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Enrico Fermi: L'homme qui a donné la fission nucléaire mondiale


Enrico Fermi, grâce à ses travaux, a donné au monde le premier prototype de réacteur nucléaire et a également énormément contribué au développement de la première bombe atomique. Ces deux technologies se sont avérées être à la fois de grands avantages et des armes incroyablement destructrices pour notre monde moderne.

Outre l'éthique et la moralité de l'énergie nucléaire et des armes, ses contributions ont contribué à changer le monde à jamais, pour le meilleur ou pour le pire.

Enrico Fermi est né en Italie en 1901 et ses premières recherches portaient sur la relativité générale et la mécanique quantique. Il apprécierait rapidement le potentiel de la physique nucléaire et y consacrerait sa vie.

Les réalisations d'Enrico lui permettraient de gagner le Prix ​​Nobel en 1938, un événement à la fois un honneur et une bouée de sauvetage. Il construirait plus tard le premier réacteur nucléaire et travaillerait sur le projet Manhattan. Fermi finirait ses jours chez lui à Chicago en 1954.

Enrico Fermi a même été honoré sur le tableau périodique avec l'élément 100, FErmium, prenant son nom.

Nous espérons que cette courte biographie d'Enrico Fermi rendra justice à l'homme.

Jeunesse

Enrico Fermi est né en Italie le 29 septembre 1901 à Rome. Enrico était le troisième enfant d'Alberto et d'Ida de Gattis Fermi. Sa mère, Ida, était une femme remarquable à part entière. De formation enseignante, elle était très intelligente et a joué un rôle majeur dans l'éducation de ses enfants.

Son père, Alberto, était l'inspecteur en chef du ministère des Communications du gouvernement italien.

Enrico Fermi a fréquenté un lycée local et il a rapidement montré une aptitude pour les mathématiques et la physique. Ce talent a été nourri et développé par les collègues de son père, parmi lesquels A. Amidei.

À l'âge très jeune de 14 ans, le frère aîné d'Enrico Fermi est mort tragiquement subitement. Enrico était très proche de son frère et a été dévasté par l'événement, ce qui serait un facteur majeur de son intérêt pour la physique.

Ses parents, remarquant l'intense douleur émotionnelle de Fermi, l'ont encouragé à se concentrer sur ses études. Il est tombé par hasard sur quelques livres de physique écrits un demi-siècle plus tôt et a été complètement fasciné.

Au cours de ses années d'adolescence, Enrico et ses amis ont mené diverses expériences de physique juste pour le plaisir. Il s'agissait notamment de tester la densité de l'approvisionnement en eau de Rome, comme vous le faites.

Du premier cycle au docteur: les études d'Enrico Fermi

Fermi a remporté une bourse à la très prestigieuse Université Scuola Normale Superiore de Pise, en Italie, en 1918. En fait, son essai d'entrée était si impressionnant qu'il a été accéléré au programme de doctorat sous la direction du professeur Puccianti. Fermi a obtenu son diplôme avec distinction en 1922.

L'année suivante, en 1923, il remporta même une bourse Rockefeller qui lui accorda plusieurs mois avec le physicien renommé Max Born à Göttingen, en Allemagne.

Après avoir obtenu avec succès une bourse Rockefeller, Fermi a déménagé à Leyden pour travailler avec P. Ehrenfest en 1924. Il reviendrait par la suite en Italie entre 1924 et 1926 pour occuper un poste de maître de conférences en physique mathématique et mécanique à l'Université de Florence.

En 1926, Enrico Fermi découvre les lois statistiques régissant les particules soumises au principe d'exclusion de Pauli. Ces lois sont maintenant connues sous le nom de statistiques de Fermi.

Ces particules sont maintenant appelées fermions qui contrastent avec les bosons qui obéissent aux statistiques de Bose-Einstein.

Fermi a été élu professeur de physique théorique à l'Université de Rome en 1927. Il a maintenu ce poste pendant un peu plus d'une décennie avant que les événements politiques mondiaux ne changent radicalement sa vie pour toujours.

Enrico Fermi et la théorie de la désintégration des particules bêta

Au début de sa carrière en Italie, Enrico Fermi l'a vu principalement s'occuper de problèmes d'électrodynamique. Il a également poursuivi des recherches théoriques sur divers phénomènes spectroscopiques.

À un moment donné de son mandat, Fermi allait changer considérablement sa vie pour toujours en déplaçant sa concentration des électrons extérieurs vers le noyau de l'atome.

Compte tenu de ses réalisations à ce jour, il n'est pas surprenant que la carrière d'Enrico Fermi dans la physique et la vie personnelle se soit épanouie. Il fut bientôt marié à Laura Capon en 1928. Elle était la fille d'une famille juive respectée à Rome.

Le travail le plus important de Fermi était sur le point de commencer. À cette époque, il a développé la théorie de la désintégration des particules bêta.

Cela permettrait de fusionner les travaux antérieurs sur le rayonnement avec le concept de Pauli du neutrino. Suite à la découverte par Curie et Joliot de la radioactivité artificielle en 1934, Fermi a démontré que la transformation nucléaire pouvait se produire dans presque tous les éléments.

Ce travail très important aboutirait à la découverte de neutrons lents la même année. Cela conduirait rapidement à la découverte de la fission nucléaire et à la production d'éléments qui dépassent le tableau périodique existant.

L'un des atomes qu'Enrico Fermi a réussi à diviser était l'uranium apparemment inoffensif. Ces travaux aboutiront à terme à la découverte de neutrons ralentissants, précurseurs de l'avènement de la fission nucléaire.

En 1938, Enrico Fermi était, sans aucun doute, le plus grand expert des neutrons.

Le prix Nobel aide Enrico Fermi à s'échapper en Amérique

Ses découvertes et ses réalisations ont finalement conduit Enrico Fermi à remporter le prix Nobel de physique 1938 "pour ses travaux sur la radioactivité artificielle produite par les neutrons et pour les réactions nucléaires provoquées par les neutrons lents".

Il s'est avéré que ce n'était pas seulement un grand honneur, mais finirait par sauver la vie de Fermi et de sa famille. Le spectre du fascisme venait d'infecter l'Italie et l'antisémitisme était ouvertement affiché.

La cérémonie a eu lieu à Stockholm, en Suède, ce qui a donné à Fermi une excuse parfaite pour quitter l'Italie et avoir la liberté de s'échapper en Amérique.

Le rêve américain d'Enrico Fermi à Chicago

Une fois en sécurité aux États-Unis, Fermi a été nommé professeur de physique à l'Université Columbia de New York en 1939. Son travail ici a conduit à l'une des découvertes les plus grandes et les plus destructrices de l'histoire de l'homme.

Hahn et Strassmann avaient découvert les phénomènes de fission nucléaire au début de 1939. Cette découverte fut immédiatement appréciée par Fermi qui comprit la possibilité de l'émission de neutrons secondaires et, peut-être, d'une réaction en chaîne.

À l'Université de Columbia, Enrico Fermi a découvert que si des neutrons d'uranium étaient émis dans un autre échantillon d'uranium de fission, ils pourraient encore diviser ces atomes et déclencher une réaction en chaîne. Non seulement cela semble impressionnant, mais cela a également permis de libérer d'énormes quantités d'énergie.

Les expériences d'Enrico ont conduit à la toute première réaction nucléaire en chaîne contrôlée à Chicago le 3 décembre 1942. Cela s'est réellement passé sous le stade d'athlétisme de Chicago sur un court de squash de toutes choses (est-ce ironique, nous ne sommes pas sûrs?).

Bien sûr, à cette époque, le monde était plongé dans l'un des événements les plus destructeurs de l'histoire de l'humanité, la Seconde Guerre mondiale.

Son travail n'est pas passé inaperçu et il est rapidement recruté dans le Manhattan Project. Comme nous le savons tous aujourd'hui, l'objectif principal de ce projet était d'exploiter la puissance de l'atome pour produire une arme de guerre incroyablement puissante.

Fermi et son épouse ont également cimenté leur engagement dans le pays qui les avait abrités en devenant officiellement citoyens en 1944.

Enrico Fermi s'oppose et condamne la bombe H

Après la fin de la guerre, Enrico Fermi a été nommé au Comité consultatif général de la Commission de l'énergie atomique. En octobre 1949, la commission s'est réunie pour discuter de la faisabilité d'augmenter la puissance des bombes atomiques récemment achevées qui ont été lâchées sur le Japon.

La proposition de développer des bombes à hydrogène a consterné Fermi, une position qu'il soutenait obstinément. Il a co-écrit un addendum cinglant au rapport du comité qui condamne la bombe H en des termes non équivoques.

Le président Harry S. Truman a ordonné le développement de la bombe malgré tout et a ignoré les avertissements d'Enrico Fermi.

Fermi reviendrait plus tard à Los Alamos, Nouveau-Mexique pour aider avec les calculs dans l'espoir qu'il pourrait prouver que le superbomb ne serait pas pratique.

Comme l’histoire nous le dit, il n’a manifestement pas réussi.

La réaction nucléaire de Chicago Pile-1 sous un champ

Chicago Pile-1 (CP-1) était le premier réacteur nucléaire artificiel au monde. Le réacteur a été construit sous la tribune ouest du Stagg Field dans un terrain de squash abandonné. Le terrain de Stagg était un stade de football pour l'Université de Chicago. Selon tous les témoignages, le stand était redondant au moment du test.

Enrico Fermi décrira plus tard l'appareil comme "un tas grossier de briques noires et de bois de construction". Eh bien, cela nous remplit certainement de confiance.

L'assemblage du réacteur a commencé en novembre 1942 sous la supervision directe de Fermi. Bien entendu, une telle entreprise ne peut être menée à bien par un seul homme. L'équipe de Fermi comprenait Herbert L. Anderson, Walter Zinn, Martin D. Whitaker et George Weil.

L'appareil de base, presque Jerry-Rigged a été construit autour 45,000 blocs de graphite et bois, pesant au total 360 tonnes. Celui-ci devait jouer le rôle de modérateur de neutrons du réacteur.

L'oxyde d'uranium, ou poudre, a été formé en morceaux de «rondelle de hockey» et inséré dans les blocs.

Ces blocs «rondelles» d'oxyde d'uranium ont été disposés selon un modèle dicté par Enrico Fermi et d'autres coordinateurs de projet, comme il convenait. Une barre de commande a également été incluse pour contrôler la réaction comme le font les barres de commande modernes dans les réacteurs actuels.

Construction de Chicago Pile-1

Contrairement aux réacteurs ultérieurs, le Chicago Pile-1 manquait de protection contre les radiations ou même de systèmes de refroidissement. Ce n'était pas un oubli, cependant, le réacteur ne fonctionnait qu'à faible puissance (environ un demi-watt).

La structure entière avait été conçue pour être à peu près de forme sphérique, mais au fur et à mesure que le travail progressait, cela a été modifié.

Fermi avait calculé que la masse critique de la réaction en chaîne pouvait être atteinte sans nécessairement compléter la structure comme prévu.

Le CP-1 serait plus tard déplacé à Red Gate Woods en 1943 et reconfiguré pour devenir désigné comme Chicago Pile-2. Ce réacteur a en fait été exploité jusqu'en 1954, date à laquelle il a finalement été mis hors service et enterré.

Les stands de Stagg Field ont ensuite été démolis en août 1957, le site devenant ainsi désigné comme monument historique national des États-Unis ainsi que comme monument de Chicago.

Comment le Chicago Pile-1 a-t-il fonctionné?

La pile était un composite de blocs de graphite et d'une structure en bois «berceau» à l'extérieur. Les blocs Uranium / Graphite ont été disposés dans une structure à peu près sphérique pour tenter de maximiser les chances de "criticité" de la réaction.

Le 2 décembre, les tests ont commencé. George Well a été chargé de faire fonctionner la tige de contrôle pour l'expérience. Son rôle ne doit pas être sous-estimé.

Tout mouvement erroné et la réaction auraient pu devenir critiques et ruiner gravement la vie de nombreuses personnes.

La tige de commande était en fait un bâton de mètre avec un morceau de cadmium sur le dessus, brut mais efficace.

Le test a commencé du matin au déjeuner, avec Enrico Fermi dictant à Well de retirer les tiges. Les niveaux de neutrons seraient ensuite surveillés pour voir la "réaction" du réacteur.

Comme vous vous en doutez, le niveau augmenterait considérablement, puis se stabiliserait.

Ce serait une indication de la "proximité" de la criticité nécessaire pour une fission nucléaire auto-entretenue.

Les observateurs noteraient plus tard qu'ils deviendraient un peu nerveux à quel point les lectures se rapprocheraient de la criticité. Les tensions montaient jusqu'à ce que Fermi déclare que l'expérience devrait être interrompue pour le déjeuner.

Les expériences se poursuivraient alors, «poussant encore plus leur chance» jusqu'à ce que Fermi déclare que l'expérience est arrêtée.

Il y avait le visage de Fermi - on ne voyait en lui aucun signe d’exaltation. L'expérience avait fonctionné comme il l'avait prévu, et c'était tout. Cool et recueilli - le visage de Fermi était celui d’un homme d’action compétent, occupé à un seul travail important.»- Arthur Compton.

L'événement entier a été célébré avec une seule bouteille de Chianti et quelques gobelets en papier, oh et beaucoup d'applaudissements et de toasts. Une fête plutôt civilisée compte tenu de l'ampleur de l'événement. Cela a dû être une expérience intéressante à observer.

Le rôle d'Enrico Fermi dans le projet Manhattan

"La personne qui m'impressionne le plus parmi toutes les personnes que j'ai rencontrées là-bas était Fermi. C'était vraiment un homme extraordinaire. Il se trouve qu'il était physicien, mais je pense qu'il aurait pu se lancer dans n'importe quelle profession, que ce soit par accident ou par dessein, et y réussir extraordinairement bien.. "- Crawford Greenewalt

Chicago Pile-1 avait un double objectif, une fois que l'équipe a découvert que la «criticité» était en effet pratique, la source d'énergie potentielle de la technologie était évidente.

Mais la véritable intention du projet était en fait de militariser l'atome.

Dans ce rôle, les résultats de la série d'expériences de Chicago constitueraient finalement une composante essentielle du célèbre projet Manhattan.

Le projet Manhattan était, en fait, une équipe de rêve de sommités scientifiques à l'époque. Enrico Fermi était, de l'avis de tous, l'un des plus distingués. Ses succès à ce jour, y compris la série d'expériences Chicago Pile, ont consolidé sa place dans l'équipe et dans l'histoire.

Fermi a été personnellement impliqué dans de nombreux jalons cruciaux tout au long du projet. Il a été spécifiquement impliqué dans la démonstration du concept de fission et a été un contributeur important lorsque le réacteur en graphite X-10 et le réacteur B ont atteint la criticité.

Il a également été fortement impliqué dans le test Trinity.

L'influence d'Enrico Fermi et ses collègues

Fermi était un professeur distingué et un maître de physique théorique et expérimentale, comme nous l'avons vu. Il a même été surnommé "Le Pape".

Après les accomplissements massifs réalisés à Chicago, Oppenheimer lui-même a officiellement recruté Fermi sur le projet Manhattan. Enrico Fermi est devenu le directeur associé du laboratoire de Los Alamos en 1944.

Fermi a personnellement inséré la première limace de combustible à l'uranium dans le malheureux réacteur B à Hanford. En collaboration avec John Wheeler, Fermi a aidé à déterminer que l'intoxication au xénon était responsable de l'arrêt mystérieux du réacteur.

Fermi a non seulement joué un rôle essentiel pendant le projet, mais a fait une impression massive sur ses collègues. Entre autres, Leona Marshall Libby, un de ses amis proches, se souviendra plus tard:

«C'était un directeur de l'effort scientifique merveilleusement sage dans le sens où il savait exactement où faire attention, et il pouvait très souvent deviner quand il était inutile de faire des mesures plus précises. Il avait une très bonne idée du degré d'effort qui donnerait le résultat requis sans le gaspiller. »

Œuvres publiées de Fermi

Enrico Fermi a rédigé de nombreux articles en physique théorique et expérimentale. Les contributions les plus importantes de Fermi à la physique sont les suivantes: -

- "Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico",Déchirer. Accad. Naz. Lincei, 1935 (également enZ. Phys., 1936), concernant les fondements des statistiques du gaz électronique et des gaz constitués de particules obéissant au principe de Pauli.

- Plusieurs articles publiés dansDéchirer. Lincei, 1927-28, traitent du modèle statistique de l'atome (modèle atomique de Thomas-Fermi) et donnent une méthode semi-quantitative pour le calcul des propriétés atomiques. Un résumé de ce travail a été publié par Fermi dans le volume:Quantentheorie und Chemie, édité par H. Falkenhagen, Leipzig, 1928.

- "Uber die magnetischen Momente der AtomKerne",Z. Phys., 1930, est une théorie quantitative des structures hyperfines des raies spectrales. Les moments magnétiques de certains noyaux en sont déduits.

- "Tentativo di una teoria dei raggi ß",Ricerca Scientifica, 1933 (aussiZ. Phys., 1934) propose une théorie de l'émission des rayons ß, basée sur l'hypothèse, d'abord proposée par Pauli, de l'existence du neutrino.

Les dernières années de Fermi, sa mort et son héritage

Enrico Fermi a poursuivi son travail à l'Institut d'études nucléaires de l'Université de Chicago dans ses dernières années. Il s'est concentré sur la physique des hautes énergies et a mené des enquêtes sur les origines des rayons cosmiques et des théories sur les énergies fantastiques présentes dans les particules de rayons cosmiques.

Ces théories tournaient autour de l'idée d'un champ magnétique universel, qui agissait comme un accélérateur géant, qui rendrait compte des énergies fantastiques présentes dans les particules de rayons cosmiques.

Enrico Fermi a été membre de plusieurs académies et sociétés «savantes» en Italie et à l'étranger au cours de sa vie. L'une d'elles était l'Académie royale d'Italie en 1929.

Il était, en fait, l'un des tout premiers 30 membres de la Royal Academy. Tout un honneur.

Fermi a toujours été très demandé en tant que conférencier tout au long de sa vie. Il a reçu plusieurs cours à l'Université du Michigan Ann Arbor et à l'Université Stanford.

Enrico Fermi a été le premier récipiendaire de la spéciale $50,000 prix, qui porte désormais son nom, pour les travaux sur l'atome.

Dans ses dernières années, Enrico Fermi développerait un cancer de l'estomac incurable et passerait ses derniers mois à Chicago pour suivre un traitement médical.

Enrico Fermi, l'homme qui a contribué à donner au monde le réacteur nucléaire et la bombe atomique est mort dans son sommeil le 28 novembre 1954.

Il était chez lui à Chicago, dans l'Illinois.

Enrico Fermi et sa femme Laura ont eu un fils Giulio et une fille Nella.

Apparemment, ses passe-temps préférés, lorsqu'il ne joue pas avec les atomes, était la marche, l'alpinisme et les sports d'hiver.


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