wczesne badania jądrowe

osiągnięcie monumentalnego celu rozszczepienia jądra atomowego, znanego jako rozszczepienie jądrowe, nastąpiło dzięki rozwojowi odkryć naukowych, które rozciągały się na kilka stuleci. Począwszy od 1789 roku, kiedy niemiecki naukowiec Martin Klaproth odkrył gęsty, metaliczny pierwiastek, który nazwał Uranem, eksploracja energii atomowej i promieniowania zaczęła fascynować umysły naukowe., Gdy Maria Curie prowadziła przełomowe badania nad Uranem pod koniec XIX wieku, odkryła, że pierwiastek ten był naturalnie radioaktywny. Curie stworzył termin „radioaktywny”, aby opisać emisję cząstek elektromagnetycznych z rozpadających się atomów. Odkrycie radioaktywności pierwiastków przez Curie na zawsze zmieniło naturę nauki atomowej. Opierając się na tych badaniach, brytyjski fizyk Ernest Rutherford w 1911 sformułował model atomu, w którym elektrony o niskiej masie orbitowały po naładowanym jądrze, które zawierało większość masy atomu.,

Niemieckie odkrycie rozszczepienia

w latach 30. Węgiersko – niemiecki fizyk Leo Szilard w 1933 roku wymyślił możliwość samowystarczalnych reakcji rozszczepienia jądrowego, czyli nuklearnej reakcji łańcuchowej. W następnym roku włoski fizyk Enrico Fermi nieświadomie rozdzielił neutrony w uranach, prowadząc własne eksperymenty. Po tych wydarzeniach austriacko-szwedzka fizyczka Lise Meitner, we współpracy z niemieckim chemikiem Otto Hahnem, była jedną z pierwszych, która dokonała udanego rozszczepienia uranu., Jednak antysemityzm partii nazistowskiej zmusił Meitnera, który był Żydem, do ucieczki i osiedlenia się w Szwecji. Podczas pobytu w Szwecji Meitner zidentyfikował i nazwał proces rozszczepienia jądrowego.

odkrycia Meitnera stały się punktem zwrotnym w rozwoju broni jądrowej, ale gdy świat ponownie wkroczył do wojny, to Niemcy trzymali potencjalny klucz do energii jądrowej. Podczas gdy Hahn zdecydował się pozostać w Niemczech i nadal rozwijać swoje badania przez całą II Wojnę Światową, naukowcy w całej Europie stale uciekali., Szilard, Żyd, wyemigrował do Stanów Zjednoczonych w 1938 roku, aby uniknąć prześladowań. Fermi i jego żona, Laura Capon, również opuścili Europę pod koniec 1938 roku, aby uciec przed rosnącym faszyzmem we Włoszech. Capon, który był również Żydem, podróżował z Fermi do Nowego Jorku, gdzie obaj ubiegali się o stały pobyt.

Stany Zjednoczone podejmują działania

kiedy wiadomość o odkryciu rozszczepienia przez Hahna i Meitnera dotarła do Szilarda w jego domu w Nowym Jorku na początku 1939 roku, Szilard rozpoczął prace nad potwierdzeniem ich odkryć. Szilard znalazł pomoc U współpracownika Waltera Zinna i wspólnie odtworzyli eksperyment Hahna., Uznając znaczenie tej chwili, Szilard powiedział: „Tej nocy, nie było bardzo wiele wątpliwości w moim umyśle, że świat zmierza do smutku.”Szilard rozpoczął współpracę z Fermiem przy budowie reaktora jądrowego na Uniwersytecie Columbia, ale gdy to zrobili, Szilard obawiał się, że naukowcy w Niemczech, którzy wspierali nazistowskie wysiłki wojenne, podobnie konstruują własne Reaktory.

w lipcu 1939 roku Szilard skontaktował się z wybitnym żydowskim fizykiem teoretycznym, Albertem Einsteinem, w jego domu na Long Island w Nowym Jorku, aby omówić postępy Niemiec w rozwoju nuklearnym., Razem Szilard i Einstein napisali list do prezydenta USA Franklina D. Roosevelta. W liście z dnia 2 sierpnia 1939 roku Ostrzeżenie było jasne: „to nowe zjawisko doprowadziłoby również do budowy bomb i jest możliwe—choć znacznie mniej pewne—że w ten sposób mogą powstać niezwykle potężne bomby nowego typu.”List dotarł do Roosevelta dopiero w październiku, ale gdy dowiedział się o potencjalnym ryzyku związanym z bronią jądrową, odpowiedział, tworząc Komitet Doradczy ds. uranu, który odbył swoje pierwsze posiedzenie 21 października 1939 roku.,

ujęcie z góry eksperymentu Fermiego-1 skonstruowanego pod polem Stagga w Chicago w 1942 roku. Zdjęcie dzięki uprzejmości Los Alamos National Laboratory.

Projekt MANHATTAN

chociaż powstał w 1939 roku, Komitet Doradczy ds. uranu początkowo poruszał się powoli. Jednak japoński atak na Pearl Harbor 7 grudnia 1941 roku popchnął Komitet do działania. Gdy Stany Zjednoczone formalnie stanęły w stanie wojny, kwestia rozwoju uranu i potencjalnej budowy bomby atomowej zyskała na ponownym zainteresowaniu., Zainteresowanie to wzrosło jeszcze bardziej, ponieważ raport wydany przez brytyjskich naukowców w marcu 1941 roku potwierdził możliwość zbudowania bomby na bazie uranu, dając amerykańskim naukowcom potwierdzenie, którego poszukiwali. Pomimo tego entuzjazmu, ograniczenie środków szybko stało się oczywiste i skłoniło przywódców komitetów do zwrócenia się o pomoc do wojska.

gdy Stany Zjednoczone rozpoczęły kampanię na Pacyfiku, Korpus inżynierów armii przejął wysiłki na rzecz produkcji broni atomowej na froncie domowym., 13 sierpnia 1942 roku Korpus Armijny utworzył Manhattan Engineer District, nazwany od lokalizacji jego biur w Nowym Jorku. W następnym miesiącu, 17 września, pułkownik Leslie R. Groves został mianowany szefem projektu i otrzymał awans na Generała Brygady. W ciągu dwóch dni od powołania Groves podjął szybkie decyzje, aby posunąć projekt do przodu, wybierając trzy główne miejsca do produkcji bomby atomowej.

Groves po raz pierwszy wybrał Oak Ridge w stanie Tennessee jako miejsce wzbogacania uranu. Jednym z głównych ośrodków projektu było Los Alamos w Nowym Meksyku., W Los Alamos, nazwanym „projektem Y”, znajdowało się laboratorium badań broni projektu Manhattan. To miejsce Los Alamos stanie się miejscem budowy bomb atomowych. Ostatnim wybranym miejscem był Hanford w stanie Waszyngton, który wyznaczył do produkcji plutonu z izotopu uranu U-238. Chociaż Pluton nie jest naturalnie występującym pierwiastkiem, naukowcy odkryli jego produkcję w reaktorach uranu. Pluton okazał się bardziej radioaktywnym metalem i miał większą możliwość osiągnięcia rozszczepienia jądrowego.,

gdy Groves dokonał tych posunięć, przełom w badaniach jądrowych pod kortami do squasha na Uniwersytecie w Chicago stworzył model dla przyszłej produkcji broni atomowej.

na początku 1942 roku Fermi i Szilard, którzy pracowali nad budową reaktora na Uniwersytecie Columbia, przenieśli swoje wysiłki do Chicago. Po zakończeniu budowy, 2 grudnia tego samego roku, naukowcy rozpoczęli usuwanie prętów kontrolnych wapnia ze stosu uranu. Po usunięciu ostatniego pręta kontrolnego stos stał się krytyczny., Wynikająca z tego reakcja jądrowa stała się samowystarczalna i kontynuowana w rosnącym tempie przez kilka minut, aż Fermi nakazał wyłączenie reaktora. Chociaż reakcja wytwarzała tylko energię wystarczającą do zasilania żarówki, moment ten był pierwszym w historii samowystarczalnym reakcją jądrową. Wydarzenie to dało również naukowcom jądrowym model produkcji dużych ilości plutonu, który ostatecznie stał się podstawą reaktora B zbudowanego w Hanford.,

po otrzymaniu formalnej zgody od prezydenta Roosevelta 28 grudnia 1942 roku, Projekt Manhattan rozwinął się w ogromne przedsięwzięcie, które rozprzestrzeniło się w Stanach Zjednoczonych. Z ponad 30 placówkami projektowymi i ponad 100 000 pracownikami, Projekt Manhattan kosztował około 2,2 miliarda dolarów. Mimo tak ogromnej skali, projekt w dużej mierze pozostał tajemnicą, a wielu ludzi pracujących nad budową bomby atomowej nie do końca zna cel swojej pracy., Po udanym eksperymencie Fermiego w Chicago pojawiły się dwie możliwe drogi do budowy bomb atomowych: Uran i Pluton. W ramach projektu Manhattan zbudowano oba rodzaje bomb, ostatecznie w wyniku czego zbudowano Little Boy, bombę uranową metodą pistoletową, oraz Fat Man, bombę plutonową metodą implozji.

przednia strona reaktora B Zdjęcie dzięki uprzejmości rządu Stanów Zjednoczonych.

odpowiedzialność za sprowadzenie tych bomb spadła na człowieka, który został wybrany do kierowania tajnym laboratorium broni w Los Alamos: J., Robert Oppenheimer. Fizyk teoretyczny i profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, Oppenheimer zaangażował się wcześnie w badania naukowe, które ostatecznie doprowadziły do projektu Manhattan. Pod kierunkiem Oppenheimera pracownicy projektu Manhattan skonstruowali bombę plutonową.

bomba plutonowa polegała na implozji reaktywnego plutonu, a nie na przebiciu plutonu pociskiem, co było powszechne w bombach pistoletowych i które działały lepiej z Uranem., Podczas gdy metoda gun była bardziej znana koncepcyjnie jej twórcom, metoda implozji nie była. Ze względu na bezprecedensowy charakter takiej bomby, Oppenheimer uznał, że konieczne jest przeprowadzenie testu. Groves początkowo wahał się, ponieważ Pluton był zarówno drogi, jak i Rzadki. Jednak Groves ustąpił i zaaprobował przejście do przodu z testem.