Sekcja 10.0 Chronologia narodzin broni atomowej

Nuclear Weapons Frequently Asked Questions

Wersja 2.13: 15 maja 1997

Ten artykuł jest dziełem pochodnym (tłumaczeniem na język polski wzbogaconym o szereg dodatkowych materiałów z polskich uczelni technicznych) znakomitego Nuclear Weapons FAQ autorstwa Carey Sublette. Oto pełne zastrzeżenie licencyjne oryginalnej wersji angielskiej:

COPYRIGHT CAREY SUBLETTE

This material may be excerpted, quoted, or distributed freely provided that attribution to the author (Carey Sublette) and document name (Nuclear Weapons Frequently Asked Questions or NWFAQ) is clearly preserved. I would prefer that the user also include the URL of the source.

Only authorized host sites may make this document publicly available on the Internet through the World Wide Web, anonymous FTP, or other means.

Unauthorized host sites are expressly forbidden. This restriction is placed to allow me to maintain version control.

The only authorized host site for the NWFAQ in English is the Nuclear Weapons Archive:
http://nuclearweaponsarchive.org

10.0 Chronologia narodzin broni atomowej

Pełna historia Projektu Manhattan oraz opracowania pierwszych bomb atomowych wykracza poza zakres NW FAQ. Autor zebrał tu jednak rozbudowaną chronologię wydarzeń i kamieni milowych, które doprowadziły do użycia broni atomowej przeciwko Japonii. Między punktami osi czasu pojawiają się krótkie komentarze wyjaśniające kontekst i znaczenie kolejnych decyzji.

Chronologia została podzielona na kilka epok, rozdzielonych przez kluczowe przełomy naukowe, organizacyjne i wojenne:

  • 10.1 Wczesna historia broni jądrowej
  • 10.2 Odkrycie rozszczepienia i jego własności
  • 10.3 Organizowanie badań nad bronią atomową
  • 10.4 Organizowanie rozwoju broni atomowej
  • 10.5 Projekt Manhattan - początek właściwej pracy
  • 10.6 Wyścig z końcem wojny - ostatni rok
  • 10.7 Chronologia broni atomowej w Związku Radzieckim

10.1 Wczesna historia broni jądrowej

Od 1920 do grudnia 1938

W tej epoce ukształtowała się podstawowa fizyka, na której później oparto odkrycie rozszczepienia.

  • 3 czerwca 1920 Ernest Rutherford spekuluje o istnieniu i właściwościach neutronu.
  • 28 grudnia 1931 Irène Joliot-Curie opisuje przenikliwe cząstki z berylu bombardowanego alfa, błędnie uznając neutrony za promieniowanie gamma.
  • 7-17 lutego 1932 James Chadwick w serii doświadczeń dowodzi istnienia neutronu.
  • 12 września 1933 Leo Szilard wpada na pomysł reakcji łańcuchowej opartej na neutronach i rozważa możliwość budowy bomb, pięć lat przed odkryciem rozszczepienia.
  • 10 maja 1934 grupa Enrica Fermiego publikuje wyniki bombardowania uranu neutronami.
  • 4 lipca 1934 Szilard składa patent opisujący eksplozje oparte na reakcji łańcuchowej i ideę masy krytycznej.
  • wrzesień 1934 Ida Noddack sugeruje, że anomalne produkty bombardowania uranu mogą wynikać z rozpadania się atomu na mniejsze części.
  • 22 października 1934 Fermi odkrywa moderację neutronów i większą skuteczność wychwytu neutronów powolnych.
  • 8 października 1935 brytyjskie War Office odrzuca ofertę Szilarda, który chciał bezpłatnie przekazać patenty pod ochronę brytyjskiej tajemnicy państwowej.
  • grudzień 1935 Chadwick otrzymuje Nagrodę Nobla za odkrycie neutronu.
  • luty 1936 brytyjska Admiralicja przyjmuje w końcu ofertę Szilarda.

10.2 Odkrycie rozszczepienia i jego własności

Od grudnia 1938 do września 1939

Ten okres, rozpoczęty odkryciem rozszczepienia przez Otto Hahna, był czasem badania podstawowych własności zjawiska. Spekulowano już o energii i możliwych zastosowaniach, ale bez twardego eksperymentalnego potwierdzenia.

  • 21 grudnia 1938 Otto Hahn składa pracę z jednoznacznym dowodem powstawania radioaktywnego baru z napromienionego uranu.
  • 13 stycznia 1939 Otto Frisch bezpośrednio obserwuje rozszczepienie i wraz z Williamem Arnoldem wprowadza termin fission.
  • styczeń 1939 Leo Szilard, poinformowany przez Eugene'a Wignera, od razu dostrzega, że fragmenty rozszczepienia muszą emitować nadmiarowe neutrony.
  • 26 stycznia 1939 Niels Bohr publicznie ogłasza odkrycie rozszczepienia na konferencji w George Washington University.
  • 29 stycznia 1939 Robert Oppenheimer niemal natychmiast rozumie, że emisja dodatkowych neutronów może oznaczać możliwość budowy bomby.
  • 5 lutego 1939 Bohr uświadamia sobie, że U-235 i U-238 muszą mieć różne własności rozszczepieniowe.
  • marzec 1939 Fermi i Herbert Anderson stwierdzają, że na każde rozszczepienie przypadają około dwa neutrony.
  • czerwiec 1939 Fermi i Szilard opisują subkrytyczne mnożenie neutronów w sieci z tlenku uranu w wodzie, ale widać już, że naturalny uran i zwykła woda nie wystarczą do samopodtrzymującej reakcji.
  • 3 lipca 1939 Szilard pisze do Fermiego o pomyśle użycia grafitu jako moderatora w sieci uranowej.
  • 31 sierpnia 1939 Bohr i John Wheeler publikują teorię rozszczepienia, która sugeruje szczególną rolę U-235 i przyszłego Pu-239.
  • 1 września 1939 Niemcy napadają na Polskę, rozpoczynając II wojnę światową.

10.3 Organizowanie badań nad bronią atomową

Od września 1939 do września 1941

Badania nad rozszczepieniem wskazywały już, że możliwe jest uzyskiwanie energii, a dwa typy reaktorów wydawały się obiecujące: uranowo-grafitowy oraz uranowo-ciężkowodny. Sama możliwość budowy bomby pozostawała jednak kontrowersyjna. Jednocześnie wojna w Europie wymuszała szybkie zdobycie wsparcia państwowego.

W tej epoce rośnie nacisk na przyciągnięcie uwagi rządów, a skala prac wykracza poza możliwości małych grup laboratoryjnych. Autor podkreśla, że właśnie wtedy problem broni atomowej staje się sprawą organizacji, finansowania i priorytetów politycznych, a nie wyłącznie fizyki.

10.4 Organizowanie rozwoju broni atomowej

Od września 1941 do września 1942

Na tym etapie przechodzono od badania samej wykonalności do przygotowywania realnego programu budowy broni i produkcji materiałów rozszczepialnych.

Najważniejsze punkty tej epoki:

  • luty 1942 Arthur Compton prosi Gregory'ego Breita o koordynację badań nad szybkimi neutronami.
  • 23 marca 1942 liderzy programu S-1 omawiają priorytety; Conant żąda równoległego rozwijania wszystkich głównych metod produkcji materiałów rozszczepialnych.
  • kwiecień 1942 Fermi przenosi się do Chicago, gdzie planuje CP-1, a Seaborg zaczyna prace nad przemysłową separacją plutonu.
  • 18 czerwca 1942 płk James Marshall dostaje zadanie zorganizowania wojskowego okręgu inżynieryjnego, który przejmie rozproszone dotąd prace.
  • lato 1942 grupa teoretyczna Oppenheimera w Berkeley analizuje zasady budowy bomby atomowej i możliwość bomb fuzyjnych.
  • sierpień 1942 wykazano, że stos grafitowy może osiągnąć k bliskie 1.04, a więc reakcja łańcuchowa jest już praktycznie pewna.

10.5 Projekt Manhattan - początek właściwej pracy

Od września 1942 do stycznia 1945

To właściwa faza programu przyspieszonego, który pod przywództwem Lesliego Grovesa przechodzi na najwyższy priorytet wojenny. Autor podkreśla, że niemal nieograniczone pieniądze nie były głównym problemem; większym ograniczeniem była zdolność szybkiego budowania instalacji, zdobywania personelu i jednoczesnego prowadzenia badań, projektowania i inżynierii produkcyjnej.

Najważniejsze wydarzenia:

  • 17 września 1942 Leslie Groves zostaje skierowany do objęcia dowództwa nad Manhattan Engineer District.
  • 18 września 1942 Groves kupuje 1250 ton wysoko jakościowej rudy uranu z Konga Belgijskiego składowanej na Staten Island.
  • 19 września 1942 kupiony zostaje teren przyszłego Oak Ridge.
  • 26 września 1942 projekt uzyskuje najwyższy priorytet zakupowy AAA.
  • 15 października 1942 Groves prosi Oppenheimera, by stanął na czele Project Y.
  • 16 listopada 1942 Groves i Oppenheimer wybierają Los Alamos jako Site Y.
  • 1 grudnia 1942 Fermi kończy budowę CP-1.
  • 2 grudnia 1942 o 15:49 CP-1 osiąga stan krytyczny.
  • styczeń 1943 Groves przejmuje teren przyszłego Hanford Engineer Works.
  • 18 lutego 1943 zaczyna się budowa Y-12 w Oak Ridge.
  • wiosna 1943 Los Alamos zaczyna działać jako realne laboratorium projektowe.

Autor zwraca uwagę na dwie fundamentalne cechy programu w Los Alamos. Po pierwsze, badania, projektowanie i rozwój technologii musiały być prowadzone równolegle, bez klasycznej sekwencji badania -> konstrukcja -> produkcja. Po drugie, program musiał być redundantny: równolegle rozwijano kilka dróg do sukcesu, bo nie można było ryzykować zatrzymania całego projektu przez jedną ślepą uliczkę.

W dalszej części tej epoki źródło prowadzi szczegółową chronologię od rozwoju CP-1, przez wybór metod wzbogacania uranu i produkcji plutonu, po wzrost roli implozji. Widać też moment załamania koncepcji bomby działowej na pluton, gdy odkryto problem Pu-240 i zbyt wysokiej emisji neutronów spontanicznych. To właśnie wtedy implozja staje się z ryzykownego pobocznego pomysłu główną drogą do plutonowej bomby.

10.6 Wyścig z końcem wojny - ostatni rok

Od 1 stycznia 1945 do VJ Day

Ta część jest najbardziej szczegółowa i prowadzi niemal dzień po dniu przez ostatnie miesiące przed użyciem bomb. Autor pokazuje, jak techniczne decyzje o soczewkach wybuchowych, inicjatorach, montażu i testach zaczynają przeplatać się z wyborem celów, logistyką na Tinian i politycznymi decyzjami Trumana, Stimsona i sztabu lotnictwa.

Najważniejsze punkty:

  • marzec 1945 zapadają kluczowe decyzje dotyczące finalnej architektury bomby implozyjnej: stały rdzeń Christy, soczewki wybuchowe, inicjator modulowany i detonatory elektryczne.
  • 1 marca 1945 powstaje Cowpuncher Committee, mający „pilnować” rozwoju implozji.
  • 11 kwietnia 1945 Oppenheimer raportuje, że Kistiakowsky osiągnął optymalny przebieg implozji w testach podskalowych.
  • 13 kwietnia 1945 Truman dowiaduje się o programie bomby atomowej po śmierci Roosevelta.
  • 27 kwietnia 1945 odbywa się pierwsze posiedzenie Target Committee.
  • 31 maja 1945 rozpoczynają się testy masy krytycznej z plutonem w Los Alamos.
  • czerwiec 1945 przygotowania do użycia broni wchodzą w fazę końcową; techniczna dostępność bomb staje się już pewna.

Trinity i dostarczenie bomb na Tinian

  • 11 lipca 1945 rozpoczyna się montaż Gadget.
  • 14 lipca 1945 Gadget zostaje podniesiony na wieżę testową.
  • 16 lipca 1945 o 5:29:45 następuje pierwszy wybuch atomowy w historii.
  • 14 lipca 1945 elementy Little Boya wraz z pociskiem U-235 wyruszają na USS Indianapolis do Tinian.
  • 26 lipca 1945 Indianapolis dostarcza komponenty Little Boya.
  • 31 lipca 1945 montaż Little Boya zostaje ukończony.

Hiroszima i Nagasaki

  • 6 sierpnia 1945

    • Enola Gay startuje o 2:45.
    • bomba zostaje uzbrojona o 7:30.
    • Little Boy zostaje zrzucony o 9:15:17.
    • eksplozja następuje o 8:16:02 czasu lokalnego Hiroszimy na wysokości 1850 stóp, z uzyskiem około 15 kt.

  • 8 sierpnia 1945

    • ZSRR wypowiada wojnę Japonii.
    • Fat Man zostaje załadowany do Bock's Car.

  • 9 sierpnia 1945

    • główny cel Kokura okazuje się niewidoczny,
    • samolot kieruje się na Nagasaki,
    • Fat Man eksploduje o 11:02 czasu lokalnego na wysokości 1950 stóp,
    • najlepszy szacunek uzysku to 21 kt.

Źródło dobrze pokazuje, że po Trinity program wszedł w fazę niemal przemysłowego rytmu: znane były terminy kolejnych rdzeni, przewidywana liczba bomb dostępnych w sierpniu, wrześniu i grudniu, a kolejne uderzenia planowano z kilkudniowym wyprzedzeniem, zależnie od pogody i gotowości komponentów.

Zatrzymanie dalszych zrzutów

  • 10 sierpnia 1945 japońskie kierownictwo nadal nie jest jednomyślne, ale cesarz zaczyna wymuszać przyjęcie kapitulacji.
  • 11 sierpnia 1945 Truman wydaje polecenie wstrzymania dalszych bombardowań atomowych do kolejnego rozkazu.
  • drugi rdzeń plutonowy zostaje wycofany z drogi na Tinian.
  • 14 sierpnia 1945 Japonia ogłasza przyjęcie warunków kapitulacji.

Autor kończy tę część uwagą Oppenheimera z 17 sierpnia 1945, że broń atomowa będzie szybko ulepszana jakościowo i ilościowo, nie da się przeciw niej stworzyć pełnej obrony, a USA nie zachowają trwałego monopolu.

10.7 Chronologia broni atomowej w Związku Radzieckim

Źródło zawiera jeszcze osobną sekcję poświęconą ZSRR, ale jest ona wyraźnie nieukończona. Zawiera tylko kilka początkowych punktów:

  • 1910 Władimir Wiernadskij nawołuje do badania i eksploatacji złóż minerałów promieniotwórczych.
  • 1910 w dolinie Fergana w Uzbekistanie odkryto złoże blendy smolistej i wanadu w Tiuia-Muiun.
  • 1921 Witalij Chłopin rozwija radiochemię i wydziela rad dla celów medycznych.
  • 1922 Wiernadskij zakłada Państwowy Instytut Radowy w Piotrogrodzie.

Po tych punktach w oryginale pojawia się wyraźny znacznik Unfinished, więc dalsza część chronologii radzieckiej nie została tam rozwinięta.

Uwagi końcowe

Sekcja 10.0 nie jest zwykłym kalendarzem dat. Pokazuje, jak z połączenia fizyki jądrowej, wojennej presji czasu, rozwiązań organizacyjnych i bezprecedensowego finansowania powstał pierwszy pełnoskalowy program zbrojeniowy oparty na nauce nowoczesnej. Dobrze widać też, że między odkryciem rozszczepienia a Hiroszimą minęło zaledwie sześć i pół roku.

Drugą ważną lekcją tej chronologii jest to, że sukces Projektu Manhattan nie wynikał z jednego genialnego pomysłu. Był skutkiem równoległego prowadzenia wielu ścieżek: wzbogacania, produkcji plutonu, teorii szybkich neutronów, eksperymentów krytyczności, metalurgii, chemii separacji, technologii wybuchowych i logistyki wojskowej. Oś czasu dobrze pokazuje, jak szybko te elementy zaczęły się zazębiać, gdy tylko państwo nadało im absolutny priorytet.