Manheteno projektas – didžiausias II-ojo pasaulinio karo eksperimentas, kainavęs 23 mlrd. dolerių ir visiems laikams pakeitęs pasaulį (Foto, Video) ()
|
Visi šio ciklo įrašai |
|
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Lengviausias būdas tai padaryti yra branduoliniuose reaktoriuose, kuriuose kaip kuro strypai naudojami uranas-235. Manheteno projekto metu buvo pastatyti keli tokie reaktoriai, skirti gaminti plutonį, reikalingą atominei bombai pastatyti, žymiausi iš jų „X-10“ grafito reaktorius „Clinton Engineer Works“ Oak Ridge mieste ir Hanfordo inžinierinėje gamykloje Vašingtono valstijoje.
Kadangi plutonis-239 pasiekia kritinę masę ties maždaug 10,8 kg (kuri apytiksliai sudaro 10,6 cm skersmens sferą), jam nereikia tiek daug medžiagų, kad būtų sukurta grandininio dalijimosi reakcija, reikalinga bombai. Bėda buvo pagaminti ir izoliuoti pakankamai izotopo iš reaktorių, kad būtų pasiekta reikiama masė.
Uraną galima išgauti iš rūdos, randamos gamtoje, tačiau norint gauti plutonį reikėjo efektyviai naudoti uraną, todėl reikėjo išlaikyti kruopščią pusiausvyrą, kad būtų užtikrinta, jog abiejų skiliųjų medžiagų pakaktų Manheteno projekto tikslams.
Iš viso iki 1945 m. liepos į Los Alamos buvo pristatyta pakankamai plutonio, kad būtų galima pagaminti dvi atomines bombas. Iš viso Manheteno projektas iki 1945 m. pagamino pakankamai skiliųjų medžiagų tik trims bomboms, ir niekas net nebuvo tikras, ar kuri nors iš jų veiks.
Galingiausio pasaulyje ginklo kūrimas
Atominei bombai gaminti buvo naudojami du skirtingi dizainai.
Pirmoji buvo vadinama ginklo tipo bomba (gun-type). Šis metodas apima subkritinės skiliosios medžiagos kulkos „iššovimą“ į tikslinę subkritinę tos pačios skiliosios medžiagos masę, naudojant įprastą cheminį užtaisą kaip raketinį kurą.
Kai „kulka“ atsitrenkia į tikslinę masę, ji paleidžia į ją neutronų pliūpsnį, kad inicijuotų superkritinę dalijimosi reakciją, kuri eksponentiškai išauga ir per kulkos, ir per taikinio mases.
Pagrindinis šio tipo prietaisų iššūkis yra pasiekti superkritiškumą, kol bomba pati nesusinaikina. Tai reiškia, kad kulkos greitis ir masė turi būti pakankami, kad grandininė reakcija būtų pradėta greitai, bet ne tokia didelė ar greita, kad sunaikintų dvi mases, kol jos neturi pakankamai laiko įvykdyti superkritinėms dalijimosi reakcijoms.
Tačiau tokio tipo bombas lengviau pagaminti, todėl tai buvo pirmoji bomba, suprojektuota Los Alamose 1943 metais.
„Thin Man“ („Liesas žmogus“), kaip buvo vadinama bomba, kaip reagentą naudojo plutonį. Tačiau po to, kai 1944 m. Los Alamos laboratorija gavo pirmąją plutonio-239 partiją iš Oak Ridge, buvo nustatyta, kad masėje yra per daug plutonio-240, kad jį būtų galima panaudoti ginklo tipo bomboje.
Ginklo tipo bomboje plutonis-240 sureaguotų per greitai ir susprogdintų bombą, kol likusi medžiaga nepasiekė pakankamai kritinės reakcijos, kad sukeltų norimą sprogimą.
Norint panaudoti plutonio medžiagą, reikėjo sukurti kitą bombos dizainą.
Los Alamos fizikas Sethas Neddermeyeris jau 1944 m. rengė sprogimo tipo (implosion-type) bombos planus. Tokioje bomboje naudojami sferiniai sprogmenys, kad subkritinė skiliosios medžiagos masė būtų suspausta į tankesnę.
Kai subkritinės masės atomai susispaudžia, neutronų gaudymas vyksta daug greičiau ir greitai inicijuojama superkritinė dalijimosi grandininė reakcija.
Problema, susijusi su sprogimo tipo bomba, yra ta, kad teoriniu ir praktiniu požiūriu jos dizainas yra daug sudėtingesnis, todėl ją daug sunkiau įgyvendinti.
Tačiau šis dizainas turėjo pranašumą, nes iš esmės paneigė priešlaikinio plutonio-240 detonacijos problemą, nes sprogstamą jėgą, kurią sukuria izotopas, atsveria sprogstamoji jėga, kuri pirmiausia sukėlė jo reakciją.
1943 m. pabaigoje Johnas von Neumannas, matematikas ir kompiuterių mokslininkas iš Los Alamos laboratorijos, patobulino Neddermeyerio sprogimo projektą, perskaičiuodamas skaičiavimus, reikalingus norint sukurti tinkamą sprogstamąjį sprogdinimą, ir taip pat pristatė plutonio šerdies sferinę konstrukciją, o ne cilindrą, kaip buvo Neddermeyerio dizaine.
Sferinė konstrukcija labai sumažino priešlaikinių detonacijų tikimybę, taip pat padidino skiliosios grandininės reakcijos efektyvumą, nes ji ilgą laiką buvo sandariai supakuota. Tai padidino plutonio dalijimosi reakcijų skaičių, kol išsiskirianti energija susprogdina bombą.
Patvirtinęs, kad sprogimo tipo bomba buvo geresnio dizaino, Oppenheimeris nukreipė Los Alamos išteklius kuriant naują bombą, pavadintą „Fat Man“ („Storulis“), kuri naudotų jau esamą pagamintą plutonį, skirtą pirmajai atominei bombai gaminti.
Von Neumanno konstrukcijoje buvo naudojami sprogstamieji „lęšiai“, valdantys per juos praeinančios smūgio bangos geometriją.
Patobulinti sprogimo mechanizmo dizainą prireikė kelių mėnesių. Galutinėje konstrukcijoje buvo naudojami tiek greiti, tiek lėti sprogmenys, suvynioti į nupjautą ikosaedrą su 20 šešiakampių ir 12 penkiakampių lęšių. Kiekvienas lęšis svėrė apie 36 kg.
Plutonio dalijimosi reakcija taip pat turėjo būti suplanuota labai tiksliai ir tam tikslui turėjo būti išrastas visiškai naujas detonatorius.
Plutonio reagento korpuso projektavimas taip pat buvo ilgas ir daug darbo reikalaujantis procesas. Aliuminio stūmiklis ir natūralaus urano tamperis buvo sukurti taip, kad suspaustų ir kuo ilgiau išlaikytų paleistą plutonio šerdį kartu, o neutronus atspindėtų atgal į plutonį, kad suaktyvėtų daugiau dalijimosi reakcijų.
Taip pat teko sugalvoti, kaip tinkamai suformuoti plutonį į sandarią, lygią sferą. Plutonis yra trapus kambario temperatūroje, tačiau po tam tikrų bandymų ir klaidų buvo nustatyta, kad jis buvo kalus 300–450 laipsnių Celsijaus temperatūroje.
Siekiant stabilizuoti plutonį, jis buvo sumaišytas su galiu, kaitinamas ir presuojamas į sferinę formą. Tada jis buvo padengtas nikeliu, kad būtų išvengta korozijos.
Pirmoji plutonio sfera buvo pagaminta ir pristatyta į laboratoriją 1945 m. liepos 2 d., o kita - maždaug po trijų savaičių.
„Trinity“ bandymas
1945 m. liepos viduryje atėjo laikas pagaliau patikrinti ilgus metus trukusių intensyvių tyrimų ir pastangų rezultatus.
Liepos 16 d., Alamogordo armijos aerodromo bombardavimo poligone, Naujojoje Meksikoje, ant 30 m aukščio plieninio bokšto viršaus buvo padėtas prietaisas, pravarde „gadget“ („įtaisas“). Jis buvo pastatytas ant bokšto, kad imituotų jo numetimą iš bombonešio.
Bandymą, kodiniu pavadinimu „Trinity“, patvirtino armija su sąlyga, kad bomba bus patalpinta į konteinerį, pavadintą „Jumbo“, kad gedimo atveju būtų galima atgauti bet kokią aktyvią medžiagą.
1945 m. liepos 16 d., 5:29:45 vietos laiku, „įtaisas“ sprogo 20 kilotonų trotilo jėga, sukurdamas daugiau nei 11 km aukščio grybo debesį, o smūgio banga buvo juntama daugiau nei už 160 km. Sprogimas paliko 76 m pločio radioaktyvaus stiklo kraterį, dabar vadinamą trinitu, o detonacijos garsas buvo girdimas net Teksase.
Oppenheimeris, kuris stebėjo testą, vėliau pasakojo:
„Žinojome, kad pasaulis nebebus toks pat. Keli žmonės juokėsi, keli verkė. Dauguma žmonių tylėjo. Prisiminiau eilutę iš indų šventraščio „Bhagavad Gita“; Višnu bando įtikinti Princą, kad jis atliktų savo pareigą ir, norėdamas padaryti jam įspūdį, įgauna daugiarankį pavidalą ir sako: „Dabar aš tapau Mirtimi, pasaulių naikintoju“.
Manheteno projekto palikimas
Mažiau nei po mėnesio, 1945 m. rugpjūčio 6 d., „Little Boy“ tapo pirmuoju branduoliniu ginklu, kada nors naudotu mūšyje. Ginklo tipo bomba, kurioje buvo uranas-235, buvo numesta ant Japonijos miesto Hirošimos.
Nuo pradinio sprogimo iki nudegimų ir radiacijos sužalojimų, kuriuos patyrė ne iš karto per sprogimą žuvę asmenys, žuvo nuo 90 000 iki 146 000 žmonių, iš kurių daugelis buvo civiliai.
Po trijų dienų virš Nagasakio sprogo „Fat Man“ – sprogimo tipo plutonio bomba. Žuvo nuo 39 000 iki 80 000 žmonių; vėlgi, daugiausia civiliai.
Mažiau nei po savaitės Japonija pasidavė, o Antrasis pasaulinis karas baigėsi.
Kai kurie iš tų, kurie dirbo Manheteno projekte, tapo žymiais kovos su branduoliniu ginklu aktyvistais, pavyzdžiui, Josephas Rotblatas. Kiti, tokie kaip von Neumannas, toliau skatino branduolinių ginklų kūrimą kaip atramą prieš dar didesnius kito pasaulinio karo siaubus.
Nepriklausomai nuo skirtingų nuomonių, negalima paneigti Manheteno projekto reikšmės žmonijos istorijoje, tačiau jo palikimas vis dar nežinomas.
