시카고 대학 운동장 스탠드 아래에 있던 사용되지 않는 스쿼시 코트에 우라늄과 흑연을 차례로 쌓아 핵 파일을 만들어졌다. 시카고 파일(Chicago Pile No.1, CP-1)이라고 불리는 이 파일은 6톤의 우라늄과 50톤의 산화우라늄, 그리고 400톤의 흑연벽돌로 만들어졌다. 흑연 벽돌을 57층으로 쌓아 만든 이 원형 파일은 지름은 7미터 정도였고, 높이도 7m정도나 되어 스쿼시 코트를 가득 채웠다. 1942년 12월 2일에 시카고 파일이 완성되었다. 페르미와 스릴라드를 비롯한 많은 과학자들이 지켜보는 가운데 실험이 시작되었다. 만약 반응이 통제할 수 없을 정도로 빠르게 진행되면 중성자를 흡수할 수 있는 안전막대를 파일 속으로 집어넣어 연쇄반응을 중지할 수 있도록 준비했다. 실험은 아침부터 시작되었다. 오후 2시가 되었을 때 모든 사람들이 숨을 죽이며 중성자 계수기를 바라보고 있었다. 계수기는 중성자의 세기가 2분마다 두 배로 되고 있다는 것을 알려 주었다. 연쇄반응이 일어나고 있다는 것을 확인한 페르미는 4분 30초를 기다린 후에 안전막대를 파일 속에 집어넣어 핵분열 반응을 중지시키도록 했다. 과학자들은 포도주를 따라 들고 최초의 원자핵 연쇄 핵분열 반응의 성공을 축하했다. 페르미의 시카고 파일은 인류가 만들어낸 최초의 원자로였다. 연쇄반응의 성공은 원자폭탄을 만드는데 필요한 가장 중요한 기술적 장벽을 극복했다는 것을 의미하는 것이었다.

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