https://frosthead.com

Kuidas füüsika Jaapanisse visanud aatomipommide disaini ajendas

Paljude Manhattani projektiga seotud teadlaste jaoks oli aatomipommi ehitamise võistlus sünge lahing elu ja surma vahel. Ei saanud eitada tehnoloogia hävitavat jõudu ega selle paratamatut tsiviilisikut. Pärast Hiroshima ja Nagasaki pommiplahvatusi, mis sellel nädalal toimus 70 aastat tagasi, meenutas teadusdirektor J. Robert Oppenheimer uudiseid kuuldes oma tundeid, tsiteerides hinduistlikku teksti: „Nüüd olen saanud surmaks, maailmade hävitajaks. "

Seotud sisu

  • Saddam Husseini ebaõnnestunud “superpüstoli” veider lugu
  • Hiroshima pommitamisest üle elanud 390-aastane puu
  • Tuumakatsetustest pärit atmosfääris viibiv plutoonium

Kuid Teise maailmasõja haardes, kus saksa teadlased töötasid pidevalt sama tehnoloogia kallal, olid Oppenheimer ja teised USA füüsikud keskendunud innukalt maailma esimese tuumarelva loomise ülesandele. Ja Los Alamose riikliku labori salajastes piirides puhkes kahe rühma vahel siselahing vastandlike ideedega, kuidas surmav kasulik koormus kätte toimetada.

Lõppkokkuvõttes langes Jaapanile vaid päevate vahega kahte tüüpi pommi, milles kasutati erinevaid radioaktiivseid materjale, koodnimega Little Boy ja Fat Man. Kuid kui teadlastel oleks nende esimesed katsed õnnestunud, võinuks mõlemad pommid nimetada õhukeseks meheks.

Aatomi tuum on muutlikum koht, kui võite arvata. Aatom sisaldab oma südames osakeste segu, mida nimetatakse prootoniteks ja neutroniteks, mis annavad aatomile massi ja ainulaadse elementaarse isiksuse. Kuigi antud keemilise elemendi kõigil aatomitel on sama arv prootoneid, võib neutronite arv varieeruda, andes erineva massiga isotoope. Kuid nagu ülerahvastatud parv, on mõned isotoobid stabiilsuse servas ja kalduvad spontaanselt liigset energiat ja osakesi kiirguse kujul välja heitma. Aja jooksul lagunevad radioaktiivsed isotoobid loomulikult stabiilsemaks konfiguratsiooniks ja isegi uuteks elementideks üsna ennustatavas sündmuste ahelas.

Aatomi kasutamine plahvatuse tekitamiseks tundus realistlik alles 1939. aastal, kui Berliini teadlastel õnnestus uraani aatom teadlikult kergemateks elementideks jagada. Õigel viisil indutseerituna võib see tuumalõhustumise protsess vabastada tohutul hulgal energiat - The New York Timesi esialgsete teadete kohaselt plahvatas Hiroshimale langenud pomm 20 000 tonni TNT-d, ehkki see hinnang on sellest ajast madalamale jõudnud kuni 15 000 tonni.

1939. aastal USA presidendile Franklin Rooseveltile saadetud kirjas hoiatas Albert Einstein lõhustumiskatse ja natside poolt relva ehitamise püüdluste eest. Varsti pärast seda näitasid teadlased, kui palju uraani on vaja kriitilise massi saavutamiseks ja lõhkepommi detoneerimiseks, ning nad tõestasid, et nad võivad ülesande jaoks kasutada ka plutooniumi. 1941. aastaks oli Manhattani projekt liitunud toimiva aatomipommi väljatöötamise võidujooksuga.

Oppenheimer pani alguses oma usu disaininimega Thin Man, pika, kõhn relva tüüpi pommi. See tulistaks radioaktiivse materjali pistiku samadest esemetest valmistatud märklauale, nii et kokkusurumisjõud ja suurenenud mass vallandasid ahelreaktsiooni, mis põhjustab lõhustumise plahvatuse. Hekina uuris teine ​​meeskond plahvatuspommi, mis suruks alakriitilise massi materjali kokku tuumas, mida ümbritsevad lõhkeained. Kui laengud kustusid, pigistatakse materjali pall greibi suurusest tennisepalli suuruseks, saavutades kriitilise massi ja plahvatades pommi.

Boeing B-29 Superfortressi pommitaja veereb Mariana saartel Tiniani laadimisel pommikaevu taha. (Aatomipärandi Sihtasutuse viisakalt) Pomm Little Boy toetub hüdraulilisele tõstukile. (Aatomipärandi Sihtasutuse viisakalt) Pommi Fat Man saab selle transpordinukult järele. (Aatomipärandi Sihtasutuse viisakalt) Pommi Väike Poiss on valmis laadima B-29 pommitajasse Enola Gay . (Aatomipärandi Sihtasutuse viisakalt) Fat Mani pommi implanteeritud südamik valmistatakse korpusesse paigutamiseks. (Aatomipärandi Sihtasutuse viisakalt) Hüdrauliline lift tõstab Little Boy pommi lennuki lahtrisse. (Aatomipärandi Sihtasutuse viisakalt) Enne B-29 Bockscarisse laadimist tõstetakse rasvatihane pommikasti kohal asuval liftil . (Aatomipärandi Sihtasutuse viisakalt) Väike poiss pomm Enola Gay lahe sees. (Aatomipärandi Sihtasutuse viisakalt) Enola Gay weeponeer Deak Parsons oli üks paljudest inimestest, kes kirjutas oma nimele Fat Mani pommi sabakoostel oma nime. (Aatomipärandi Sihtasutuse viisakalt)

Plahvatuse kujundus oli elegantne, kuid füüsika polnud nii kindel, mistõttu püstolimudel oli esmatähtis. Umbes nelja kuu pärast mõistsid projekti teadlased, et õhuke inimene ei kavatse töötada soovitud kütuseallika, radioaktiivse isotoobi plutoonium-139 abil. Washingtoni kaguosa osariigis asuv Hanfordi sait ehitati 1943. aastal relvade klassi plutooniumi väljapumpamiseks ja selgus, et selle reaktorite materjalidel oli saatuslik viga.

"Plutooniumi õhukese inimese kujundusest tuli loobuda suure detoneerimise eelduse tõttu, " ütleb Smithsoniani Ameerika ajaloo muuseumi sõjaväe tehnoloogiaajaloolane Barton Hacker. See pole nii hirmutav, kui see kõlab - see tähendab lihtsalt, et pistik ja sihtmärk kaotavad oma hävitava jõu enne, kui pomm võib tegelikult kustuda. "Kättesaadav plutoonium eraldas liiga palju neutroneid, tuues välja tuumareaktsiooni enne kriitilise massi saavutamist, mille tulemuseks oli see, mida füüsikud nimetasid kihisevaks."

Uraani neutronide emissioon oli piisavalt madal, et lasta püstolitüübil saavutada kriitiline mass, kuid varustus oli tõsiselt piiratud. "Plutooniumi saaks toota kiiremini kui relva kvaliteediga uraani, " ütleb Hacker. "Püstoli disain töötas kindlasti, kuid 1945. aastal polnud rohkem kui ühe jaoks uraani piisavalt."

Pomm Little Littley, mis langes 6. augustil 1945 Hiroshimale, oli Õhukese inimese, lühema püssitüüpi pommi, mis kandis uraani kasulikkust, järglased. Samal ajal oli 9. augustil Nagasakile maha kukkunud pomm implanteerimisseade, plutooniumi abil töötav Rasvamees. Selle disain oli kümme korda efektiivsem ja tekitas suurema plahvatusjõu, mis moodsate hinnangute kohaselt on umbes 21 000 tonni TNT-d. Ehkki Little Boy pomm oli vähem tõhus ja vähem võimas, hävitas see suurema osa Hiroshima ümbritsevast alast, kuna Nagasaki ümbritsev künklik maastik piiras Paksmehe lööklaine raadiust. Pärast pommiplahvatust sai külma sõja ajastul tuumarelvade esmaseks kujundamiseks implanteerimine.

"Minu teada oli ainus relva tüüpi konstruktsioon, mis kunagi Hiroshima järel plahvatas, üks 1953. aastal Nevadas katsetatud tuumarelva suurtükikoor, " ütleb Hacker. "Kõik ülejäänud olid implasioonkavandid. Püstolitüübid olid usaldusväärsed, kuid ebaefektiivsed, kasutades sama tulemuse saamiseks implantatsiooniseadmetega rohkem tuumamaterjali. Need jäid varudesse suurtükiväe kestadena, kuid mitte ühtegi teist detoneeriti."

Kuidas füüsika Jaapanisse visanud aatomipommide disaini ajendas