Chicago Pile-1, žinomas kaip CP-1, buvo monumentali šešių metrų aukščio sferoidinė konstrukcija, kurios keturių šimtų tonų masę sudarė penkiasdešimt penki tūkstančiai grafito blokų, apgaubiančių šešias tonas metalinio urano bei jo oksido. Enrico Fermi, vadovavęs šiam ambicingam projektui, rėmėsi teoriniais neutronų dauginimosi koeficiento skaičiavimais, siekdamas peržengti vieneto ribą ir įrodyti, jog grandininė branduolių dalijimosi reakcija gali būti valdoma net ir esant ribotam biudžetui bei didžiuliam Antrojo pasaulinio karo metais tvyrojusiam laiko spaudimui.
Fermi skaičiavimai rėmėsi keturių faktorių formule, kurioje buvo daroma prielaida, jog visa neutronų kinetinė energija, prarasta susidūrimų su moderatoriumi metu, virsta šiluma, tačiau inžinerinė klaida slypėjo prielaidoje, kad grafito kristalinė gardelė išlieka termodinamiškai inertiška. Iš tikrųjų neutronų bombardavimas sukelia atominius poslinkius, formuojančius Frenkelio poras – vakansijas ir tarpsluoksninius atomus, – o šis reiškinys, vėliau pavadintas Wignerio efektu, kaupia potencialią energiją, kurios Fermi komanda 1942 metais neįtraukė į savo šiluminius balansus.
Fizikinis šios anomalijos pobūdis atsiskleidė per kristalinės struktūros deformaciją, kai neutronas, kurio energija viršija 25 eV, išmuša anglies atomą iš pusiausvyros padėties ir sukuria stabilų defektą, išsaugantį maždaug 4–7 eV energijos. Reaktoriaus aktyviajai zonai veikiant, šis energijos kiekis kaupiasi grafito matricoje, nesusiduriant su pakankamu terminiu aktyvavimu, kuris leistų atomams grįžti į savo vietas, todėl kietojo kūno struktūroje įkalinamas ne šilumos, o potencialus sprogstamasis užtaisas.
1943 metais atlikti matavimai atskleidė, kad dėl nuolatinio, 10^12 n/cm²s siekiančio neutronų srauto, grafito tankis sumažėjo pusę procento, o šiluminis laidumas krito trisdešimt procentų, taip paneigiant inžinierių prielaidas apie stabilią moderatorinę terpę. Kai sukaupta Wignerio energija pasiekia 1,6 x 10^18 eV/g ribą, temperatūros pakilimas virš 200°C sukelia egzoterminę reakciją, kuri pati save kaitina ir sukuria termodinaminį atgalinį ryšį, kurio Fermi komandos šiluminės apsaugos sistemos nebuvo suprojektuotos suvaldyti.
Sistemos gedimas kilo ne dėl mechaninio lūžio, o dėl fundamentalios fizikos, kuri diktavo kitokią grafito elgseną nei buvo numatyta pirminiuose brėžiniuose. Nors inžinieriai planavo naudoti kadmio kontrolinius strypus neutronų srautui reguliuoti, jie neturėjo priemonių suvaldyti grafito temperatūrinio savaiminio kaitimo, o 250 MPa slėgio apkrovos, atsirandančios dėl blokų plėtimosi, viršijo projektinius parametrus ir privertė konstrukciją deformuotis, taip pažeidžiant kruopščiai apskaičiuotą geometrinį kritiškumą.
Wignerio energijos išsilaisvinimas yra staigus ir negrįžtamas procesas, kurio metu temperatūrai pasiekus kritinį tašką, grafito blokai patiria penkių procentų tūrio padidėjimą, sukeliantį vidinius įtempius, nenumatytus jokiame statiniame skaičiavime. Reaktoriaus šerdis, sukurta būti stabiliu neutronų dauginimo įrenginiu, tapo termiškai nestabilia sistema, o viena klaidinga prielaida apie medžiagos atominę struktūrą privertė visą komandą permąstyti eksploatacijos saugą, suvokiant, jog bet koks bandymas atvėsinti sistemą galėjo netyčia išprovokuoti katastrofą.
Šis fenomenas paskatino inžinierius sukurti kontroliuojamo atkaitinimo procedūras, kurių metu reaktorius periodiškai kaitinamas virš 250°C, siekiant energiją pašalinti lėtai, užuot leidus jai kauptis iki kritinio lygio. Tai buvo neišvengiama kaina už neįvertintą neutronų ir kietojo kūno sąveiką, pavertusią kiekvieną grafito bloką ne tik moderatoriumi, bet ir pavojinga energijos saugykla, kurios talpa viršijo bet kokius saugumo skaičiavimus.
Šiandienos audito duomenimis, 1944 m. kovo 15 d. buvo priimtas sprendimas nutraukti visus eksperimentus su originaliuoju CP-1 grafito branduoliu dėl neatitaisomos struktūrinės degradacijos, nulėmęs visos komandos pervedimą į Hanfordo gamyklų kompleksą. Tyrimų finansavimo linijos buvo uždarytos, o laboratorijos įranga – demontuota ir išskaidyta per keturiolika darbo dienų, paliekant mus svarstyti, kokio masto būtų buvusi avarija, jei Wignerio energija būtų išsilaisvinusi ne kontroliuojamoje aplinkoje, o pilnai veikiančiame reaktoriuje.