Bomba atomowa. Cz. II: Projekt Manhattan

Zobacz też:  Bomba atomowa. Część I: Preludium 

9 października 1941 roku doszło do spotkania, na którym podjęto decyzję o rozpoczęciu prac nad stworzeniem bomby atomowej. W rozmowach miał uczestniczyć prezydent Stanów Zjednoczonych Franklin Delano Roosevelt, wiceprezydent Henry A. Wallace oraz Vannevar Bush – inżynier i wynalazca uznawany za wybitną i wiodącą postać ówczesnej amerykańskiej nauki. Roosevelt zaakceptował plan atomowy i wydał polecenie stworzenia podlegającej mu Top Policy Group, do której sam należał. Jej zadaniem było sprawowanie funkcji kontrolnych nad przebiegiem całego przedsięwzięcia. Oprócz głowy państwa, w jej składzie znaleźli się Wallace, Bush, Sekretarz Wojny Henry Stimson oraz Szef Sztabu Armii generał George Marshall.

Pieczę nad pracami prowadzonymi w ramach projektu powierzył Roosevelt amerykańskiej armii, nie zaś marynarce, która jako pierwsza prowadziła badania związane z energią jądrową. Powodem był fakt, że armia miała większe doświadczenie i możliwości w zakresie projektowania i zarządzania działaniami na tak dużą skalę.

Spotkanie naukowców w Berkeley (od lewej): Ernest O. Lawrence, Arthur H. Compton, Vannevar Bush, James B. Conant, Karl T. Compton i Alfred L. Loomis. Lawrence Berkeley Laboratory (fot. domena publiczna)

Dwa dni po spotkaniu, 11 października, Roosevelt wysłał wiadomość do brytyjskiego premiera Winstona Churchilla, sugerując współpracę w ramach programu atomowego.

Posiedzenie komitetu nazwanego S-1 odbyło się 18 grudnia 1941 roku. Podkreślono na nim konieczność wdrożenia prac nad stworzeniem nowego typu broni. Rozmowy prowadzone były w kontekście ataku na Pearl Harbor (7 grudnia), a w konsekwencji rozpoczęcia przez Stany Zjednoczone wojny przeciwko Japonii i Niemcom.

Co można, a czego nie da się zrobić

Zanim projekt wszedł we właściwą fazę, konieczne było przeprowadzenie wielu kalkulacji, doświadczeń i konsultacji. Chodziło przede wszystkim o to, by stwierdzić, jak daleko i w jakich dziedzinach trzeba będzie się posunąć oraz co, przy ówczesnym stanie wiedzy, mogło być wykorzystane.

Różne sposoby konstrukcji bomby atomowej przedstawione przez Roberta Oppenheimera w Berkeley w 1942 roku (rys. Robert Serber, domena publiczna)

U podstaw legły kluczowe zagadnienia, jak technologia reaktorów nuklearnych, badania i wytwarzanie ciężkiej wody, zorganizowanie laboratorium metalurgicznego, badania nad wykorzystaniem plutonu przy jednoczesnym zastosowaniu grafitu jako moderatora neutronów. Co więcej, kluczowe było ustalenie budżetu, logistyki i składu osobowego zespołów odpowiedzialnych za kolejne etapy przygotowań.

Dla przykładu, w czasie prac rozważano możliwości skonstruowania bomby atomowej przy wykorzystaniu uranu-235. Przedmiotem dyskusji i badań były trzy różne techniki separowania tego izotopu z mieszaniny zawierającej także uran-238: dyfuzji gazowej, separacji elektromagnetycznej i termodyfuzji (termoforezy). W tej części prac dominowały takie wybitne nazwiska jak Lawrence, Murphree, Abelson, Urey, Compton, Briggs i inni.

Innym problemem był projekt samej bomby. Jej powstanie wymagało szeregu kolejnych badań związanych z szybkimi neutronami, masą krytyczną, mechanizmami detonacji ładunków i całego szeregu równie poważnych zagadnień. Naukowcy zastanawiali się, jak pokierować neutronami, by zainicjować reakcję łańcuchową, a także jak będzie przebiegać sama eksplozja. Za te problemy i ich rozwiązanie odpowiedzialni byli tacy uczeni jak Oppenheimer, Breit, Manley czy Serber – wielkie nazwiska ówczesnej fizyki i nie tylko.

Na jednym ze spotkań z naukowcami, w lipcu 1942 roku, Oppenheimer powołał specjalną grupę, która miała ostatecznie potwierdzić, czy zbudowanie bomby wykorzystującej reakcje rozszczepiania jest, przynajmniej teoretycznie, możliwe.

Problemów było niemało, tym bardziej, że uczeni pracowali często po omacku. Nie znano jeszcze wtedy szeregu czynników biorących udział w reakcjach jądrowych. Pozostawały także trudności natury technicznej i badawczej. Na przykład właściwości czystego uranu-235 były wtedy praktycznie nieznane. Podobnie było w przypadku plutonu, odkrytego w lutym 1941 roku przez Glenna Seaborga i jego zespół.

Oprócz tego uczeni nie dysponowali jeszcze odpowiednim reaktorem. Posiadali jedynie niewielkie ilości plutonu, który pochodził z cyklotronów (wówczas bardzo prostych akceleratorów cząstek). Ciekawostką jest fakt, że przez rok czasu, dokładnie do grudnia 1943 roku, uzyskano tylko około dwóch miligramów plutonu. Z tego powodu starano się wykorzystywać inne metody otrzymywania pożądanych substancji, badając różne teorie i tworząc nowe rozwiązania.

Niezwykle interesujące zdarzenie miało miejsce na jednym ze spotkań fizyków w kalifornijskim Berkeley. Wybitny fizyk Edward Teller zaproponował na nim stworzenie superbomby, która miałaby wykorzystywać rozszczepienie atomu do rozpoczęcia procesu nuklearnej fuzji (połączenie dwóch atomów z wydzieleniem energii – tak jak we wnętrzu Słońca) z wykorzystaniem deuteru i trytu (izotopów wodoru). Prowadzący spotkanie Hans Bethe ostatecznie odrzucił wszystkie propozycje Tellera. Postanowiono skupić na stworzeniu bomby wykorzystującej reakcję rozszczepiania – rzecz uznano za możliwą do zrealizowania.

Tajne przedsięwzięcie

Projekt Manhattan, a dokładnie Manhattan Engineering District (MED) oficjalnie rozpoczął działalność 13 sierpnia 1942 roku. Cały projekt składał się z szeregu mniejszych projektów rozsianych na terenie Stanów Zjednoczonych i Kanady. Każdy z nich odpowiadał za określone zadania.

Polecamy e-book: „Polowanie na stalowe słonie. Karabiny przeciwpancerne 1917 – 1945”

Najważniejsze ośrodki, w których prowadzono prace w ramach Projektu Manhattan (rys. Fallschirmjäger, na licencji Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)

Prace nad skonstruowaniem bomby atomowej były ściśle tajne. Każda osoba uczestnicząca w projekcie zobowiązana była do zachowania tajemnicy. Wśród szeregowych pracowników powszechny był brak wiedzy na temat tego, jakim celom służą wykonywane przez nich zadania. Dobrym przykładem jest znany przypadek Gladys Owens, operatorki kalutronu (hybrydy spektrometru masowego i cyklotronu) pracującej w fabryce separacji uranu w Oak Ridge. Owens nie wiedziała w czym brała udział i czemu dokładnie służyła wykonywana przez nią praca. Dowiedziała się tego po piętnastu latach, gdy odwiedziła swoje dawne miejsce pracy w ramach publicznej wycieczki i zobaczyła siebie na pierwszym planie, na jednym ze zdjęć w galerii.

Gladys Owens (na pierwszym planie) podczas pracy przy kalutronie (fot. Ed Westcott, domena publiczna)

Utajnienie prac było uzasadnione zarówno z militarnego, politycznego, jak i ekonomicznego punktu widzenia. W głównej mierze chodziło o zabezpieczenie wyników badań przed realizatorami niemieckiego programu badań jądrowych i ochronę przez sabotażem. Pracowników dobierano bardzo starannie, co było tym trudniejsze, że do wielu projektów badawczych i konstrukcyjnych sprowadzano pracowników wraz z rodzinami.

Pieczę nad zachowaniem tajemnicy sprawowali agenci i funkcjonariusze Counter Intelligence Corps, a więc kontrwywiad. Obawiano się nie tylko szpiegów niemieckich ale także radzieckich. Już od 1943 roku było jasne, że Związek Radziecki bardzo interesuje się wejściem w posiadanie broni atomowej. W tym samym roku roku Oppenheimer zgłosił jednemu z dowódców kontrwywiadu, że jego kolega i profesor z Berkley Haakon Chevalier zaproponował mu przekazywanie tajnych informacji stronie radzieckiej.

Jednym ze szpiegów okazał się później członek Misji Brytyjskiej Klaus Fuchs, który pełnił ważną rolę w pracach prowadzonych w Los Alamos. Wielu szpiegów, obok zdemaskowanego później Golda, Greenglassa i małżeństwa Rosenbergów, pozostaje nieznanych do dziś.

Oczywiście wywiad aliantów stale pracował nad pozyskaniem informacji na temat niemieckiego programu atomowego. Ważnym wydarzeniem była tajemnicza rozmowa, jaką odbyli dwaj słynni uczeni: Werner Heisenberg i Niels Bohr. Heisenberg był od 1941 roku nieoficjalnym szefem nazistowskiego programu jądrowego. We wrześniu tegoż roku odwiedził Kopenhagę w okupowanej Danii. Nie jest jasne, jaki cel przyświecał tej wizycie, ani w jakich okolicznościach doszło do rozmowy z Bohrem, dawnym mentorem niemieckiego fizyka. Wiadomo jednak, że wyjawił on duńskiemu koledze informacje o niemieckich planach budowy broni atomowej. Bohr był zszokowany. Trudno przy tym jednoznacznie ocenić, czy Heisenberg chciał zwerbować Bohra czy miał moralne zahamowania w związku ze swoją pracą na rzecz nazistów. W 1943 roku alianccy agenci wywieźli Bohra z Danii, a amerykański program jądrowy uzyskał cenne wiadomości.

Billboard zachęcający pracowników w Oak Ridge do utrzymania tajemnicy (fot. James E. Westcott, domena publiczna)

Stres i wątpliwości

Prace w ramach Projektu Manhattan posuwały się na tyle szybko, że wkrótce rozpoczęto przygotowania do złożenia pierwszej bomby. Naukowcy pracujący przy konstrukcji i składaniu bomby zdawali sobie sprawę z ryzyka, choć nie byli w stanie jeszcze dokładnie przewidzieć, jak będzie przebiegał wybuch. Dużym ryzykiem była praca z materiałem radioaktywnym. Z tego powodu już 18 maja 1942 roku z uczestnictwa w projekcie zrezygnował jeden z jego ważniejszych członków, Gregory Breit, który miał obawy dotyczące bezpieczeństwa operacyjnego.

Gdy w ramach projektu Trinity montowano bombę Gadget, jedną z osób, która pomagała w transporcie plutonowego rdzenia bomby, był Phillip Morrison. Tuż przed montażem wyjawił koledze swoje obawy związane z ich bezpieczeństwem. W odpowiedzi usłyszał, że nie powinien się tak przejmować, gdyż w milisekundę lub dwie nie zdąży niczego poczuć. Podobne wątpliwości towarzyszyły niemal wszystkim fizykom pracującym przy projekcie.

Przygotowania do testu Trinity (fot. domena publiczna)

Po udanej detonacji bomby Gadget, której energia wybuchu stanowiła ekwiwalent eksplozji 20 tysięcy ton trotylu, część naukowców zaczęła wyrażać swoje wątpliwości związane z militarnym wykorzystaniem tak potężnej broni. Wielu słynnych uczonych obawiało się takiego obrotu spraw i odmówiło współpracy jeszcze przed powstaniem Projektu Manhattan. Byli wśród nich Albert Einstein czy Lise Meitner.

W niczym nie zmieniało to jednak faktu, że 16 lipca 1945 roku Stany Zjednoczone były gotowe do bojowego użycia bomby atomowej. Prace w ramach Projektu Manhattan zakończono oficjalnie 15 sierpnia 1947 roku.

Podsumowanie

Historia powstania bomby atomowej to temat, którego opis mógłby wypełnić opasłe tomy. W artykule nie wspomniałem o projekcie związanym z niedestrukcyjnym wykorzystaniem energii jądrowej. Nie poruszyłem innych zagadnień dotyczących projektu Manhattan, w tym tego jak przebiegało życie w poszczególnych ośrodkach, jak zorganizowano siły bezpieczeństwa, jak wyglądały relacje między naukowcami, jakie były ustalenia Amerykanów w odniesieniu do Brytyjczyków i wiele innych problemów, które wpływały na całokształt prac prowadzonych w ramach Projektu Manhattan.

Kupuj świetne e-booki historyczne i wspieraj ulubiony portal!

Regularnie do sklepu Histmaga trafiają nowe, ciekawe e-booki. Dochód z ich sprzedaży wspiera działalność pierwszego polskiego portalu historycznego. Po to, by zawsze był ktoś, kto mówi, jak było!

Sprawdź dostępne tytuły pod adresem: https://sklep.histmag.org/

Bibliografia

• Grzegorz Jezierski, Energia jądrowa wczoraj i dziś”, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2005.
• Leszek Adamczewski, Długi warkocz ognia, „Odkrywca”, nr 10 (105), 2007.
• Karlsch Rainer, Atomowa bomba Hitlera, Wydawnictwo Dolnośląskie, Wrocław 2006.
• Richard Rhodes, Jak powstała bomba atomowa, Prószyński i S-ka, Warszawa 2000.
• Peter D. Smith, Faust, the Physicists and the Atomic Bomb, „Publications of English Goethe Society”, Vol. 77, No. 2 (2008), p. 101–112.
• Barton J. Bernstein, The Uneasy Alliance: Roosevelt, Churchill, and the Atomic Bomb. 1940–1945, „The Western Political Quarterly”, University of Utah, vol. 29 (2), June 1976, 202–230.
• John Ruhoff, Pat Fain, The First Fifty Critical days, „Mallinckrodt News. Uranium Division”, vol. 7, nos 3&4, June 1962.
• Radiology in World War II, ed. by Arnold Lorentz Ahnfeldt, Office of the Surgeon General, Department of the Army, Washington 1966.
• Francis George Gossling, The Manhattan Project. Making the atomic bomb, United States Department of Energy, Washington 1999.
• Broad J. William, Why They Called It the Manhattan Project, „The New York Times”, 30 października 2007.

Redakcja: Roman Sidorski