Drama prvních hodin atomového věku

Sedmdesát let s jadernou energií
Už jen bronzová deska a umělecká plastika od Henry Moorea v parku areálu Univerzity Chicago připomínají místo, které se v naprosté tajnosti stalo před sedmdesáti lety kolébkou využívání energie nesoucí název „atomová“. Anglický nápis na desce stručně oznamuje: „Dne 2. prosince 1942 dosáhl člověk na tomto místě poprvé nevyhasínající řetězové reakce a tím zahájil řízené uvolňování atomové energie!“

První atomový reaktor světa měl na začátku 2. světové války prokázat možnost nastartování samovolné řetězové reakce „bombardováním“ atomu uranu 235 zpomalenými neutrony. Cílem tajného amerického vojenského projektu „Manhattan“ bylo otevřít cestu k získání plutonia pro první atomovou bombu, dřív než to dokáže nacistické Německo.

Vedoucí projektu, plukovník Leslie Groves, svěřil vědeckou část tehdy nejznámějším fyzikům Arturu Comptonovi a italskému fyzikovi Enrico Fermimu (1901‑1954). Oba jednoznačně rozhodli pro urano‑grafitový reaktor tzv. nulového výkonu postavený ve sklepení pod tribunou stadionu Stagg Field v areálu Univerzity Chicago.

Rozhodla padesátá vrstva grafitu

Třicetičlenný tým vědců z univerzitní „Metallurgical Laboratory“ začal pod vedením tehdy jedenačtyřicetiletého Enrica Fermiho v červnu 1942 stavět blok z kostek čistého grafitu. V hliníkových plechovkách vzájemně od sebe vzdálených 20 centimetrů do něj ukládal rafinovaný kovový uran. Podle Fermiho výpočtů i pokusů na dvou menších modelech se mělo kritické „velikosti“ urano‑grafitového bloku – a tím spuštění samovolné řetězové štěpné reakce – dosáhnout při padesáté vrstvě grafitu.

Černá krychle složená ze 45 tisíc grafitových kostek, proložená 50 tunami oxidu uraničitého, dosáhla 1. prosince 1942 výšky 6 m. Nad narůstající krychlí byl zavěšen balonový plášť, který měl uhasit případný požár hořlavého grafitu a plnil tak funkci dnešní ochranné obálky. Na vrcholek monstra se postavili tři asistenti se džbery kadmiové soli, kterou by mohli předpokládanou řetězovou reakci zastavit v případě, že by se navzdory výpočtům vymkla z ruky. Do vodorovných kanálů bloku byly založeny tři tyče, schopné intenzivně pohlcovat neutrony, jejichž tok začal při pokládání jedenapadesáté vrstvy prudce vzrůstat.

Ráno 2. prosince 1942 se do podzemní haly dostavili zástupci armády i projektu Manhattan. Členové týmu profesora Fermiho zaujali svá místa u reaktoru a u kontrolních přístrojů umístěných na galerii. Fotografovat bylo co nejpřísněji zakázáno a tak se dramatický okamžik zrodu atomového věku zachoval jen díky kreslířskému talentu jednoho z asistentů.

První „řízené“ teplo z atomového jádra na světě!

Fermi řídil operaci z vyvýšené galérie a hostům nejprve názorně popsal průběh pokusu: „Reakce nenastane, dokud je milíř (tak se v prvních letech označovaly reaktory) proložen tyčemi pohlcujícími neutrony. Ze tří tyčí jsme dvě vytáhli již včera a měřicí přístroje zaznamenávají, že neutronů přibývá. Pane Weile, začněte prosím s vytahováním poslední tyče!“

Když byla tyč povytažena o tři metry, začal se zvuk aparatury měřící hustotu neutronů slévat z praskotu v nepřetržitý tón. Po dobu oběda byl pokus přerušen a Fermi během přestávky podle svých propočtů kontroloval záznam intenzity zvyšování hladiny neutronů. Po obědě se pokračovalo. V 15. 20 hod, když se ionizační komory zahltily mocným tokem neutronů, se ručička citlivého termometru poprvé pohnula. Zaznamenala, že se obří grafitový blok ohřál o několik °F. Bylo to sice nesmírně málo – teplo ale poprvé v dějinách lidstva nevydalo uhlí nebo jiné palivo, ale uran! Podle pokynů Fermiho pak George Weil zasunoval a vysunoval kadmiovou tyč a výkon prvního reaktoru světa se dalších 33 minut měnil od několika wattů do několika kilowattů.

Šťastný Fermi si připil s týmem i hosty oblíbeným chianti, které si při útěku do USA přivezl z Itálie. Artur Compton mohl generálnímu štábu ohlásit, že reaktor funguje přesně jako hodinky. Musel však použít šifry. Podle historiků techniky hlášení znělo: „Italský mořeplavec přistál u Nového světa!“ „A jak se chovají domorodci?“ ptal se ve smluveném kódu ředitel projektu, čímž měl na mysli grafitem brzděné neutrony. „Jsou velmi přátelští,“ zněla odpověď ze Stagg Fieldu.

Odstartoval nejrozsáhlejší a nejtajnější projekt světa

O několik dnů později dostal americký průmysl objednávku na stavbu velkého pokusného grafitového reaktoru v Oak Ridge. Jeho tepelný výkon až 100 MW byl chladicím systémem odváděn do řeky Tennesse.

Zatím ještě nešlo o získání uvolněné energie, ale o prověření možnosti stavby tří obřích urano‑grafitových reaktorů v Hanfordu. Jejich úkolem byla výroba plutonia pro připravovanou atomovou pumu. Projekt „Manhattan District“ již v prvé fázi zmobilizoval 125 tisíc lidí.

Fermiho tým se přestěhoval do nedalekého Palos Parku, kde o něco větší reaktor CP‑2 (CP – Chicago Pile, tj. Chicagský miliř), určený k potřebným fyzikálním měřením a k ověření řízení štěpné reakce, měl již bezpečnou betonovou obálku. Najdete ji v Museu of Science and Industry v Chicagu.

---

Co následovalo

1945 (16. 7.) Výbuch první atomové pumy na Alamogordo

1945 (16. 8.) Svržení atomové bomby na Hirošimu

1945 (5. 9.) Spuštěn první těžkovodní reaktor ZEEP v kanadském Chalk River

1948 (12. 10.) Joliot‑Curie ve Francii spouští těžkovodní reaktor ZOÉ

1951 (20. 12.) Elektřina z experimentálního varného reaktoru EBR v NRL v Idahu rozsvítila 4 žárovky

1954 (27. 6.) Provoz zahajuje první jaderná elektrárna světa v Obninsku u Moskvy s výkonem 5 MW

1956 (1. 10.) Britská královna otevírá první průmyslovou jadernou elektrárnu světa v Calder Hall (200 MW ve 4 blocích)