گامی به سوی آزاد کردن «جن» از بطری!

به گزارش مجله خبری نگار، فیزیکدانان در ربع اول قرن بیستم می‌دانستند که اتم حاوی یک هسته متراکم و با بار مثبت است که از پروتون‌ها و نوترون‌ها تشکیل شده است. نوترون تازه توسط فیزیکدان جیمز چادویک در سال ۱۹۳۲ کشف شده بود.

در این دوره، ارنست رادرفورد، فیزیکدان بریتانیایی که به عنوان "پدر فیزیک هسته‌ای" شناخته می‌شود، در سال ۱۹۱۷ با برخورد دادن هسته‌های نیتروژن با ذرات آلفا و تبدیل آنها به اکسیژن، موفق به "شکافت" اتم شد. این یک واکنش هسته‌ای بود، اما به منبع انرژی بیشتری از سوی کاربر نیاز داشت.

دیدگاه غالب در آن زمان، که توسط دانشمندان برجسته‌ای مانند رادرفورد مطرح می‌شد، این بود که تلاش برای مهار انرژی اتم چیزی جز "پچ پچ" نیست، غیرممکن و غیرعملی است.

ناگهان راه‌حلی برای یک مشکل پیچیده هسته‌ای در خیابانی در لندن پدیدار شد، جایی که فیزیکدان مجارستانی-آمریکایی، لئو زیلارد، پس از فرار از برلین به دلیل ترس از نازی‌ها، در آن زندگی می‌کرد.

صبح روز ۱۲ سپتامبر ۱۹۳۳، زیلارد گزارشی در روزنامه تایمز درباره سخنرانی ارنست رادرفورد خواند که در آن او تردید‌ها و رد ایده استفاده از انرژی مشتق شده از اتم‌ها را تکرار کرد و ادعا کرد که این صرفاً یک خیال‌پردازی است.

او پس از اینکه از طرز برخورد همکارش رادرفورد آزرده خاطر شد، تصمیم گرفت پیاده به خانه برگردد.

در محله شلوغ بلومزبری لندن، هنگامی که پشت چراغ راهنمایی منتظر سبز شدن چراغ برای عبور بود، ایده جدیدی به ذهنش خطور کرد. او متوجه شد که مشکل واکنش‌های هسته‌ای قبلی در «پوسته» نهفته است!

این دانشمند بعداً آنچه را که اتفاق افتاده بود، اینگونه بازگو کرد: «منتظر تغییر چراغ بودم و همین که چراغ سبز شد و از خیابان عبور کردم، ناگهان به ذهنم رسید که اگر بتوانیم عنصری پیدا کنیم که توسط نوترون‌ها شکافته شود و با جذب یک نوترون، دو نوترون منتشر کند، آنگاه چنین عنصری، اگر به اندازه کافی بزرگ جمع شود، می‌تواند یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای را حفظ کند.»

یک واکنش هسته‌ای پنهانی زمانی رخ می‌دهد که یک نوترون با یک اتم برخورد می‌کند و باعث شکافت آن می‌شود. این واکنش دو یا چند نوترون جدید آزاد می‌کند. سپس این نوترون‌های جدید به برخورد با دو اتم دیگر ادامه می‌دهند و چهار، سپس هشت، سپس شانزده و به همین ترتیب بی‌پایان در یک زنجیره رو به رشد و دو برابر شدن آزاد می‌شوند.

زیلارد بلافاصله متوجه شد که این فرآیند تنها در صورتی کار می‌کند که جرم مشخصی از ماده به اندازه کافی بزرگ باشد تا از فرار نوترون‌ها بدون برخورد با هسته دیگر جلوگیری کند. او این را به عنوان "جرم به اندازه کافی بزرگ" توصیف کرد. این مفهوم بعداً "جرم بحرانی" نامیده شد.

او چنان از کشف علمی خود مطمئن بود که در سال ۱۹۳۴ به دنبال ثبت اختراع مفهوم واکنش زنجیره‌ای مبتنی بر نوترون بود.

یک حلقه مفقوده باقی مانده بود: شناسایی "واکنش‌دهنده" زنجیره. زیلارد بریلیم و ایندیوم را امتحان کرد، اما هیچ‌کدام جواب ندادند.

پنج سال بعد، در دسامبر ۱۹۳۸، دانشمندان اتو هان و فریتز استراسمن آزمایشی انجام دادند که در آن اورانیوم را با نوترون بمباران کردند و کشف کردند که اتم اورانیوم در فرآیندی به نام «شکافت هسته‌ای» به عناصر سبک‌تر تقسیم می‌شود.

وقتی زیلارد این خبر را در اوایل سال ۱۹۳۹ شنید، متوجه شد که اورانیوم همان عنصری است که به دنبالش می‌گردد. او و دانشمند فردریک کوری به سرعت آزمایش‌هایی را انجام دادند تا نشان دهند که شکافت هسته‌ای با هر تقسیم، چندین نوترون «آزاد» می‌کند و فرضیه سال ۱۹۳۳ او را که ناگهان هنگام ایستادن در مقابل چراغ راهنمایی از ذهنش گذشته بود، تأیید کردند.