phần còn lại của các nước phát triển. Nếu thị phần than đá đang giảm trên toàn thế giới thì xăng dầu đang tiến đến sự thống trị, và khí đốt tự nhiên mới chỉ bắt đầu xâm nhập thị trường thế giới. Trong những năm sau chiến tranh, một nguồn năng lượng hoàn toàn mới, phân hạch hạt nhân, là nguồn năng lượng lớn tiềm năng đầu tiên không có nguồn gốc trực tiếp hoặc gián tiếp từ ánh sáng mặt trời, đã bị ẩn sau những bức tường bí mật, chỉ được sử dụng độc quyền trong tay quân đội.
V 17 HẾT CÔNG SUẤT VÀO NĂM 1957 ào buổi chiều mùa đông lạnh lẽo ngày 2 tháng 12 năm 1942, trong một sân bóng quần vợt bỏ hoang dưới khán đài của sân vận động bóng đá Đại học Chicago, nhà vật lý đoạt giải Nobel Enrico Fermi, một người tị nạn trốn khỏi Phát xít Ý, bình tĩnh kích hoạt phản ứng phân hạch hạt nhân được kiểm soát đầu tiên trên thế giới. Ngoài thanh điều khiển bằng cadmium vận hành bằng tay, không gì chuyển động trong khối than chì to bằng nhà để xe và thanh uranium tự nhiên mà Fermi và đội ngũ các nhà khoa học đã xếp chồng lên nhau bằng tay hai tháng trước. (Fermi gọi cấu trúc này là một cái “lò” vì sự xếp chồng đó.) Lò phản ứng này không cần che chắn phóng xạ. Năng lượng mà nó tạo ra bằng cách phân tách - “phân hạch” - các nguyên tử Uranium, chỉ ở mức 200 watt, thậm chí không đủ để sưởi ấm sân bóng. [1] Tuy nhiên thí nghiệm đã biến đổi, tạo ra được cả năng lượng hạt nhân và bom nguyên tử. Một lò phản ứng hạt nhân cần hai vật liệu cơ bản: một yếu tố phân hạch như uranium và một chất làm chậm. Chức năng của chất làm chậm đúng như tên gọi của nó, là để làm chậm các neutron phát ra từ một nguyên tử uranium khi nó phân hạch, tăng cơ hội gặp gỡ và xâm nhập một nguyên tử khác của uranium và gây ra sự phân hạch khác. Đối với CP-1 - Lò Chicago số 1 - chất làm chậm là than chì. Đối với hầu hết các lò phản ứng ngày nay, chất làm chậm là nước. Chất làm chậm đã làm chậm neutron bằng cách cho chúng một đối tượng - ở than chì chính là hạt nhân của một nguyên tử carbon - có thể bật đi bật lại liên tục, mất đi năng lượng với mỗi lần nảy giống như các quả bóng bi-a đập vào nhau.
Lắp ráp Lò Chicago số 1 (CP-1) với các khối than chì và thanh uranium tự nhiên. Lưu ý thanh uranium ở bên phải của người công nhân quỳ trên đỉnh lò. Nguyên tử uranium có tính không ổn định. Nó rung lắc như những quả bóng bay đầy nước. Lực giữ chúng lại với nhau, được gọi là lực mạnh hay lực tương tác mạnh, gần như hoàn toàn đối trọng với lực cố gắng đẩy chúng ra xa nhau: điện tích dương của 92 proton tạo nên hạt nhân của chúng. Theo quy luật, điện tích cùng chiều đẩy nhau, khác chiều thì hút nhau. Uranium là nguyên tố tự nhiên cuối cùng trong bảng tuần hoàn, nguyên tố số 92 vì sự bất ổn cố hữu này. Các nguyên tố cao hơn uranium - như neptunium (93), plutonium (94), v.v. - đều là các nguyên tố nhân tạo bằng cách bắn phá các nguyên tố tự nhiên bằng neutron hoặc với các hạt nguyên tư khac.
Lò CP-1 hoàn thiện trong khung gỗ. Lò than chì uranium lần đầu tiên được kích hoạt trong một sân bóng quần tại Đại học Chicago vào ngày 2 tháng 12 năm 1942. Uranium tự nhiên là hỗn hợp của hai dạng biến thể vật lý, được gọi là đồng vị(36): uranium 238, với 92 proton và 146 neutron trong hạt nhân của nó (92 + 146 = 238) và uranium 235, cũng có 92 proton nhưng chỉ có 143 neutron trong hạt nhân của nó (92 + 143 = 235). Đồng vị mà có cả phản ứng phân hạch và phản ứng dây chuyền, giải phóng năng lượng, là U-235. Nhưng hầu hết uranium tự nhiên là U-238; U-235 là chỉ có khoảng 1/140, hay 0,7% - 7/10 của 1%. Thậm chí còn phức tạp hơn, hai đồng vị giống hệt nhau về mặt hóa học, điều đó có nghĩa là chúng không thể phân tách được bằng phản ứng hóa học. Chúng khác nhau về vật chất: U-238, thêm ba neutron, nặng hơn một chút. Vì vậy, nó có thể được tách ra một cách khó nhọc bằng cách tận dụng sự khác biệt nhỏ của chúng về khối lượng. Tách uranium đồng vị, còn được gọi là làm giàu, đòi hỏi các cơ sở quy mô công
nghiệp như nhà máy có nhiều máy ly tâm. Không có nhà máy nào như vậy tồn tại vào năm 1942. Tương tự như Henry Ford đã lắp ráp chiếc ô tô đầu tiên của mình trong một thế giới không có phụ tùng ô tô, Fermi cũng phải làm việc với uranium tự nhiên, bằng cách nào đó gây ra một phản ứng dây chuyền với lượng U-235 ít ỏi. Sự khác biệt về cấu trúc hạt nhân giữa U-238 và U-235 tạo ra sự khác biệt về hiệu năng: U-238 không nhạy cảm với neutron chậm nhưng hấp thụ neutron nhanh và biến đổi thành một nguyên tố nặng hơn, neptunium, rồi nguyên tố này lại tiếp tục biến thành plutoni.(37) Nếu mục tiêu là phân hạch uranium để giải phóng năng lượng, U-238 là một