A MANHATTAN TERV

és az addig vezető út a tudományban

A – Bomba – avagy az atombomba
/fúzió/

1939 – ben fedezte fel Hahn, Strassman és Meitner, hogy neutron sugárzás hatására atommaghasadás történik. Az uránatom magja két közepes méretű magra esik szét. Az volt a feltevésük, hogy elméletileg minden egyes atommag hasadhat, gyakorlatban azonban csak uránizotópnál és plutóniumizotópnál jön létre hasadás. Ezen két izotóp hasadásakor több energia szabadul fel, mint amennyi a hasításhoz szükséges. A hasadás létrejöttekor egyfajta láncreakció indul be: a hasadás újabb hasadáshoz vezet. Az atombomba esetében ez a fajta láncreakció kontrollálhatatlan.

Az uránról és izotópjairól ITT olvashatsz bővebben. Míg egy atombombához legalább 25 kg urán szükséges, addig a plutóniumból elegendő csupán 8 kg.

Az atombomba belsejében található a hasadó anyag, ezt veszi körbe egy neutronokat visszaverő réteg, ami megakadályozza, hogy elszökjenek a felszabaduló elektronok. Máskülönben nem jön létre láncreakció. Szükség van hagyományos robbanó anyagra is, detonátorra, és egy kis térre a köpenyen/külső burkolaton belül.

Egy 20 kilotonna TNT erejének megfelelő atombombából felszabadult energia körülbelül 1000km/h-val süvöltő, 3900 C fokos perzselő tűz-szélvihar és lökéshullám.
50% – a maga a lökéshullám, ami mintegy 30 másodpercig tart. 35% – a a hősugárzás, ami alig 10 másodpercig tart, ám nagyjából 1 km sugarú körben mindent elolvaszt, 2,5 km – en belül pedig minden éghető anyagot begyullaszt. 10% – a radioaktív szóródás és 5% kezdeti sugárzás. Előbbi hosszútávon hat, utóbbi azonnal elpusztít minden élőt.

A Hiroshimára ledobott atombomba 64,1 kg 82,7%-ra dúsított uránt tartalmazott; ennek 1,38%-a hasznosult, rombolóereje 15 kilotonna TNT – ének felelt meg.

Hogy jutottunk idáig?

Az első atombombáig ezerfelől és rengeteg út vezetett, hosszú – hosszú időn át, különböző korszakok, különböző területeken dolgozó tudósainak felfedezései nyomán. Csillagászat, kvantummechanika, magfizika, részecskefizika, molekulafizika… Ide lehetetlen lenne a kezdetektől mindent felsorolni, de álljon itt néhány dolog tömören, nagyon sok mindent kihagyva, hogy lássuk minden, mindennel összefügg. Így épül fel a világunk. =)

• i. e. 440
  Démokritosz (Abdéra, I. e. 470 és I. e. 460 között – Abdéra, I. e. 370 körül) görög atomista filozófus azt feltételezte többed magával, hogy az anyag oszthatatlan részecskékből, azaz atomokból épül fel
• 1803
  John Dalton (Eaglesfield, 1766. szeptember 6. – Manchester, 1844. július 27.) fizikus, kémikus bevezette az atom ötletét a kémiába és azt állította, hogy az anyag különböző tömegű atomokból áll
• 1871
  Dmitrij Ivanovics Mengyelejev (Tobolszk, 1834. február 8. – Szentpétervár, 1907. február 2.) orosz kémikus tulajdonságok szerint rendezte az elemeket, létrehozva a periódusos rendszert
• 1873
  Johannes van der Waals (Leiden, 1837. november 23. – Amszterdam, 1923. március 8.) holland fizikus bevezette a molekulák közötti gyenge kölcsönhatás ötletét
• 1896–1904
  Pierre Curie (Párizs, 1859. május 15. – Párizs, 1906. április 19.) francia fizikus, kémikus és Marie Curie (Varsó, 1867. november 7. – Passy, 1934. július 4.) lengyel fizikus és vegyész kimutatták az alfa-, a béta-, és a gamma sugárzást mágneses eltérülés alapján
• 1895
  William Ramsay (Glasgow, 1852. október 2. – High Wycombe, 1916. július 23.) skót kémikus felfedezte a héliumot a földön, amikor a bomló urán által létrehozott gázt tanulmányozta spektroszkópiai úton
• 1896
  Antoine Henri Becquerel (Párizs, 1852. december 15. – Bretagne, 1908. augusztus 25.) francia fizikus felfedezte az urán radioaktivitását
• 1897
  Joseph John Thomson (Manchester, 1856. december 18.– 1940. augusztus 30.) brit fizikus felfedezte az elektront
• 1898
  Marie és Pierre Curie elkülönítette és tanulmányozta a rádiumot és a polóniumot
• 1899
  Ernest Rutherford (Brightwater, 1871. augusztus 30. – Cambridge 1937. október 19.) brit fizikus felfedezte, hogy az urán által kibocsátott sugárzás pozitív és negatív töltésű részecskékből áll (alfa-részecske, béta-részecske)
• 1900
  – Paul Villard (Saint-Germain-au-Mont-d’Or, Franciaország, 1860. szept. 28. – Bayonne, 1934. jan. 13.) francia kémikus, fizikus felfedezte a gamma-sugárzást az urán bomlásának tanulmányozásakor
  – Max Karl Ernst Ludwig Planck (Kiel, 1858. április 23. – Göttingen, 1947. október 4.) német fizikus, a kvantummechanika megalapítója felállította kvantumhipotézisét a feketetest-sugárzással kapcsolatban
• 1904
  Joseph John Thomson megalkotta az első atommodellt
• 1905 – 1917
  Albert Einstein (Ulm, 1879. március 14. – Princeton, 1955. április 18.) zsidó származású német elméleti fizikus megmagyarázta a fotoelektromos jelenséget és hatásait
• 1909
  Ernest Rutherford (Brightwater, 1871. augusztus 30. – Cambridge 1937. október 19.) brit fizikus és Thomas Royds (Moorside 1884. ápr. 11. – Southport, 1955. máj. 1.)  angol napfizikus kimutatta, hogy az alfa-részecskék kétszeresen ionizált héliumatomok
• 1911
  Ernest Rutherford szórási kísérletéből következtetett az atommag és az elektronfelhő sugarára
• 1912
  Bohr-féle atommodell: 10^-15 m méretű atommag körül keringenek kötött pályákon az elektronok. A pályák energetikailag stabilak, ezért az elektronok keringésük közben nem adnak le energiát.
• 1913
  – Henry Moseley (Weymouth, 1887. november 23. – Gallipoli, 1915. augusztus 10.) angol fizikus kimutatta, hogy az atommag töltése a leglényegesebb meghatározója az elemek tulajdonságainak
  – Niels Bohr (Koppenhága, 1885. október 7. – Koppenhága, 1962. november 18.) dán fizikus megjelentette az atom kvantummodelljét (ezt később módosították)
• 1913
  Robert Millikan (Illinois, 1868. március 22. – Kalifornia, 1953. december 19.) amerikai kísérleti fizikus megmérte az az elektromos töltés alapvető egységét
• 1914
  Ernest Rutherford felvetette, hogy a pozitív atommag protonokat tartalmaz
• 1919
  – Aston feltalálta a tömegspektrográfot, aminek segítségével meg tudta mérni az atommag tömegét.
  – Rutherford felfedezte a protont (alfa sugarakkal bombázta a nitrogén atommagot). Atommagmodell: az atommagot protonok alkotják, az elektronok a mag körül keringenek.
• 1922
  Arthur Compton (Ohio, 1892. szeptember 10. – Kalifornia, 1962. március 15.) amerikai fizikus tanulmányozta a röntgensugárzás szóródását elektronon
• 1923
  Louis de Broglie (Felső-Normandia, 1892. augusztus 15. – Yvelines, 1987. március 19.) Nobel-díjas francia fizikus felvetette, hogy az elektronnak hullámtulajdonságai lehetnek
• 1925
  Werner Karl Heisenberg (Würzburg, 1901. december 5. – München, 1976. február 1.) német fizikus, Max Born (Breslau, 1882. december 11. – Göttingen, 1970. január 5.) német fizikusés Pascual Jordan (Hannover, Németország, 1902. okt. 18. – Hamburg, 1980. júl. 31.) német fizikus megfogalmazta a kvantummechanika mátrixmodelljét
• 1926
  – Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (Bécs, 1887. augusztus 12. – Bécs, 1961. január 4.) osztrák fizikus felírta nem relativisztikus hullámegyenletét és megfogalmazta a kvantummechanika hullámmodelljét
  – Oskar Benjamin Klein (Mörby, 1894. szept. 15. – Stockholm, 1977. febr. 5.) és Walter Gordon (Apolda, 1893. augusztus 13. – Stockholm, 1939. december 24) német fizikus felírták a relativisztikus kvantummechanikai hullámegyenletüket
• 1927
  Werner Karl Heisenberg bevezette a kvantummechanika határozatlansági relációját
• 1928
  – Paul Dirac (Bristol, 1902. augusztus 8. – Florida, 1984. október 20.) brit Nobel-díjas fizikus felírta relativisztikus hullámegyenletét az elektronra
• 1930
  Boethe-Becker könnyű elemeket alfa sugárzással bombáztak, nagy áthatoló képességű sugárzás felfedezése
• 1931
  Wolfgang Pauli (Bécs, 1900. április 25. – Zürich, 1958. december 15.) osztrák származású svájci fizikus bevezette a neutrínó fogalmát, hogy megmagyarázza, hogy a béta-bomlásban miért nem tűnik igaznak az energiamegmaradás-törvénye
• 1931
  Harold C. Urey (Indiana, 1893. április 29. – Kalifornia, 1981. január 5.) amerikai fizikokémikus felfedezte a deutériumot
• 1932
  – John Cockcroft és Thomas Walton lítium és bór atommagot hasított proton bombázással
  – James Chadwick (Cheshire, 1891. október 20. – Cambridge, 1974. július 24.) angol fizikus felfedezte a semleges töltésű neutront
  – Joliot Curie nagy áthatoló képességű sugárzással magátalakulást hozott létre
  – Werner Heisenberg kidolgozta az atommag proton-neutron modelljét, és ezzel megmagyarázta az izotópokat
  Heisenberg – féle atommag-modell: a 10^-15 m sugarú atommagban protonok és neutronok találhatóak, az atommag körül 10^-10 m sugarú gömbben elektronok keringenek
  – Carl David Anderson (New York, 1905. szeptember 3. – Kalifornia, 1991. január 11.) amerikai kísérleti fizikus felfedezte a pozitront
• 1934
  – Szilárd Leó (Budapest–Terézváros, 1898. február 11. – La Jolla, Kalifornia, 1964. május 30.) rájött, hogy az atommag láncreakció lehetséges
  – Enrico Fermi (Róma, 1901. szeptember 29. – Chicago, 1954. november 28.) olasz fizikus megalkotta a béta-bomlás elméletét és javasolta, hogy bombázzanak urán atomokat neutronokkal
• 1936
  – Wigner Jenő (Budapest, 1902. november 17. – Princeton, 1995. január 1.) kifejlesztette az atomok neutronbefogásának elméletét
  – George Anthony Gamow (Odessza, 1904. március 4. – Boulder, Colorado, 1968. augusztus 19.) orosz származású amerikai fizikus és Szilárd Leó közösen dolgozzák ki az atommag béta-bomlásának az impulzusmomentumra vontakozó szabályát
• 1938
  George Anthony Gamow és Teller Ede (Budapest, 1908. január 15. – Stanford, Kalifornia, 2003. szeptember 9.) magyar – amerikai atomfizikus kidolgozzák a a termonukleáris fúzió elméletét
• 1939
  Otto Hahn (Frankfurt , 1879. március 8. – Göttingen, 1968. július 28.) német kémikus és Fritz Strassman (Boppard, 1902. febr. 22. – Mainz, 1980. ápr. 22.) német fizikus és vegyész megállapította, hogy maghasadás jön létre. Uránsót bombázott terminális neutronokkal, és felfedezte a báriumot a reakciótermékek között.
• 1942
  Enrico Fermi létrehozta az első irányított atommag láncreakciót, társaival megalkotják az első atomreaktort Chicagoban.

Az Urán Bizottság létrejötte

Szilárd Leó fejéből pattant ki a majdani atomba működésének láncreakciós elve a neutronok által. 1934 – ben és 1936 – ban nyújtott be szabadalmakat ezzel kapcsoltan. Miután 1939 – ben Otto Hahn német kémikus és Fritz Strassman német fizikus sikeresen atomot hasított, javaslatot tett, hogy tudóstársai ne publikáljanak kutatási eredményeket, ezzel akadályozván a német tudósok közelebb kerülését egy atombomba megépítéséhez. Ezzel egyetemben született meg az úgynevezett Einstein – Szilárd levél, amelyet néhány európai tudós és kutató nevében Albert Einstein írt meg Franklin D. Roosewelt (New York, 1882. január 30. – Warm Springs, 1945. április 12.) akkor amerikai elnöknek, melyben felhívják a figyelmet többek közt arra, hogy a németek nukleáris energia kutatásaik egy atomba előállításához vezethetnek.

Magyar fordításban:

„Tisztelt Elnök úr,

Kéziratban olvastam E. Fermi és L. Szilárd tanulmányait, Ezek arra engednek következtetni, hogy az urán nevû elem a jövõben egy új és fontos energiaforrássá válhat. Ez új helyzetet teremt, ami megkívánja a Kormány figyelmét és – ha szükséges – gyors intézkedését.

Úgy érzem, hogy kötelességem az Ön figyelmébe ajánlani a következõ tényeket és javaslatokat:

Az utóbbi év folyamán Joliot kísérletei Franciaországban, továbbá Fermi és Szilárd kísérletei Amerikában megmutatták, hogy elegendõ nagy uránmennyiségben láncreakció idézhetõ elõ, minek során hatalmas mennyiségû energia és sok rádiumszerû elem keletkezik. Szinte bizonyos, hogy ez a közeli jövõben megvalósítható lesz.

Az új jelenség bomba gyártását is lehetõvé tehet. Föltételezhetõ – noha kevésbé bizonyos – hogy egészen új típusú és rendkívüli erejû bomba készíthetõ. Ha egy ilyen bombát hajón egy kikötõbe juttatnak és ott felrobbantanak, az elpusztíthatja az egész kikötõt és annak környékét. Lehet, hogy a bomba túlságosan nehéz lesz, hogy repülõgép szállíthassa.

Az Egyesült Államokban csak alacsony koncentrációjú uránérc található korlátozott mennyiségben. Uránérc található Kanadában és az egykori Csehszlovákiában. A legfontosabb urán-lelõhely Belga-Kongó.
Mindezt figyelembe véve Elnök Úr fontosnak ítélheti, hogy folyamatos kapcsolat létesüljön a Kormány és azok közt a fizikusok között, akik Amerikában a láncreakcióval foglalkoznak. Ennek egy lehetséges módja, hogy Ön fölkér valakit, aki az Ön bizalmát élvezi, és aki esetleg nem hivatalos minõségben is ellátja a következõ tennivalókat:

a) kapcsolatba lép a megfelelõ kormányhivatalokkal, folyamatosan informálja azokat, és ajánlásokat terjeszt a kormány elé; elsosorban pedig gondoskodik arról, hogy uránércet szállítsanak az Egyesült Államokba;

b) megfelelõ pénzügyi támogatással felgyorsítja a kísérleti munkát, ami segíti mindazokat, akik be kívánnak kapcsolódni a munkába, továbbá esetleg bevon olyan ipari laboratóriumokat is, amelyeknek megvan a megfelelõ felszereltségük.

Tudomásom van róla, hogy Németország leállította a megszállt Csehországban bányászott urán eladását. Az ilyen akciót talán az magyarázza, hogy Weizsäcker német államtitkár fia Berlinben, a Vilmos Császár Kutatóintézetben dolgozik, ahol most egyes Amerikában végzett kutatásokat megismételnek

Tisztelõ híve
Albert Einstein”

1939. augusztus 02

A levél megírása után, hivatalosan szeptember elsején, kitört a II. Világháború, így a levél csak a keltezés évének októberében jutott Roosevelt – hez. A háború és a levél tartalmának hatására jött létre az Uránium Bizottság, aminek tagjai között volt többek közt Szilárd Leó, Teller Ede, Wigner Jenő és Enrico Fermi, a kutatások vezetője. Később, 1942 – ben a Manhattan – terv is megszületett, melyet Amerika Nagy – Britanniával és Kanadával együtt indított.

A Manhattan Terv

1942. augusztus 13-án indult hivatalosan a Manhattan Terv különböző helyszíneken. Ennek keretében épült meg Chicago – ban az első atomreaktor ugyanezen év decemberében.

Az atomreaktorokban az atommag hasadásakor létrejövő láncreakciót szabályozzák, így kontrollált, egyenletes az energiafelszabadulás.

A feladat az volt, hogy a németek előtt hozzák létre az első atombombát, hogy azt bevethessék ellenük, véget vetve a háborúnak és ne utolsó sorban politikailag biztosítsák nagyhatalmukat például a Szovjetunióval szemben is. A projekt vezetője Julius Robert Oppenheimer (New York, 1904. április 22. – Princeton, 1967. február 18.) zsidó származású amerikai elméleti fizikus lett, aki a magfizika és a kvantumfizika területén végzett jelentős, eredményes kutatásokat. A fekete lyukak atyjaként is emlegetik. A katonai vezető Leslie Richard Groves Jr (New York, 1896. augusztus 17 – Washington 1970. július 13.) mérnök – tábornok.

A központ Los Alamosban volt, Új -Mexikóban, később a sivatgba, a White Sands rakétakísérleti telepre helyezték át a robbantási kísérletek miatt.

Mellette több száz tudós dolgozott az atombomba fejlesztésén, megépítésén. Magyar vonatkozásban például Szilárd Leó, Teller Ede és Wingler János mellett, Neumann János (Budapest, 1903. december 28. – Washington, 1957. február 8.) matematikus is csatlakozott 1943-tól. Ő matematikusként végzett sikeres számításokat arra vonatkozóan, miként lehet a kritikus tömeget gyorsan elérni.

Maga az atomfegyver kísérleti kódneve Oppenheimertől származik: Trinity, avagy Szentháromság.

Trinity teszt – az atomkorszak kezdete

Az aktuális teszthez a plutónium magos szerkezetet egy 30 méter magas torony tetejére, csörlővel vontatták fel. Különböző helyszínekről, hegesztőpajzson át figyelhették a tudósok munkájuk eredményét.

1945. július 16 reggelén végrehajtották a világ első kísérleti robbantását, amivel kezdetét vette a nukleáris korszak. A detonáció után egy közel három kilométeres gombafelhő alakult ki, a robbanás helyén pedig radioaktív zöld üveg keletkezett.

A kísérlet sikeres volt, ismerjük a folytatást.

1945. augusztus 6 – án és 9 – én vetették be először élesben a világ első atombombáit Hiroshimában és Nagasakiban.

Hiroshima – ra a  Little Boy névre keresztelt urán töltettel bíró bombát, míg Nagasaki – ra a Fat Man nevet viselő, plutónium töltetűt.

Sokak álláspontja, hogy az Einstein – Szilárd levél volt a kiindulópontja az atombomba kifejlesztésére. Albert Einstein nem vett részt a programban és idővel az egyik legnagyobb hibájának tartotta a levél megírását.

1945. május 8 – án Németország kapitulációja után Szilárd Leó, Einstein és jó néhány tudós az atombomba szükségtelen bevetésére figyelmeztette az amerikai kormányt. 1944 – ben azonban már Roosewelt és Winston Churchill (Woodstock, 1874. november 30. – London, 1965. január 24.) brit miniszterelnök egy találkozójuk alkalmával már eldöntötték, hogy a célpont az 1941 – ben részben az olajembargó miatt Amerika ellen fordult Japán lesz.

Időközben Roosevelt elhunyt, így a helyébe lépő elnök, Harry S. Truman (Lamar, 1884. május 8. – Kansas City, 1972. december 26.) hozta meg a végső döntést.

1978 – ban a Béke Világtanács elnöksége augusztus 6 – át A nukleáris fegyverek betiltásáért folyó harc világnapjává nyilvánította.

Az Egyesült Nemzetek Szervezete – ENSZ 1996. szeptember 10-én fogadta el az atomfegyver-kísérletek teljes tilalmáról rendelkező Átfogó Atomcsend (CTBT) szerződést.

Az első, hivatalban lévő elnök, aki felkereste Hiroshimát, Barack Obama volt 2016 – ban.

Napjainkban körülbelül 15 000 nukleáris robbanófej létezik a világon, ennek 90% – át Amerika és Oroszország birtokolja.

Be a Nerdy Bird!