Enrico Fermi ve Manhattan Projesi

Fermi 2 Ocak 1939’da New York City’ye geldi. Hemen beş değişik üniversiteden teklif aldı ve 1936 yazında ders vermiş olduğu Columbia Üniversitesininkini kabul etti.

Aralık 1938’de Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmann’ın 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 1939’da kanıtladı. Frisch ve Meitner’ın Hahn ve Strassmann’ın keşfinin incelemesi Atlantik Okyanusu’nu Niels Bohr ile geçti. Princeton’da ders veren Bohr bunu İsidor İsaac Rabi ve Willis Lamb’e söyledi ve onlar da bunu Columbia’ya taşıdı. Rabi bunu Fermi’ye söylediğini iddia etti ancak Fermi daha sonra Lamb’in söylediğini belirtti:

“Ocak 1939 ayını çok iyi hatırlıyorum. Pupin Laboratuarı’nda çalışmaya başlamıştım çünkü her şey çok hızlı gelişiyordu. O dönemde Niels Bohr Princeton’da ders vermekteydi ve bir öğleden sonra Willis Lamb heyecanla bana gelip Bohr’un iyi haberler verdiğini söyledi. Bu haber, füzyonun buluşu ve tanımının genel bir fikrini içeriyordu. Aynı ay, Washington’da 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. Columbia’daki bilim adamları uranyumun nötron bombardımanında verdiği enerjiyi ölçmeye karar verdi. 25 Ocak 1939’da Columbia’daki Pupin Hall’ın bodrum katında, Fermi ve deney takımı ABD’nin 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 DC’de başladı. George Washington Üniversitesi ve Carnegie Enstitüsü’nün 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 Anderson’ın füzyon deneylerini yeni bir boyuta taşımak için Kanadalı radyum üreticisi Eldorado Gold Mines Limited’den 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 “Uranyum’da Nötron Üretimi” adlı bir makale yazdı. Ancak kişilikleri farklı olduğu için Fermi Szilard’la çalışmakta zorluk çekti.

Fermi askeri liderleri nükleer enerjinin gücü hakkında uyaran ilk kişi oldu ve bunu 18 Mart 1939’da Deniz Kuvvetleri’nde 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 Roosevelt’e yollayarak Nazi Almanya’sının atom bombası yapabileceğini yazdılar. Böylece Roosevelt S-1 Uranyum Komitesi’ni oluşturdu. S-1 Komitesi Fermi’ye grafit alması için para sağladı ve bununla Pupil Hall Laboratuvarı’nda bir grafit tuğla yığıntısı yaptı. Ağustos 1941’de altı ton uranyum oksit ve 30 ton grafiti vardı ve bununla Columbia’da daha büyük bir düzen kurdu.

S-1 Komitesi tekrar 18 Aralık 1941’de buluştu ve ABD artık 2. Dünya Savaşı’na girdiği için çalışmalar önem kazandı. Çalışmaların çoğu zenginleştirilmiş uranyum üretmeye yönelikti, ancak komite üyesi Arthur Compton daha mantıklı bir alternatifin plütonyum olduğunu ve 1944’ün sonuna kadar bunun reaktörlerde seri üretime geçebileceğini söyledi. Chicago Üniversitesinde plütonyum çalışmaları başlattı. Fermi istemeyerek taşındı ve takımıyla yeni Metalurji Laboratuvarı’nda 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 Ormanı’nda Chicago’ya 32 kilometre uzaklıkta bir yer buldu. Stone & Webster alanı geliştirmek için iş aldı ancak endüstriyel bir anlaşmazlık nedeniyle durdular. Fermi Compton’ı reaktörü Chicago’nun Stagg Field’ının altındaki squash kortunda inşa etmeye ikna etti. Bu inşaat 6 Kasım 1942’de başladı ve Chicago Pile-1 2 Aralık’ta kritik hale geldi. Yığının şekli küre biçimindeydi, ancak Fermi bütün düzeni kurmadan kritik hale gelebileceğini hesapladı.

Bu deney enerji arayışında önemli bir noktaydı ve Fermi’nin 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. Conant’la şifreli bir telefon görüşmeyi yaptı: “Telefonu elime alıp Conant’ı aradım. Ona Harvard Üniversitesi Rektörü’nün 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 Ormanı’na 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 1944’de ayrılarak Fermi yönetiminde kaldı. Oak Ridge’deki hava soğutmalı X-10 Grafit Reaktörü 4 Kasım 1943’te kritik hale gelince Fermi bir şeylerin yanlış gitmesi olasılığı yüzünden oradaydı. Teknisyenler onu erken uyandırarak bunu izlemesini sağladılar. X-10’u 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 1944’te 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 Fermi’nin 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 06.30’da tamamen durduruldu. Ordu ve DuPont Fermi’nin 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. Dupont’un 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 Fermi’yi Los Alamos’taki Project Y’ye 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 Teller’a aitti ve “Süper”termonükleer bomayı geliştiyordu;F-2 “su kaynatıcısı” adı altında projeyi L.D.P.king gözetmenliği altında geliştiriyor;F-3 Egon Bretscher’in gözetimi altında Super Experimention;ve F-4 ise Anderson’un 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 Hiroşima’nın 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 YILDIRIM’ın 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