Test nuklearny Trinity. Fizycy bali się, że bomba zapali ziemską atmosferę

Trinity to kryptonim pierwszego testu broni atomowej. Twórcy implozyjnej broni atomowej z racji jej skomplikowania postanowili ją wcześniej przetestować zanim miała być wykorzystana w warunkach bojowych. Test mimo trudności powiódł się, ale niektórzy fizycy do końca bali się, że wybuch może doprowadzić do zapalania ziemskiej atmosfery.

Budowa bomby atomowej i projekt Manhattan

Leslie Groves i Robert Oppenheimer

Projekt Manhattan (od miejsca pierwszej siedziby projektu) był przedsięwzięciem badawczo-rozwojowym podczas II wojny światowej, w ramach którego wyprodukowano pierwsze bomby atomowe. Przewodziły mu Stany Zjednoczone przy wsparciu Wielkiej Brytanii i Kanady. Od 1942 do 1946 roku projektem kierował generał Leslie Groves z Korpusu Inżynierów Armii USA, który wcześniej nadzorował budowę Pentagonu (siedziba Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych). Natomiast dyrektorem Laboratorium w Los Alamos, gdzie fizycy pracowali nad zagadnieniami związanymi z bronią atomową, był fizyk Robert Oppenheimer.

Czytaj także → Historia bomby atomowej. Jak powstała bomba atomowa?

Projekt Manhattan rozpoczął się w 1939 r., rozrósł się do zatrudnienia ponad 130 000 osób i kosztował prawie 2 miliardy dolarów (równowartość ok. 25 miliardów dolarów w 2022 r.). Najwięcej pochłonęła budowa kompleksu obiektów do wytwarzania materiałów rozszczepialnych. Badania i produkcja odbywały się w ponad trzydziestu lokalizacjach w Stanach Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii i Kanadzie.

Projekt doprowadził do opracowania dwóch typów bomb atomowych. Pierwszą była stosunkowo prosta bomba o rdzeniu uranowym. Drugą natomiast bardziej złożona plutonowa broń atomowa typu implozyjnego.

Bomba atomowa uranowa - Little Boy

Bomba atomowa „Little Boy”

Pierwsza w historii wykorzystana w warunkach bojowych bomba atomowa spadła 6 sierpnia 1945 r. na japońską Hiroszimę, czyniąc gigantyczne spustoszenie. Ta bomba ważyła 4035 kg, w tym miała w sobie ładunek uranu ważący 64,1 kg. Żołnierze nazwali ją Little Boy, gdyż tak też nazywali bomby zapalające, z których zaczerpnięto zewnętrzny pancerz tego typu bomby atomowej. Mimo, że wydajność bomby wyniosła ledwie 17% to wybuchła z siłą 15-16 kiloton TNT zabijając nawet 100 tys. mieszkańców Hiroszimy. Jednakże w przypadku tej bomby naukowcy nie mieli praktycznie wątpliwości, że dojdzie do udanego wybuchu. Zatem zrezygnowali z przeprowadzenia wcześniejszego testu, by nie tracić ładunku jądrowego.

Bomba atomowa plutonowa - Fat Man

Bomba atomowa „Fat Man”

Druga bomba atomowa wykorzystana w warunkach bojowych, a pierwsza z ładunkiem plutonu spadła 9 sierpnia na Nagasaki. Bomba ważyła 4670 kg i miała w sobie ładunek 6,4 kg plutonu. Eksplodowała z siłą 21 kiloton TNT. Zatem mimo lżejszego ładunku wyzwolona energia była sporo wyższa niż w przypadku bomby uranowej.

Jednakże zanim bomba spadła na Nagasaki fizycy uznali, że konieczne jest przeprowadzenie eksperymentu testowego. Jak się później okazało trafnie szacowali, że efektywność tej bomby znacząco przewyższa efektywność bomby z rdzeniem uranowym. Cały proces wyzwalania ładunku jądrowego był bardziej skomplikowany i nie było pewne czy ta bomba na pewno wybuchnie. Dlatego Oppenheimer forsował przeprowadzenie jej testu.

Przygotowania do pierwszego eksperymentu z bombą atomową

Józef Stalin, Harry Truman i Winston Churchill w Poczdamie

Generał Groves był sceptyczny, co do przeprowadzenie próby jądrowej. Nie chciał bowiem tracić materiału jądrowego, którego z trudem i ogromnym kosztem pozyskiwał amerykański przemysł. Jednakże przeważyło zdanie Oppenheimera i innych naukowców, którzy podkreślali, że konieczne jest skonfrontowanie teoretycznych rozważań z rzeczywistym eksperymentem. Niemniej Groves nie zgodził się na zbudowanie prawdziwych domów celem przetestowania oddziaływania na nie bomby. Uznał to za niepotrzebną fanaberię naukowców.

Rozpoczęto poszukiwania ustronnego miejsca, który zapewniłoby bezpieczeństwo w realizacji testu. Znaleziono je na płaskim, pustynnym odcinku oddalonym o ok. 100 km od Alamogordo, który niegdyś Hiszpanie nazywali Drogą Śmierci. Była bowiem częścią hiszpańskiej posiadłości kolonialnej w Ameryce Północnej. Armia zabezpieczyła obszar ok. 30 na 40 km, w którym wywłaszczono nielicznych farmerów. Następnie rozpoczęto budowę infrastruktury potrzebnej do przeprowadzenia testu.

Jako, że Amerykanom zależało na posiadaniu gotowej do użycia broni atomowej w pierwszym tygodniu sierpnia Groves nalegał na Oppenheimera, by ten jak najszybciej przeprowadził test. Przy tym nie zgodził się na jakiekolwiek modyfikacje bomby, które mogłyby opóźnić test. Równocześnie 16 lipca 1945 r. w Poczdamie rozpoczynała się konferencja z udziałem prezydenta USA Harrego Trumana, premiera Wielkiej Brytanii Winstona Churchilla i przywódcy ZSRR Józefa Stalina. Truman chciał mieć w trakcie rozmów asa w rękawie w postaci posiadania nowej, straszliwej broni.

Gadżet dla Trumana

„Gadżet” przygotowany do próby

Jako, że konferencja w Poczdamie rozpoczynała się 17 lipca, to ostateczny termin dla testu wyznaczono najpóźniej na 16 lipca. Wcześniejsza data 4 lipca okazała się nierealna do utrzymania. Oppenheimer do końca pracował nad bombą nazywaną „gadżetem”. Jej implozyjny układ był bardzo skomplikowany i groźba, że test okaże się niewypałem, była realna. Kiedy jednak przezwyciężono problemy technicznie na przeszkodzie testu stanęła pogoda.

W piątek 13 lipca rozpoczęto montaż bomby na wieży. Robiono to z największą ostrożnością, gdyż obawiano się, że mogłaby upaść w trakcie podnoszenia, co nie tyle doprowadziłoby do wybuchu, co uniemożliwiłoby wykonanie testu. Kolejnego dnia bomba została wciągnięta na górę wieży. Przeprowadzono także próbny wybuch bez ładunku jądrowego. Ten się nie udał, za co obwiniono Georga Kistiakowsky’ego, który odpowiadał za projekt soczewek (specjalnych materiałów wybuchów), mających wyzwolić równomierną implozję potrzebną do wybuchu bomby plutonowej. Ten był wściekły i uznał to za błąd pomiaru. Postawił całą swoją miesięczną pensję przeciwko 10 dolarom Oppenheimera, że ładunek zadziała. Dzień przed wybuchem okazało się, że z Kistiakowsky ma rację i to aparatura pomiarowa nie jest zdolna do wychwycenia implozji.

Nocą między 15 a 16 lipca rozpętała się burza. Wykluczała ona przeprowadzenie testu, gdyż obawiano się rozniesienia przez deszcz i wiatr radioaktywnego opadu. Jednakże w godzinach porannych 16 lipca burza zaczęła ustępować. Toteż datę wybuchu przesunięto ledwie o godzinę z 4:00 na 5:00 nad ranem.

Wieża w punkcie zero

Do końca fizycy zastanawiali się, czy bomba wybuchnie oraz z jaką siłą. Między sobą robili zakłady o sile wybuchu. Oppenheimer obstawiał wybuch na 3 kiloton TNT, gdy Edward Teller stawiał dolara na 45 kiloton TNT. Natomiast włoski noblista Enrico Fermi rozpoczął przyjmowanie zakładów na to czy bomba zapali atmosferę, a jeśli tak to tylko nad Nowym Meksykiem czy na całym świecie. Do śmiechu nie było żołnierzom i samemu Oppeheimerowi, który znał czarny humor Fermiego, ale mimo to poprosił Edwarda Tellera o ponowne przeanalizowanie teoretycznej możliwości, która mogłaby spowodować, że wybuch przekroczy przewidywane granice.

Test nuklearny Trinity

Jedyne kolorowe zdjęcie testu Trinity

Ostatecznie test przeprowadzono o godz. 5:30 (dokładnie o 5:29:45). Eksplozja była gigantyczna, podobnie jak towarzyszący jej grzmot. Obserwatorzy najpierw widzieli rozbłysk biało-żółtego światła, a następnie ciepły podmuch wiatru. Bezpośrednio nad miejscem wybuchu ten wiatr wiał z niebotyczną prędkością przenikając i zapalając obiekty na swojej drodze. Wybuch był tak donośny, że powodował drżenie szyb nawet w odległości 300 km od miejsca wybuchu. W punkcie zero powstał krater szeroki na 40 m i głęboki na ok. 1,4 m. Doprowadził do przemiany piasku w radioaktywne szkliwo rozrzucone dookoła krateru na odległość ok. 300 m. Po wybuchu powstał ogromny grzyb atomowy o wysokości ok. 12 km. Wszystko zostało udokumentowane nagraniami oraz odczytami aparatur.

Oppenheimer i Groves przy szczątkach po teście Trinity (wrzesień 1945 r.)

Po wybuchu Oppenheimer z Fermim w dwóch czołgach udali się na miejsce eksplozji. Ostały się tylko fragmenty żelbetonowych fundamentów wieży, z której zrzucono bombę. Oppenheimer był pod wrażeniem siły eksplozji, co mieszało się z jego przerażeniem jak ta broń może być wykorzystana w przyszłości. W jednym z wywiadów mówił, że pomyślał wówczas o sobie, że „stał się śmiercią i niszczycielem światów”.

Wersja dla prasy

Wybuch był tak ogromny, że nie mógł zostać niezauważony. Przeciwnie, niemal natychmiast zaalarmował ludność w odległości wielu kilometrów. W służbach rozdzwoniły się telefony.

Czytaj także → Zrzucenie bomby atomowej na Hiroszimę w 1945. Kulisy tajnej misji, która zniszczyła całe miasto

Na tę okoliczność za wczasu przygotowano oficjalną wersję, w której podano, że wybuch był spowodowany eksplozją składu z amunicją. Wieść o udanym eksperymencie natychmiast przekazano do Trumana. Prezydent wiedział, że Stany Zjednoczone dysponują niszczycielską siłą, która może wcześniej zakończyć wojnę, a przede wszystkim zmusić Japonię do kapitulacji, oszczędzając tym samym żołnierzy amerykańskich. Ostatecznie tak się stało i po wybuchach bomb atomowych 6 i 9 sierpnia nad Hiroszimą i Nagasaki Japonia skapitulowała. 2 września formalnie podpisała akt kapitulacji kończący jednocześnie II wojnę światową.

Bibliografia:

1. A. Beevor, Druga wojna światowa, Kraków 2013.
2. K. Bird, M. J. Sherwin, Oppenheimer. Triumf i tragedia ojca bomby atomowej, Poznań 2022.
3. R. L. Rhodes, Jak powstała bomba atomowa, Warszawa 2021.
4. Ch. Wallace, M. Weiss, Hiroszima 1945, Kraków 2021.