

Enrico Fermi ve Manhattan Projesi


Fermi 2 Ocak 1939da New York Cityye geldi. Hemen beş değişik üniversiteden teklif aldı ve 1936 yazında ders vermiş olduğu Columbia Üniversitesininkini kabul etti.
Aralık 1938de Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmannın baryumu uranyumu nötron bombardımanına tutarak bulduğunu öğrendi ve Lise Meitner ve yeğeni Otto Frisch bunu nükleer füzyonun ürünü olarak tanımladı. Frisch bunu deneysel olarak 13 Ocak 1939da kanıtladı. Frisch ve Meitnerın Hahn ve Strassmannın keşfinin incelemesi Atlantik Okyanusunu Niels Bohr ile geçti. Princetonda ders veren Bohr bunu İsidor İsaac Rabi ve Willis Lambe söyledi ve onlar da bunu Columbiaya taşıdı. Rabi bunu Fermiye söylediğini iddia etti ancak Fermi daha sonra Lambin söylediğini belirtti:
Ocak 1939 ayını çok iyi hatırlıyorum. Pupin Laboratuarında çalışmaya başlamıştım çünkü her şey çok hızlı gelişiyordu. O dönemde Niels Bohr Princetonda ders vermekteydi ve bir öğleden sonra Willis Lamb heyecanla bana gelip Bohrun iyi haberler verdiğini söyledi. Bu haber, füzyonun buluşu ve tanımının genel bir fikrini içeriyordu. Aynı ay, Washingtonda bir toplantı oldu ve burada yeni bulunan füzyonun önemi ve nükleer enerji kaynağı olabilmesi konuşuldu.
Noddack sonunda haklı çıkmıştı. Fermi hesaplamalarına göre füzyonun olasılığını yok saymıştı, ancak tek nötron sayılı bir nüklidin fazladan bir nötron almasında ortaya çıkan bağlayıcı enerjiyi göz ardı etmişti. Fermi için bu haber utanç vericiydi çünkü bulduğunu düşündüğü ve Nobel aldığı transuranik elementler element değil, füzyon ürünleriydi. Nobel kabul konuşmasına bunu ekledi. Columbiadaki bilim adamları uranyumun nötron bombardımanında verdiği enerjiyi ölçmeye karar verdi. 25 Ocak 1939da Columbiadaki Pupin Hallın bodrum katında, Fermi ve deney takımı ABDnin ilk nükleer füzyon deneyini yaptılar. Takımın diğer üyeler Herbert L. Anderson, Eugene T. Booth, John R. Dunning, G. Norris Glasoe ve Francis G. Slack idi. Ertesi gün, Beşinci Washington Teorik Fizik konferansı Washington DCde başladı. George Washington Üniversitesi ve Carnegie Enstitüsünün bu ortak konferansında füzyonun haberi iyice yayıldı ve başka deneylere yol açtı.
Fransız bilim adamları Hans von Halban, Lew Kowarski ve Frederic Joliot-Curie uranyumun nötron bombardımanında aldığından fazla nötron verdiğini bulmuştu. Fermi ve Anderson da birkaç hafta sonra bunu buldu. Leo Szilard Fermi ve Andersonın füzyon deneylerini yeni bir boyuta taşımak için Kanadalı radyum üreticisi Eldorado Gold Mines Limitedden 200 kilogram uranyum oksit elde etti. Fermi ve Szilard birlikte kendi kendine yeten bir nükleer reaksiyon (nükleer reaktör) geliştirdi. Hidrojenin suda emdiği nötronların sayısı ve hızı yüzünden doğal uranyumu nötron moderatörü kullanarak kendiliğinden olan bir nükleer reaksiyon yapmak zordu. Fermi su yerine uranyum oksit bloklar ve grafiti kullanayı teklif etti. Böylece nötron yakalama hızı azalacak ve kendi kendine yeten bir zincir reaksiyonu olacaktı. Szilard çalışan bir dizayn sundu: grafit tuğlaların arasında uranyum oksit blokları. Szilard, Anderson ve Fermi Uranyumda Nötron Üretimi adlı bir makale yazdı. Ancak kişilikleri farklı olduğu için Fermi Szilardla çalışmakta zorluk çekti.
Fermi askeri liderleri nükleer enerjinin gücü hakkında uyaran ilk kişi oldu ve bunu 18 Mart 1939da Deniz Kuvvetlerinde verdiği derste yaptı. Deniz kuvvetleri Columbia araştırmalarına 1500 dolar takviyede bulundular ancak verdikleri cevap gene de Fermi için yeterli değildi. Daha sonra Szilard, Eugene Wigner ve Edward Teller Einstein imzalı meşhur mektubu Başkan Roosevelte yollayarak Nazi Almanyasının atom bombası yapabileceğini yazdılar. Böylece Roosevelt S-1 Uranyum Komitesini oluşturdu. S-1 Komitesi Fermiye grafit alması için para sağladı ve bununla Pupil Hall Laboratuvarında bir grafit tuğla yığıntısı yaptı. Ağustos 1941de altı ton uranyum oksit ve 30 ton grafiti vardı ve bununla Columbiada daha büyük bir düzen kurdu.
S-1 Komitesi tekrar 18 Aralık 1941de buluştu ve ABD artık 2. Dünya Savaşına girdiği için çalışmalar önem kazandı. Çalışmaların çoğu zenginleştirilmiş uranyum üretmeye yönelikti, ancak komite üyesi Arthur Compton daha mantıklı bir alternatifin plütonyum olduğunu ve 1944ün sonuna kadar bunun reaktörlerde seri üretime geçebileceğini söyledi. Chicago Üniversitesinde plütonyum çalışmaları başlattı. Fermi istemeyerek taşındı ve takımıyla yeni Metalurji Laboratuvarında görev aldı. Kendi kendine yeten bir nükleer reaksiyonun sonuçları kesin değildi ve bu nedenle Chicago kampüsünde şehrin ortasında bunu yapmamaya karar verdiler. Compton Argonne Woods Ormanında Chicagoya 32 kilometre uzaklıkta bir yer buldu. Stone & Webster alanı geliştirmek için iş aldı ancak endüstriyel bir anlaşmazlık nedeniyle durdular. Fermi Comptonı reaktörü Chicagonun Stagg Fieldının altındaki squash kortunda inşa etmeye ikna etti. Bu inşaat 6 Kasım 1942de başladı ve Chicago Pile-1 2 Aralıkta kritik hale geldi. Yığının şekli küre biçimindeydi, ancak Fermi bütün düzeni kurmadan kritik hale gelebileceğini hesapladı.
Bu deney enerji arayışında önemli bir noktaydı ve Ferminin tipik yaklaşımını gösterdi. Her adım dikkatlice planlandı ve her hesaplama dikkatlice yapıldı. İlk kendi kendine yeten nükleer zincir reaksiyonu yapıldığında Compton Ulusal Savunma Araştırma Komitesi Başkanı James B. Conantla şifreli bir telefon görüşmeyi yaptı: Telefonu elime alıp Conantı aradım. Ona Harvard Üniversitesi Rektörünün ofisinde ulaştım. Jim, dedim, İtalyan kaşifin yeni dünyaya ulaştığını öğrenmek hoşuna gidecektir. Sonra, önceden komiteyi daha bir haftalık işimiz olduğuna inandırdığım için özür dileyerek Dünya sandığımız kadar büyük değilmiş, oraya çok erken ulaştı, diye ekledim. Conant Demek öyle. Yerliler arkadaş canlısı mıydı peki? diye sordu. Ben de herkes sağ salim ulaştı, dedim.
Araştırmayı topluma tehlikeli olmayan bir yerde sürdürmek için reaktör demonte edilerek Argonne Ormanına taşındı. Fermi burada nükleer reaksiyonlar üzerine araştırmalar yaptı ve reaktörün serbest nötron üretiminden faydalandı. Laboratuvar kısa zamanda fizik ve mühendisliği geçerek biyolojik ve tıbbi araştırmalara geçti. Önceden Argonne Fermi tarafından Chicago Üniversitesi adına yürütüldü ancak Mayıs 1944de ayrılarak Fermi yönetiminde kaldı. Oak Ridgedeki hava soğutmalı X-10 Grafit Reaktörü 4 Kasım 1943te kritik hale gelince Fermi bir şeylerin yanlış gitmesi olasılığı yüzünden oradaydı. Teknisyenler onu erken uyandırarak bunu izlemesini sağladılar. X-10u çalıştırmak plütonyum projesinde başka bir başarıydı. Reaktör dizaynı hakkında bilgiler sağladı, ayrıca DuPont çalışanlarına reaktör çalıştırma eğitimi vererek reaktörde oluşan küçük miktarda plütonyum üretti. Fermi kanunen izin verilen en kısa süre olan Temmuz 1944te Amerikan vatandaşı oldu.
Eylül 1944 yılında Fermi ilk uranyum yakıtı külçesini Hanford tesisindeki B-reaktörünün içine yerleştirdi.Bu reaktör büyük miktarlarda plütonyum yerleştirilmek üzere geliştirilmişti. X-10 gibi bu da Ferminin takımı tarafından Metalurji laboratuvarında DuPont tarafında insa edilmişti. Fakat bu reaktör çok daha büyük ve su soğutmalıydı. Geçen birkaç gün içerisinde 838 tüp dolduruldu ve reaktör kritik bir hale geldi. Kısa bir süre sonra 27 Eylül gece yarısında, operatörler kontrol çubuklarını harekete geçirdiler. Bir süre bu işe yaradı, fakat 03.00 sıralarında, güç seviyesi düşmeye başladı ve saat 06.30da tamamen durduruldu. Ordu ve DuPont Ferminin takımından bir cevap bekliyordu. Sonraki gün araştırmalar sonucu soğutma suyunda kaçak ya da kirlenme olduğu tespit edildi. Ertesi gün reaktörler tekrardan çalışmaya başladı fakat kapanması birkaç saat sürdü. Problem xenon-135 ten kaynaklanan nötron zehirlemesinden dolayı oluyordu. Bir füzyonunun yarılanma ömrü 9.2 saat sürüyordu. Dupontun Metalurji Laboratuvarındaki reaktör dizaynında 1500 tüp bulunuyordu.Bu yüzden kenarlara 504 tane daha tüp eklemek zorunda kaldılar. Bilim insanları bunun gereğinden fazla bir mühendislik uygulaması oluğunu para ve zaman kaybından başka bir şey olmadığı düşünüyorlardı. Fakat Fermi 2.004 tüpün hepsini doldurmanın, reaktörlerin yeterince güce ulaştıracağını ve bunun plütonyum üretmek için uygun bir yol olduğunun farkına vardı.
1944 yılının ortasında Robert Oppenheimer Fermiyi Los Alamostaki Project Yye katılması için ikna etti. Fermi Eylül ayında laboratuvar yöneticisi oldu. Nükleer ve teorik fizikten sorumlu oldu. Katılığı bölüğün ismi adından dolayı F bölüğü olarak anılmaya başladı.F bölüğü 4 parçadan oluşuyordu; F-1 süper ve genel teori adı altında Tellera aitti ve Süpertermonükleer bomayı geliştiyordu;F-2 su kaynatıcısı adı altında projeyi L.D.P.king gözetmenliği altında geliştiriyor;F-3 Egon Bretscherin gözetimi altında Super Experimention;ve F-4 ise Andersonun gözetemi altında fisyon araştırmaları yapıyordu. Fermi 16 Temmuz 1945 yılında yapılan Trinity denemlerini gözlemledi. Gözlem esnasında patlamanın etkisiyle elindeki bir miktar kağıdı yere düşürdü. Patlamanın uzaklığını adımladı ve patlamanın 18.6 kiloton TNT patlaması ile aynı miktarda olduğunu hesapladı.
Oppenheimer, Compton ve Ernest Lawrence ile birlikte Fermi Ara Komiteye hedef seçiminde tavsiye veren bilimsel paneldeydi. Panel ve komite herhangi bir uyarı verilmeksizin atom bombasının endüstiriyel bir hedefe atılabiliceği konusunda hemfikirdi. Fermi Nagazaki ve Hiroşimanın bombalanacağını kamusal seslendirme sisteminden öğrendi. Fermi atom bombasının ne devletleri savaş yapmaktan alıkoyacağını ne de devletleri kemale erdireceğini düşünüyordu. Bu yüzden Los Alamos Bilim İnsanları Derneğine katılmadı.
Hazırlayan: Sosyolog Ömer YILDIRIM
Kaynak: Ömer YILDIRIMın Kişisel Ders Notları. Atatürk Üniversitesi Sosyoloji Bölümü 1. Sınıf Felsefeye Giriş ve 2., 3., 4. Sınıf Felsefe Tarihi Dersleri Ders Notları (Ömer YILDIRIM); Açık Öğretim Felsefe Ders Kitabı