وقتی صحبت از واکنشهای هستهای بخصوص شکافت هستهای میشود، معمولا اولین اسمی که به ذهن ما میآید، رابرت اوپنهایمر است که مدیریت پروژهی منهتن را بر عهده داشت. اما یکی از مهمترین و کلیدیترین چهرهها در توسعهی فیزیک هستهای و واکنشهای شکافت هستهای، در واقع فیزیکدان ایتالیایی-آمریکایی انریکو فرمی بود. پروژهی منهتن در اواسط سال ۱۹۴۲ آغاز شد. اما در پایان همان سال یعنی دسامبر ۱۹۴۲، پروژهی دیگری که به منظور توسعهی فرآیند کنترل شدهی شکافت هستهای در دانشگاه شیکاگو و با هدایت انریکو فرمی در جریان بود، به نتیجه رسید. نخستین راکتور شکافت هستهای جهان با نام راکتور Chicago Pile 1 یک زنجیرهی واکنش شکافت هستهای را در خود جای داد.
اما ابتکار عمل فرمی و تیمش در این پروژه چه بود؟
به منظور پاسخ به این پرسش، بهتر است که ابتدا ببینیم علت وقوع واکنش شکافت هستهای (nuclear fission) چیست. یک جمعی از آدمها را تصور کنید که از دو نوع آدم تشکیل شده است. یک نوع از این آدمها هستند که وقتی از هم دورند، با هم دعوا میکنند و تو سر و کلهی هم میزنند و بلافاصله از هم دور میشوند، اما کافیست کنار هم قرار بگیرند تا به هم بچسبند و با هم حسابی خوب شوند. این آدمها مثل پروتونها هستند که در فاصلهی دور، یکدیگر را در اثر دافعهی الکترومغناطیس دفع میکنند، اما اگر کنار هم قرار بگیرند، بین خودشان جاذبهی قوی هستهای احساس میکنند و به هم میچسبند. اما در این اتاق، یک دستهی دیگر از آدمها هستند که اینها خنثی هستند و با هیچکس دعوا و دافعهای ندارند. اگر اینها کنار هرکسی قرار بگیرند، سریعا به همان فرد میچسبند. اینها مثل نوترونها هستند که چون بار الکتریکی ندارند، هیچکس را دفع نمیکنند. اما در فاصلهی نزدیک با هرکسی در آن اتاق، جاذبهی قوی هستهای را حس میکنند.
خب شما تعدادی از این آدمها یا همان ذرات را داخل یک اتاق که همان هسته باشد، قرار میدهید. در این اتاق، یک تعادلی بین نیروهای دافعه و جاذبه برقرار است. اما شما شیطنت میکنید و تعدادی نوترون را وارد اتاق میکنید. کافیست تعداد افراد داخل این اتاق آنقدر زیاد شود که پروتونها کمی از هم دور شوند و بینشان فاصله بیفتد. فاصله افتادن همان و از بین رفتن جاذبهی قوی هستهای بین آنها همان. بلافاصله نیروی دافعهی الکترومغناطیس عمل میکند و اتاق یا همان هسته از هم میپاشد و انرژی زیادی آزاد میشود. اتم اورانیوم، یکی از همین اتاقهای شلوغ است که کافیست شما یک نوترون وارد هستهاش کنید تا از هم بپاشد و انرژی زیاد به همراه سه نوترون آزاد کند. حالا اگر چند اورانیوم دیگر هم آنجا باشد، این سه نوترون به آن اتاقها میروند و آن اتاقها نیز از هم میپاشد و این روند ادامه مییابد که به آن واکنش زنجیرهای هستهای میگوییم.
اما ابتکار تیم فرمی در اینجا این بود که ما میتوانیم میلههای کنترلی طراحی کرده و لابلای اورانیومها قرار دهیم تا این میلهها سریعا نوترونهای اضافه را جذب کنند و جلوی از کنترل خارج شدن واکنش را بگیرند. اگر این میلههای کنترلی نباشد، همان اتفاقی میافتد که در حادثهی چرنوبیل رخ داد.
– ابا اباد