Eerste kernreactor draait onder de tribune van een stadion in Chicago

CHICAGO, DECEMBER 1942 - Op een squashbaan onder de westtribune van Stagg Field, het stadion van de Universiteit van Chicago, is op 2 december iets gelukt wat nog nooit eerder is gedaan. Om 15.25 uur startte een team onder leiding van de Italiaanse natuurkundige Enrico Fermi een kettingreactie in uranium die zichzelf in stand hield en die de onderzoekers konden stoppen wanneer ze wilden.

Vier jaar oud nieuws

Dat atoomkernen kunnen splijten, is pas sinds eind 1938 bekend. De Duitse scheikundigen Otto Hahn en Fritz Strassmann vonden toen in bestraald uranium een veel lichter element. Lise Meitner en Otto Frisch verklaarden wat er gebeurd was: de zware kern was in tweeën gespleten. Daarbij komt enorm veel energie vrij, per gram veel meer dan bij het verbranden van kolen.

Al snel bleek dat bij het splijten ook een paar neutronen vrijkomen, kleine deeltjes die een volgende kern kunnen splijten. Daar begon het idee van de kettingreactie. Eén splijting veroorzaakt er twee, die veroorzaken er vier, enzovoort, net zoals een rij dominostenen die zich bij elke stap vertakt.

Waarom het zo lastig is

In een gewoon brok uranium gebeurt dat niet. De meeste neutronen vliegen weg of verdwijnen zonder dat ze een kern splijten. Ze bewegen ook te snel: juist de kernen die makkelijk splijten, raken een traag neutron veel eerder dan een snel neutron.

Fermi's oplossing is een stapel. Chicago Pile-1 lijkt in niets op een machine. Hij bestaat uit zo'n 40.000 blokken grafiet, het spul waar potloodstift van is gemaakt, met daartussen 19.000 stukken uranium en uraniumoxide. Een neutron dat uit het uranium schiet, botst in het grafiet tegen koolstofatomen en verliest zo snelheid, net als een biljartbal die steeds wordt afgeremd. Daarna raakt het makkelijker een volgende uraniumkern.

Om te zorgen dat de reactie niet doorschiet, steken er staven met cadmium in de stapel. Cadmium vangt neutronen weg. Zolang de staven erin zitten, gebeurt er weinig. Trek je ze er langzaam uit, dan blijven er meer neutronen over en neemt de reactie toe.

De laatste staaf

Op die middag keken volgens een verslag 49 mensen toe. Op aanwijzing van Fermi trok de jonge onderzoeker George Weil de laatste cadmiumstaaf stap voor stap uit de stapel. De meters liepen op en bleven oplopen: de reactie hield zichzelf in stand. Daarna werden de staven teruggeschoven en stopte de reactie.

De reactor leverde ongeveer een halve watt, minder dan een klein lampje. Dat maakt niet uit. Het bewijs is geleverd dat de mens de energie uit atoomkernen in een rustig, beheersbaar tempo kan vrijmaken.

Teruggeblikt vanuit 2026

Het experiment was geheim en hoorde bij het Amerikaanse atoomprogramma in de Tweede Wereldoorlog. In 1943 werd de reactor buiten Chicago opnieuw opgebouwd als Chicago Pile-2. Na de oorlog groeide uit dit begin de kernenergie: centrales die stroom leveren zonder CO2 uit te stoten bij het opwekken.

Die wereld komt nu terug in het nieuws over AI. Datacenters vragen steeds meer stroom, de hele dag door, en kernenergie geldt daarvoor als een serieuze optie. Zo komt de stapel op die squashbaan terug in het verhaal van de rekenkracht.