https://frosthead.com

Kako je fizika vodila oblikovanje atomske bombe na Japonsko

Za mnoge znanstvenike, ki sodelujejo v projektu Manhattan, je bila tekma za izdelavo atomske bombe mračna bitka med življenjem in smrtjo. Teh tehnologij ali njene neizogibne civilne cestnine ni bilo mogoče zanikati. Po bombnih napadih Hirošime in Nagasakija, ki so se ta teden zgodili pred 70 leti, se je znanstveni direktor J. Robert Oppenheimer po zaslišanju novice spomnil na svoja čustva in navajal hindujsko besedilo: "Zdaj postajam smrt, uničevalec svetov. "

Sorodne vsebine

  • Bizarna zgodba o neuspelem "Supergun" Sadama Huseina
  • 390 let staro drevo, ki je preživelo bombardiranje Hirošime
  • Pluton iz jedrskih testov Drsi v atmosferi

Toda v času druge svetovne vojne, ko so se nemški znanstveniki v pridni tehnologiji ukvarjali z isto tehnologijo, so se Oppenheimer in drugi fiziki v ZDA močno osredotočili na nalogo, da bi ustvarili prvo jedrsko orožje na svetu. In znotraj tajnih omejitev Nacionalnega laboratorija v Los Alamosu je med dvema skupinama divjala notranja bitka z nasprotujočimi si zamisli, kako prinesti smrtonosni tovor.

Na Japonsko sta na Japonsko le nekaj dni narazen padli dve vrsti bombe z uporabo različnih radioaktivnih materialov, ki sta jo poimenovali Little Boy in Fat Man. A če bi znanstvenikom uspelo v prvih poskusih, bi lahko obe bombi poimenovali Thin Man.

Jedro atoma je bolj spremenljivo mesto, kot si morda predstavljate. Atom v svojem srcu vsebuje mešanico delcev, imenovanih protoni in nevtroni, ki združujejo, da atomu da svojo maso in svojo edinstveno elementarno osebnost. Medtem ko imajo vsi atomi določenega kemičnega elementa enako število protonov, se lahko število nevtronov spreminja, kar daje izotope različnih mas. Toda kot prenatrpan splav, tudi nekateri izotopi trpijo na robu stabilnosti in so nagnjeni k spontanemu metanju odvečne energije in delcev v obliki sevanja. Sčasoma radioaktivni izotopi razpadajo v bolj stabilne konfiguracije in celo v nove elemente v dokaj predvidljivi verigi dogodkov.

Uporaba atoma za nastanek eksplozije se ni zdela realistična do leta 1939, ko je znanstvenikom v Berlinu uspelo namerno razdeliti atom urana na lažje elemente. Poveden na pravilen način, lahko ta postopek jedrske cepitve sprosti ogromne količine energije - po prvotnih poročilih The New York Timesa je bomba, ki je padla na Hirošimo, eksplodirala s silo 20.000 ton TNT-a, čeprav je bila ta ocena od takrat poslabšana do 15.000 ton.

Albert Einstein je v pismu ameriškemu predsedniku Franklinu Rooseveltu iz leta 1939 opozoril na poskus cepitve in nacistična prizadevanja za izdelavo orožja. Kmalu zatem so znanstveniki pokazali, koliko urana bi bilo potrebno za doseganje kritične mase in detonacije cepitvene bombe, in dokazali so, da lahko za nalogo uporabljajo tudi plutonij. Do leta 1941 se je projekt Manhattan pridružil tekmi za razvoj delujoče atomske bombe.

Oppenheimer je sprva zaupal v oblikovalski kodni naziv Thin Man, dolga bombažna bomba. Izstrelil bi čep radioaktivnega materiala na tarčo iz istih stvari, tako da bi kombinirane sile stiskanja in povečana masa sprožile verižno reakcijo, ki bi privedla do eksplozije fisije. Kot živa meja je druga skupina preiskovala implozijsko bombo, ki bi stisnila subkritično maso materiala v jedro, obdano z eksplozivi. Ko bi naboji popustili, bi se žogica materiala iz velikosti grenivke stisnila do teniške žoge, dosegla kritično maso in eksplodirala bombo.

Bombarder Boeing B-29 Superfortress se vrne nazaj čez bombo in jo naloži na Tinianu na Marijanskih otokih. (Z dovoljenjem Fundacije za atomsko dediščino) Bomba Little Boy počiva na hidravličnem dvigalu. (Z dovoljenjem Fundacije za atomsko dediščino) Bomba Debel človek se preveri na njenem transportnem vozičku. (Z dovoljenjem Fundacije za atomsko dediščino) Bomba Little Boy je pripravljena za nalaganje v bombnik B-29 Enola Gay . (Z dovoljenjem Fundacije za atomsko dediščino) Jedro eksplozije bombe Fat Man je pripravljeno za namestitev v ohišje. (Z dovoljenjem Fundacije za atomsko dediščino) Hidravlični dvigal dvigne bombo Little Boy v zaliv letala. (Z dovoljenjem Fundacije za atomsko dediščino) Debelušni človek se je dvignil nad dvigalom nad bombo, preden se je naložil v Bockscar B-29. (Z dovoljenjem Fundacije za atomsko dediščino) Bomba Little Boy v zalivu Enola Gay . (Z dovoljenjem Fundacije za atomsko dediščino) Enola Gay nosilec Deak Parsons je bil eden od več ljudi, ki so svoja imena podpisali na repu sklopa bombe Fat Man. (Z dovoljenjem Fundacije za atomsko dediščino)

Oblika implozije je bila elegantna, fizika pa manj prepričana, zato je imel model pištole prednost. Po približno štirih mesecih so znanstveniki projekta ugotovili, da Tanki mož ne bo delal z želenim virom goriva, radioaktivnim izotopom plutonij-139. Mesto Hanford v jugovzhodni zvezni državi Washington je bilo zgrajeno leta 1943 z izrecnim namenom izčrpavanja plutonija z orožjem in izkazalo se je, da ima material iz njegovih reaktorjev usodno napako.

"Oblikovanje plutonija Thin Man je bilo treba opustiti zaradi velike nevarnosti pred detonacijo, " pravi Barton Hacker, zgodovinar vojaške tehnologije iz Smithsonianovega Nacionalnega muzeja ameriške zgodovine. To ni tako strašljivo, kot se sliši - preprosto pomeni, da bi čep in tarča izgubila svojo uničujočo moč, preden bi bomba dejansko lahko ugasnila. "Razpoložljivi plutonij je sproščal preveč nevtronov in sprožil jedrsko reakcijo, preden je bila dosežena kritična masa, kar je povzročilo, kar so fiziki poimenovali zmečkanino."

Emisija nevtra iz urana je bila dovolj nizka, da je lahko pištola dosegla kritično maso, vendar je bila oskrba močno omejena. "Pluton lahko pridelamo hitreje od orožja, " pravi Hacker. "Zasnova pištole je zagotovo delovala, a leta 1945 ni bilo dovolj urana za več kot enega."

Bomba Little Boy, ki je padla na Hirošimo 6. avgusta 1945, je bila potomec tankega človeka, krajše bombe, ki je nosila uran. Medtem je bomba, ki je bila 9. avgusta padla na Nagasaki, naprava za implozijo, debeluh s plutonijem. Njegova zasnova je bila približno desetkrat bolj učinkovita in je ustvarila večjo eksplozivno silo, enako približno 21.000 ton TNT-a, po sodobnih ocenah. Čeprav je bila bomba Little Boy manj učinkovita in manj močna, je uničila večino območja okoli Hirošime, ker je hribovit teren okoli Nagasakija omejeval polmer eksplozije Debelega človeka. Kljub temu je po eksplozijah implozija postala primarna zasnova jedrskega orožja v obdobju hladne vojne.

"Kolikor vem, je bila edina zasnova pištole, ki je kdaj eksplodirala po Hirošimi, ena od jedrskih topničnih granat, testirana v Nevadi leta 1953, " pravi Hacker. "Vse ostalo je bilo konstrukcij za implozijo. Načrti topov so bili zanesljivi, vendar neučinkoviti, saj so uporabljali več jedrskega materiala za enake rezultate kot naprave za implozijo. Ostali so v zalogi kot artiljerijske granate, druge pa niso eksplodirale."

Kako je fizika vodila oblikovanje atomske bombe na Japonsko