76. ЭНРИКО ФЕРМИ (1901–1954)
Энрико Ферми, человек, спроектировавший первый ядерный реактор, родился в 1901 году в Италии, в Риме. Он был великолепным студентом и получил степень доктора философии в университете Пизы еще до того, как ему исполнился двадцать один год. К двадцати шести годам Ферми был профессором в Римском университете. К тому времени он уже опубликовал свою первую работу, которая касалась трудной области физики — квантовой статистики. В этой работе Ферми развил статистическую теорию, чтобы описать поведение больших скоплений частиц, теперь называемых фермионами. Поскольку электроны, протоны и нейтроны — три «строительных материала», из которых состоит обычная материя, — являются фермионами, теория Ферми имеет большое научное значение. Уравнения ученого позволили нам лучше исследовать ядра атомов, поведение выродившейся материи (которое имеет место внутри некоторых типов звезд), свойства и поведение металлов — тема очевидного практического применения.
В 1933 году Ферми сформулировал теорию бета-распада (по типу радиоактивности), которая включала в себя первое качественное обсуждение нейтрино и слабых взаимодействий — и то и другое сейчас являются важными темами в физике. Исследования подобного рода, хотя и не с готовностью понятые непрофессионалами, сделали Ферми одним из ведущих физиков мира. Но его самые главные достижения были еще впереди. В 1932 году британский физик Джеймс Чедвик открыл новую субатомную частицу — нейтрон. Начиная с 1934 году Ферми занялся бомбардировкой многих известных химических элементов нейтронами. Его эксперименты показали, что многие типы атомов были способны поглощать нейтроны, и во многих случаях в результате такой ядерной трансформации атомы становились радиоактивными. Можно подумать, будто нейтрону легче проникнуть в атомное ядро, если он движется очень быстро. Но опыты Ферми показали совсем обратное — если нейтроны сначала замедляли свой ход, проходя через парафин или воду, то могли оказаться более пригодными для поглощения атомами. Это открытие нашло очень важное применение при создании ядерных реакторов. Материал, используемый в них для замедления нейтронов, считается замедлителем. В 1938 году за важные исследования поглощения нейтронов Ферми получил Нобелевскую премию в области физики. Однако в Италии он столкнулся с трудностями. Прежде всего, его жена была еврейкой, а итальянское фашистское правительство приняло ряд жестких антисемитских законов. Во-вторых, Ферми ненавидел фашизм — опасное отношение при диктаторском режиме Муссолини. В декабре 1938 года он поехал в Стокгольм получать Нобелевскую премию и не вернулся в Италию.
Ферми отправился в Нью-Йорк, где Колумбийский университет почел за честь принять в свой штат одного из величайших ученых мира. В 1944 году Ферми стал гражданином Соединенных Штатов. В начале 1939 года Лиза Мейтнер, Отто Ган и Фриц Штрассман заявили, что поглощение нейтронов иногда вызывает расщепление атомов урана. Когда появился доклад об этом явлении, Ферми (как и несколько других ведущих физиков) сразу понял, что расщепление атома урана может освободить достаточное количество нейтронов, чтобы начать цепную реакцию. Более того, он (опять же как и некоторые другие) вскоре увидел в этой цепной реакции огромные возможности, открывающиеся перед военными. К марту 1939 года Ферми связался с военным флотом США и попытался заинтересовать командование созданием ядерного оружия. Но только через несколько месяцев, после того как Альберт Эйнштейн написал письмо по этому поводу президенту Рузвельту, Соединенные Штаты обратили внимание на атомную энергию. Когда американское правительство заинтересовалось возможностью сделать атомную бомбу, первой задачей ученых стало создание прототипа атомного реактора, чтобы убедиться в возможности самоподдерживающейся цепной реакции. Поскольку Энрико Ферми был ведущим мировым авторитетом в области исследования нейтронов и поскольку в нем объединялись таланты экспериментатора и теоретика, его выбрали руководителем группы по созданию первого в мире ядерного реактора. Сначала он работал в Колумбийском университете, потом в университете Чикаго. Именно в Чикаго 2 декабря 1942 года впервые начал действовать ядерный реактор, спроектированный и построенный под руководством Ферми. Это было настоящее начало атомной эры, поскольку человечеству впервые удалось успешно осуществить цепную реакцию. Сообщение об успешном испытании было тут же отправлено в Англию с непонятной, но пророческой фразой: «Итальянский навигатор вошел в новый мир». Вслед за этим успешным испытанием было решено на полной скорости двигаться вперед с Манхэтенским проектом (проектом создания атомной бомбы). Ферми продолжал играть важную роль в данном проекте как научный консультант.
После войны он стал профессором университета в Чикаго. Умер Ферми в 1954 году. Он был женат и имел двоих детей.
Фермий — химический элемент под номером 100 — назван в его честь. Ферми является важной фигурой по нескольким причинам. Прежде всего, он, бесспорно, был одним из величайших ученых двадцатого столетия и одним из немногих, кто прославился и как экспериментатор, и как теоретик. В этой статье упомянуто всего лишь несколько его научных достижений, а на самом деле он за свою карьеру написал более 250 научных статей. Во вторых, Ферми был очень важной фигурой в создании атомной бомбы, хотя в этом событии сыграли не менее важные роли и некоторые другие люди. Но главное значение деятельности Ферми заключено в той роли, которую он сыграл в изобретении ядерного реактора. Совершенно очевидно, что в этом ему принадлежит главная заслуга. Он первым сделал основной вклад в базовую теорию, а потом руководил проектированием и созданием первого реактора.
С 1945 года атомное оружие не использовалось в войнах, но было построено огромное число ядерных реакторов, чтобы производить энергию для мирных целей. В будущем, похоже, такие реакторы станут еще более важными источниками энергии. Более того, некоторые реакторы используются для получения полезных радиоизотопов, которые применяются в медицине и при научных исследованиях. Также реакторы являются источником плутония — вещества, которое можно использовать при создании атомного оружия. Существуют вполне понятные опасения, что ядерный реактор может представлять собой великую опасность для человечества, но никто не считает это изобретение малозначительным. К добру или к несчастью, но работа Ферми, похоже, оказывает на человечество огромное влияние на протяжении многих лет.
