‘Oppenheimer’: Το Chicago Pile-1, ο πυρηνικός αντιδραστήρας κάτω από ένα γήπεδο ποδοσφαίρου, εξήγησε

Για δύο χρόνια από τον χρόνο μου ως φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, το κτίριο του κοιτώνα μου, η καφετέριά μου και η βιβλιοθήκη όπου δούλευα βρίσκονταν στο ίδιο τετράγωνο με τον χώρο του πρώτου ανθρωπογενούς πυρηνικού αντιδραστήρα στον κόσμο.

Με την πρώτη ματιά, δεν θα ξέρατε πραγματικά πόσο πολύ αυτή η έκταση γης στο Hyde Park του Σικάγο διαμόρφωσε την Ατομική Εποχή. Ανάμεσα στη φασαρία και τη φασαρία των φοιτητών, μπορεί να αποσπαστείτε περισσότερο από τα φωτεινά χρώματα των κοιτώνων Max Palevsky, την επιβλητική μπρουταλιστική αρχιτεκτονική της Βιβλιοθήκης Regenstein ή ακόμα και τον γυάλινο θόλο της βιβλιοθήκης Mansueto. Κοιτάξτε πέρα ​​από αυτά, ωστόσο, και θα δείτε ένα χάλκινο άγαλμα του Henry Moore, με τίτλο “

Nuclear


Energy

”, που μνημονεύει την κατασκευή του αντιδραστήρα – και τη στιγμή το 1942 που έγινε κρίσιμη.

Ο ίδιος πυρηνικός αντιδραστήρας κάνει μια τόσο σύντομη εμφάνιση στον Κρίστοφερ Νόλαν

Οπενχάιμερ

, όταν ο φυσικός J. Robert Oppenheimer (

Cillian Murphy

) ταξιδεύει στο Σικάγο για να ελέγξει την πρόοδο των συναδέλφων του στο Manhattan Project. Συναντά φυσικούς όπως ο Enrico Fermi (Danny Deferrari) και ο Leo Szilard (Máté Haumann), οι οποίοι επιβεβαιώνουν ότι έχουν κατασκευάσει με επιτυχία την πρώτη ανθρωπογενή πυρηνική αντίδραση. Πώς το έκαναν; Με το Chicago Pile-1, ή CP-1: ένας αντιδραστήρας από τούβλα γραφίτη, χτισμένος κάτω από ένα γήπεδο ποδοσφαίρου σε μια ενεργή πανεπιστημιούπολη κολεγίου.

Η σκηνή δεν καταλαμβάνει σχεδόν καθόλου χρόνο στο τρίωρο έπος δηλαδή

Οπενχάιμερ

, αλλά η επιστήμη πίσω από αυτό είναι ζωτικής σημασίας για τη δημιουργία της ατομικής βόμβας. Όχι μόνο αυτό, αλλά η κατασκευή του CP-1 είναι αρκετά συναρπαστική που θα μπορούσε εύκολα να γίνει η δική του ταινία. Πώς λειτούργησε; Άφησε κάποια ακτινοβολία στην πανεπιστημιούπολη του ΟυΣικάγο; Και ίσως το πιο περίεργο από όλα,

Γιατί

φτιάχτηκε κάτω από γήπεδο ποδοσφαίρου;

Τι είναι το CP-1 και γιατί ήταν σημαντικό για το Manhattan Project;

Καθώς το Manhattan Project ξεκίνησε, αρκετά πράγματα έγιναν εμφανή. Αρχικά, οι επιστήμονες έπρεπε να προσδιορίσουν εάν ο έλεγχος μιας πυρηνικής αλυσιδωτής αντίδρασης ήταν ακόμη δυνατός.

Η αρχή της αλυσιδωτής αντίδρασης ήταν ήδη καλά κατανοητή από αυτό το σημείο. «Αν πολύ βαρείς πυρήνες – σε αυτήν την περίπτωση το ουράνιο – απορροφήσουν ένα νετρόνιο, θα διασπαστούν, θα σπάσουν σε κομμάτια και θα δώσουν μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας, έτσι ώστε οι πυρήνες να πετάξουν και να ζεσταθούν όλα», εξήγησε ο Peter Littlewood, Πρόεδρος του Τμήματος Φυσικής του UChicago σε μια τηλεφωνική συνέντευξη στο Mashable. “Για κάθε πυρήνα που σχίζεται, δημιουργείτε τρία επιπλέον νετρόνια. Και αν αυτά τα νετρόνια συλληφθούν από έναν άλλο, τότε παίρνετε εννέα και συνεχίζετε να χτίζετε. Αυτό ονομάζουμε αλυσιδωτή αντίδραση.”

Εκτός από το πώς να ελέγξουν μια τέτοια αντίδραση, οι επιστήμονες χρειάζονταν επίσης αρκετό σχάσιμο υλικό, όπως πλουτώνιο ή ουράνιο, για να τοποθετήσουν στη δοκιμαστική βόμβα, καθώς και τις βόμβες που η κυβέρνηση των ΗΠΑ θα έριχνε στη Χιροσίμα και το Ναγκασάκι.

Εισαγάγετε CP-1. Τον Νοέμβριο του 1942, ο Fermi και άλλα μέλη του Μεταλλουργικού Εργαστηρίου του UChicago – το οποίο μελέτησε το πλουτώνιο – κατασκεύασαν το CP-1 σε ένα γήπεδο σκουός κάτω από τις δυτικές εξέδρες ποδοσφαίρου του Stagg Field του Πανεπιστημίου. Ο Stagg ήταν κάποτε οικοδεσπότης της ποδοσφαιρικής ομάδας του UChicago. Ωστόσο, ο Fermi και οι συνεργάτες του δεν χρειάστηκε να ανησυχούν για την παρέμβαση σε αγώνες ποδοσφαίρου ή πρακτική, δεδομένου ότι ο Πρόεδρος του Πανεπιστημίου Ρόμπερτ Μέιναρντ Χάτσινς είχε τερματίσει το αρκετά κυρίαρχο πρόγραμμα ποδοσφαίρου πανεπιστημίου το 1939.

«Πιστεύω ότι είναι καλό για τη χώρα να έχει ένα σημαντικό πανεπιστήμιο που διακόπτει το ποδόσφαιρο», είπε ο Χάτσινς στους φοιτητές σε μια ομιλία του το 1940. “Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι, συνολικά, το παιχνίδι ήταν ένα σημαντικό μειονέκτημα για την εκπαίδευση στις Ηνωμένες Πολιτείες.” (Το άθλημα επέστρεψε το 1969, αν και μέχρι τότε, το παλιό Stagg Field είχε αντικατασταθεί από τη Βιβλιοθήκη Regenstein.)

Χάρη στην ξαφνική αποστροφή του UChicago για τον αθλητισμό, η κατασκευή του CP-1 συνεχίστηκε μέχρι τις 2 Δεκεμβρίου 1942, όταν ο αντιδραστήρας παρήγαγε την πρώτη ανθρωπογενή, αυτοσυντηρούμενη πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση. Με τη γνώση ότι μια τέτοια αντίδραση ήταν δυνατή, ξεκίνησε η κατασκευή ενός πυρηνικού αντιδραστήρα στο Hanford της Ουάσιγκτον, όπου πραγματοποιήθηκε η παραγωγή πλουτωνίου για τη βόμβα Trinity Test και η βόμβα που έπεσε πάνω από το Ναγκασάκι. Το ίδιο το CP-1 δεν ήταν υπεύθυνο για την παραγωγή πλουτωνίου.

“Το CP-1 σχεδιάστηκε ως πείραμα. Δεν σχεδιάστηκε για να κάνει τίποτα άλλο από το να αποδείξει ότι η αρχή λειτούργησε”, είπε ο Peter Littlewood, Πρόεδρος του Τμήματος Φυσικής του UChicago, σε μια τηλεφωνική συνέντευξη στο Mashable. «Αλλά ήταν τόσο σίγουροι που λειτούργησε που είχαν ήδη σχεδιάσει τον αντιδραστήρα Hanford πριν ολοκληρωθεί το πείραμα». Η κατασκευή στο Hanford διήρκεσε μόνο 18 μήνες.

Πώς λειτούργησε το CP-1;

CP-1, σύμφωνα με το “Oppenheimer.”



Πίστωση: Στιγμιότυπο οθόνης: Universal Pictures

Ο ίδιος ο Fermi περιέγραψε το CP-1 ως «έναν ακατέργαστο σωρό από μαύρα τούβλα και ξύλινα ξύλα». Πώς λοιπόν μια τόσο «ωμή» κατασκευή, πλάτους 20 πόδια και ύψος 25 πόδια, δημιούργησε μια μνημειώδη αλυσιδωτή αντίδραση;

Πάνω από τα μπλοκ γραφίτη, το CP-1 περιείχε επίσης μικρότερα σφαιρίδια ουρανίου, τα οποία θα βοηθούσαν στην έναρξη της αλυσιδωτής αντίδρασης στην πρώτη θέση. Ο γραφίτης χρησίμευσε ως «συντονιστής» για την αντίδραση. «Επιβραδύνει τα νετρόνια και τα καθιστά πιο εύκολο να απορροφηθούν από τα άτομα ουρανίου», εξήγησε ο Littlewood σε ένα e-mail.

Αλλά η απόλυτη μορφή ελέγχου ήρθε με τη μορφή μακριών ξύλινων ράβδων επικαλυμμένων με κάδμιο, το οποίο απορροφούσε τα νετρόνια. «Όταν οι ράβδοι ελέγχου είναι όλες πιεστικές προς τα μέσα, δεν συμβαίνει τίποτα», είπε ο Littlewood. «Στη συνέχεια αποσύρετε τις ράβδους ελέγχου και κάθε φορά που το κάνετε αυτό, υπάρχει μια μικρή έκρηξη ενέργειας». Ο Fermi και η ομάδα του παρακολούθησαν αυτές τις εκρήξεις ενέργειας, παρακολουθώντας τη συσσώρευση ισχύος και υπολογίζοντας πόσο μακριά να τραβήξουν τις ράβδους ελέγχου μέχρι η ενέργεια να αυτοσυντηρείται.

Ήταν ασφαλή τα πειράματα CP-1;

Ας κάνουμε μια εκδρομή σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα…κάτω από ένα γήπεδο ποδοσφαίρου.



Πίστωση: Στιγμιότυπο οθόνης: Universal Pictures

Όταν έμαθα ότι περνούσα ένα μεγάλο μέρος του χρόνου μου στο UChicago κάνοντας παρέα γύρω από την τοποθεσία ενός παλιού πυρηνικού αντιδραστήρα, τρόμαξα ελαφρώς. Θα αποφοιτούσα από το σχολείο με ένα επιπλέον κεφάλι;

Από τη μία πλευρά, κάθε ομάδα περιοδείας που περνάει από το άγαλμα του Μουρ βεβαιώνεται ότι η τοποθεσία δεν αποτελεί κίνδυνο ραδιενέργειας. Από την άλλη, ένας παλιός καθηγητής μου είπε κάποτε στην τάξη μου μια φήμη ότι το καφέ στη βιβλιοθήκη Regenstein είχε μεταφερθεί από το υπόγειο στον πρώτο όροφο λόγω ιχνών ακτινοβολίας που βρέθηκαν στο υπόγειο. (Για να το θέσουμε σε μια προοπτική: εγώ και πολλοί άλλοι φοιτητές του ΟυΣικάγο έχουμε περάσει περισσότερο χρόνο σε αυτό το υπόγειο της βιβλιοθήκης από ό,τι ο Cillian Murphy κοιτάζοντας ακριβώς την κάμερα στο

Οπενχάιμερ

.)

Ευτυχώς, ο Littlewood με διαβεβαίωσε ότι δεν ήταν έτσι. «Έχω ακούσει αυτή τη φήμη, αλλά όχι πραγματικά από μια αξιόπιστη πηγή, οπότε δεν την αγοράζω».

Και συνέχισε: “Το άλλο είναι ότι η ακτινοβολία είναι παντού και είναι πολύ εύκολο να βρεθεί. Θα μπορούσε να υπήρχε κάποια ραδιενεργή μόλυνση που να ήταν μόνιμη; Θα εξαρτιόταν από το πόσο καλά καθάρισαν το σχάσιμο υλικό ή τι έκαναν με αυτό. Εκείνη την εποχή, και σίγουρα αργότερα στον Ψυχρό Πόλεμο, ήμασταν εξαιρετικά χαλαροί στη φροντίδα του υλικού που θα δημιουργούσε το ραδιενεργό”. Ο γραφίτης θα μπορούσε επίσης να έχει απορροφήσει μέρος της ακτινοβολίας, λειτουργώντας ως προστασία σε ένα περιβάλλον που διαφορετικά δεν είχε θωράκιση.

Προσθήκη σε αυτές τις διαβεβαιώσεις; Σε ένα

Ιστορία NPR 2019

, ο αξιωματικός ασφάλειας ακτινοβολίας του UChicago, James Marsicek, χρησιμοποίησε έναν μετρητή Geiger για να μετρήσει την ακτινοβολία γύρω από αυτό που παλιά ήταν Stagg Field. Ο μετρητής μετρούσε σταθερά 0,02 millirems ανά ώρα, συλλέγοντας απλώς την ακτινοβολία υποβάθρου που εμφανίζεται φυσικά γύρω μας.

Τίποτα από αυτά δεν είναι πληροφορίες που θα λάβετε

Οπενχάιμερ

— μια ταινία ήδη γεμάτη με επιστημονική αξία δεκαετιών — αλλά είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πόση προσπάθεια καταβλήθηκε στο Manhattan Project. Μια γρήγορη ματιά του CP-1 στην ταινία κρύβει ιστορίες εγκαταλελειμμένων γηπέδων ποδοσφαίρου, σταθμών παραγωγής ενέργειας που κατασκευάστηκαν βιαστικά και ακόμη και ανησυχίες (τώρα κατευνασμένες) για ραδιενεργές βιβλιοθήκες. Αλλά ο Littlewood σπεύδει να επισημάνει ότι ο ρόλος του CP-1 στο Manhattan Project είναι μόνο ένα μέρος του αντίκτυπού του.

Όταν το CP-1 έγινε επικριτικό, ο Littlewood είπε ότι “γίνεται σαφές, σε εκείνο το σημείο, ότι μπορούσες να χρησιμοποιήσεις πυρηνική ενέργεια για να παράγεις ενέργεια. Μετά τον πόλεμο, υπήρχε δουλειά από την κυβέρνηση για να το κάνει αυτό. Αυτό περιλάμβανε τη δημιουργία του Εθνικού Εργαστηρίου Argonne, το οποίο βρίσκεται περίπου 25 μίλια νοτιοδυτικά της πόλης. Το Argonne National Lab ήταν το μέρος που σχεδίασε και κατασκεύασε το πρώτο σετ των πυρηνικών αντιδραστήρων του κόσμου. τα ξίφη σε άροτρα».

Όσο για τις σκέψεις του Τμήματος Φυσικής του UChicago σχετικά με

Οπενχάιμερ

? «Είμαστε φυσικοί, επομένως δεν έχουμε συνηθίσει να ενθουσιαζόμαστε», είπε ο Littlewood. «Είμαι σίγουρος ότι κάποια στιγμή θα κάνουμε μια ιδιωτική προβολή για τους μαθητές μας.

Οπενχάιμερ

είναι πλέον στους κινηματογράφους.