Hungary

1939 júliusában Szilárd meggyőzte Alexander Sachs közgazdászt, hogy a német fejlesztéseket ellensúlyozandó, erős amerikai kezdeményezőkészség szükséges a hasadás katonai alkalmazásának tekintetében. Szilárd megkérte Einsteint, hogy írjon levelet Roosvelt elnöknek a hasadásban rejlő lehetőségekről és a vele járó veszélyekről.

Teller Ede és Wigner Jenő közreműködésével a levél 1939. augusztus 2-án elkészült. Sachs ismertette a levelet és bemutatta Szilárd technikai dokumentációját Rosseveltnek 1939. október 11-én, és az elnök azonnal létrehozta az Uránium Tanácsadó Bizottságot (Advisory Committee on Uranium - ACU) a kormánynak tanácsokat adó tudós, Lyman J. Briggs vezetésével.

Jobboldali kép: Einstein and Szilárd 1939 augusztusában. Alul: az eredeti Einstein-Szilárd levél.


Fermi new york-i erőfeszítései, hogy természetes uránium és grafitmoderátor felhasználásával láncreakciót hozzon létre elsőbbséget kapott, csakúgy mint a 235U izotóp elkülönítését célzó, több kutatólaboratóriumban folyó munka. Berkeley-ben Glenn Seaborg felfedezte a 94-es (plutónium) elemet 1941 februárjában, és Emilio Segrè-vel együtt a hasadási tulajdonságainak a tanulmányozásába kezdett. A plutónium, mint a 235U alternatívája komoly választási lehetőséggé vált.

1941 júniusában Vannevar Bush meggyőzte Rossevelt-et arról, hogy a tudósok részvétele a védelmi feladatokban és az új fegyverek kifejlesztésében nagyon fontos. Létrehozták a Tudományos Kutatási és Fejlesztési Hivatalt (Office of Scientific Research and Development - OSRD), amely közvetlenül az elnöknek tartozott beszámolással. Az ACU szintén az OSRD fennhatósága alá került, és átnevezték S-1 osztálynak. Javasolták, hogy az ipart vonják be egy kísérleti erőmű létrehozásába, és a kutatások feletti politikai ellenőrzés is szigorúbbá vált.

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 bocsátottak Roosevelt és Henry A. Wallace alelnök rendelkezésére. Roosevelt Bush-nak teljes felhatalmazást adott, hogy vizsgálja meg vajon lehetséges-e egy bomba elkészítése, és ehhez mekkora anyagi támogatásra van szükség a különleges elnöki keretből. A titkosítás, és az Egyesült Királysággal történő együttműködés részleteinek pontos lefektetése is rendkívül fontos volt. Ez az esemény különös jelentőségű volt a bomba gyakorlati megvalósítása szempontjából.

Az együttműködés nehézségekkel járt, amit elsősorban annak a félnek lehetett tulajdonítani, amelyik előrébb járt a kutatásokban a kezdetekkor. 1941-ben a britek csak korlátozott információkat engedtek át az amerikaiaknak, 1942-ben pedig megtagadták, hogy brit tudósok is csatlakozzanak az amerikai fejlesztési programhoz. A helyzetet a briteknél dolgozó franciák, és szabadalmi kérdések is bonyolították. 1943 januárjában a kommunikáció teljesen megszűnt. Az együttműködés az 1943. augusztus 17-én a Quebec-ben aláírt háromoldalú (Kanada, Egyesült Királyság, Egyesült Államok) szerződés aláírásával újraindult. Az Egyesült Királyság leállította a bombaprojektjét, a brit kutatók az Egyesült Államok csoportjához csatlakoztak, a szabad információáramlást biztosították, és minden résztvevő vétójogot kapott a bomba bevetését illetően.

Az Egyesült Államok 1941. decemberi hadbalépése után az Egyesült Államok nukleáris programja megkapta a legmagasabb szintű támogatást mindenféle anyagi korlátozás nélkül.

Arthur Compton Chicago-ban a plutónium láncreakcióban történő gyártásáért volt felelős, Ernest Lawrence a 235U izotóp egyedi ciklotronokkal történő elektromágneses elven alapuló elkülönítésén dolgozott, míg Harold Urey centrifugákkal és gázdiffúzióval szerette volna elérni az izotópelkülönítést.

Leslie Groves tábornok 1942 szeptemberében vette át a katonai parancsnokságot a projekt felett, amelyet manhattan-i mérnöknegyednek (Manhattan Engineering District - MED) nevezett el. Azonnal hozzáfogott, hogy a szükséges anyagokat előteremtse, és egy 230 négyzetkilométeres területet (Oak Ridge) is kijelölt Tennessee államban, hogy ott felépítsék a laboratórium épületeit, amelyekben hozzákezdhetnek a hasadóanyag előállításának.

Jobboldali kép: A hasadóanyag előállítására készült oak ridge-i épületkomplexum térképe. Néhány hónapon belül ezen a mezőgazdasági vidéken a hatalmas laboratóriumi épületek melett egy 13000 lakosú város is felépült 500km kövezett úttal együtt. A következő évben a lakosság száma 42000-re bővült.

Enrico Fermi a jobb minőségű természetes urániummal és grafittal végzett kísérletei során egyre biztosabb lett abban, hogy el tudja érni az önfenntartó láncreakciót. 1942. november 16-án elkezdte egy demonstrációs máglya (CP1) felépítését Chicago-ban Wigner elméleti számításainak segítségével.

1942. december 2-án létre is hozta az első önfenntartó láncreakciót, amellyel bebizonyította, hogy a maghasadással energiát lehet előállítani és plutóniumot lehet termelni egy bomba számára.

A CP1-t azonnal lebontották, és egy újat, egy még nagyobbat, a CP2-t építették fel az Argonne-i erdőben Chicagohoz közel.

Baloldali kép: A Chicago Egyetem Stagg stadionjának nyugati lábazata, amely alatt a CP1 felépült.
Az uránium elkülönítésére két módszert dolgoztak ki.

Az elektromágneses elkülönítés elve arra épül, hogy a töltött részecskék mágneses térben eredeti pályájukat megváltoztatják. A nehezebb ionok kevésbé térülnek el, mint a könnyebbek. Megfelelően elhelyezett gyűjtőtartályokkal ezt a különbséget ki lehet használni.

A diffúziós módszer lényege az, hogy egy összenyomott gázban a könnyebb molekulák átlagos sebessége nagyobb, mint a nehezeké. Egy urániumvegyület gázában lévő molekulák egy lyukacsos akadályon átjuthatnak: a 238U-nál kissé könnyebb 235U molekulák esélye nagyobb arra, hogy az apró (egy mikron töredékével rendelkező átmérőjű) lyukakon áthaladjanak. Így az akadály utáni gáz a kívánt izotópot nagyobb mértékben tartalmazza (3 ezredrészben). Az eljárás ismételhető úgy, hogy a gázt újra összenyomjuk. 1945-ben az oak ridge-i üzemben többezer négyzetméteres lyukacsos akadályt használtak, és 10%-os dúsítást sikerült elérni.

Fenti jobboldali kép: Egy diffúziós kaszkádban áramló gáz sematikus rajza.

A bomba gyakorlati kivitelezéséhez J. Robert Oppenheimer, a MED tudományos igazgatója összegyűjtötte az összes témában dolgozó tudóst és technikai szakértőt egy új titkos laboratóriumban, amelyet Los Alamos-ban, Új-Mexikó egy félreeső fennsíkján létesítettek 1942-1943 telén. 1943 márciusában a Kaliforniai Egyetem fennhatósága alatt a laboratóriumban egy "gyakorlatban bevethető fegyver"-hez kapcsolódó kutatásokat kezdtek el. Számos, szerte az országban fellelhető kutatási eszközt szállítottak az intézetbe: a harvard-i ciklotront, két wisconsin-i Van de Graaff gyorsítót, egy illinois-i Cockroft-Walton generátort, stb. A Los Alamos-ban dolgozók létszáma 9 havonta duplázódott, és 1945-ben már 5000 ember tevékenykedett ott.

Oppenheimer ki nem állhatta a katonai fegyelmet, és sikerült a hangulatot egy tudományos intézetére hasonlítónak megtartani, a munkát pedig örömtelivé tenni. Az élet itt nehéz, de nagyon izgalmas volt, a fiatal fizikusoknak sokat jelentett a nagy múltú rendelkező kutatókkal végzett közös munka.

A plutóniumhoz vezető út azzal kezdődik, hogy egy atomreaktorból származó lassú neutront befog egy 238U izotóp. A CP1 és CP2, prototípusként működő atommáglyák után ipari cégek három nagy reaktort építettek egy új titkos bázison Hanford-ban (Washington) és egyet Oak Ridge-ben.

Amint a plutónium megérkezett, először csak grammnyi, majd 1945 tavaszától jelentősebb mennyiségben, Los Alamos-ban elkezdték az új anyag kémiai, fizikai és fémmegmunkálási tulajdonságainak vizsgálatát, és három bombát sikerült gyártani.

1945. július 3-án Los Alamos-ban elkészült a 235U-ös bomba, amelyet "Kisfiú"-nak kereszteltek el. Háromszor 60kg-nyi kritikus tömeget sikerült 86%-os dúsítással előállítani. Az elsütéshez a lövedéktechnikát alkalmazták, amelyhez egy 180cm hosszú és 453kg-os fegyvert használtak.

A Kisfiú 3m hosszú, 70cm átmérőjű és 4000kg volt, így pont belefért egy B-29-es bombázó rakterébe. A kutatók meg voltak győződve a működőképességéről, így előzetes tesztre nem is volt szükség.

A "Kövér Ember" névre keresztelt plutóniumbomba magja 6,1kg volt, és berobbantásos technikával sütötték el 2300kg hagyományos robbanószer alkalmazásával, hogy megakadályozzák az idő előtti robbanást. A magot, az urániumköpenyt és a robbantószert tizenkét ötszögű darabból álló fémgömb tartotta a helyén. A fegyvernek stabilizáló uszonyai és tojásalakú külső héja is volt, így átmérője 150cm-re rúgott. A Kövér Ember 365cm hosszúsággal és 4900kg-mal rendelkezett.

Kép: A Kövér Embert készítik elő a Mariana-árokhoz közeli Tinian szigetén, hogy Nagaszaki-ra csapjanak le vele.

A berobbantásos technika teljes újnak számított, és az előzetes tesztek alapján a kutatók nem voltak teljesen biztosak magukban

Ezért, ahogyan elegendő plutóniumra tettek szert, 1945 július közepén az elkészült bomba végleges tesztjét hajtották végre Alamogorado-nál, az új-mexikói sivatagban. A helyszínt Szentháromságnak nevezték el.

A fegyver hatásfoka 17% volt, ami 22 kilotonnának felelt meg. A teszt rengeteg technikai információval szolgált, de a fő cél a nukleáris robbanás hatásának közvetlen vizsgálata volt.

Az első nukleáris robbanást kísérő tényleges hatásokra senki sem volt felkészülve: a kezdeti villanásra, a keletkező hangtalan tűzgolyóra, a fényimpulzus csendesen érkező hőjére és az ezzel járó kemény arculcsapásra, a sivatag homokjában végigfutó lökéshullámra és törmelélek tipikus gomba alakú felhőjére senki sem számított.

Jobboldali kép: Az 1945. július 16-án végrehajtott első nukleáris robbantás kezdeti tűzgolyója.
Egy nukleáris robbanás végbemenetele és hatása a benne lévő robbanóanyag mennyiségén kívül az elsütés helyszínétől (atmoszférikus, nagy magasságú, talajközeli, víz alatti, föld alatti), a meteorológiai és terepviszonyoktól is függ.

Azonban a fő jelenség mindenhol ugyanaz. A robbanásban nagyon rövid idő alatt keletkező hatalmas energia az anyagot több tízmillió fokra hevíti, míg a nyomás a légköri milliószorosára növekszik. Az energia nagyrésze a levegőben elnyelődő röntgensugárzás formájában távozik, ami ahhoz vezet, hogy a levegő nagyon felforrósodik és izzóvá válik. Ez a tűzgolyó növekszik és emelkedik miközben a hőmérséklete csökken. Egy perc múlva a fénykibocsátás megszűnik és a felhő már 7km magasan jár.

A baloldali fotósorozat a Szentháromság helyszínen felrobbantott bomba tűzgolyójának fejlődését mutatja az első 4 másodpercben.

1945 elejére már biztossá vált, hogy a szövetséges hatalmak mind Európában, mind pedig a Csendes-Óceánon megnyerik a háborút. Több tudós a nukleáris hatalommá válás társadalmi és politikai következményeit kezdte taglalni, és rámutatott a bomba tényleges bevetésének lehetséges kihatásaira. 1945 júniusában a James Franck által készített jelentés azt javasolta, hogy a pusztító következményekre úgy figyelmeztessék Japánt, hogy a bombát egy lakatlan terület fölött robbantják fel. A tudósok egy tudományos bizottságot állítottak fel Compton, Fermi, Lawrence és Oppenheimer részvételével, amely tájékoztatta az eseti bizottságot a kutatók nézeteiről.

Azonban a szövetségesek tárgyalása után úgy döntöttek az országok vezetői, hogy a fegyver bevetése mindenképpen szükséges. Azt is kimondták, hogy később a nukleáris energia békés célú felhasználására nyílt nemzetközi együttműködés létrehozása kívánatos.

1945. augusztus 6-án reggel 8 óra 15 perckor a Kisfiút Hirosima városa fölött 580 méterrel felrobbantották, ami 12-15 kilotonna hagyományos robbanóanyag felrobbanásával volt egyenértékű. 1945. augusztus 9-én 11 óra 2 perckor pedig Nagaszaki városa fölött 503 méterrel a Kövér Embert is elsütötték, ami 22 kilotonna hagyományos robbanószer felrobbanásával volt egyenértékű. A két város elpusztult, több, mint százezer ember azonnal meghalt, és kb. ugyanennyien szenvedtek sérüléseket. Japán kapitulált és végetért a II. világháború. A bombák ledobását illető végső döntés egyrészt katonai volt, hogy ne kelljen Japánt emberi erővel elfoglalni, másrészt politikai, hogy a Szovjetunió csendes-óceáni terjeszkedését megakadályozzák.

Kép: Paul W. Tibbets, Jr. ezredes "Enola Gay" nevű B52-es bombázójával mielőtt Hirosimába indult.

A háború után a nukleáris energia polgári és katonai felhasználhatóságának kilátásait kezdték vizsgálni. Az új amerikai elnök, Harry S. Truman létrehozot egy "Ideiglenes Bizottság"-ot, amelynek feladata az volt, hogy kialakítson egy stratégiai programot a nukleáris energia jövőbeli felhasználását illetően. Az egyik legfontosabb kérdés az volt, hogy nemzetközi együttműködésben folytassák-e a kutatásokat, vagy megőrizzék az amerikai monopol helyzetet.

A II. világháború fordulópontot jelentett a tudósok és a politikusok viszonyában. A tudósok nemcsak egy új fegyver kiötlését és megépítését vitték véghez, hanem aktívan hangsúlyozták a fegyverek szerepét, és részt vettek a célpontok kijelölésében is, így az irányvonalak kialakításában a politikusok teljes értékű partnerévé váltak.

Az atombomba katonai és politikai sikere és a nukleáris energia gazdasági előnyei a tudományos közösségnek erőt és láthatóságot kölcsönöztek. Az Egyesült Királyságnak, Oroszországnak és Franciaországnak is tudósokra kellett támaszkodnia ahhoz, hogy nukleáris arzenálját kiépítse. Az Egyesült Államokban, a katonai vezetés ellenállása mellett is, sikerült a tudósoknak megőrizni a vezető szerepet a nukleáris energia felhasználása felett, és komoly anyagi támogatást nyerni a kutatásokhoz. Az Egyesült Államokban a nukleáris energiát érintő irányvonalak kidolgozásának felelősségét az Atomenergiai Bizottságra ruházták, amely civil kontroll alatt maradt.