Erę atomową rozpoczął mord założycielski

W 72. rocznicę zrzucenia przez Amerykanów bomby atomowej na japońskie Nagasaki przypominamy tekst opublikowany w "Plusie Minusie" w 2012 roku.

Brzmi to niewiarygodnie, ale tragedia Hiroszimy i Nagasaki została zapowiedziana 30 lat wcześniej przez science fiction. Wtedy to, jeszcze przed I wojną światową, Herbert George Wells opublikował powieść „The Word Set Free" (Świat wyzwolony), w której zapowiedział wykorzystanie energii atomowej do celów przemysłowych i wojennych. W toczonej w 1956 roku wojnie światowej Francja z Anglią walczą przeciwko Niemcom z użyciem bomb atomowych; wszystkie duże miasta na świecie zostają zniszczone w ten sposób. Kończy się jednak optymistycznie: ludzkość budzi się z wojennego amoku, następuje przełom duchowy, a przywódcy polityczni świata radzą w Brissago w północnych Włoszech nad ukształtowaniem nowego oblicza cywilizacji.

Jest to przepowiednia zdumiewająca, ponieważ w 1914 roku nikt jeszcze o żadnej energii atomowej nie myślał, nawet odkrycie niezbędnego do tego neutronu w 1932 roku było wówczas melodią dość odległej przyszłości. Cóż dopiero mówić o bombach wykorzystujących tę energię do wymazywania z powierzchni Ziemi całych miast. A jednak Wells w przypływie genialnego natchnienia antycypował wynalazki i zdarzenia, które za ćwierć wieku miały odgrywać kluczową rolę w teatrze wojny i niemal decydować o jej wyniku.

Einstein pisze list

Kłopot polegał na tym, że nawet po odkryciu neutronu nie bardzo było widać mechanizm, który wyzwoli tak olbrzymią ilość energii z atomu. Owszem, jądro atomowe rozbijano już wcześniej, bombardując je dodatnio naładowanymi cząstkami, protonami, ale nie wydawało się to drogą do sukcesu. „Jest to bardzo kiepski i mało wydajny sposób wytwarzania energii i każdy, kto liczy, że przemiana atomów będzie źródłem energii, opowiada bzdury", grzmiał we wrześniu 1933 roku guru fizyków angielskich Ernest Rutherford, podsumowując odkrycia minionego ćwierćwiecza w dziedzinie „przemian atomowych".

Koncepcję reakcji łańcuchowej w fizyce wymyślił Leo Szilard, węgierski fizyk żydowskiego pochodzenia, podczas spaceru po Londynie, zbulwersowany słowami Rutherforda. Podobny proces zachodził w chemii: niewielka ilość np. atomów tlenu działa jak zaczyn i wywołuje reakcję chemiczną w o wiele niższej temperaturze niż zwykle. Jedna cząstka aktywna tworzy dwie lub więcej nowych i w ten sposób reakcja się rozprzestrzenia. Analogia była oczywista, tym bardziej że nazwa „reakcja łańcuchowa" na określenie tego zjawiska była w chemii oficjalnie przyjęta. Wystarczyło zastąpić chemiczne „cząstki aktywne" neutronami, a cały mechanizm przenieść w okolice jądra atomowego, by uzyskać oszałamiające pod względem energetycznym perspektywy.

Na początku 1939 roku wiedziano już więcej. Przyjęła się zarówno nazwa „reakcja łańcuchowa", jak i wprowadzona również przez Szilarda masa krytyczna – minimalna ilość pierwiastka konieczna do zainicjowania reakcji. Fermi odkrył, że z rozszczepieniem lepiej radzą sobie tzw. neutrony termiczne, czyli spowolnione – i co je spowalnia. Bohr wprowadził kroplowy model jądra ciężkich pierwiastków. Po wielu próbach natrafiono wreszcie na dobry materiał rozszczepialny, czyli uran – i znowu Bohr doznał olśnienia, że rozszczepieniu ulega izotop uran 235, którego w uranie jest 0,7 procent, resztę stanowi nierozszczepialny uran 238. Podjęto próby wywołania reakcji łańcuchowej w warunkach laboratoryjnych, co się wiązało z wykryciem tzw. neutronów wtórnych, czyli wyprodukowanych w wyniku reakcji. Kluczowa była liczba tych neutronów: niektórzy podawali, że otrzymali ich dwukrotnie więcej, a zespół francuski ogłosił, że udało mu się osiągnąć nawet 3,5-krotne przebicie.

Przed samym wybuchem II wojny światowej problemy były w zasadzie dwa: separacja uranu 235, która wydawała się marzeniem ściętej głowy, i bardzo rozbieżne oszacowania masy krytycznej. Fermi rozmawiał z marynarką USA, spodziewał się uzyskać dofinansowanie badań, ale admirałów interesowało jedynie, czy taki pocisk da się wtłoczyć do działa. Kiedy Fermi palnął, że być może jest to masa małej gwiazdy, marynarka nagle straciła zainteresowanie. W kwestii moderatora, czyli spowalniacza neutronów, ustalono tyle, że nadają się do tego celu woda, grafit i ciężka woda D2O, w której zamiast zwykłego wodoru występuje jego cięższy izotop deuter złożony z jednego protonu i jednego neutronu w jądrze. Ciężka woda występuje w zwykłej wodzie, można ją odseparować drogą długotrwałej elektrolizy, ale jest to proces żmudny i kosztowny. Krótko mówiąc, wydawało się, że na drodze do energii atomu fizycy natrafili na ścianę.

Komitet Uranowy

Pojawienie się w eksperymentach neutronów wtórnych zinterpretowano, że reakcja łańcuchowa zachodzi, tylko słabo. Dla niektórych fizyków był to niepokojący sygnał: droga do bomby atomowej wydawała się kwestią czasu, a dzięki publikowaniu wyników Niemcy wiedzieli, co trzeba, i z pewnością przystąpili do budowy własnej bomby. Szilard i dwaj inni fizycy z kręgu emigrantów węgierskich, Wigner i Teller, postanowili coś w tej sprawie zrobić: zaapelowali o utajnienie wyników dalszych badań, ale na to nie chcieli dać zgody Fermi i Bohr. Po drugie, postanowili zaalarmować rząd Stanów Zjednoczonych poprzez dotarcie do prezydenta.

Szilard, wciąż będący pod wpływem Wellsa, jeszcze w Europie przeczytał jego rozprawę „The Open Conspiracy" (Jawna konspiracja). Pomysł Wellsa uznał za własny i posługiwał się tą nazwą do końca życia. Próbował nawet utworzyć związek lub „zakon" grupujący wpływowych członków społeczeństwa, którym leżałoby na sercu jego dobro, ale inni nie wykazywali entuzjazmu do pracy w zamian za gołą odpowiedzialność i „oddanie sprawie". Teraz nadarzała się okazja sprawdzenia tej koncepcji w praktyce i wykorzystania wspólnoty uczonych do szczytnego celu. Ponieważ żaden z węgierskich emigrantów nie miał odpowiedniej siły przebicia, postanowiono zwrócić się do Einsteina.

Mający największe osiągnięcia za sobą Einstein nie uczestniczył w badaniach fizyków jądrowych, niespecjalnie nawet interesował się tą dziedziną. Gdy mu Winger z Szilardem referowali stan rzeczy, wyraził zdziwienie, że istnieje coś takiego jak reakcja łańcuchowa. Uznał jednak, że sytuacja jest poważna, i natychmiast przystąpił do redagowania listu do Roosevelta. List miał być dostarczony prezydentowi przez bliskiego znajomego, do którego uczeni mieli dojście. W związku jednak z wybuchem wojny Niemiec z Polską Roosevelt był piekielnie zajęty i minęły prawie dwa miesiące, zanim udało mu się przedłożyć sprawę. Kiedy jednak wysłuchał, o co chodzi, natychmiast powołał Komitet Uranowy grupujący uczonych i polityków obeznanych z nauką, który spotykał się i omawiał różne kwestie. Złożony

Rooseveltowi raport z tych prac wciągnięto do akt, gdzie przeleżał większą część 1940 roku.

Tymczasem prace nad uranem postępowały: masę krytyczną uranu naturalnego najpierw oszacowano na 44 tony, a z zastosowaniem reflektora (kołnierza z ołowiu albo żelaza, który odbijałby z powrotem uciekające na zewnątrz neutrony) – tylko 13 ton. Inne oszacowania mówiły o kilku tonach, a w przypadku czystego uranu 235 masę tę wyceniono na 8 kg bez reflektora i 4 – 4,5 kg z reflektorem. Bomby ważącej 13 ton nikt nie weźmie serio, ale gdy waży ona około 100 kilogramów, uwierzy w nią każdy.

Okręg techniczny Manhattan

Nie istnieją dokumenty powołujące do życia program „Manhattan", nawet sama nazwa ukształtowała się dopiero później. Poszczególne ekipy robiły to, co uznawały za stosowne: jedni zajmowali się separacją uranu 235, drudzy teorią, trzeci omawiali zasady konstrukcji bomby atomowej, a jeszcze inni – w tym ekipa Fermiego – budowaniem stosu atomowego z uranu i grafitu. Okazało się bowiem, że bombardowany neutronami uran 238 zamienia się w nowy pierwiastek pluton, o którym nic wówczas nie wiedziano poza tym, że także jest rozszczepialny i że łatwiej go wyosobnić. W stosach takich można by otrzymać laboratoryjne ilości pierwiastka 94 do badań, jak wcześniej nazywano pluton. Czas naglił: wyobrażano sobie, że Niemcy również dowiedzieli się o plutonie, a mając pod dostatkiem ciężkiej wody z opanowanej przez siebie Norwegii, mogli do końca 1942 roku wyprodukować sześć bomb. Tymczasem Amerykanie nie byli w stanie zabrać się do tego wcześniej niż w 1944 roku.

W tej sytuacji pojawiła się potrzeba skoordynowania tych rozproszonych działań przez sprawnego przywódcę. Wybór padł na pułkownika saperów wojsk lądowych Richarda Grovesa i okazał się nader fortunny. Groves właśnie skończył budowę Pentagonu, „dla dodania prestiżu" błyskawicznie mianowano go generałem i w nowej szarży puszczono między uczonych. Od ręki rozwiązał najpilniejsze sprawy: zakup 1250 ton bogatej w uran rudy z Konga, przyznanie programowi najwyższego uprzywilejowania i zakup na jego potrzeby 21 tys. ha ziemi we wschodnim Tennessee. „Na tym polegało piękno pracy pod jego kierownictwem – nigdy nie trzeba było się martwić o wydane decyzje i zastanawiać, co właściwie znaczą". Poprzednik Grovesa pracował w biurze na Manhattanie i ukrył program budowy bomby atomowej pod kryptonimem „Okręg Techniczny Manhattan". Z czasem w nazwie programu zostało z niego tylko ostatnie słowo.

Drugim doskonałym posunięciem było mianowanie administratorem projektu Roberta Oppenheimera, wybitnego fizyka, który podobnie jak Szilard otarł się o Nobla, ale nigdy go nie otrzymał. To Oppenheimer wraz z Grovesem zadecydowali o zakupie szkoły dla chłopców w Los Alamos i przekształcili tę okolicę w nowe laboratorium i miejsce pracy napływających nieustannie uczonych. Budowa tanich barakopodobnych budynków obliczonych na kilka lat ruszyła niemal natychmiast. Program „Manhattan" miał się rodzić na pustkowiu Nowego Meksyku, bez udogodnień cywilizacyjnych, jak chodniki, ulice czy poczta, niemal w pionierskich warunkach. Oppenheimer odpowiadał za postęp prac i utrzymanie ich w tajemnicy; podlegał Gravesowi.

Nowo przybyłych zatrudniano na zasadzie wcielenia do wojska i poddawano krótkiemu przeszkoleniu, a dla naukowców Oppenheimer zarządził wykłady wprowadzające, aby mieli pojęcie o całości przedsięwzięcia. Wyjaśniło się, dlaczego naturalny uran nie wybucha; aby do tego doszło, konieczne jest wzbogacenie go do co najmniej 7 procent uranu 235. Masa krytyczna metalicznego uranu 235 otoczonego reflektorem z naturalnego uranu wynosiła już tylko 15 kg, zaś masa krytyczna plutonu z podobnym kołnierzem – 5 kg. Całkowitą średnicę obu kul umieszczonych jedna w drugiej szacowano na 45 cm, przy czym sam reflektor ważyłby około tony. O losach świata miało przesądzić coś wielkości melonu w przypadku uranu 235 i pomarańczy w przypadku plutonu 239. Nie dość tego: niejako przy okazji Teller obliczył, że temperatura bomby A wystarczy do zainicjowania reakcji termojądrowej polegającej na syntezie lekkich jąder, co stanowiłoby podstawę do zbudowania bomby wodorowej o jeszcze większej sile niszczącej. Od wymienianych w tym kontekście megaton i zniszczonych w wyniku wybuchu setek kilometrów kwadratowych można było dostać zawrotu głowy.

Wizja Wellsa ścierania z powierzchni Ziemi całych miast wydawała się materializować w oczach, epatując swą ponurą realnością.

Droga śmierci

Skonstruowanie bomby A polegało na wypełnieniu jej rozszczepialnym uranem 235 albo plutonem 239, ale w taki sposób, by do eksplozji nie doszło przedwcześnie albo przypadkiem. W tym celu masę krytyczną podzielono na dwie masy podkrytyczne, które miały być wstrzelone w siebie i zainicjować reakcję. Potem pojawiła się lepsza koncepcja: implozji, która zgniecie materiał rozszczepialny do rozmiarów krytycznych. W bombie wystąpią wtedy fale uderzeniowe, których teoria wymagała dopracowania – zajęli się tym m.in. węgierski emigrant John von Neumann i nasz Stanisław Ulam. W samym środku znajduje się inicjator, czyli źródło neutronów, które zapoczątkują reakcję łańcuchową. Bomba z mechanizmem wstrzeliwanym miałaby około 60 cm średnicy i 5,1 m długości, implozyjna – 1,5 m średnicy i lekko ponad 2,7 m długości. Siły powietrzne, do których należało przystosowanie samolotów do przewiezienia i zrzucenia tych bomb, nazwały je odpowiednio „Thin Man" (Chudzielec) i „Fat Man" (Grubas).

Na początku 1945 roku z zakładów produkcji uranu i plutonu nadchodziły już takie ilości tych pierwiastków, że można było pomyśleć o próbnej eksplozji bomby. W tym celu wybrano odludne miejsce między Rio Grande a Sierra Oscura o pochodzącej jeszcze z czasów hiszpańskich nazwie Jornada del Muerto – Droga Śmierci. Na  wpuszczonych w ziemię betonowych fundamentach wzniesiono 30-metrową wieżę z prefabrykowanych stalowych sekcji, a na jej szczycie umieszczono bombę. Stanowiska obserwacyjne rozmieszczono w bunkrach położonych bliżej punktu zero i w wykopanych okopach położonych dalej. Zaproszeni na pokaz uczeni czuli się nieswojo, jedni przekonani, że bomba zawiedzie, inni z poczucia, że uczestniczą w czymś mocno dwuznacznym. Fermi dowcipkował, że oto przekonają się, czy od eksplozji zapali się atmosfera (wysuwano takie obawy, i to całkiem serio), a od niej Nowy Meksyk i cały świat.

Eksplozja dosłownie poraziła obserwatorów. Stalową wieżę zmiotła do fundamentów. Graves ocenił wybuch na 21 kiloton, Fermi – na 10 kiloton. Ostatecznie na podstawie pomiarów ustalono, że było to 18,6 kilotony. W odległości 720 m od centrum wybuchu znajdowano martwe, częściowo wypatroszone przez żar dzikie zające, które doświadczyły tego, co już niedługo miało przydarzyć się ludziom.

Miasta japońskie do zbombardowania nowymi bombami typował powołany specjalnie Komitet Celów. O tyle było to trudne, że Japonię od dłuższego czasu bombardowano w sposób konwencjonalny i ciężko było znaleźć tam miasto nietknięte bombami, a takiego wymagano, by łatwiej określić rozmiar zniszczeń. Na krótkiej liście znajdowały się Hiroszima, Kokura, Niigata i Nagasaki. Wiadomość, że w Hiroszimie nie przetrzymuje się amerykańskich jeńców, wysunęła ją na czoło rankingu.

Bomba o nazwie Little Boy (Mały chłopiec) miała spaść na Hiroszimę 1 sierpnia, ale zła pogoda odsunęła wyrok o pięć dni. Była to bomba z wstrzeliwanym pociskiem z uranu 235 w  umieszczoną w reflektorze drugą połówkę masy krytycznej. Miała 304 cm długości i 71 cm średnicy, ważyła 4 tony. Zabrał ją na pokład bombowiec B-29 nazwany przez dowódcę nazwiskiem panieńskim matki – Enola Gay. Wybuchła o godzinie 8.16 czasu Hiroszimy, 580 metrów nad ziemią (wtedy zniszczenia są największe), z siłą 12,5 kilotony. „Tam, gdzie dwie minuty wcześniej widzieliśmy czyste miasto, teraz nie było już miasta. Widzieliśmy dym i ogień pełzający po zboczach gór", wspominał członek załogi już po zakończeniu wojny. W dniu ataku Hiroszima liczyła 400 tys. mieszkańców; w ciągu pięciu lat liczba zgonów przypisywanych bombie wyniosła 200 tys.

9 sierpnia przyszła kolej na Fat Mana, bardziej skomplikowaną bombę plutonową z zapłonem implozyjnym. Celem była Kokura, ale gęsta mgła i dym uniemożliwiły precyzyjny zrzut. Wobec tego skierowano się nad Nagasaki, siedzibę największej kolonii katolickiej w Japonii, ale i miasto, gdzie wyprodukowano torpedy użyte w ataku na Pearl Harbour. O 11.02 Fat Man wybuchł nad miastem na wysokości  500 m z siłą 22 kiloton, powodując mniejsze zniszczenia niż Little Boy, ponieważ wzgórza ograniczyły zasięg działania bomby. W ciągu pięciu lat wskutek bezpośrednich obrażeń i na chorobę popromienną zmarło 140 tys. ludzi. 14 sierpnia Japonia ogłosiła kapitulację.