Bomba atomowa. Część I: Preludium

Zobacz też: Bomba atomowa. Cz. II: Projekt Manhattan

Grzyb atomowy nad Hiroszimą, 6 sierpnia 1945 roku (fot. sierżant George R. (Bob) Caron, ze zbiorów National Archives and Records Administration , domena publiczna)

6 sierpnia 1945 roku o godz. 8.16, 580 metrów nad centrum Hiroszimy eksplodował ważący ponad 4 tony Little Boy (Mały Chłopiec, Chłopczyk) – bomba atomowa, nowa broń masowego rażenia. Wybuch praktycznie zniszczył japońskie miasto, a do końca dnia zginęło około 100 tysięcy jego mieszkańców. Według oficjalnych danych w ciągu kolejnych lat zmarło jeszcze 65 tysięcy ludzi – głównie z powodu następstw napromieniowania. Trzy dni później, 9 sierpnia o godz. 11.02 nad miastem Nagasaki wybuchł Fat Man (Grubas, Tłuścioch). W wyniku tej eksplozji tylko do końca 1945 roku zmarło łącznie ponad 75 tysięcy osób. Tym razem bomba zboczyła z kursu i eksplodowała blisko 3 km od wyznaczonego celu.

Szacuje się, że dzięki wadom konstrukcyjnym Little Boya i nieprecyzyjnego zrzutu bomby „Fat Man”, śmierci uniknęło wiele tysięcy Japończyków. W pierwszym przypadku liczba ofiar mogłaby być większa nawet o sto tysięcy.

Decyzja o militarnym wykorzystaniu obydwu bomb stała się możliwa za sprawą udanego testu, w którym eksplodowała pierwsza w historii bomba atomowa – Gadget. Detonacja miała miejsce 16 lipca 1945 roku o godz. 5.29. Był to pierwszy wywołany przez człowieka wybuch jądrowy. Przeprowadzono go w ramach testu o kryptonimie Trinity, będącego elementem prac Manhattan Engineering District (MED), znanego szerzej jako Projekt Manhattan. Był to amerykański program naukowo-badawczo-konstrukcyjny, którego celem było skonstruowanie bomby atomowej.

Eksplozja pierwszej bomby atomowej o nazwie Gadget . Widoczna kula ognia ma średnicę około 200 metrów. Zdjęcie wykonane w czasie 0,016 sekundy po detonacji (fot. Berlyn Brixner, domena publiczna)

Bombę „Little Boy” nazywano także, „Thin Man” (Chudy Człowiek, Chudzielec). „Little Boy” zawierała ładunek uranu, a „Fat Man” plutonu. Na 17-18 sierpnia planowany był kolejny atak – przy użyciu bomby atomowej „Fat Man II”.

Coś się rozpadło

Rozmyślania nad bronią nuklearną można z powodzeniem rozpocząć od Herberta George’a Wellsa i jego powieści science-fiction The World Set Free, opublikowanej w 1914 roku. Zdaniem wielu Wells przepowiedział w niej nadejście nowej, śmiercionośnej broni. Sam autor śledził poczynania naukowców w dziedzinie nowych technologii i energii. Już w 1901 roku, w swojej książce „Anticipation” zawarł wpis: „Historia ludzkości to historia zdobywania źródeł energii. Człowiek jest używającym narzędzi, rozpalającym ogień zwierzęciem”.

W tym czasie naukowcy zdawali sobie sprawę z istnienia naturalnego rozpadu radioaktywnego, podczas którego niektóre pierwiastki, takie jak rad, ulegają z czasem przekształceniu (rozpadowi) w inne przy jednoczesnym wydzielaniu energii. Zauważono, że choć obserwowana ilość wytwarzanej energii jest znikoma, to cały proces, mogący trwać setki i tysiące lat, generuje jej bardzo dużo. Wells wykorzystał te obserwacje w swojej powieści. Zawarł w niej postać naukowca Holstena, który odkrył sposób na uwolnienie energii atomu. Udało mu się „zainicjować rozpad atomu bizmutu w ciągu minuty”. Ta wybuchowa reakcja miała skutkować wytworzeniem radioaktywnego gazu i złota. Na marginesie warto zauważyć, że Holsten urzeczywistnił marzenie alchemików. Bohater powieści Wellsa zdawał sobie sprawę, że otworzył dla ludzkości nowe możliwości, choć pojawiła się również mroczna i niebezpieczna myśl, związana z posiadaniem nieograniczonej energii.

Bez Twojej pomocy nie będziemy mogli dalej popularyzować historii! Wesprzyj naszą działalność już dziś!

Warto pamiętać, że wówczas naukowcy nie znali jeszcze mechanizmu, dzięki któremu mogliby zainicjować reakcję, która w krótkim czasie uwalniałaby energię rozpadu atomu. W 1932 roku James Chadwick odkrył istnienie neutronu, obojętniej elektrycznie cząstki, której istnienie przewidzieli wcześniej Ernst Rutherford i Ettore Majorana. Rutherford jako pierwszy potwierdził istnienie jądra atomowego i prowadził badania nad promieniotwórczością.

Leó Szilárd w 1960 roku (fot. U.S. Department of Energy, domena publiczna)

Jednym z czytelników Wellsa był węgierski fizyk Leó Szilárd. 12 września 1933 roku zatrzymał się na światłach przed Suthampton Road w Bloomsbury.

Był zły na Rutherforda, który uznał jego pracę, poświęconą energii atomowej, za bezsensowną. Podobno właśnie wtedy po raz pierwszy Szilárdowi przyszedł do głowy pomysł, że dzięki neutronom można zainicjować nuklearną reakcję łańcuchową. W 1934 roku (w marcu i w czerwcu) złożył wniosek o dwa patenty, opatrzone ostatecznie wspólnym tytułem „Polepszenia przy przemianie pierwiastków chemicznych”. W pierwszej części opisał między innymi baterię nuklearną – rozwiązanie stosowane do dziś w sondach kosmicznych i satelitach. W drugiej zawarł opis reakcji łańcuchowej wywołanej przekroczeniem tak zwanej masy krytycznej (minimalna masa materiału rozszczepialnego, w której reakcja przebiega łańcuchowo). Legły on u podstaw późniejszych przedsięwzięć związanych z uzyskiwaniem energii i produkcją broni jądrowej. Autorzy książek i publikacji poświęconych broni atomowej często wskazują na podobieństwa między książkowym Holstenem a Szilárdem.

Również w 1934 roku włoski fizyk Enrico Fermi jako pierwszy rozszczepił jądro uranu. Jego prace skupiały się głównie na próbach napromieniowania różnych pierwiastków spowolnionymi neutronami, nie zdawał sobie jednak sprawy, do czego w ten sposób doprowadził. Uważał, że w wyniku reakcji nie doszło do rozpadu, lecz syntezy i powstania nowych, cięższych pierwiastków transuranowych. Dwa z nich, o liczbach atomowych 93 i 94, nazwał nawet „ausonium” i „hesperium”.


Dopiero w 1938 roku niemieccy badacze Otto Hahn i Fritz Strassmann w czasie prowadzonych prac zdali sobie sprawę z natury reakcji przeprowadzonej przez włoskiego fizyka. Obaj naukowcy potrzebowali jednak wyjaśnienia dla tego zjawiska. W tym samym roku Hahn poprosił listownie o pomoc austriacką fizyczkę Lise Meitner. Chodziło o teoretyczne wyjaśnienie dla uzyskanego efektu, który nazwał pęknięciem (rozpęknięciem). W liście napisał: „Czy to możliwe, że uran 239 może rozpaść się do baru i technetu? Bardzo interesowałoby mnie Twoje zdanie, ewentualnie mogłabyś przeprowadzić wyliczenia i je opublikować”.

Lise Meitner i Otto Hahn w roku 1913 (fot. ze zbiorów National Archives and Records Administration , domena publiczna)

W 1939 roku Meitner opublikowała wraz ze swoim siostrzeńcem Otto Robertem Frishem artykuł „Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction”. Przedstawiła w nim i rozwinęła teoretyczny model eksperymentu Hahna i Strassmanna. Jako pierwsza użyła terminu „rozszczepienie jądra atomowego”. Obliczyła również energię uwolnioną w reakcji rozpadu pojedynczego jądra uranu, opierając się na słynnym wzorze Alberta Einsteina.

Pracy Lise Meitner nie doceniono przy okazji ogłaszania nominacji do Nagrody Nobla, którą w 1944 roku otrzymał Otto Hahn. W 1946 roku „Times” ogłosił ją „Matką bomby atomowej” i uznał za „kobietę roku”. Jako pacyfistka Meitner odmówiła wcześniej udziału w pracach nad stworzeniem broni jądrowej.

Programy atomowe

Informacje na temat rozszczepienia jądra atomowego wywołały poruszenie wśród naukowców na całym świecie. Była to nowa i wiele obiecująca idea, choć jednocześnie dostrzegano także jej negatywne implikacje. Swoje programy badawcze miały rozpocząć Niemcy, Japonia i Stany Zjednoczone.

Lubisz czytać artykuły w naszym portalu? Wesprzyj nas finansowo i pomóż rozwinąć nasz serwis!

Amerykański naukowiec George Pengram, doktor pracujący na Uniwersytecie Columbia był jednym z wiodących fizyków amerykańskich. W 1939 roku wystosował prośbę do Harolda G. Bowena, kontradmirała i szefa Biura Inżynieryjnego Pary należącego do marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych, któremu podlegało laboratorium badawcze NRL – Naval Research Laboratory. Zawarł w niej chęć zorganizowania spotkania z naukowcami marynarki, którego celem była analiza możliwości wykorzystania w praktyce procesu rozszczepiania atomów.

Na spotkaniu tym opracowano i przyjęto pierwsze plany skonstruowania napędu nuklearnego dla okrętów marynarki amerykańskiej. Jednym z uczestników spotkania był Ross Gunn, szef działu mechaniki laboratorium elektrycznego, uznany naukowiec i innowator. Zaproponował Bowenowi przyznanie 1500 dolarów na wdrożenie pierwszych prac z wykorzystaniem energii jądrowej. Wyniki wstępnych badań przedstawił w raporcie skierowanym do marynarki wojennej, w którym mówił o nowym, nuklearnym napędzie dla okrętów podwodnych. Dokument ten pojawił się na cztery miesiące przed słynnym listem Alberta Einsteina adresowanym do prezydenta Stanów Zjednoczonych, Franklina Delano Roosevelta.

Początek wyścigu

Paul Harteck w 1948 roku (fot. ze zbiorów Bundesarchiv, Bild 183-2005-0331-501, na licencji CC-BY-SA)

24 kwietnia 1939 roku do Ministerstwa Uzbrojenia w Berlinie dostarczono list, którego autorem był Paul Harteck, niemiecki chemik i profesor na Uniwersytecie w Hamburgu. Był jednym z pierwszych naukowców, którzy w pełni uświadamiali sobie militarne znaczenie rozszczepienia atomu. W liście do władz akcentował, że nowe odkrycia fizyki jądrowej dają możliwość stworzenia broni o ogromnej mocy i sile rażenia.

W sierpniu tego samego roku Leó Szilárd i Eugene Wigner odwiedzili Alberta Einsteina w jego domu w Stanach Zjednoczonych. Wcześniej wspólnie rozwinęli teorię nuklearnych reakcji łańcuchowych i doskonale zdawali sobie sprawę z potencjalnych zagrożeń płynących z praktycznego zastosowania ich badań. Obaj podzielali także obawę, że Niemcy pod rządami Hitlera mogą wejść w posiadanie nowej, śmiercionośnej broni.

Obawy uczonych podzielił również Einstein i w październiku 1939 roku napisał (przy wsparciu innych naukowców) list do amerykańskiego prezydenta.

. Szanowny Panie!


Najnowsze prace E. Fermiego i L. Szilarda, które przedstawiono mi w postaci rękopisu, pozwalają oczekiwać, że w najbliższej przyszłości pierwiastek uran może stać się nowym ważnym źródłem energii. Pewne aspekty zaistniałej sytuacji wymagają czujności i, jeśli okaże się to konieczne, szybkiego działania ze strony rządu. Dlatego zamierzam zwrócić Pana uwagę na następujące fakty i zalecenia: W ciągu ostatnich czterech miesięcy stało się prawdopodobne, że dzięki pracom Joliota we Francji, jak również Fermiego i Szilarda w Ameryce, uda się doprowadzić do jądrowej reakcji łańcuchowej w dużej masie uranu, w wyniku której powstaną olbrzymie ilości energii i znaczna obfitość nowych pierwiastków przypominających rad. Wydaje się niemal pewne, że dojdzie do tego w najbliższej przyszłości.
 To nowe zjawisko umożliwi konstruowanie bomb i nie jest wykluczone – choć mniej pewne – że mogą w ten sposób powstać niezwykle potężne bomby nowego typu. Jedna bomba tego typu, przewieziona na statku i zdetonowana w porcie, zniszczyłaby cały port wraz z częścią otaczającego go obszaru. Takie bomby mogą się jednak okazać za ciężkie, by dało się je transportować drogą powietrzną. Stany Zjednoczone dysponują bardzo ubogimi rudami uranu w niedużych ilościach. Dobre rudy występują w Kanadzie i dawnej Czechosłowacji, ale najważniejszym źródłem uranu jest Kongo Belgijskie [...]

p. W tym miejscu należy zaznaczyć, że Einstein nie przyczynił się bezpośrednio do zainicjowania Projektu Manhattan. Roosevelt zlecił rozpoczęcie prac nad bronią jądrową dopiero dwa lata później, w październiku 1941 roku. Einstein nie brał udziału w przedsięwzięciu.

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

Ciekawostką jest, że w latach 1939–1940, gdy amerykańskie laboratorium marynarki NRL prowadziło prace nad wykorzystaniem energii jądrowej do napędzania okrętów podwodnych, społeczeństwo amerykańskie dopiero zaczynało przyzwyczajać się do informacji o nowym źródle energii. W 1940 roku na łamach Saturday Evening Post pisarz naukowy William Laurence opublikował artykuł, w którym opisywał „nowe źródło energii, miliony razy większe niż wszystko na Ziemi”. Paradoksalne i znamienne są późniejsze słowa Laurence’a, że „jest mało prawdopodobne, aby tego rodzaju energia dała się wykorzystać w eksplozji”.

W tym samym czasie, wraz z kolejnymi sukcesami militarnymi, Niemcy zyskiwali coraz szerszy dostęp do surowców, również tych niezbędnych do budowy bomby atomowej. Przejmowali również ośrodki przemysłowe i laboratoria. Jeszcze przed inwazją na Francję podjęli nieudaną próbę przechwycenia 185 kg ciężkiej wody (niezbędnej w pracach nad bronią jądrową) z laboratorium Frederica Joliot-Curie (był mężem córki Marii Skłodowskiej-Curie i przyjął jej nazwisko) w Paryżu. Ostatecznie Francuzom udało się przerzucić ją do Londynu.

Zakłady Norsk Hydro, w których produkowano ciężką wodę, 1935 rok (fot. Anders Beer Wilse, ze zbiorów Biblioteki Narodowej Norwegii , domena publiczna)

28 maja 1940 roku, wraz z kapitulacją Belgii, niemieccy naukowcy uzyskali możliwość korzystania z tamtejszych zapasów uranu – około 1000 ton rudy pochodzącej z kopalni w Kongu, wówczas belgijskiej kolonii. Miesiąc później Niemcy zdobyli źródło ciężkiej wody w Norwegii, która w tym czasie produkowała ją na skalę przemysłową. Wytwarzana była w zakładach Norsk Hydro położonych nieopodal hydroelektrowni Vemork, w pobliżu miasta Rjukan. Alianci podejmowali rozmaite próby mające odciąć III Rzeszę od jej dostaw. Całokształt tych akcji znany jest szerzej jako „Bitwa o ciężką wodę”.

Wydarzenia w Europie sprawiły, że w końcu rząd Stanów Zjednoczonych potraktował poważnie zagrożenie ze strony niemieckiego programu atomowego. Zdecydowano się na połączenie programów jądrowych i prac badawczych w tym zakresie, które prowadziły Stany Zjednoczone, Wielka Brytania i Kanada. W konsekwencji rozpoczęto szeroko zakrojone działania w ramach projektu Manhattan Engineering District (MED), których zwieńczeniem były eksplozje bomb zrzuconych na Hiroszimę i Nagasaki.

Przeczytaj drugą część artykułu: Bomba atomowa. Cz. II: Projekt 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

• Arnulf. K. Esterer; Louise A. Esterer, Prophet of the Atomic Age: Leo Szilárd, Julian Messner, New York 1972.
• Grzegorz Jezierski, Energia jądrowa wczoraj i dziś, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2005.

Leo Szilard Online [dostęp: 3 sierpnia 2012], <[http://www.dannen.com/szilard.html]>.

• Leszek Adamczewski, Długi warkocz ognia, „Odkrywca”, nr 10 (105), 2007.
• Andrzej Niewiadowski, Antoni Szmuszkiewicz, Leksykon polskiej literatury fantastycznonaukowej, Wydawnictwo Poznańskie, Poznań 1990.
• 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.
• Herbert George Wells, A Modern Utopia, Penguin Books, London 2005.

Redakcja: Roman Sidorski