Het was 75 jaar geleden, onder de tribunes van een voetbalveld van de Universiteit van Chicago, dat wetenschappers de eerste stap zetten om de kracht van de nucleaire splijtingsketenreactie te benutten. Hun onderzoek leidde tot het Atoomtijdperk en begon de race van het Manhattan Project naar een onvoorstelbaar wapen serieus. Later zou precies dezelfde techniek de bouw van de kerncentrales stimuleren die vandaag 20 procent van de Amerikaanse energie leveren. Van geneeskunde tot kunst, het geweldige en vreselijke potentieel van het splitsen van het atoom heeft weinig aspecten van ons leven onberoerd gelaten.
Het verhaal begint eind 1938, toen het werk van chemici Otto Hahn, Fritz Strassman en Lise Meitner leidde tot de ontdekking dat het atoom - wiens naam is afgeleid van het Grieks voor 'ondeelbaar' - in feite uit elkaar kon worden gesplitst. In externe samenwerking met Meitner, een joodse vluchteling uit nazi-Duitsland die zich in Stockholm, Zweden had gevestigd, bombardeerden Hahn en Strassman grote, onstabiele uraniumatomen met kleine neutronen aan de Universiteit van Berlijn. Tot hun verbazing ontdekten ze dat het proces barium kon produceren, een element dat veel lichter was dan uranium. Hieruit bleek dat het mogelijk was om de uraniumkernen te splitsen in minder massieve, chemisch verschillende componenten.
Het trio van onderzoekers wist meteen dat ze iets belangrijks hadden. Het veranderen van de identiteit van een element was ooit de verbeelding van alchemisten: nu was het de wetenschappelijke realiteit. Maar in die tijd hadden ze slechts een idee van de vele wetenschappelijke en culturele revoluties die hun ontdekking zou veroorzaken.
Theoretisch werk van Meitner en haar neef Otto Frisch breidde deze eerste bevinding snel uit - een artikel dat in januari 1939 in Nature werd gepubliceerd, schetste niet alleen het mechanisme van splijting, maar ook de verbazingwekkende energie-output. Terwijl zware uraniumkernen barsten en overgingen van onstabiele hoogenergetische staten naar stabiele laagenergetische staten, gaven ze enorme hoeveelheden energie af. Wat meer is, de gespleten atomen spatten verdwaalde neutronen uit die zelf in staat waren om splijting in andere nabijgelegen kernen te veroorzaken.
Nadat een Amerikaans team aan de Columbia University onmiddellijk het Berlijnse resultaat had nagebootst, was het duidelijk dat de kracht van atoomsplitsing geen grap was. Gezien het beladen geopolitieke klimaat van die tijd, kreeg de haast om te profiteren van deze nieuwe technologie een enorme betekenis. De wereld zelf leek op een onstabiel atoom op de rand van zelfvernietiging. In de Verenigde Staten maakte president Franklin Roosevelt zich steeds meer zorgen over de opkomst van charismatische tirannen in het buitenland.
De omvangrijke reactor werd geplaatst onder de tribunes op Staggs Field. (Universiteit van Chicago) Voor sommige scheikundigen en natuurkundigen voelde de situatie nog erger. "Wetenschappers, van wie sommigen [waaronder Albert Einstein en de Hongaarse fysicus Leo Szilárd] vluchtelingen uit fascistisch Europa waren, wisten wat mogelijk was", zegt Eric Isaacs, professor natuurkunde aan de Universiteit van Chicago. “Ze kenden Adolf Hitler. En met hun collega's en hun collega's hier in Amerika, realiseerden ze zich al snel dat nu we splijting hadden, het zeker mogelijk zou zijn om die energie op snode manieren te gebruiken. "
Bijzonder beangstigend was de mogelijkheid om een reeks splijtingsreacties aan elkaar te rijgen om voldoende energie te genereren om echte vernietiging te bewerkstelligen. In augustus 1939 zorgde deze bezorgdheid ervoor dat Einstein en Szilárd elkaar ontmoetten en een brief opstelden aan Roosevelt, waarin hij op de hoogte werd gesteld van het gevaar dat Duitsland een nucleaire bom zou maken en hem zou aansporen om een programma van intensief binnenlands onderzoek te starten in de VS Einstein, die van Lise houden Meitner had zijn hoogleraarschap in Duitsland verlaten toen het antisemitische sentiment zijn intrede deed, de ernstige boodschap onderschreef en ervoor zorgde dat het een diepe indruk op de president zou maken.
Een maand later marcheerde het leger van Hitler Polen binnen, waardoor de Tweede Wereldoorlog ontstak. Zoals Isaacs beschrijft, kwam een terughoudend Roosevelt snel bij Szilárd's manier van denken en zag de noodzaak voor de geallieerden om Duitsland te verslaan met een kernwapen. Om dat doel te bereiken, heeft hij formeel de hulp ingeroepen van een toegewijde, uiterst getalenteerde groep nucleaire onderzoekers. "Ik heb een bestuur bijeengeroepen, " schreef Roosevelt in een vervolgbrief aan Einstein, "om de mogelijkheden van uw suggestie met betrekking tot het element uranium grondig te onderzoeken."
"De brief van Einstein heeft even geduurd om zich te vestigen, " zegt Isaacs, "maar toen dat eenmaal gebeurde, begon de financiering. En Arthur Holly Compton, die het hoofd was van de natuurkundeafdeling van de Universiteit van Chicago, was in staat om een droomteam van wetenschappers - chemici, natuurkundigen, metallurgisten - te verzamelen tegen 1941 hier op de universiteit. Enrico Fermi, inclusief Szilárd. Hier op de campus. En dat is waar ze het experiment deden. "
Een luchtfoto van de herdenkingsvierhoek die nu CP-1 herdenkt. In het midden (of de kern) staat het bolvormige beeldhouwwerk van Henry Moore, "Nuclear Energy". De omringende zwarte ranken bestaan uit een tijdelijke installatie getiteld "Nuclear Thresholds" van Ogrydziak Prillinger Architects. (Universiteit van Chicago) Het doel van het dreamteam was om een zelfvoorzienende reeks splijtingsgebeurtenissen te produceren in een gecontroleerde omgeving: met andere woorden, een nucleaire kettingreactie. Hahn en Strassman hadden splijting waargenomen in enkele geïsoleerde atomen. Nu wilden Compton, Fermi en Szilárd miljarden splijten samenvoegen, waarbij de neutronen vrijkwamen door de ene reactie en de volgende verschillende. Het effect zou exponentieel groeien, en dus ook de energie-output.
Om het experiment uit te voeren, zouden ze 's werelds eerste door de mens gemaakte nucleaire reactor moeten maken, een boxy apparaat van grafietstenen en hout van ongeveer 60 voet lang en 30 voet breed en lang. In het apparaat zaten cadmium-controlestaven overtollige neutronen van de splijtingsreacties op, waardoor catastrofaal controleverlies werd voorkomen. In zijn nis onder de tribunes aan het Stagg-veld van de universiteit, veroorzaakte de reactor - binnen een periode van een maand blauwdruk en gefabriceerd - met succes een nucleaire kettingreactie en trok deze aan om stroom te genereren.
Het werk van het all-star wetenschapsteam in Chicago vormde de cruciale eerste stap in de richting van het doel van het Manhattan Project om een nucleaire bom voor de as te ontwikkelen. Dat doel zou worden bereikt in 1945, toen de Verenigde Staten atoombommen op Hiroshima en Nagasaki lieten vallen, waardoor de oorlog dodelijk en provocerend werd beëindigd. ("Wee mij, " zou Einstein hebben gezegd bij het horen van het nieuws.) En toch betekende de doorbraak van Chicago Pile-1, bijgenaamd CP-1, meer dan een stap in de richting van grotere militaire macht voor de VS. Het demonstreerde de mensheid vermogen om in de harten van atomen te tikken voor brandstof.
Een van de meest voor de hand liggende nalatenschappen van het CP-1-experiment is de groei van de kernenergie-industrie, die fysicus Enrico Fermi heeft bijgedragen aan zijn kickstart na zijn tijd bij de geheime onderzoeksuitrusting in Chicago. "Fermi had echt geen interesse in wapens op de lange termijn", zegt Isaacs. "Hij werkte natuurlijk aan het Manhattan Project en hij was volledig toegewijd - maar toen de oorlog voorbij was, bleef hij reactoren bouwen, met het idee dat ze zouden worden gebruikt voor civiel gebruik, voor stroomopwekking."
"Nuclear Energy" van Henry Moore, gezien vanaf de zijkant. Op de achtergrond doemt de koepel van de Joe and Rika Mansueto Library op. (Universiteit van Chicago) Isaacs merkt op dat de gecontroleerde splijting aangetoond met CP-1 ook de weg vrijmaakte voor de integratie van nucleaire technologie in de geneeskunde (denk aan röntgenfoto's, CT-scans en andere diagnostische hulpmiddelen, evenals kankertherapieën) en landbouw (Isaacs citeert als één bijvoorbeeld een voortdurende inspanning om bananen genetisch te diversifiëren door tactische bestraling van hun genen). Toch was een van de grootste effecten van CP-1 op de praktijk van de wetenschap zelf.
"Als je nadenkt over wat er gebeurde net na de oorlog, " zegt Isaacs, "waren enkele van de eerste dingen die werden gecreëerd de federale agentschappen die onderzoek in dit land financieren: de Atomic Energy Commission, die nu het Department of Energy wordt genoemd, en jaren later, de National Institutes of Health en National Science Foundation. ”Deze agentschappen zijn ontstaan na het succes van CP-1 en het Manhattan Project heeft in bredere zin de weg geëffend voor een hernieuwd publiek vertrouwen in wetenschap en technologie.
Prestige 'dream team' wetenschappelijke samenwerking werd ook bekend vanwege de CP-1-inspanning. Isaacs ziet hedendaags intercollegiaal kankeronderzoek bijvoorbeeld als de natuurlijke uitbreiding van het Manhattan Project-model: breng de slimste geesten uit het hele land samen en laat de magie gebeuren. Dankzij internet delen moderne onderzoekers vaak gegevens en hypotheses digitaal in plaats van fysiek, maar de snelle, doelgerichte ideatie en prototyping van de Chicago Pile-1-dagen is zeer springlevend.
Stagg Field werd gesloten in 1957, de tribunes die ooit de eerste kunstmatige nucleaire reactor ter wereld beschermden, werden afgebroken. De site is nu een bescheiden grijze vierhoek, omringd door universitaire onderzoeksfaciliteiten en bibliotheken. In het hart van deze open ruimte herdenkt een grimmig bronzen beeld met een afgerond schild de atomaire doorbraken. De vorm kan worden geïnterpreteerd als een beschermend schild of de top van een paddestoelwolk. Met de titel 'Nuclear Energy' werd het stuk speciaal in opdracht van de abstracte beeldhouwer Henry Moore gemaakt.
"Is het aan het oplossen, " vraagt Christine Mehring, voorzitter van de kunstgeschiedenis van de Universiteit van Chicago, aan de cryptische sculptuur van Moore, "of evolueert het?" In de nucleaire wereld waarin we ons nu bezighouden, waarin we die 75 jaar geleden werden afgeleverd, lijken dergelijke vragen gedoemd te zijn achtervolg ons voor altijd.
