Enrico Fermi

‘De Italiaanse zeeman,’ zo werd in code doorgegeven, ‘is geland in de nieuwe wereld’

Enrico Fermi 1901-1954

Enrico Fermi was zonder twijfel de begaafdste Italiaanse wetenschapper van de 20ste eeuw en een van de meest briljante Italianen na Galileo Galilei. Hij had waarschijnlijk geen idee van de uiteindelijke uitkomst van de experimenten die hij in de jaren dertig in Rome uitvoerde. Hij bestudeerde bij een aantal elementen de effecten van een bepaald soort neutronenbombardement dat hij had ontwikkeld. De meeste resultaten waren niet verrassend. Maar bij uranium, het zwaarste element in de natuur, gebeurde er iets heel bijzonders dat van enorme betekenis zou blijken te zijn. Een paar jaar later, in Chicago, zou Fermi van dichtbij meemaken waartoe zijn ontdekking kon leiden. Na de opkomst van het antisemitisme in Italië waren Fermi en zijn joodse vrouw naar Amerika gevlucht.

De uraniumkern

Kort na zijn aankomst in de VS had hij over een nieuwe interpretatie van het uraniumbombardement gehoord. Fermi was zelf onzeker geweest over wat zich eigenlijk had afgespeeld en had vermoed dat het uranium was omgezet in nieuwe, zwaardere elementen. Er was echter een alternatieve verklaring gevonden door de Duitse onderzoekers Otto Hahn, Fritz Strassmann en Lise Meitner: de uraniumkern was uit elkaar gevallen in een aantal lichtere elementen. Bovendien was deze kernsplijting gepaard gegaan met de omzetting van uraniummassa in een hoeveelheid energie die, volgens Albert Einsteins formule E=mc2, in potentie enorm kon zijn, De nieuwe interpretatie was bekend geworden toen Lise Meitner en haar neef Otto Frisch uit Duitsland waren gevlucht.

Een nieuwe wereld

Fermi begreep direct wat deze analyse inhield en herhaalde het experiment. Ook Niels Bohr werd er later bij betrokken. De uitkomst was wat ze al hadden gedacht: met gebruikmaking van de uraniumisotoop-235 kon waarschijnlijk een kettingreactie op gang worden gebracht die als basis kon dienen voor een atoombom. Fermi werd aangesteld bij het Manhattan Project om er zeker van te zijn dat de VS eerder een atoombom hadden dan de Duitsers. Hij stond in Chicago aan het hoofd van een team dat een zichzelf onderhoudende, beheerste kernreactie moest ontwikkelen. Op 2 december 1942 had zijn team een uranium-grafietzuil gebouwd waarmee bijna een halfuur lang een zichzelf onderhoudende kettingreactie in stand werd gehouden. ‘De Italiaanse zeeman; zoals in code werd doorgegeven aan de projectcommissie, ‘is net geland in de nieuwe wereld: Nog geen drie jaar later werd dezelfde. technologie met vernietigend effect gebruikt bij de eerste atoombommen.

Over neutronen

De techniek die Fermi in de jaren dertig in Rome had toegepast en die had geleid tot zulke onvoorstelbare gevolgen, was het bombarderen van elementen met neutronen om ze te doen veranderen. Het echtpaar Juliot-Curie had in 1934 ontdekt dat radioactieve isotopen kunstmatig gegenereerd konden worden door bepaalde elementen bloot te stellen aan een stroom alfadeeltjes. Fermi had direct begrepen dat de recentelijk ontdekte neutronen nog geschikter waren voor dat doel, omdat ze door hun neutrale lading gemakkelijker konden doordringen tot de atoomkernen. Bij toeval ontdekte hij ook het verschijnsel van `trage neutronen’ door tijdens het bombardement een stuk paraffine vóór het doel te plaatsen. Daardoor werden de neutronen vertraagd voordat ze het element bereikten. Het gevolg hiervan was dat ze langer de kans hadden om de atoomkernen van het element te treffen en daardoor nieuwe isotopen te maken. Door deze ontdekking toe te passen tijdens zijn experimenten slaagde Fermi erin tal van nieuwe radioactieve isotopen te maken. Hiervoor ontving hij in 1938 de Nobelprijs voor natuurkunde. Pas later realiseerde men zich wat de consequenties waren van zijn techniek wanneer die werd toegepast op uranium.

Verdere wapenfeiten

Eerder in zijn loopbaan had Fermi naam gemaakt met werk op het gebied van de theoretische natuurkunde. Zijn belangrijkste bijdrage hieraan was zijn verklaring van het radioactieve bètaverval. Hij toonde namelijk aan dat een neutron kan overgaan in een proton door een elektron (een bètadeeltje) en een antineutrino uit te stoten. Hierbij komt radioactieve straling vrij. Fermi werd echter vooral bekend door zijn prestaties op het gebied van de toegepaste natuurkunde. Na zijn vroege dood als gevolg van kanker zag de wereld er heel anders uit dan toen hij een halve eeuw eerder was geboren.

1923 Fermi studeert bij Max Bom in GCittingen, Duitsland. 1934 Ontdekt trage neutronen. 1938 Krijgt de Nobelprijs voor natuurkunde. 1939 Vlucht naar de VS. 1942 Laat de eerste beheerste nucleaire kettingreactie plaatsvinden. 1949 Maakt bezwaar tegen de ontwikkeling van de waterstofbom.

1938 Nobelprijs voor Natuurkunde “Voor het aantonen van het bestaan van nieuwe radioactieve elementen door bestraling met neutronen, en voor zijn daarmee samenhangende ontdekking van kernreacties veroorzaakt door langzame neutronen.”