Ma 74 éve, 1934. július 4-én nyújtotta be Szilárd Leó szabadalmi kérelmét a neutronokkal működő láncreakcióra. Meg volt róla győződve, hogy ez a folyamat atombomba gyártását is lehetővé teszi, amely végveszélybe sodorhatja az emberiséget. A szabadalmat ezért a titkosítás érdekében a Brit Admiralitásra ruházta át.

A láncreakciót azonban egyáltalán nem úgy képzelte el, ahogy az végül 1942. december 2-án Chicagóban megvalósult. Abból a jól ismert tényből indult ki, hogy az atommagok radioaktív bomlásakor hő fejlődik, mivel a végtermékek össztömege kisebb a bomló mag tömegénél, és az E=mc² képletnek megfelelően a tömegkülönbség hő formájában szabadul fel. Ha egy kiló radioaktív preparátum minden atommagja egyszerre bomlana el, hatalmas energia jöhetne létre. Az atommagok azonban csak ritkán szánják el magukat arra, hogy egy héliumatommag (alfa-részecske) vagy egy elektron kibocsátásával kettőt lépjenek lefelé vagy egyet fölfelé a periódusos rendszerben, ezért ez az energia évmilliókra oszlik el. Nem lehetne-e a folyamatot valahogy felgyorsítani? – tette fel magának a kérdést Szilárd. – Arra kényszeríteni a preparátum atommagjait (vagy legalábbis jelentős részüket), hogy a másodperc tört része alatt bomoljanak el?

Már maga ez a kérdés sem tekinthető mindennapinak, a válasz még kevésbé. Arra gondolt ugyanis, hogy a láncreakció lehet alkalmas mechanizmus a bomlások felgyorsítására. Ezt a kifejezést fizikokémikus ismerősétől, Polányi Mihálytól hallotta először, aki egy időben foglalkozott kémiai láncreakciókkal. Polányi elmesélte Szilárdnak, hogy egy kémiai reakció lefolyása robbanásszerűen gyorssá válhat, amikor a reakciótermékek maguk képesek a folyamat beindítására. Ha mondjuk minden egyes reakció két újabb reakciót képes beindítani, akkor a reakciók száma minden lépésben a kétszeresére nő, és a 80. lépésre már eléri az Avogadro-számot.

1933. szeptember 12-én egy ködös délelőttön Szilárd a londoni Southampton köz sarkán várta, hogy a közlekedési lámpa zöldre váltson, amikor felötlött benne a gondolat: Ha létezne olyan atommag, amely egy neutron hatására radioaktiv bomlást szenved és közben még két neutront is kibocsát, akkor ennek az anyagnak egy bizonyos kritikus mennyiségébe néhány neutront belelőve hatalmas robbanást lehetne előidézni. Neutron nélkül a dolog nem menne. A proton és az alfa-részecske ugyanis (csak ezek jöhetnek számításba a neutronon kívül) pozitív elektromos töltésűek, ugyanúgy, mint az atommag, ezért a Coulomb-taszítás rendkívül megnehezíti, hogy az atommagba behatolhassanak és létrehozhassák a láncreakciót. A neutron azonban, amelyet csak néhány hónappal azelőtt fedeztek fel, elektromosan semleges és könnyen bejut az atommagba.

A gondolat brilliáns, de csak akkor valósítható meg, ha a természetben létezik olyan atommag, amely hajlandó Szilárd elképzelésének megfelelően viselkedni: neutron hatására tömegcsökkenéssel járó radioaktív átalakulást szenved úgy, hogy közben még két neutron is keletkezik. Ma már tudjuk, hogy ilyen atommag nem létezik, ezért kereste Szilárd hiába az elkövetkező években. 1938 végére már annyira reménytelennek ítélte az ügyet, hogy december 21-én levelet küldött az Admiralitásnak, amelyben javasolta a szabadalom titkosságának a feloldását.

Szilárd Leó Albert Einsteinnel dolgozik (forrás: Wikipedia)

De mi van a maghasadással? Miért csak „szokványos” bomlásokra gondolt Szilárd, amelyekben egy „nagy” atommag valamilyen „kis” alkatrészt bocsát ki magából? Azért, mert a maghasadás – amikor egy atommag két megközelítően azonos méretű magra hasad szét – egyszerűen nem jutott az eszébe, mint ahogy rajta kívül senki másnak se – még két teljes napig! A maghasadás gondolata ugyanis csak december 23-án, pénteken délelőtt ötlött fel két Németországból elüldözött magfizikus, Lise Meitner és unokaöccse, Otto Frisch fejében. A karácsonyt egy közös ismerősük meghívására mindketten egy svédországi üdülőhelyen töltötték. Az odautazás előtti órákban kapta kézhez Meitner korábbi kollégájának, Otto Hahnnak a levelét, amelyben a december 19-én Fritz Strassmannal együtt elvégzett kísérletéről számolt be. Meitner évekig dolgozott együtt Hahnnal és Strassmannal Berlinben, de kikeresztelkedett zsidó lévén júliusban menekülnie kellett Németországból. Hahn és Strassmann vegyész volt, Meitner magfizikus – a legnagyobbak egyike a maga szakmájában. Még a harmincas évek közepén azt a célt tűzték maguk elé, hogy tisztázzák, pontosan milyen atommagok keletkeznek a nehéz elemekből, amikor egy neutron ütközik össze velük. Hahn most kétségbeesett levéllel fordult Meitnerhez, mert a legutolsó kisérletük lehetetlennek látszó eredménnyel zárult: A nehéz atommagokat tartalmazó, neutronokkal besugárzott mintában elenyésző mennyiségben ugyan, de sokkal kisebb tömegű, a periódusos rendszer közepén elhelyezkedő atomokat fedezett fel.

Azon a bizonyos pénteki délelőttön Meitner sétára indult az unokaöccsével a behavazott hegyvidéken. Közben természetesen a Hahn levelében foglaltakat latolgatták. Közlekedési lámpának híre-hamva se volt, de őket is villámcsapásként érte a felismerés: Ha igaza van Niels Bohrnak, aki elektromosan töltött folyadékcsepphez hasonlította az atommagot, akkor pontosan annak kellett történnie, amit Hahn tapasztalt. A nehéz atommag két közepes magra hasadt szét. A zsebükből előhalászott papírcetliken még a feltétlenül szükséges számításokat is el tudták végezni, amelyek teljes mértékben alátámasztották az elképzelésüket.

Szilárd, aki ekkor már az Egyesült Államokban élt, január közepén szerzett tudomást a maghasadásról és azonnal megértette, hogy ez az a magreakció, amelyre áhítozott. Addigra ugyanis már elegendő ismeret gyűlt össze az atommagról ahhoz, hogy biztos lehessen benne: a neutron által kiváltott maghasadás során neutronoknak is kell keletkezniük. De azt már nem lehetett előre tudni, hogy keletkezik-e annyi – legalább kettő -, amennyi a láncreakcióhoz feltétlenül szükséges. Néhány heti kísérletezés után a válasz erre a kérdésre is megszületett: Több mint két neutron keletkezik minden hasadási aktusban. De Szilárd már korábban táviratot küldött az Admiralitásnak, hogy a december 21-én kelt levelét sürgősen dobják a papírkosárba.

Ez egy megunhatatlan történet. Szilárd ma 74 éve szabadalmaztatta az atomreaktor működésének alapelvét és azután évekig kereste eredménytelenül azt az „üzemanyagot”, amellyel ezt az elvet át lehet ültetni a gyakorlatba. Meitnernek, Hahnnak és Strassmannak eszébe se jutott az atomenergia, ők csak rendet akartak teremteni a nehéz atommagok átalakulásainak kusza dzsungelében. De mivel ezt a munkát hihetetlen gondossággal végezték, mellékesen rábukkantak a láncreakciót fenntartani képes folyamatra. Ezzel húszezer dollárt kerestek Szilárdnak. Ennyiért vásárolta meg ugyanis Szilárdtól az Egyesült Államok kormánya a láncreakció szabadalmi jogát.