Před 80 lety, 2. prosince 1942, provedl italský vědec Enrico Fermi první jadernou řetězovou reakci na světě, a spustil tak první atomový reaktor. Ten byl umístěný na fotbalovém stadionu Chicagské univerzity Stagg Field. Palivem byl uran a jako zpomalovač neutronů sloužil grafit.
Před 80 lety začal atomový věk. Enrico Fermi zažehl první jadernou reakci a ukázal začátek konce války
„Enrico Fermi byl klidný jako Medvídek Pú. Ve 14:30 to začalo,“ popisuje Denise Kiernanová první lidmi spuštěnou jadernou reakci. Spojitost se slavnou postavou není úplně náhodná, vědci totiž sledovali pokus na třech přístrojích pojmenovaných po postavičkách ze slavné knihy – Prasátko, Tygr a Pú.
„Odstranili jednu po druhé kontrolní tyče; tím umožnili více neutronům, aby se svobodně proháněly hmotou. Fyzik George Weil, který s Fermim pracoval na Kolumbijské univerzitě, zkontroloval poslední tyč a povytáhl ji – jen napůl. Hlasy, cvakání a informace o výsledcích měření pokračovaly, očekávání stoupalo a šířilo se mezi vědci s tím, jak se intervaly mezi cvakáním měřících přístrojů zkracovaly. A konečně – Fermi oznámil: ,Je kritická!‘ Začala nová éra, ukázalo se, že teorie funguje,“ píše Kiernanová v knize The Girls of Atomic City.
Americký úřad pro energetiku vytvořil video, kde první reakci vysvětluje pomocí stavebnice LEGO:
Otec jaderné reakce
Římský rodák Fermi se o fyziku zajímal už od dětství a v Itálii se záhy stal uznávanou vědeckou kapacitou. Již jako jednadvacetiletý získal doktorát z fyziky a ve svých šestadvaceti letech byl zvolen profesorem teoretické fyziky na univerzitě v Římě.
V roce 1934 provedl první pokusy s ozařováním látek pomalými neutrony a o čtyři roky později získal za potvrzení existence nových radioaktivních prvků vytvořených neutronovým ozařováním a s tím spojený objev jaderných reakcí způsobených pomalými neutrony Nobelovu cenu za fyziku.
Budova, v jejímž sklepě proběhl experiment
Před blížící se válkou odletěl i s rodinou do New Yorku a začal pracovat na tamní Columbijské univerzitě. V té době bylo Fermimu teprve 41 let. Tajný projekt, který od června 1942 nesl krycí název Manhattan, se skládal ze tří složek, které se navzájem doplňovaly: vědecký výzkum, armádní řízení a zabezpečení a průmysl. Součástí projektu se stala i stavba prvního reaktoru. Řetězová reakce byla jištěna kadmiovými tyčemi, a to jejich zasouváním a vysouváním, čímž jsou pohlcovány neutrony.
Reaktor začal pracovat 2. prosince 1942 v odpoledním čase. Tepelný výkon chicagského reaktoru nebyl větší než u malé žárovky. „Tak to by bylo“, řekl tehdy Fermi na konci experimentu, který se stal vzorem pro atomové elektrárny.
Osmdesát let od první řízené štěpné reakce s ředitelem provozu reaktoru v Řeži Mičákem (zdroj: ČT24)
Bez fotbalu by reakce neproběhla
Cesta k jeho vzniku byla složitá. Projekt ve sklepě Chicagské univerzity měl kostru z dřevěných rámů – a průběh jeho výstavby byl utajovaný – a tak se nesměl ani fotografovat. Cílem bylo zjistit, jestli vědci dokážou řídit štěpnou řetězovou reakci v uranu.
V reaktoru bylo přes pět tun kovového uranu v aktivní zóně, okolo jejího středu bylo dalších 33 tun oxidu uraničitého a víc než tři tuny oxidu uraničito-uranového. Za látku zpomalující reakci byl vybrán vysoce čistý grafit – celkem 350 tun. Se stavbou, která probíhala na sklepním squashovém kurtu univerzity, tehdy pomáhali univerzitní hráči amerického fotbalu, kteří víc než 400 tun materiálu odnesli na zádech a v rukách místo tréninků.
První reaktor měl vědcům prakticky ukázat, jak probíhá řízená štěpná řetězová reakce v uranu. Když se jádro uranu ostřeluje neutrony, neutron jádru předá tolik energie, že se rozkmitá a rozdělí většinou na dva odštěpky. Ty se od sebe velkou rychlostí vzdalují, zabrzdí se o další atomová jádra a jejich pohybová energie se mění na tepelnou. Při rozštěpení jádra uranu se také uvolní dva až tři rychlé neutrony, které znovu naráží do dalšího jádra a situace se opakuje.
Odborníci se na prvním reaktoru chtěli naučit, nakolik jsou schopni řetězovou reakci řídit. Pak měli v plánu postavit průmyslový reaktor, který by měnil Uran 238 na izotop Plutonia 239. Klíčové bylo získat vhodnou štěpnou látku pro využití v jaderné bombě.
Obohacování uranu pak probíhalo v tajném zařízení Oak Ridge – v tomto reaktoru
Oslavy byly bujaré a tajné
„Teoretický fyzik Eugene Wigner otevřel láhev chianti, kterou si do Chicaga přivezl z Princetonu. Víno nalil do papírových kelímků,“ popisuje oslavy Kiernanová. Byly ovšem krátké, tiché – a především tajné. Vše, co se odehrálo v Chicagu, muselo zůstat v Chicagu. Prezident Roosevelt se o úspěchu dozvěděl ještě téhož dne, informaci dostal kódovaným vzkazem, který zněl: „Italský navigátor přistál v Novém světě.“ Projekt byl ale tak tajný, že o jeho existenci netušil dokonce ani viceprezident Truman.
U experimentu bylo 49 vědců – z nich jen jediná žena, fyzička Laura Woodsová. Později vzpomínala, že už tehdy si všimla, jak nápadné bylo, kolik z klíčových vědců, kteří slavili, nebylo ze Spojených států.
Spousta z nich byli imigranti, kteří museli své země opustit v obavách z nacismu – byl to případ Wignera, který byl židovského původu, ale i Fermiho. Ten byl sice Ital, ale židovské kořeny měla jeho žena – a to stačilo k tomu, aby byla rodina pronásledovaná natolik, že prchla přes oceán. „Někdo se mohl domnívat, že je normální, že experti bez ohledu na národnost budou zapojení do tak důležitého výzkumu. Ale Laura to chápala jinak – tito vědci, Maďaři, Italové, Němci, Rakušané, dobře věděli, jak rychle se dokáží diktátorské státy mobilizovat. Univerzity. Armáda. Výzkum. Všechny tyto instituce byly v těchto válkou sužovaných státech pod přímým vedením, kontrolované jednou rukou,“ zaznamenala vzpomínky Laury Woodsové v knize The Girls of the Atomic city.
Spisovatel David Pyke později nazval tuto mezinárodní spolupráci evropských uprchlíků „Hitlerův dar“ – nebýt německého diktátora, Spojeným státům by trval výzkum jaderné reakce spoustu dalších let a od atomové zbraně by je dělila zřejmě celá dekáda navíc.