaj és a szén alternatívájára a hőátadó energia biztosításában, amellyel a villamosenergia-termelésben a turbinák számára gőzt állítanak elő. Megkezdődött az atomerőművek építésének programja.
A háború utáni Chicagóban Fermi az egyetem Nukleáris Tanulmányok Intézetének professzora lett. Érdeklődése most a kozmikus sugárzás természete és eredete felé irányult: a nagy energiájú, nagy sebességű részecskék, amelyek az űrből bombázzák a Földet. Az 1947-ben Chicagóban megépített óriás ciklotron kényelmes forrást biztosított a szubatomi részecskék tanulmányozására. Fermi elmélete szerint a kozmikus sugárzás részecskéi a világűrben lévő mágneses felhőkkel való ütközésekből indulnak ki és nyernek sebességet. A Fermi-Walker-féle transzportfolyamat ezt az állapotot írja le az általános relativitáselmélet értelmében.
Enrico Fermi 1954. november 28-án Chicagóban halt meg gyomorrákban. Azóta az űrkutatás egyre bővült és fokozódott, és most már közvetlenül vizsgálják a kozmikus sugárzást az űrben. A kozmikus sugárzás mesterséges előállítására szolgáló hardverek már nem nélkülözhetetlenek, de az új elméleteket kidolgozók Fermi vállán állnak a szubatomi részecskék világegyetemére vonatkozó ismeretek bővítésében.
Háttér
Fermi az atomfizika új elméleteitől és elképzeléseitől bővelkedő időkben nőtt fel. Thomson 1897-ben fedezte fel az elektront; 1910-ben jött Rutherford felfogása az atom teljes tömegét és pozitív töltését tartalmazó központi, parányi atommagról; Chadwick felfedezése a neutronról; majd Pauli leírása az atomot alkotó három részecsketípus – elektron, proton és neutron – viselkedéséről.
Enrico Fermi, a teljes tudós, egész pályafutása során ötvözte mind az elméleti levezetésre, mind a kísérletezésre való alkalmasságát, kezdve a Fermi-Dirac-statisztika tiszta elméletével, a neutronbombázás kísérleti eredményeinek levezetésén, az atompalók sikeres tervezésén, a maghasadás végeredményének magyarázatán keresztül, és befejezve a kozmikus sugárzás gyorsulásának okaival.
Fermi-Dirac-statisztika
Fermi a Gottingeni Egyetemen folytatott posztgraduális tanulmányai során kidolgozta a tökéletes gáz viselkedésén alapuló sajátos statisztikai modellt, amely megjósolta a nagy elektronfelhők hatását, és kimutatta, hogy azok aktivitása eltér a többi szubatomi részecskétől – ez az anyag alapvető jellemzője. Az ilyen elemi részecskéket, az anyag alapelemeit Fermi után fermionoknak nevezték el.
Béta-bomlás
“Alfa” és “béta” sugárzásnak nevezték az újonnan felfedezett jelenségeket a radioaktivitás kutatásának kezdetén. Pontosabban az alfa-részecske a héliumatomok két protonból és két neutronból álló atommagja, a jóval nagyobb energiájú béta-részecske pedig az atomból kiszabaduló elektron.
A béta-bomlás Fermi-elmélete a bomlás, vagyis az átmenet valószínűségét a bomlás pillanatában a nukleáris erők statisztikája alapján írja le. Számításaiban Fermi egy új részecskét, a neutrínót javasolta, hogy a folyamat során megfigyelhető enyhe elektronenergia-veszteséget megmagyarázza, és megőrizze az energia megőrzésének elvét.
Huszonöt évvel Fermi elmélete után sikerült a béta-bomlás mechanizmusának részletes megértéséhez eljutni, és az elméletet megerősíteni. Ezt az elméletet Fermi aranyszabályának is nevezik.
Lassú neutronok
A természetes radioaktivitást 1896-ban Becquerel fedezte fel, és két évvel később Pierre és Marie Curie jellemezte a polónium és a rádium izolálásával. A mesterséges radioaktivitást mintegy harminc évvel később fedezte fel lányuk, Irene és férje, Frederic Joliot. Egy kísérletben alfa-részecskékkel bombázták a bórt, amelynek egy részét nitrogénné alakították át, majd igazolták, hogy a bór radioaktivitása átment a nitrogénbe. Ez a módszer az alumíniumra is hatásos volt, de az alfa-részecskék alacsony energiája miatt a nehezebb elemekre nem. Az alfa-részecskéknek mint “lövedékeknek” vannak hátrányai. Mivel pozitív töltésű héliummagok, a környező elektronok elektromos interferenciája lelassítja őket, és a pozitív töltésű célmagok ellenállásába ütköznek. Sebességük, teljesítményük és hatásos távolságuk csökken.
Ebből az információból kiindulva Enrico Fermi azt feltételezte, hogy a semleges polaritású és nagyobb sebességű neutronok hatékonyabb “lövedékek” lennének, mint az alfa-részecskék. Kísérleti megközelítése az volt, hogy módszeresen végigment a periódusos rendszerben, és minden egyes elemet neutronbombázásnak vetett alá.
Az első akadály az volt, hogy megbízható neutronforrást találjon ki, amelyet az alfa-részecskéknek bizonyos elemekkel való ütközéséből nyernek. Fermi egy rádiumforrás széteséséből származó radont vett, majd berilliumporral keverte össze, és egy üvegcsőbe zárta. A cső volt az ő neutronforrása. Megépítette a radioaktivitási eredmények mérésére használt Geiger-számlálót, és kémiai eljárásokat gyűjtött össze a bomlások során keletkezett elemek szétválasztására és azonosítására.
A kilencedik, a fluor volt az első elem, amely neutronbombázásból származó radioaktivitást mutatott; a cél az volt, hogy a periódusos rendszer mind a 92 természetesen előforduló eleme közül minél többet megvizsgáljanak.
A módszer az volt, hogy egy mintát bombáztak, megmérték a keletkező radioaktivitást, a besugárzott mintát kémiailag szétválasztották, és megmérték az egyes leválasztott elemek radioaktivitását. Kimutatták, hogy a szétesés után jelenlévő elem atomszámban közel állt az eredeti célmintához. Ez az eredmény mindaddig igaz volt, amíg a célminta urán volt; a bombázás utáni keverék számos elemet tartalmazott, köztük egy 93-as atomsúlyú elemet is. Egy új elem – még ha instabil is – nyilvánvalóan létrejött.
A csapat következő áttörése akkor következett be, amikor egy tudós észrevette, hogy a minta elhelyezése és a körülötte lévő tárgyak befolyásolták a sugárzás eredményét. Ezen felbuzdulva a csapat új nyomozásba kezdett, a neutronforrás és az ezüst céltárgy közötti anyagok variálásával és az így kapott radioaktivitás mérésével.
A kísérletek során Fermi azt javasolta, hogy a nehézfém, az ólom helyett próbáljanak meg egy könnyű anyagot, például paraffinviaszt használni a neutronforrás körüli köztes anyagként. Az eredmények megdöbbentőek voltak – az ezüst radioaktivitása százszorosára nőtt. Fermi elmélete ezekből az eredményekből kiindulva vezette be a lassú neutron fogalmát.
A paraffinviasz, a szénhidrogének szilárd keveréke, nagy százalékban tartalmaz hidrogénatomokat. Ezen atomok atommagjai, az egyes protonok tömege megegyezik a neutronok tömegével. Amikor a neutronok belépnek a viaszba, a magas hidrogéntartalom nagyszámú ütközést biztosít, és a részecskék méretének hasonlósága lelassítja a neutronok sebességét az ütközések során. A céltárgyba becsapódó “lassú” neutronok nagyobb valószínűséggel ütköznek ezüstatomokkal; a megnövekedett ütközések nagyobb radioaktivitást eredményeznek.
Ezekben a kísérletekben Fermi csapatának figyelme a bomlásból származó periodikusan szomszédos elemek vizsgálatára irányult, nem pedig a periódusos rendszer távolabbi elemeire. Az egyéb bomlástermékek lehetősége észrevétlen maradt. Hahnra, Strassmanra és Meitnerre maradt, hogy két évvel később felfedezzék, hogy az urán besugárzása maghasadást okoz. Ebből arra következtettek, hogy a felfedezettnek hitt új elem valójában az urán bomlástermékeinek keveréke.
Láncreakció
A maghasadás felfedezésének hírére Fermi, Szilárddal együttműködve, azonnal egy új hipotézissel bővítette a listáját. Az uránatom hasadásakor keletkező nagy energiára adott előzetes magyarázata azt feltételezte, hogy a hasadást okozó eredeti egyetlen atom két neutront termel. Lehetséges lenne, hogy ez a kettő aztán összeütközik más uránatomokkal, és négy neutron keletkezik, és így a reakciók láncolata növekedne, ahogy a neutronok száma is. A folyamat addig folytatódna, amíg az összes uránatom el nem fogy. Minden egyes magütközés hatalmas mennyiségű energiát szabadít fel.
Fermi hipotézise ideális állapotot írt le. Tudomásul kellett venni, hogy a valós helyzetekben az energiatermelést és a reakciósebességet a nagy magsebesség és a magon belüli abszorpcióból adódó lelassult kölcsönhatás miatt elmaradt ütközések csökkentik, amint azt Fermi már felfedezte paraffinviasz-kísérleteiben.
A kísérleti megerősítéshez megbízható neutronforrásra, a láncreakció befogadására alkalmas edényre és a reakciósebesség szabályozására, illetve mérséklésére szolgáló módszerre volt szükség. A neutronforrást úgy hozták létre, hogy berilliumot bombáztak egy ciklotronban létrehozott, erősen felgyorsított deuteronokkal (deutériumatomok magjaival). Az edény egy szobaméretű halom ultra-tiszta grafit volt, amelybe uránrácsot ültettek, a moderátorok pedig kivehető grafitrudak voltak, amelyeket időközönként helyeztek el a halomban.
A láncreakció a kritikus tömegnél következik be, amely az a pont, ahol éppen elegendő neutron van a reakció fenntartásához, miután figyelembe vették a halomból a szökés és az abszorpció miatti neutronveszteséget. Az első láncreakciót kiváltó halom egy gömb alakú, majdnem 30 méter átmérőjű halom volt.
Kredit
Az Enrico Fermi előadás a The Barra Foundation és az Unisys támogatásával valósult meg.
Ez a weboldal a Franklin Intézet belső, speciális projektcsoportjának erőfeszítése, amely Carol Parssinen, a Tudományos Tanulás Innovációs Központjának vezető alelnöke és Bo Hammer, a Franklin Központ alelnöke irányításával dolgozik.
A speciális projektcsoport tagjai az Oktatási Technológiai Osztályról:
Karen Elinich, Barbara Holberg és Margaret Ennis.
A projektcsoport speciális tagjai a kurátori részlegből:
John Alviti és Andre Pollack.
A projekt tanácsadó testületének tagjai:
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger és Susan Yoon.
Nathan Ensmenger és Susan Yoon.