Nagy mennyiségű energia ...
- bevezető
- Az Anyagi Világ
- A dolgok mértéke
- Atomok, magok és elemek
- radioaktivitás
- Magok és az Univerzum
- Csillagok, galaxisok és az Univerzum
- Az elejétől a végéig
- A csillagok születése, élete és halála
- Az elemek eredete
- Atomenergia
- Atomerőművek
- maghasadás
- Atomreaktorok
- Az atomenergia egyéb felhasználási módjai
- Nukleáris hulladék
- Nukleáris fúzió
- Nukleáris alkalmazások
- Előnyök és kockázatok
- Nukleáris gyógyszer
- Röntgen az orvostudományban
- Randevú módszerek a művészetben és a régészetben
- Nukleáris történelem
- A nukleáris fegyverek története
- A tudomány és a második világháború
- Atombomba
1939 júliusában Szilard meggyőzte Alexander Sachs közgazdászt arról, hogy erős amerikai kezdeményezésre van szükség a hasadási alkalmazások terén a német fejlemények ellensúlyozása érdekében. Szilard arra kérte Einsteint, hogy írjon Roosevelt elnöknek, és emelje ki a hasadás veszélyeit és lehetőségeit.
Edward Teller és Eugene Wigner közreműködésével a levelet 1939. augusztus 2-án készítették el. Sachs 1939. október 11-én Szilardtól Rooseveltig egy műszaki dokumentummal mutatta be a levelet, és az elnök azonnal felállított egy bizottságot. Uranium Consulting, Lyman J. Briggs tudós, a kormány tagja vezetésével.
Jobb kép: A Einstein és L. Szilard 1939 augusztusában. Alul: az eredeti Einstein-Szilard levél
Elsőbbséget élveztek Fermi New York-i erőfeszítései a természetes uránnal és grafit moderátorral történő láncreakció előállítására, valamint a 235 U izotóp szétválasztására szolgáló különböző laboratóriumi tanulmányok. A 94-es elemet (plutónium) Berkeley fedezte fel Glenn Seaborg 1941 februárjában, hasadó tulajdonságait Seaborg és Emilio Segre együtt vizsgálta. Fontos lehetőség lett a plutónium alkalmazása a 235 U alternatívájaként.
1941 júniusában Vannevar Bush meggyőzte Rooseveltet arról, hogy a tudósoknak részt kell venniük a védelmi programokban és új fegyverek kifejlesztésében. Létrejön a Tudományos Kutatási és Fejlesztési Hivatal (OSRD), amely szervezet közvetlenül az elnöknek tartozik beszámolással. Az ACU az „S-1 szakasz” új név alatt OSRD irányítás alá kerül. Javasoljuk az ipar bevonását a kísérleti üzemek gyártásába, és szigorúbb politikai ellenőrzést alkalmaznak a kutatás területén.
A fenti kép: Az S-1 projekt tudományos vezetői: Ernest O. Lawrence, Arthur H. Compton, Vannebar Bush, James B. Conant, Karl T. Compton, Alfred L. Loomis (Berkeley, 1940. március 29.).
1941. október 9-én V. Bush bemutatta a MAUD jelentést, amelyet a britek Roosevelt és Henry A. Wallace alelnök rendelkezésére bocsátottak. Roosevelt teljes felhatalmazást ad Bushnak annak megvizsgálására, hogy bombát lehet-e építeni és milyen áron, külön elnöki forrásból. Meg kellett őrizni a "szigorúan titkos" státuszt, és nagyon pontosan meg kellett határozni az Egyesült Királysággal folytatott együttműködés részleteit. Ez döntő fontosságú volt a bomba gyártása szempontjából.
Az együttműködésnek nehézségei voltak, amelyet az a rész generált, amely az atomkutatás terén egy időben fejlettebbnek tűnt. 1941-ben a britek az amerikaiakra korlátozták az információáramlást, akik 1942-ben nem voltak hajlandók brit csapatot bevonni programjukba. A problémákat ötvözték a francia tudósok jelenléte a brit projektben és a szabadalmi politika. 1943 januárjában a kommunikáció végleg megszakadt. Az ilyen formájú együttműködést Kanada, az Egyesült Királyság és az Egyesült Államok 1943. augusztus 17-i háromoldalú szerződése megállította. Az Egyesült Királyság leállította bombaprojektjét, és brit tudósok csatlakoztak az amerikai csapathoz, biztosítva volt a szabad információcsere, és mindkét fél vétójoggal rendelkezett a bomba felhasználásáról.
Miután az Egyesült Államok 1941 decemberében belépett a háborúba, az amerikai nukleáris program a legmagasabb szintű forrásokhoz jutott, minden költségvetési korlátozás nélkül.
Chicagóban Arthur Compton volt felelős a láncreakció végrehajtásáért a Plutonium előállításában, Berkeley-ben Ernest Lawrence volt felelős a 235 U elektromágneses izotópos elválasztásáért, kifejezetten erre a célra tervezett ciklotronok felhasználásával. Harold Urey volt a felelős az izotópos elválasztásért centrifugálással és gázdiffúzióval.
1942 szeptemberében Leslie Groves tábornokot nevezték ki a projekt katonai főnökének, ma Manhattan Engineering District-nek (MED) hívják, és azonnal a legfontosabb anyagot adta a szükséges anyagok biztosításának, és Tennessee-ben (Oak Ridge) 230 km2 területet választott ki a laboratóriumok felépítésére. hasadóanyagok előállításának szentelt.
Jobb kép: Az Oak Ridge komplexum térképe, amely hasadó anyagok előállítására készült. Néhány hónap alatt ebben a vidéki térségben - a hatalmas laboratóriumok mellett - megépült egy 13 000 lakosú város és az 500 km-es burkolt utak hálózata. A következő évben a város lakossága elérte a 42 000 embert.
Enrico Fermi természetes uránnal és jobb minőségű grafittal végzett kísérletei bizalmat adtak számára, hogy sikerül egy önfenntartó láncreakció. 1942. november 6-án elkezdett demonstrációs reaktort (CP1) építeni Wigner segítségével az elméleti számításokhoz.
A CP1-et azonnal szétszerelik, és anyagokat nyernek egy nagyobb, a CP2 építéséhez az új laboratóriumban, a Chicago melletti Argonne erdőben.
Bal oldali kép: a Chicagói Egyetem Stagg Stadionjának nyugati lelátója, amely alatt a CP1 épült.
Elektromágneses elválasztás azon az elven alapul, hogy a töltött tárgyak felgyorsulnak, amikor elektromágneses térben mozognak. A nehezebb ionok kevésbé térülnek el, mint a könnyebbek. Megfelelően elhelyezett gyűjtők használhatják ezt az elválasztást.
Az diffúziós módszer azon a tényen alapul, hogy a gáz könnyebb molekuláinak nagyobb az átlagos sebessége, mint a nehezebb molekuláké. Az uránvegyület sűrített gázának hagyták a porózus gáton keresztül diffundálódni: a kissé könnyebb 235 A molekulák nagyobb eséllyel távoznak a lyukakon keresztül (egy mikron átmérőjű része). Ezután a kívánt izotóppal (3 rész/1000) kissé dúsított kilépő gázt újból összenyomják, és az eljárást megismételik. Az Oak Ridge állomáson 1945-ben a szétválasztás teljes területe ezer négyzetméter volt, és 10% -ig dúsított uránt állítottak elő.
Jobb felső kép: a diffúziós kaszkádban áramló gáz áramlásának sematikus ábrája
A bomba megtervezéséhez J. Robert Oppenheimer, a MED tudományos igazgatója úgy döntött, hogy az összes szükséges tudóst és szakértőt összegyűjti egy új titkos laboratóriumba, amelyet 1942-1943 telén Los Alamosban (Új-Mexikó) építettek. 1943 márciusában a laboratórium, amely a Kaliforniai Egyetem hatáskörébe tartozott, megkezdte az alapkutatást "gyakorlati katonai fegyver" előállítására. Számos kutatási eszköz került átadásra az Egyesült Államokból: a Harvard cyclotron, két Van der Graaf gyorsító Wisconsinból, egy Cockroft-Walton gyorsító Illinoisból stb. Los Alamos lakossága 9 havonta megduplázódott, és 1945-ben elérte az 5000-et.
Oppenheimernek, aki nem követi a katonai kényszereket, sikerült megőriznie a tudományos intézmény stílusát és elragadó kutatómunkát végzett. Az élet ott nehéz volt, de izgalmas, és a fiatal fizikusok tapasztalt tudósokkal való kapcsolata lehetővé tette számukra, hogy elengedhetetlen képességeket szerezzenek.
A Plutóniumhoz vezető út azzal kezdődik, hogy 238 U-nak lehetővé kell tennie egy neutron felszívódását egy lassú neutronon futó atomreaktorban. A CP1 és CP2 prototípusok után az ipari vállalatok 3 nagy reaktort építettek egy új titkos központban Hanfordban (Washington) és egyet Oak Ridge-ben.
Los Alamosnál az új anyag kémiai, fizikai és kohászati tulajdonságainak kutatása megkezdődött, mihelyt a Plútót elhozták, kezdetben gramm mennyiségben, 1945 tavaszán pedig jelentős mennyiségben, ami elegendő volt három bomba előállításához.
A "kisfiúnak" nevezett 235 U bomba Los Alamosban készen állt 1945. július 3-án. A hasadóanyag 86% -ig dúsult 3 kritikus tömegre, mindegyik körülbelül 60 kg volt. Robbantása az ágyú technikáján alapult, 180 cm hosszú ágyút használva 453 kg súlyú volt.
A kisfiú körülbelül 3 méter hosszú volt, 70 cm átmérővel, elég kicsi ahhoz, hogy belépjen a B-29-es bombázó által biztosított térbe, és össztömege körülbelül 4000 kg volt. A tudósok teljes mértékben bíztak a működésében, és nem tartották szükségesnek az előzetes tesztet.
A "Fat Man" plutóniumbomba kb. 6,1 kg súlyú plutóniummaggal rendelkezett, amelyet az előrobbanás elkerülése érdekében 2300 kg erőteljes robbanóanyag felhasználásával fel kellett robbantani az imploziós technikával. A magot, az uránt és az erős robbanóanyagokat tizenkét ötszög alakú szakaszból álló eszközben tartották. A fegyver stabilizáló eszközökkel és 150 cm átmérőjű tojás alakú védőburkolattal rendelkezett. A "Fat Man" körülbelül 365 cm hosszú volt és körülbelül 4900 kg volt.
Kép: Fat Man bomba, miközben készen áll a szállításra Nagasakiba.
Az implantációs technika teljesen új volt, és az előzetes részvizsgálatok bizonyos bizonyítékok alapján nem adtak bizalmat.
Tehát, mivel a rendelkezésre álló plutónium elegendő volt, a teljes bomba utolsó tesztjét 1945 július közepén, az új-mexikói sivatagban, a Trinity nevű helyszínen, Alamogordóban végezték el.
A fegyver hatékonysága 17% volt, 22 kt teljesítményével. A teszt számos műszaki részlet ellenőrzését is lehetővé tette, de a fő cél egy atomrobbanás következményeinek közvetlen megtapasztalása volt.
Az első nukleáris robbanás egyik tanúja sem készült fel valójában az eseményre: a kezdeti villanástól és a kezdeti tűzgömbtől zaj nélkül, a fényimpulzus csendes melegétől, akár egyidejű nehéz tenyér mindkét arcán, egészen a sokkhullámig fuss át a sivatagi talajon és a szilánkok felhőjéig, amely gomba alakot generál.
Jobb kép: A Föld első atomrobbanásának kezdeti tűzgolyója, 1945. július 16.
A fő jelenségek azonban változatlanok maradnak. A robbanás rövid ideje alatt előállított óriási energia az anyagokat több tízmillió fokos hőmérsékletre és egymillió légköri nyomásra melegíti fel. Nagy mennyiségű energia sugárzik ki, főleg elektromágneses természetű, amelyeket a levegő elnyel, ami rendkívül forró és izzó légtömeg kialakulásához vezet. Ez a tűzgömb növekszik és növekszik, csökkenti a hőmérsékletét. Körülbelül egy perc múlva a fény kibocsát, és a felhő körülbelül 7 km-re emelkedik.
A bal oldali fotósorozat a tűzgömb evolúciójának első 4 másodpercét mutatja a Trinity teszthez kapcsolódó robbanásból.
1945 elejére nyilvánvalóvá vált, hogy a szövetségesek megnyerik a háborút Európában és a Csendes-óceánon egyaránt. Sok tudós elkezdte megvitatni az atomenergia társadalmi és politikai következményeit, valamint a bomba használatának következményeit. 1945 júniusában James Frank jelentése azt javasolta, hogy akadályozzák meg Japánt, és hogy a bomba erejét egy lakatlan területen demonstrálják pusztító hatásainak bemutatására. Az ideiglenes bizottság tanácsadására Compton, Fermi, Lawrence és Oppenheimer alkotta tudományos kör jött létre, amely beszámolt a tudósok véleményéről.
1945. augusztus 6-án reggel 08: 15-kor a Kisfiút Hirosima fölé dobták, 580 méterrel felrobbant a város felett, 12 és 15 kt közötti erővel. 1945. augusztus 9-én 11: 02-kor a Kövér ember 503 méterrel robbant Nagasaki felett; teljesítménye meghaladta a 22 kt-t. A két város elpusztult, több mint százezer halott és száz megsebesült. Japán megadta magát, és a második világháború véget ért. A bomba ledobásának végső döntését mind katonai szempontból, mind a Japán inváziója során bekövetkezett hatalmas veszteségek elkerülése érdekében, mind pedig politikailag a háború befejezését megelőzően hajtották végre, mielőtt a Szovjetunió a Csendes-óceánra terjeszkedett volna.
Kép: Paul W. Tibbets Jr. ezredes B52 „Enola Gay” bombázójában, mielőtt felszállna Hirosimába.
A háború után kezdték vizsgálni az atomenergia polgári és katonai kilátásait. Az új amerikai elnök, Harry S. Truman létrehozott egy "ideiglenes bizottságot", amely dönt a fegyverek használatáról, és felvázolja a jövő atomprogramját. A meghozandó döntések között választani kellett a nemzetközi együttműködés megkezdése vagy az amerikai monopolpolitika folytatása között.
De a második világháború fordulópont volt a tudósok és a kormányok közötti kapcsolatokban. Az előbbiek nemcsak új fegyvereket találtak ki és építettek, hanem előmozdították és részt vettek a használatukra vonatkozó döntéshozatalban, partnerekké válva a politikai döntéshozatalban.
Az atombomba katonai és politikai sikere, valamint az atomenergia gazdasági kilátásai mindenütt láthatóságot és hatalmat adtak a tudományos közösségnek. Az Egyesült Királyságnak, Oroszországnak és Franciaországnak szükségük volt tudósokra saját atomarzenáljuk felépítéséhez. Az Egyesült Államokban a fizikusok jelentős pénzügyi támogatásra tettek szert, és a katonai létesítmények vágya ellenére sikerült felelősséget szerezniük az atomenergia fejlődésének ellenőrzéséért. Az Egyesült Államokban az atomenergia-politikát az Atomenergia Bizottságra delegálták, amely egy civil ellenőrzés alatt álló szervezet.