Eine Pilzwolke ist eines der erschreckendsten Bilder, die man sich für Milliarden von Menschen auf der ganzen Welt vorstellen kann, die immer noch unter dem Gespenst eines Atomkriegs leben, aber für viele andere war sie die Erfüllung einer der folgenreichsten Forschungsanstrengungen der MenschheitGeschichte: das Manhattan-Projekt.
Unter dem Codenamen Manhattan-Projekt hatten die US-amerikanischen Bemühungen im Zweiten Weltkrieg, Nazi-Deutschland zu einer Atomwaffe zu schlagen, ein kompliziertes und zweifellos schreckliches Erbe. Dies gilt insbesondere für die Menschen in Japan, der einzigen Nation, die jemals eine Atombombe erlitten hatAttacke.
Während viele namhafte Wissenschaftler, die am Manhattan-Projekt beteiligt waren, Angst, Schuldgefühle und Entsetzen über die Folgen ihrer Arbeit hatten, sahen andere die Atombombe – und die damit einhergehende Doktrin der Mutually Assured Destruction MAD – als einzigen Wegdauerhaften Frieden in der Welt zu sichern.
Unabhängig von der endgültigen Position zum Thema der Atombomben, die den Zweiten Weltkrieg beendeten, es steht außer Frage, dass sich nur wenige Forschungsprojekte als so folgenreich für die Menschheitsgeschichte erwiesen haben wie das Manhattan-Projekt.
Frühe Atomtheorie
Die Idee einer unteilbaren Einheit der Materie ist eine alte Idee, die auf einige der frühesten griechischen und indischen Texte zurückgeht, aber einige der ersten, die das Konzept des Atoms beschrieben haben, waren die antiken griechischen Philosophen Leukipp und Demokrit, indas fünfte Jahrhundert v. Chr.
Der Name Atom selbst kommt vom altgriechischen Wort atomos, was in etwa "unschneidbar" bedeutet, und für etwa drei Jahrtausende war die Unteilbarkeit des Atoms eher eine philosophische als eine wissenschaftliche Position.
Im Mittelalter überspannten Fragen nach der wahren Natur der Materie die Grenze zwischen praktischen Wissenschaften und der Praxis der Alchemie. Europäische und islamische Wissenschaftler und Philosophen machten dort weiter, wo die griechischen Philosophen aufgehört hatten. Irgendwann um 1000 n. Chr. wurde Wismut von entdeckt.persischer AlchemistJabir ibn Hayyan und 1669, Der deutsche Alchemist Hennig Brand entdeckte Phosphor, als er versuchte, den Stein der Weisen herzustellen, eine legendäre Substanz, von der angenommen wurde, dass sie Metall in Gold verwandelt.
Auch solche wissenschaftlichen Koryphäen wie Sir Isaac Newton konnte nicht anders, als sich in der Alchemie zu versuchen, aber erst im 18. und 19. Jahrhundert wurde die Atomtheorie, wie wir sie heute kennen, auf eine solidere wissenschaftliche Grundlage gestellt.
Nach Wissenschaftlern wie dem französischen Chemiker aus dem 18. JahrhundertAntoine-Laurent Lavoisier begann, einzelne Elemente wie Sauerstoff zu isolieren und zu identifizieren, John Dalton 1766-1844 entwickelte seine Atomtheorie.
Dalton behauptete, dass Atome verschiedener Elemente in Größe und Masse variieren, was die lang gehegten Vorstellungen widerlegte dass Atome aller Arten von Materie gleich sind. Dalton formulierte eine Methode zur Messung der Massen verschiedener Elemente entsprechend ihrer Kombination mit festen Massen voneinander.
Die Kernphysik wurde geboren, als Ernest Rutherford das Atom 1917 gespalten. Dann kam eine der folgenreichsten Entdeckungen in der Physik im Dezember 1938, als Die Physiker Lise Meitner, Otto Hahn, Fritz Strassmann und Otto Frisch haben herausgefunden, dass das Beschuss eines Uranatoms mit Neutronen das Atom in zwei kleinere Bestandteile zerlegt.
Diese Elemente zusammen hatten nur vier Fünftel des Atomgewichts des ursprünglichen Uranatoms, also unter Verwendung der Einstein-GleichungE = mc2, Meitner und Frisch konnten zeigen dass das fehlende Fünftel als Energie freigesetzt wurde 200 MeV, um genau zu sein. Die Physiker hatten die Kernspaltung entdeckt, gerade als 1939 der Schatten des Krieges über Europa fiel.
Der Ausbruch des Zweiten Weltkriegs
Nach der Entdeckung der Kernspaltung wurde schnell klar, dass die Kernspaltung in einer großen Menge Uran eine kaskadierende Kettenreaktion erzeugen könnte, die eine unglaubliche Menge an Energie freisetzen würde.
Die militärischen Anwendungen davon waren offensichtlich, und es dauerte nicht lange, bis Deutschland damit begannUranverein — oder"Uranclub". Das Programm begann im April 1939, fünf Monate bevor die Nazis in Polen einmarschierten und den Zweiten Weltkrieg auslösten.
Als der Krieg begann, fürchteten Physiker, die aus Europa flohen, sofort, was die Nazis tun würden, wenn sie die ersten wären, die eine Atombombe bauen würden. Unter ihnen war Albert Einstein, werunterzeichnet auf einem Brief an Präsident Franklin D. Rooseveltim August 1939, um die US-Regierung über das mutmaßliche Nuklearprogramm Nazi-Deutschlands zu warnen und die USA zu bitten, mit der Sicherung von Uranvorräten auf der ganzen Welt zu beginnen.
Der Brief forderte auch die Regierung auf, in die Erforschung von Kernspaltungskettenreaktionen zu investieren, die von Enrico Fermi in den Vereinigten Staaten durchgeführt werden.
Roosevelt befahl Regierungsbeamten, dem Schreiben nachzugehen und die Machbarkeit der Entwicklung von Waffen auf der Grundlage von Kettenreaktionen der Kernspaltung zu beurteilendie Menschheit jemals gesehen hatte.
Beginn des Manhattan-Projekts
Angesichts der Einsätze, der anfänglichen Investition in das, was als bekannt wäre.Manhattan-Projekt – das Büro der US-Armee, das an dem Projekt arbeitete, befand sich ursprünglich in Manhattan, NY – war ziemlich bescheiden.
Die US Navy gewährte der Columbia University 6.000 US-Dollar, um Fermis Forschung zu Spaltkettenreaktionen zu finanzieren. Fermi nutzte die Finanzierung zusammen mit Leo Szilard, Eugene Booth, John Dunning und anderen zum Kauf von Graphit und produzierte anschließend die erste Spaltungsreaktion in den USA.
Bald begann die US-Regierung, die Finanzierung von Uran- und Plutoniumspaltungsreaktionen zu erhöhen, jedoch immer noch in relativ geringem Umfang.
In Großbritannien identifizierten Frisch und Rudolf Peierls die Menge an Uran, die erforderlich ist, um eine Spaltungskettenreaktion zu erzeugen, eine "kritische Masse" von etwa 20 lbs 9,07 kg. Dies machte die benötigte Materialmenge klein genug, um auf a . zu passenkonventioneller Bomber, und als sie diese Daten der britischen Regierung vorlegten, genehmigte sie ihr eigenes Atomwaffenprogramm.
Ende 1941 war Großbritannien in seiner Atomwaffenforschung weiter als die USA, daher begannen die beiden Länder, Atomwaffenforschung auszutauschen, um ihre Entwicklung zu beschleunigen, noch bevor die USA offiziell in den Krieg eintraten.
Roosevelt hat die US-Armee mit der Leitung des Programms beauftragt, aufgrund der Erfahrung dieser Abteilung mit groß angelegten Forschungsanstrengungen, und als die USA im Dezember 1941 nach der Bombardierung von Pearl Harbor in den Krieg eintraten, begannen ernsthafte Investitionen in das Manhattan-Projekt.
US-Beamte haben den theoretischen Physiker J. Robert Oppenheimer von der University of California beauftragt, das "Projekt Y" zu leiten, den Teil des Manhattan-Projekts, der tatsächlich die Atombombe selbst entwerfen und bauen würde. Oppenheimer hatte keine Erfahrung mit der Leitung eines Labors, das dieProjekt benötigen würde, aber viele der anderen in Betracht gezogenen Kandidaten arbeiteten an anderen Projekten, bei denen sie nicht entbehrlich waren.
Er hatte auch einige persönliche Verbindungen zu bekannten Kommunisten, darunter sowohl seine Frau als auch seine mutmaßliche Geliebte, was Sicherheitsbedenken aufwarf. Diese wurden jedoch nach Interviews mit Oppenheimer besänftigt und er erhielt die Leitung bei der Entwicklung der US-Atombombe. 1954 wurde Oppenheimer vor ein Tribunal der Atomenergiekommission zu einer Anhörung über seine frühere Beteiligung an kommunistischen Organisationen und die Möglichkeit, ein sowjetischer Spion zu sein, berufen. Aufgrund der vorgelegten Beweise wurde seine Sicherheitsfreigabe widerrufen, was eine Provokation warEmpörung.
Der Umfang des Projekts war wirklich enorm und umfasste über ein Dutzend Standorte in den USA mit Material – insbesondere Uran – aus Kanada und Belgisch-Kongo.
Oppenheimer schlug einen Standort in der Nähe der Los Alamos Ranch, neben den Sangre de Cristo Mountains in New Mexico, für das Labor für Projekt Y vor. Der gewählte Standort würde später Los Alamos National Laboratory heißen, obwohl er als "Site Y" oder "The Hill" in offiziellen Dokumenten, angesichts der streng geheimen Natur des Projekts.
Sites, die zur Arbeit im Los Alamos Laboratory beitragen
Aus Gründen der Geheimhaltung und Praktikabilität wurde das Manhattan-Projekt auf mehrere verschiedene Standorte in den Vereinigten Staaten und Kanada verteilt.
Eine der wichtigsten dieser Stätten waren die Clinton Engineer Works in Oak Ridge, Tennessee. Hier wurde das Uranisotop, das zur Herstellung der ersten Atombombe benötigt wurde, isoliert und in eine reinere Materialmasse extrahiert.
Die Herausforderung besteht darin, dass das in Kanada und Belgisch-Kongo abgebaute Uran etwa 99,3% Uran-238 und 0,7% Uran-235 enthielt. Als Spaltmaterial wurde nur Uran-235 verwendet, daher musste es abgetrennt oder "angereichert" werden.um eine kritische Masse für eine Bombe zu erzeugen.
Enriched Uranium-235 wurde in zwei separaten Werken in Oak Ridge hergestellt, von denen jede eine separate Methode zur Gewinnung des U-235 verwendete und bis Juli 1945 an das Los Alamos Laboratory geliefert wurde. Fast alle U-235 wurden in Oak hergestelltRidge, 64 kg, wurde verwendet, um die Atombombe Little Boy zu bauen.
Teil der Strategie des Manhattan-Projekts war es, nicht alles in die Uranspaltung zu investieren. Plutonium-239, das erst Ende 1940/Anfang 1941 an der University of California, Berkeley, gerade entdeckt wurde, wurde ebenfalls als spaltbares Material entwickeltfür eine Atombombe.
Es hat eine viel geringere kritische Masse als Uran-235, ist aber in der Natur nicht leicht zu finden. Stattdessen bestand der einfachste Weg zur Herstellung von Plutonium-239 darin, Uran-238 mit Deuteronen, einem Wasserstoffisotop, zu bombardieren.
Das Uran würde beim Beschuss Neutronen absorbieren und Neptunium-239 produzieren, das in Plutonium-239 zerfallen würde.
Der einfachste Weg, dies zu tun, ist in Kernreaktoren, die Uran-235 als Brennstäbe verwenden. Während des Manhattan-Projekts wurden mehrere solcher Reaktoren gebaut, um das Plutonium zu produzieren, das zum Bau einer Atombombe benötigt wird, darunter der Graphitreaktor X-10 an derClinton Engineer Works in Oak Ridge und bei den Hanford Engineer Works im Bundesstaat Washington.
Da Plutonium-239 eine kritische Masse von etwa 24 lbs erreicht – was ungefähr eine Kugel mit einem Durchmesser von 10,6 cm bildet – braucht es nicht so viel Material, um die für eine Bombe erforderliche Kettenspaltungsreaktion zu erzeugen.Das Problem bestand darin, genügend Isotope aus den Reaktoren zu produzieren und zu isolieren, um die erforderliche Masse zu erreichen.
Uran kann aus einem abgebauten Erz gewonnen werden, aber man musste effektiv Uran ausgeben, um Plutonium zu gewinnen.
Insgesamt wurde bis Juli 1945 genug Plutonium nach Los Alamos geliefert, um zwei Atombomben herzustellen. Insgesamt produzierte das Manhattan-Projekt bis 1945 genug spaltbares Material für nur drei Bomben, und niemand war sich sogar sicher, ob eine von ihnen funktionieren würde.
Entwurf der stärksten Waffe der Welt
Es gab zwei verschiedene Designs, die verwendet wurden, um eine Atombombe herzustellen.
Der erste war das, was als a bekannt ist Kanonenbombe. Diese Methode beinhaltet das "Schießen" einer Kugel aus unterkritischem spaltbarem Material in eine unterkritische Zielmasse desselben spaltbaren Materials unter Verwendung einer herkömmlichen chemischen Ladung als Treibmittel.
Wenn die spaltbare Schnecke die Zielmasse trifft, schießt sie einen Neutronenstoß hinein, um eine überkritische Spaltungsreaktion auszulösen, die exponentiell sowohl durch die Schnecke als auch durch die Zielmasse wachsen würde.
Die größte Herausforderung bei dieser Art von Gerät besteht darin, Überkritikalität zu erreichen, bevor sich die Bombe selbst zerstört. Dies bedeutet, dass die Geschwindigkeit und Masse der Schnecke ausreichen müssen, um die Kettenreaktion schnell auszulösen, aber nicht so groß oder schnell, dass sie diezwei Massen, bevor sie genügend Zeit haben, um überkritische Spaltungsreaktionen zu durchlaufen.
Diese Art von Bombe ist jedoch einfacher herzustellen, daher war sie die erste Art von Bombe, die 1943 in Los Alamos geplant wurde.
Thin Man, wie die Bombe genannt wurde, verwendete Plutonium als Reaktant. Nachdem das Los Alamos Laboratory jedoch 1944 seine erste Charge Plutonium-239 von Oak Ridge erhalten hatte, wurde festgestellt, dass zu viel Plutonium-240 in derMasse, die in einer kanonenartigen Bombe verwendet werden soll.
Bei einer Bombe vom Typ Kanonen würde das Plutonium-240 zu schnell reagieren und die Bombe sprengen, bevor der Rest des Materials eine ausreichende kritische Reaktion erreicht hatte, um die gewünschte Explosion auszulösen.
Um das Plutoniummaterial zu verwenden, ein anderes Bombendesign hatte noch zu entwickeln.
Ein Physiker aus Los Alamos, Seth Neddermeyer, hatte bereits 1944 an Plänen für eine Implosionsbombe gearbeitet. Implosion verwendet kugelförmig angeordnete Sprengstoffe, um eine unterkritische Masse spaltbaren Materials in eine dichtere Masse zu komprimieren.
Wenn sich die Atome der unterkritischen Masse zusammendrücken, erfolgt der Neutroneneinfang viel schneller und löst schnell die überkritische Spaltungskettenreaktion aus.
Das Problem mit einer Implosionsbombe besteht darin, dass es sich aus theoretischer und praktischer Sicht um ein viel anspruchsvolleres Design handelt, was die tatsächliche Implementierung erheblich erschwert.
Dieses Design hatte jedoch den Vorteil, dass es weitgehend negiertdas Problem der vorzeitigen Detonation von Plutonium-240, da der explosiven Kraft, die das Isotop erzeugt, die implosive Kraft entgegenwirkt, die seine Reaktion überhaupt ausgelöst hat.
Ende 1943, John von Neumann, Mathematiker und Informatiker am Los Alamos Laboratoryverbessert auf Neddermeyers Implosionsdesign durch Verfeinerung der Berechnungen, die erforderlich sind, um die richtige implosive Detonation zu erzeugen, und führte auch ein kugelförmiges Design für den Plutoniumkern ein, anstatt eines Zylinders, wie es Neddermeyers Design verlangte.
Das kugelförmige Design reduzierte die Wahrscheinlichkeit vorzeitiger Detonationen erheblich und erhöhte gleichzeitig die Effizienz der spaltbaren Kettenreaktion, indem es über einen längeren Zeitraum dicht gepackt blieb. Dies erhöhte die Anzahl der im Plutonium erreichten Spaltungsreaktionen, bevor die freigesetzte Energie dieBombe auseinander.
Zufrieden, dass die Implosion der bessere der beiden Entwürfe war, leitete Oppenheimer die Bemühungen von Los Alamos um, eine neue Bombe namens Fat Man zu bauen, die das Plutonium verwenden würde, das sie bereits hatten, um die erste Atombombe herzustellen.
Von Neumanns Design verwendete explosive "Linsen", bei denen es sich um Hohlladungen handelt, die die Geometrie der durch sie hindurchtretenden Stoßwelle steuern.
Es dauerte mehrere Monate, um das Design des Implosionsmechanismus zu verfeinern. Das ultimative Design verwendete sowohl schnelle als auch langsame Sprengstoffe, die in ein abgeschnittenes Ikosaeder einen Fußball gehüllt waren, mit 20 sechseckigen und 12 fünfeckigen Linsen. Jede Linse wog etwa 80 Pfund36kg.
Die Implosion musste auch perfekt getimt werden, um die Plutoniumspaltungsreaktion auszulösen, und zu diesem Zweck musste eine völlig neue Art von Zünder erfunden werden.
Das Entwerfen des Gehäuses für den Plutonium-Reaktanten war ebenfalls ein langer, mühsamer Prozess. Ein Aluminium-Drücker und ein Natururan-Stampfer wurden entwickelt, um den ausgelösten Plutoniumkern so lange wie möglich zusammenzudrücken und zusammenzuhalten, während Neutronen zurück in das Plutonium reflektiert werden, um mehr auszulösenSpaltreaktionen.
Metallurgen mussten auch herausfinden, wie man das Plutonium richtig in eine dichte, gleichmäßige Kugel gießt. Plutonium ist bei Raumtemperatur spröde, aber nach einigem Ausprobieren stellte sich heraus, dass es zwischen 573 und 842 Grad Fahrenheit 300 formbar warbis 450 Grad Celsius.
Um das Plutonium zu stabilisieren, wurde es mit Gallium legiert, erhitzt und in eine Kugelform gepresst. Anschließend wurde es mit Nickel beschichtet, um Korrosion zu verhindern.
Die erste Plutoniumkugel wurde am 2. Juli 1945 hergestellt und an das Labor geliefert, eine weitere etwa drei Wochen später.
Der Trinity-Test: 16. Juli 1945
Mitte Juli 1945 war es an der Zeit, die Ergebnisse jahrelanger intensiver Forschung und Anstrengung endlich zu testen.
Am 16. Juli wurde ein Gerät mit dem Spitznamen "Gadget" auf einem 30,48 Meter hohen Stahlturm im Bombenbereich des Armeeflugplatzes von Alamogordo platziert. Es wurde auf einem Turm platziert, um den Abwurf zu simulierenBomber, da eine Luftdetonation den direkten Schaden am Ziel maximierte und die durch die Explosion erzeugte Falloutmenge reduzierte.
Der Test mit dem Codenamen Trinity wurde von der Armee unter der Bedingung genehmigt, dass die Bombe in einen Container namens Jumbo gelegt wurde, um im Falle eines Fehlers aktives Material zu bergen. Sie hätten sich nicht die Mühe machen müssen.
Am 16. Juli 1945 um 5:29:45 Uhr Ortszeit explodierte "Gerät" mit der Kraft von 20 Kilotonnen TNT und erzeugte eine mehr als 11 km hohe Pilzwolke und eine Stoßwelle, die über 160 km entfernt war. Es hinterließ einen 76 m breiten Krater aus radioaktivem Glas, der heute als Trinitit bekannt ist, und das Geräusch der Detonation war bis nach Texas zu hören.
Berühmt, Oppenheimer – der vor Ort war, um den Test zu beobachten – erinnerte sich an die Zeilen von der Hinduistische Schriften, die Bhagavad-Gita XI,12: "Wenn der Glanz von tausend Sonnen auf einmal in den Himmel brechen würde, wäre das wie der Glanz des Mächtigen..."
Wir wussten, dass die Welt nicht mehr dieselbe sein würde. Ein paar Leute lachten, ein paar Leute weinten. Die meisten Leute schwiegen. Ich erinnerte mich an die Zeile aus der Hindu-Schrift, die Bhagavad-Gita; Vishnu versucht die zu überzeugen Prinz dass er seine Pflicht tun soll und, um ihn zu beeindrucken, übernimmt seine mehrarmige Form und sagt: "Jetzt bin ich der Tod geworden, der Zerstörer der Welten." Das dachten wir wohl alle auf die eine oder andere Weise.
Vermächtnis des Manhattan-Projekts
Weniger als einen Monat später, am 6. August 1945, wurde Little Boy die erste Nuklearwaffe, die jemals im Kampf eingesetzt wurdeauf der japanischen Stadt Hiroshima abgeworfen.
Zwischen der ersten Explosion und den daraus resultierenden Verbrennungen und Strahlenverletzungen, die von denen erlitten wurden, die nicht sofort durch die Explosion getötet wurden, starben schätzungsweise 90.000 bis 146.000 Menschen, darunter viele Zivilisten.
Drei Tage später explodierte Fat Man, eine mit dem restlichen Plutonium des Manhattan-Projekts gefüllte Implosionsbombe, über Nagasaki und tötete zwischen 39.000 und 80.000; wiederum hauptsächlich Zivilisten.
Japan kapitulierte weniger als eine Woche später und der Zweite Weltkrieg fand ein abruptes, erschreckendes Ende.
Unter denen, die am Manhattan-Projekt mitgearbeitet haben, wurden mehrere zu prominenten Anti-Proliferations-Aktivisten, wie zum Beispiel Joseph Rotblat. Andere, wie von Neumann, trieben die Entwicklung von Atomwaffen als Bollwerk gegen die noch größeren Schrecken eines anderen Weltkriegs wie sie ihn sahen weiter voran.
Egal, wo man steht, die Bedeutung des Manhattan-Projekts in der Menschheitsgeschichte ist nicht zu leugnen, aber sein Erbe ist immer noch nicht erkennbar. Wir leben immer noch im Schatten des Pilzwolke, und sein Erbe kann nur von denen geschrieben werden, dieschaffen es eines Tages, seiner Reichweite zu entkommen.