16 lipca 1945 r. – próba Trinity. Pierwsza w historii detonacja bomby atomowej

Jedyne udane kolorowe zdjęcie próby Trinity 16 lipca 1945 r., wykonane przez fizyka Jacka Aeby’ego. Na licencji Wikimedia Commons.

Maciej Orzeszko

76 lat temu, 16 lipca 1945 r., na poligonie bazy lotniczej Alamogordo na pustyni w stanie Nowy Meksyk w Stanach Zjednoczonych, przeprowadzono pierwszy w historii próbny wybuch bomby jądrowej, znany jako test Trinity (Trójca). Tym samym ludzkość wkroczyła w nową erę. Trzy tygodnie później, amerykańskie bomby atomowe zniszczyły japońskie miasta Hiroszimę (6 sierpnia) i Nagasaki (9 sierpnia).

Pisząc ten artykuł mam poważny dylemat: czy trzymać się konwencji historycznej, czy też pisać go jako fizyk, którym jestem z wykształcenia. Postaram się jakoś pogodzić obie role tym bardziej, że historia amerykańskiego programu Manhattan, który doprowadził do skonstruowania pierwszych bomb jądrowych (atomowych), wymaga choćby prostego wyjaśnienia kwestii technicznych i naukowych.

I. Epoka odkryć

Z wielkimi sukcesami jest tak, że zwykle mają one wielu „ojców” (lub matek). Nie inaczej było w tym przypadku. Na początku XX wieku odkrycia w dziedzinie fizyki jądrowej budziły ogromne zainteresowanie. W 1932 r. brytyjski naukowiec James Chadwick odkrył neutron, cząstkę elementarną wchodzącą w skład jąder atomowych, o masie zbliżonej do protonu, ale pozbawioną ładunku elektrycznego. Zainteresowanie badaczy w tamtym okresie wzbudzały próby bombardowania pierwiastków ciężkich neutronami. Jeszcze w 1934 r. przebywający w Wielkiej Brytanii węgierski fizyk Leó Szilárd zgłosił patent dotyczący reakcji łańcuchowej w pierwiastkach ciężkich wywołanej przez neutrony, która „…może dostarczyć ogromnej energii i tym samym posłużyć do zbudowania bomby”. Sam Szilárd próbował bezskutecznie dokonać tego przy użyciu berylu, jednak w planach miał także próby z torem i uranem, na co jednak nie starczyło mu pieniędzy.

Enrico Fermi (1901-54), włoski fizyk, w 1938 r. otrzymał Nagrodę Nobla, jako pierwszy dokonał rozszczepienia jąder uranu, w 1942 r. był twórcą pierwszego w historii reaktora atomowego CP-1. Na licencji Wikimedia Commons.

W 1936 r. włoski naukowiec-emigrant w Stanach Zjednoczonych, Enrico Fermi, badał wpływ bombardowania neutronami na najcięższy znany wówczas pierwiastek – radioaktywny uran, o liczbie atomowej 92 (ilość protonów w jądrze) i liczbie masowej najbardziej rozpowszechnionego izotopu 238 (ilość nukleonów – protonów i neutronów). Fermi liczył na to, że w wyniku tych prób uda się stworzyć sztucznie pierwiastki cięższe od uranu, tzw. transuranowce. Podczas tych badań stwierdził, że uran w wyniku tych prób staje się silnie promieniotwórczy, co uznał za sukces.

Jego doświadczenie powtórzyli w 1938 r. w Niemczech Otto Hahn i Fritz Strassmann. Jednak w toku badań okazało się, że obok nowych pierwiastków ciężkich w wyniku interakcji jąder uranu z neutronami powstają także jądra lekkie, jak np. bar o liczbie atomowej 56. W ten sposób niemieccy naukowcy jako pierwsi opisali w grudniu 1938 r. zjawisko rozszczepienia uranu (pękania atomu), które przeczyło dotychczasowej wiedzy o budowie materii. Ich doświadczenie szybko powtórzono w wielu miejscach na świecie, jako pierwsi zrobili to przebywający w Danii żydowscy uciekinierzy z Niemiec – Lise Meitner (dawniej bliska współpracownica Hahna) i jej siostrzeniec Otto Frisch, zatrudnieni w instytucie Nielsa Bohra w Kopenhadze. Meitner podała opis teoretyczny aktu rozszczepienia w oparciu o tzw. kroplowy model jądra atomowego sformułowany przez Bohra. Ich praca została opublikowana w lutym 1939 r. W styczniu Niels Bohr wyjechał do Stanów Zjednoczonych, gdzie zapoznał naukowców amerykańskich i z innych krajów z wynikami prac Hahna i Meitner. Niemal od razu po odczycie Bohra naukowcy w wielu miejscach na świecie przystąpili do doświadczeń z rozszczepianiem uranu.

Schemat procesu rozszczepienia jądra uranu-235 przez neutron. Na licencji Wikimedia Commons.

Istotnym odkryciem na tym etapie prac było, że akt rozszczepienia pojedynczego jądra uranu wyzwala dużą porcję energii – ok. 200 MeV (200 milionów eV, dla porównania podczas spalania węgla z jednego atomu uzyskuje się energię na poziomie 3-4 eV). Kolejne odkrycie było dziełem tzw. grupy paryskiej – w marcu 1939 r. Frédéric Joliot-Curie wraz z Hansem von Halbanem i Lwem Kowarskim stwierdzili doświadczalnie, że podczas jednego aktu rozszczepienia uwalniane jest statystycznie 3,5 swobodnego neutronu (w rzeczywistości później ustalono, że w przypadku uranu jest to 2-3 neutrony), które mogą wywołać kolejne akty tego typu. Zatem w sprzyjających warunkach można doprowadzić do samopowielającej reakcji łańcuchowej, przy której wyzwolona zostanie potężna energia, nieporównywalnie wyższa, niż w przypadku konwencjonalnych materiałów wybuchowych.

Grupa paryska miała na swoim koncie wiele sukcesów zarówno doświadczalnych, jak i teoretycznych. Jednym z nich było sformułowanie w 1939 r. pojęcia masy krytycznej – najmniejszej ilości materiału rozszczepialnego, w której może rozwijać się reakcja łańcuchowa. Termin ten w kolejnych latach stanie się b. popularny.

Innym odkryciem, komplikującym nieco wykorzystanie badanego zjawiska było zbadanie struktury izotopowej uranu. Zjawisko izotopii pierwiastków zostało odkryte w 1913 r. niezależnie przez Brytyjczyka Fredericka Soddy’ego i Polaka Kazimierza Fajansa. Polega ono na tym, że pierwiastek chemiczny może istnieć w wielu „wersjach”, posiadających taką samą ilość protonów w jądrze (liczba atomowa), lecz różną liczbę neutronów. Izotopy poszczególnych pierwiastków posiadają na ogół takie same właściwości chemiczne, różnią się jedynie niektórymi właściwościami fizycznymi (masa, temperatura wrzenia itd.). Jak się okazało, stanowiący ok. 99% zawartości w rudzie uranu izotop U-238 jest b. słabo rozszczepialny (właściwie uznano go wówczas za materiał nierozszczepialny). Największa ilość aktów rozszczepienia przypadała na izotop U-235 (92 protony i 143 neutrony w jądrze atomowym), który jednak stanowi jedynie ok. 0,72% zawartości (jak się później okazało, dobrym materiałem rozszczepialnym jest także izotop U-233 pozyskiwany sztucznie). Wyodrębnienie pożądanego izotopu z rudy, tzw. wzbogacanie uranu, jest niezwykle trudne, gdyż nie da się tego dokonać metodami chemicznymi, a jedynie mechanicznymi, wykorzystując subtelną różnicę mas.

Rekonstrukcja aparatury badawczej, której w 1938 r. użył Otto Hahn do uzyskania kontrolowanego rozszczepienia jąder uranu. Eksponat Deutsches Museum w Monachium. Na licencji Wikimedia Commons.

Dla zjawiska rozszczepienia jądra atomowego szybko dostrzeżono dwa możliwe zastosowania.

Istnieje możliwość zainicjowania reakcji łańcuchowej w uranie kopalnym o niskiej zawartości izotopu U-235 przy użyciu neutronów uwolnionych podczas aktu naturalnego rozpadu (promieniotwórczości). Aby taka reakcja przebiegała efektywnie, neutrony takie muszą jednak zostać spowolnione (moderowane), gdyż cząstki wolne (o niskich energiach) biorą znacznie częściej udział w aktach rozszczepienia. Rolę moderatora mogą spełniać jądra pierwiastków lekkich – wodoru, helu, litu lub berylu, dobrym moderatorem jest też węgiel (grafit). Taka moderowana (kontrolowana) reakcja łańcuchowa przebiega powoli i towarzyszy jej rozłożone w czasie wydzielanie energii. W ten sposób można zbudować reaktor atomowy (wówczas nazywany stosem atomowym), który jest z założenia doskonałym źródłem energii.

Drugą możliwością jest doprowadzenie do reakcji łańcuchowej przy pomocy neutronów szybkich (bez użycia moderatora) w czystym, rozszczepialnym uranie U-235 (lub wysoko wzbogaconym) poprzez szybkie zwiększenie jego koncentracji (przekroczenie masy krytycznej, czyli wprowadzenie układu w stan nadkrytyczny). Dochodzi wówczas do gwałtownej, niekontrolowanej reakcji, której towarzyszy wydzielenie ogromnej ilości energii – wybuchu atomowego. W ten sposób powstały założenia teoretyczne do budowy nowej, potężnej broni – bomby atomowej.

Fragment rudy uranowej (autunitu), wydobywanej we Francji. Na licencji Wikimedia Commons.

Początkowo naukowcy za najbardziej prawdopodobne uznawali zbudowanie reaktora atomowego. Natomiast możliwość stworzenia bomby atomowej w latach 30-tych, ze względu na trudność z wzbogacaniem uranu, uważano jedynie za teoretyczną.

II. Ostrzeżenie

Pod koniec lat 30-tych Europa zmierzała ku wojnie, ale w ówczesnym świecie nauki istniała obowiązująca od XIX w. zasada jawności badań. W okresie międzywojennym dotyczyła także naukowców z państw totalitarnych – Niemiec i w pewnym stopniu także z ZSRS. W przypadku badań z dziedziny fizyki jądrowej to należy dodać, że temat ten w tym czasie po prostu nie interesował ówczesnych polityków i wojskowych. Miało się to jednak zmienić w następnych latach.

W tym czasie wyniku wydarzeń w Europie, wielu naukowców z Niemiec oraz innych krajów, wyemigrowało do Stanów Zjednoczonych ze względu na prześladowania na tle rasowym (wielu z nich posiadało żydowskie pochodzenie) lub ze względów politycznych. Wśród nich znajdowały się tak wybitne postacie, jak Albert Einstein, Enrico Fermi, Leo Szilárd, Edward Teller, Hans Bethe, Eugene Wigner i inni. Jednak często powielanym mitem jest, że w wyniku tej emigracji Niemcy zostały całkowicie ogołocone z kadry naukowej. W III Rzeszy pozostało wielu wybitnych fizyków i chemików, jak choćby Werner Heisenberg, Otto Hahn i inni, którzy niejednokrotnie mieli na koncie znaczne sukcesy. Wielu z nich podjęło współpracę z reżimem, a niektórzy – choć po wojnie starali się to zatrzeć – byli gorliwymi stronnikami Hitlera.

W 1939 r. wśród emigrantów przebywających w Stanach Zjednoczonych pojawiła się uzasadniona obawa, że III Rzesza może jako pierwsza skonstruować bombę atomową, co mogło przyczynić się do jej wygranej w nadchodzącej wojnie. Uznano wówczas, że należy ostrzec o takiej ewentualności władze amerykańskie. Nie było to jednak łatwe. Mało kto z amerykańskich polityków czy wojskowych miał jakiekolwiek pojęcie o fizyce jądrowej, a emigranci na ogół nie mieli odpowiednich kontaktów, by dotrzeć do decydentów.

Albert Einstein i Leo Szilárd podczas prac nad listem do prezydenta USA Franklina D. Roosevelta. Za stroną: http://www.atomicheritage.org/

Pierwsze tego typu spotkanie odbyło się 18 marca 1939 r., prowadził je Enrico Fermi, a słuchaczami byli przedstawiciele dowództwa Marynarki Wojennej (US Navy). Fermi, który miał duże problemy z językiem angielskim i mieszał go z włoskimi słowami, próbował możliwie najprościej wytłumaczyć zagadnienia związane z izotopami, rozszczepieniem jądra uranu i możliwymi zastosowaniami tego zjawiska. Słuchacze najwyraźniej niewiele z tego zrozumieli, choć pomysł budowy reaktora atomowego, nie wymagającego powietrza źródła energii jako potencjalnie doskonałego napędu dla okrętów, w tym podwodnych, wyraźnie zainteresował marynarzy.

W lipcu 1939 r. Eugene Wigner i Leo Szilárd spotkali się z przebywającym w USA Albertem Einsteinem, namawiając go do przyłączenia się do starań mających na celu ostrzeżenie władz amerykańskich. Był to właściwy krok. Einstein, choć nie zajmował się tą dziedziną fizyki i znany był z pacyfistycznych przekonań, był wówczas znaną i rozpoznawalną postacią. Naukowcy znaleźli też kolejnego cennego sojusznika – był nim Alexander Sachs, biznesmen, finansista, a co najważniejsze – przyjaciel i nieformalny doradca prezydenta Franklina D. Roosevelta. Pod jego kuratelą Einstein napisał list do prezydenta, w którym w sposób możliwie przystępny opisał postęp prac i możliwe konsekwencje. Pisał m.in.:

„…uran w najbliższej przyszłości może stać się nowym, ważnym źródłem energii. Jak się wydaje, pewne aspekty zaistniałej sytuacji wymagają czujności, i jeśli się to okaże konieczne, szybkich działań ze strony rządu. Uważam za swój obowiązek zwrócić Pana uwagę na następujące fakty. (…). To nowe zjawisko może także doprowadzić do powstania bomb (…). Jedna bomba tego typu, przetransportowana statkiem i odpalona w porcie, całkowicie zniszczy port wraz z przylegającym do niego terytorium.”

Einstein i Szilárd ostrzegli także o postępach prac prowadzonych w Niemczech w Instytucie Cesarza Wilhelma pod nadzorem Carla von Weizsäckera, a także o tym, że Niemcy przejęli czeskie złoża uranu. List był gotowy 15 sierpnia, jednak w związku z atakiem III Rzeszy na Polskę 1 września, Sachs zdecydował się przełożyć wizytę u prezydenta na później, aby ten mógł poświęcić mu więcej czasu.

Alexander Sachs wręczył list Rooseveltowi na prywatnej audiencji 11 października 1939 r., na której obecni byli także sekretarz prezydenta, gen. Edwin „Pa” Watson i dwóch innych wojskowych ekspertów. Prezydent początkowo sceptycznie odniósł się do przedstawianego zagadnienia (miał stwierdzić: „to zbyt dziwnie brzmi dla polityka”). Sachs jednak nie dawał za wygraną przekonując, jak wielkim niebezpieczeństwem może być zbudowanie takiej broni przez Niemcy.

Lyman James Briggs (1874-1963), amerykański naukowiec, inżynier i administrator, dyrektor Narodowego Biura Standardów i od października 1939 r. szef Komitetu Doradczego ds. Uranu. Na licencji Wikimedia Commons.

Ostatecznie prezydent autoryzował utworzenie Komitetu Doradczego ds. Uranu, którego szefem został Lyman J. Briggs, dyrektor Biura Standardów. W jego skład weszło kilku ekspertów wojskowych oraz fizycy –  Szilárd, Wigner i Teller. Komitet po raz pierwszy zebrał się już 21 października. Kmdr. Hoover i inni wojskowi początkowo b. sceptycznie odnosili się do możliwości budowy bomby atomowej, byli jednak zwolennikami budowy eksperymentalnego reaktora atomowego pomysłu Fermiego i Szilárda, który miał udowodnić racje naukowców. Na ten cel wyasygnowano skromną kwotę 6000 dolarów, przeznaczoną na zakup uranu i grafitu, który miał być moderatorem. Amerykański program atomowy na tym etapie był jeszcze b. słabo zaawansowany i wywoływał niewielkie zainteresowanie w kołach politycznych. Niewielkie postępy spowodowały, że Einstein wysłał do Roosevelta dwa kolejne listy: 7 marca i 25 kwietnia 1940 r.

Tymczasem własny program w 1940 r. uruchomili Brytyjczycy, znajdujący się już w stanie wojny z III Rzeszą. Stało się to po tym, gdy w lutym tego roku pracujący na Uniwersytecie w Birmingham uciekinierzy z Niemiec, Otto Frisch i Rudolf Peierls, oszacowali masę krytyczną uranu-235 na ok. 10 kg (dotąd sądzono, że trzeba do tego kilku ton), opracowali metodę wzbogacania uranu (dyfuzja gazowa) oraz określili możliwe skutki wybuchu atomowego (w tym skażenia promieniotwórczego). Ich memorandum, przesłane władzom brytyjskim, udowadniało, że istnieje w praktyce możliwość budowy działającej bomby atomowej. Efektem było powołanie tzw. Komitetu MAUD (ang. Military Application of Uranuim Detonantion – Militarne Zastosowanie Eksplozji Uranu), w skład którego weszli m.in. Sir George Paget Thomson, Marcus Oliphant (promotor Frischa i Peierlsa), James Chadwick (odkrywca neutronu) i John Cockroft, który w najbliższych latach zajął się badaniami zarówno możliwości budowy bomby atomowej, jak i reaktora.

Pierwsza strona tajnego raportu brytyjskiego Komitetu MAUD z marca 1941 r. Na licencji Wikimedia Commons.

Brytyjczycy, podobnie jak fizycy w USA, byli zaniepokojeni postępem prac w Niemczech. Choć Stany Zjednoczone wciąż pozostawały neutralne, od połowy 1940 r. Brytyjczycy próbowali nawiązać współpracę z Amerykanami, przesyłając im m.in. tajne raporty Komitetu MAUD. Wynikało to z faktu, że Wlk. Brytania nie posiadała wystarczającego potencjału technicznego i przemysłowego, by doprowadzić program budowy bomby atomowej do końca. Początkowo próby te były hamowane przez amerykańską administrację, przełamanie nastąpiło w sierpniu 1941 r., gdy Marcus Oliphant przybył do Stanów Zjednoczonych i skontaktował się bezpośrednio z amerykańskimi naukowcami. Ostatecznie w październiku 1941 r. brytyjskie raporty dotarły do prezydenta Roosevelta i od tego momentu amerykańsko-brytyjska współpraca w dziedzinie broni jądrowej (ale także i innych rodzajów uzbrojenia i wyposażenia wojskowego, m.in. napędu odrzutowego, radarów czy broni rakietowej) stała się bardziej ścisła.

III. Projekt Manhattan

Tymczasem amerykański program atomowy przyspieszał b. powoli, co było spowodowane pewną inercją amerykańskiej administracji. Należy pamiętać, że do grudnia 1941 r. Stany Zjednoczone pozostawały państwem formalnie neutralnym (choć od końca 1940 r. coraz wyraźniej zacieśniały współpracę z Aliantami), a amerykańska opinia publiczna i część polityków była zwolennikami izolacjonizmu. Dopiero w połowie 1940 r. dało się zauważyć pewne ożywienie, było to spowodowane upadkiem Francji w czerwcu i rozpoczęciem Bitwy o Anglię w lipcu tego roku. W tym czasie b. obawiano się, że Wlk. Brytania zostanie zajęta przez Niemcy, co stanowiło zagrożenie dla amerykańskich interesów w Europie.

12 czerwca 1940 r. prezydent Roosevelt utworzył Narodowy Komitet ds. Badań nad Obronnością (National Defense Research Comitee – NDRC), na którego czele stanął Vannevar Bush, inżynier, wynalazca i jeden z pierwszych informatyków. NDRC miał bardzo szerokie uprawnienia i wchłonął m.in. dotychczasowy Komitet Doradczy ds. Uranu. We wrześniu 1940 r. na projekt wydzielono dodatkowe fundusze (40 tys. dolarów), co jednak nadal było kroplą w morzu potrzeb. 28 czerwca 1941 r. Bush utworzył jeszcze potężniejsze ciało – Biuro Badań Naukowych i Rozwoju (Office of Science Research and Developement – OSRD), które miało szeroki dostęp do wszystkich ośrodków naukowych i zakładów przemysłowych w Stanach Zjednoczonych. W tym czasie w ręce senatora Busha wpadł nieoficjalnie raport brytyjskiego Komitetu MAUD, co znacznie przyspieszyło prace Amerykanów.

Vannevar Bush (1890-74), amerykański inżynier i wynalazca, faktyczny kierownik amerykańskiego programu atomowego przed utworzeniem Projektu Manhattan. Na licencji Wikimedia Commons.

Jednym z głównych zagadnień, z jakimi musiano się zmierzyć, była kwestia wzbogacania uranu na potrzeby bomby atomowej. O ile Brytyjczycy opracowali schemat ideowy tego procesu, to jego wdrożenie wymagało budowy wielkich zakładów przemysłowych i wydzielenia na ten cel ogromnych środków. Część decydentów z ramienia Armii wręcz domagała się zaprzestania prac nad reaktorem atomowym i skupienia się nad zagadnieniem budowy broni.

Tymczasem przełom przyniosła jesień i zima 1940/41. W listopadzie brytyjscy uczeni Norman Feather i Egon Bretschner odkryli, że uran-238 bombardowany neutronami, po serii przemian tworzy nowy, ciężki pierwiastek o liczbie atomowej 94. W rzeczywistości pierwiastek ten po raz pierwszy zaobserwował w 1934 r. Enrico Fermi i nazwał hesperynem, ale nazwa ta nie przyjęła się. Fermi nie zdołał także wyizolować go  z innych produktów. W lutym 1941 r., nic nie wiedząc o działaniach Brytyjczyków, ich odkrycie powtórzyła grupa naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego pod kierownictwem Glenna Seaborga przy pomocy neutronów przyspieszanych w akceleratorze (cyklotronie). Pierwiastek ten otrzymał nazwę pluton. Jak się okazało, jego izotop Pu-239 jest jeszcze lepszym materiałem rozszczepialnym niż uran-235, gdyż jeden akt rozszczepienia jego jądra atomowego generuje 3-4 neutrony (statystycznie 3,5 wobec 2,5 w uranie). Tym samym masa krytyczna plutonu i jego ilość potrzebna do zbudowania bomby atomowej jest znacznie niższa (w przypadku metalicznego uranu U-235, otoczonego reflektorem berylowym, wynosi ona 15 kg, podczas gdy dla plutonu w tej samej konfiguracji – 4 kg). Co prawda, przy użyciu ówczesnych akceleratorów cząstek można było wytworzyć jedynie śladowe ilości plutonu (przez cały 1942 r. Amerykanie uzyskali jedynie ok. 0,5 mg jego soli). Szybko jednak wykazano, że pluton będzie można produkować w reaktorach atomowych, w których paliwo uranowe będzie przez cały czas poddawane działaniu neutronów. Z kolei późniejsze wyodrębnienie plutonu z wypalonego paliwa reaktorowego jest procesem o wiele prostszym, niż wzbogacanie uranu, gdyż pluton jest odrębnym pierwiastkiem i ma inne właściwości chemiczne niż uran. Tym samym kwestia budowy reaktora znów stała się priorytetowa, lecz teraz już nie jako źródła energii, ale urządzenia do produkcji materiału rozszczepialnego do bomby atomowej.

Krążek metalicznego plutonu. Na licencji Wikimedia Commons.

7 grudnia 1941 r. Japonia zaatakowała amerykańską bazę Pearl Harbor na Hawajach, a trzy dni później Stany Zjednoczone znalazły się w stanie wojny z Niemcami i Włochami. W momencie przystąpienia do II Wojny Światowej USA były do niej nieprzygotowane, dysponowały jednak ogromnym potencjałem przemysłowym, co skutkowało szybkimi inwestycjami w zbrojenia. Wydarzenia te przyczyniły się do znacznego przyspieszenia amerykańskiego programu atomowego. W grudniu 1941 r. w ramach OSRD powstał Komitet Wykonawczy S-1, który miał koordynować proces konstruowania bmby, na czele którego stanął James Conant, znany naukowiec, w jego skład weszło kilku wybitnych fizyków i chemików, np. Arthur H. Compton i Harold Urey.

Wśród naukowców trwała dyskusja nad dalszym kierunkiem prac: czy bomba ma zostać zbudowana z wzbogaconego uranu, czy też wytworzonego sztucznie plutonu. Obie opcje miały swoje wady i zalety. Użycie plutonu wydawało się bardziej kuszące ze względu na jego niższą masę krytyczną i potencjalnie łatwiejsze wytwarzanie, o ile uda się zbudować działający reaktor atomowy. Ale pod koniec 1941 r. żaden reaktor jeszcze nie istniał. Z kolei wzbogacanie uranu wymagało budowy odpowiedniego zaplecza przemysłowego. Conant podjął salomonową decyzję o pójściu w obu tych kierunkach jednocześnie: zadecydowano o rozwijaniu trzech metod separacji uranu-235 (dyfuzja gazowa i elektromagnetyczna, wirówki) oraz budowie dwóch rodzajów reaktorów (moderowanych grafitem i ciężką wodą), w których miał być wytwarzany pluton. W prace zostały zaangażowane najbardziej prężne ośrodki naukowe i badawcze w USA: uniwersytety w Berkeley (Kalifornia), Kolumbii, Waszyngtonie, Chicago, a także wielkie Laboratorium Badawcze Marynarki Wojennej. Cały program został objęty szczególnymi procedurami bezpieczeństwa i utajniony.

W styczniu 1942 r. Arthur H. Compton nakreślił harmonogram prac. Według niego do lipca 1942 r. miała zostać ostatecznie określona możliwość przeprowadzenia reakcji łańcuchowej (co wymagało prac teoretycznych i doświadczalnych). Pierwszą samopodtrzymującą się reakcję łańcuchową w reaktorze zamierzano uzyskać w styczniu 1943 r., a rok później przewidywano wytworzenie pierwszej partii plutonu. Wyprodukowanie pierwszej bomby atomowej przewidziano na styczeń 1945 r. Wybiegając wprzód trzeba powiedzieć, że wszystkie punkty harmonogramu udało się zrealizować w terminie z wyjątkiem ostatniego – bombę uzyskano z półrocznym opóźnieniem.

W maju 1942 r. komitet S-1 przedłożył prezydentowi Rooseveltowi raport, w którym koszt całego programu oszacowano na ok. 100 milionów dolarów. 17 czerwca prezydent oficjalnie autoryzował program i wyasygnował na ten cel kwotę 85 milionów. Jednocześnie zdecydował, że od tej pory za jego realizację będzie odpowiadała Armia. Był to punkt zwrotny programu.

Gen. Leslie R. Groves (1896-1970), nadzorował budowę Pentagonu, a w latach 1942-45 był szefem Projektu Manhattan. Na licencji Wikimedia Commons.

11 sierpnia 1942 r. płk. James Marshall, dowódca Wojskowego Korpusu Inżynieryjnego (Army Corps of Engineers District), powołał w jego ramach specjalny wydział do prac nad rozszczepianiem jądrowym, któremu nadano kryptonim Wydział Inżynieryjny Manhattan (ang. Manhattan Engineer District – MED), a prowadzony program badań naukowych nazwano Projektem Manhattan (ang. Manhattan Project). MED wkrótce przejął cały program wraz z personelem od organizacji cywilnych. We wrześniu szefem całego programu został gen. Leslie R. Groves. Miał on niewielkie pojęcie o fizyce jądrowej, był natomiast znakomitym organizatorem, znanym m.in. z kierowania budową Pentagonu.

Kierownictwo programu naukowego Projektu Manhattan powierzono człowiekowi, który odtąd będzie się jednoznacznie kojarzyć z pierwszą bombą atomową. Był nim 38-letni wówczas J. Robert Oppenheimer, wybitny fizyk teoretyczny, profesor dwóch uniwersytetów (University of California i California Institute of Technology – Caltech). Oppenheimer uchodził za geniusza, stopień doktora uzyskał w wieku 23 lat w Niemczech, znał biegle kilka języków obcych i był dobrym organizatorem. Wkrótce pod jego kierownictwem znalazła się grupa ok. 100 wybitnych naukowców, w której było 26 obecnych lub przyszłych laureatów Nagrody Nobla z dziedziny fizyki bądź chemii. Do 1945 r. grupa ta miała się rozrosnąć kilkadziesiąt razy.

„Ojciec bomby atomowej” – J. Robert Oppenheimer (1904-67), amerykański fizyk, kierownik naukowy Projektu Manhattan w latach 1942-45. Na licencji Wikimedia Commons.

Jako lokalizację ośrodka badań nad bombą wybrano tajną lokalizację o roboczej nazwie „Miejsce Y” (Site Y) na płaskowyżu pośrodku pustyni w stanie Nowy Meksyk w rejonie miasteczka Los Alamos. Budowa ośrodka rozpoczęła się w listopadzie 1942 r., a już od marca następnego roku pracowali tam pierwsi naukowcy. Miejsce to było całkowicie izolowane i pilnowane przez oddziały żandarmerii i służb specjalnych, a samych pracowników poddano drastycznym procedurom bezpieczeństwa, w tym m.in. zachowania tajemnicy – o pracy nie wolno było rozmawiać nawet ze współmałżonkami (jak stwierdził jeden z naukowców, zgodnie z przepisami nie wolno mu było mówić nawet do samego siebie). Selekcja przyszłych uczestników programu odbywała się nie tylko na podstawie ich dorobku naukowego, ale też kartotek policyjnych, inwigilacji, podsłuchanych rozmów telefonicznych i przechwyconej korespondencji, co stanowiło złamanie ówczesnego prawa amerykańskiego. Kandydat otrzymywał następnie w praktyce „propozycję nie do odrzucenia” i znikał bez śladu ze swojej macierzystej uczelni, co często poważnie niepokoiło rodziny i znajomych. Kluczowy personel został objęty zakazem latania samolotami, co wobec oddalenia ośrodka od siedzib ludzkich i konieczności częstych podróży było dużą niedogodnością.

Los Alamos stało się wkrótce największym i najbardziej prężnym ośrodkiem naukowym w Stanach Zjednoczonych, a być może i w ówczesnym świecie. Oppenheimer dbał o poziom wiedzy swoich podwładnych – prowadzono liczne wykłady i seminaria, wymieniano się wynikami. Pracowników podzielono na kilka grup, które zajmowały się poszczególnymi zagadnieniami, jednocześnie ich wysiłki były w pełni koordynowane. Jak wspominali później uczestnicy Projektu Manhattan, bez takiej organizacji i koordynacji zbudowanie bomby jądrowej do 1945 r. nie byłoby możliwe.

Kwatery pracowników Projektu Manhattan w „Miejscu Y” w Los Alamos, 1945 r. Domena publiczna.

Jednak w 1942 r. za najpilniejszą kwestię uznano zbudowanie reaktora atomowego (nazywanego wówczas stosem atomowym). Zajęła się tym ekipa kierowana przez Enrico Fermiego na Uniwersytecie w Chicago w ramach tamtejszego Laboratorium Metalurgicznego (MetLab, w rzeczywistości była to nazwa kodowa, bo komórka nie zajmowała się metalurgią). Wraz z nim pracowało tam 51 osób, w tym kilkunastu noblistów. Od września 1941 r., gdy uzyskano pierwszą partię 8 ton uranu zamówione w Kanadzie, na kilku uniwersytetach przeprowadzono próby z tzw. stosami podkrytycznymi, w których m.in. badano czystość poszczególnych składników. Początkowo wśród naukowców funkcjonowało kilka koncepcji budowy reaktora, jednak dowodzący programem gen. Groves zażądał w październiku 1942 r. skupienia się nad najbardziej obiecującą. Arthur H. Compton podjął wówczas decyzję, że pierwsze eksperymentalne urządzenie o niewielkiej mocy będzie moderowane grafitem i chłodzone powietrzem, natomiast reaktory większej mocy będą chłodzone wodą.

16 listopada 1942 r. w pomieszczeniu pod trybunami kortów do squasha na Uniwersytecie w Chicago w najściślejszej tajemnicy, pracownicy MetLab rozpoczęli budowę reaktora, oznaczonego jako Pierwszy Stos Chicagowski (Chicago Pile No 1, CP-1). Co ciekawe, był on budowany w sposób dość chaotyczny i bez planów. Miał on kształt kulisty, jego rdzeń stanowiło 5625 kg metalicznego uranu i 36,3 t dwutlenku tego pierwiastka. Moderator stanowiło 350 t grafitu. Do pierwszego uruchomienia reaktora doszło 2 grudnia o godz. 15:25. Była to pierwsza na świecie kontrolowana reakcja łańcuchowa i zarazem potwierdzenie teorii o rozszczepieniu. Reakcja trwała jedynie 28 minut i przerwano ją ze względu na przegrzewanie się urządzenia.  Był to pierwszy wymierny i wielki sukces Programu Manhattan. Sam reaktor CP-1 był jeszcze kilkukrotnie włączany, po czym został przeniesiony w inne miejsce i zrekonstruowany jako zmodyfikowany CP-2.

Rysunek przedstawiający uruchomienie pierwszego na świecie reaktora atomowego CP-1 w podziemiach kortu do squasha należącego do Uniwersytetu w Chicago, 2 grudnia 1942 r. Domena publiczna.

Na przełomie 1942/43 w Stanach Zjednoczonych rozpoczęto budowę kilku kolejnych reaktorów, wciąż jednak jeszcze mających charakter badawczy – CP-3 (moderowany ciężką wodą) w Aragonne pod Chicago, LOPO w Los Alamos, R-305 w Hanford w stanie Waszyngton oraz X-10 (tzw. stos Clinton, moderowany grafitem i chłodzony powietrzem) w Oak Ridge w stanie Tennessee. Posłużyły one do badań różnych rozwiązań technicznych oraz znalezienia optymalnej metody wydobycia zużytego paliwa i pozyskania plutonu. Z reaktora X-10 pod koniec 1943 r. uzyskano pierwszą partię 1,54 mg plutonu. W sumie do 1945 r. wyprodukowano w nim 200 g tego pierwiastka, które w całości wykorzystano w pierwszej bombie atomowej.

W lutym 1943 r. w miejscowości Hanford w stanie Waszyngton, nad rzeką Columbia, rozpoczęto budowę ośrodka określanego jako „Miejsce W” (Site W). Do lutego 1945 r. powstały tam trzy reaktory produkcyjne oraz zakład chemicznej ekstrakcji plutonu z wypalonego paliwa reaktorowego. Na początku 1945 r. uzyskano produkcję rzędu 6 kg plutonu miesięcznie z każdego z reaktorów.

Obsługa ładuje paliwo uranowe do reaktora X-10 w Oak Ridge w stanie Tennessee, 1943 r. Na licencji Wikimedia Commons.

Równolegle z budową reaktorów atomowych i wytwarzania w nich plutonu kontynuowano program separacji uranu. W lutym 1943 r. rozpoczęto budowę zakładów wzbogacania uranu znanych jako „Miejsce X” (Site X) w Oak Ridge nad rzeką Clinton w stanie Tennessee. Zastosowano w nich dwie metody: separacji elektromagnetycznej oraz dyfuzji gazowej,  następnie także termodyfuzji. Zakłady te osiągnęły pełnię mocy produkcyjnej na początku 1945 r.

Ogółem w latach 1942-45 w ramach Programu Manhattan zatrudnione było ok. 200 tys. ludzi, w tym ok. 5700 naukowców. Z tej liczby jedynie kilkanaście osób obejmowało wiedzą cały program, a jedynie kilka wiedziało, że prowadzi on do zbudowania bomby atomowej.

IV. Projekty bomby atomowej

Prace studyjne nad konstrukcją bomby – głównego celu Programu Manhattan – ruszyły od wiosny 1943 r., czyli od uruchomienia tajnego ośrodka w Los Alamos. Opracowano wówczas ogólne zasady, jak taka bomba powinna być zbudowana i jak ma działać. Rdzeniem bomby miał być ładunek materiału rozszczepialnego – wysokowzbogaconego uranu o zawartości co najmniej 60% izotopu U-235 lub wyprodukowanego w reaktorze plutonu Pu-239, przy czym bomba musiała zawierać go kilka razy więcej niż wynosiła masa krytyczna. W normalnych warunkach materiał ten musiał znajdować się w stanie podkrytycznym (np. rozdzielony na kilka części).

Kluczowym momentem detonacji miało być zestawienie rdzenia do stanu nadkrytycznego. Co jest szczególnie istotne, do tej chwili ładunek musi pozostawać wolny od neutronów. Jest to niezwykle trudne do realizacji, gdyż zarówno uran jak i pluton są pierwiastkami silnie radioaktywnymi i samoistnie emitują dużą ich ilość. Niesie to z sobą ryzyko tzw. predetonacji – przedwczesnego rozpoczęcia reakcji łańcuchowej, zanim ładunek osiągnie stan nadkrytyczny. Zostanie wówczas wydzielona pewna ilość energii, a materiał ulegnie rozproszeniu. Taki nieudany wybuch atomowy w nomenklaturze anglosaskiej nosi nazwę „skiśnięcia ładunku” (ang. fizzle). Zatem zestawienie układu nadkrytycznego musi się odbyć b. szybko, a sam ładunek musi zostać scalony w sposób trwały. Kolejnym elementem kluczowym jest dostarczenie do niego szybkich neutronów w momencie scalenia, aby wspomóc narastanie lawinowej reakcji łańcuchowej. Może się to odbywać na dwa sposoby: za pomocą specjalnego inicjatora neutronowego (niezależnego źródła neutronów), znajdującego się w pobliżu lub wewnątrz układu nadkrytycznego, oraz poprzez otoczenie ładunku specjalnym reflektorem, odbijającym „uciekające” neutrony z powrotem.

Kilka pierwotnych pomysłów na zestawienie materiału rozszczepialnego w układ nadkrytyczny. Rysunek pochodzi z konferencji w lipcu 1942 r. Na licencji Wikimedia Commons.

Rozwiązanie tych wszystkich zagadnień okazało się niebywale trudne tym bardziej, że zdecydowano się na jednoczesny rozwój zarówno bomby z ładunkiem uranu, jak i plutonu.

Pierwszym i najbardziej oczywistym układem, w jakim miała działać bomba atomowa, był tzw. zestaw artyleryjski (ang. Gun Assembly), znany też jako układ „pocisk-cel”. W wariancie tym materiał rozszczepialny miał być rozdzielony na dwie podkrytyczne części, rozmieszczone po przeciwnych końcach rury, przypominającej konstrukcją lufę działa. W celu detonacji bomby, jedna część materiału („pocisk”) miała zostać odpalona przy pomocy konwencjonalnego ładunku wybuchowego i „wstrzelona” w drugą („cel”). Układ taki wydawał się najprostszy w realizacji i niezawodny, ale też nie pozbawiony wad: przy uznanej za maksymalną możliwą do osiągnięcia prędkości „pocisku” rzędu 900 m/s czas łączenia ładunku w układ nadkrytyczny był relatywnie długi (1-2 milisekundy, 0,001-0,002 s). Mimo to w początkowym okresie prac w latach 1943-44 skupiono się właśnie na tym układzie w wersji „działa uranowego” (ang. Uranium Gun) i „działa plutonowego” (ang. Plutonium Gun). Za priorytetową uznano drugą wersję bomby ze względu m.in. na mniejszą masę krytyczną plutonu oraz większe tempo narastania reakcji łańcuchowej.

Pierwotne obliczenia z 1943 r. wykazały, co prawda, że masa kompletnej bomby tego typu będzie wynosiła 10-12 t, znacznie powyżej udźwigu ówczesnych samolotów, jednak intensywne prace w Los Alamos na przełomie 1943/44 doprowadziły do redukcji jej masy i gabarytów. Jeszcze jesienią 1943 r. powstały makiety pierwszej wersji takiej bomby i przeszły próby zrzutu z samolotów.

Schemat działania bomby w układzie „pocisk-cel” (ang. Gun Assembly). Domena publiczna.

Tymczasem w lecie 1944 r. nastąpił najpoważniejszy kryzys całego programu. W lipcu do Los Alamos trafiła pierwsza partia plutonu wyprodukowanego w zakładach w Clinton. Euforia naukowców szybko minęła po jego zbadaniu. Okazało się, że materiał napromieniowany w reaktorze jest zanieczyszczony izotopem Pu-240, nierozszczepialnym, za to silnie radioaktywnym i wydzielającym dużą ilość neutronów w wyniku samorzutnego rozpadu. Próba użycia takiego materiału w bombie typu „pocisk-cel” musiała skończyć się predetonacją („skiśnięciem”), której mogło towarzyszyć wydzielenie znacznie niższej energii od wymaganej. Problem ten wydawał się nierozwiązywalny – obu izotopów nie da się rozdzielić, a nawet obecność 1% domieszki Pu-240 wystarczy, by bomba nie działała. Nie było także możliwości takiej modyfikacji układu, by wyeliminować problem – nawet trzykrotne zwiększenie prędkości „pocisku” w lufie (co oznaczało granice ówczesnych możliwości technicznych) nic tu nie mogło pomóc. Jak wyliczono, prędkość „pocisku” musiałaby wynosić ok. 5 km/s, co było nierealne.

Pocieszające było natomiast, że nadal istniała możliwość zbudowania bomby atomowej w układzie „pocisk-cel” z uranu.

Niepowodzenie koncepcji zbudowania bomby atomowej w układzie „pocisk-cel” z plutonu spowodowało przyspieszenie prac nad taką bombą z uranu. Na zdjęciu: zakład K-25 wzbogacania uranu metodą dyfuzji gazowej w Oak Ridge. Na licencji Wikimedia Commons.

W tej sytuacji prace nad „działem plutonowym” zarzucono. Jak się okazało, J. Robert Oppenheimer przewidywał taką ewentualność i był na nią przygotowany. Na naradzie w Los Alamos z przedstawicielami wojska zdecydowano o całkowitej reorganizacji programu: większość sił miała zostać skierowana na opracowanie bomby plutonowej o innej konstrukcji, podczas gdy program „działa uranowego” miał być kontynuowany jako zabezpieczenie – miał on dać początek bombie Mk.1 Little Boy, zrzuconej 6 sierpnia 1945 r. na Hiroszimę. Tym samym w ramach Programu Manhattan miały odtąd być opracowane dwa kompletnie różne rodzaje bomb atomowych.

V. Gadget – pierwsza bomba jądrowa

Docelowa, plutonowa bomba atomowa miała działać w tzw. układzie implozyjnym, którego projekt powstał jeszcze wiosną 1943 r., ale początkowo nie był brany pod uwagę. W układzie tym ładunek plutonu w stanie podkrytycznym miał postać wydrążonej kuli z pustą przestrzenią w środku. Przejście do stanu nadkrytycznego miało się odbywać poprzez jednoczesną detonację układu konwencjonalnych ładunków wybuchowych, rozmieszczonych na powierzchni kuli, co miało doprowadzić do jej „zgniecenia”. Zaletą takiej konstrukcji bomby był b. krótki czas przejścia ładunku w układ nadkrytyczny, trwający ok. 2-3 mikrosekund (0,000002-0,000003 s, ok. tysiąca razy krócej niż w przypadku układu „pocisk-cel”), co dawało pewność wywołania reakcji łańcuchowej. Układ implozyjny został wybrany dla bomby plutonowej, jednak można go było zastosować także w przypadku ładunku wzbogaconego uranu (i faktycznie stosuje się go w broni współczesnej). Wadą projektu było duże skomplikowanie techniczne bomby oraz fakt, że nawet prawidłowo „ściśnięty” pluton nie miał wystarczającej gęstości, toteż konieczne było zastosowanie inicjatora neutronowego.

Jak się okazało, najważniejszym wyzwaniem było opracowanie zapalnika – niezawodnego systemu detonacji ładunków konwencjonalnych i przejścia układu w stan nadkrytyczny. Był to poważny problem, gdyż ładunek materiału rozszczepialnego musiał zostać „ściśnięty” idealnie symetrycznie, co wymagało wytworzenia kulistej, trójwymiarowej fali uderzeniowej skierowanej do zewnątrz. Było to zagadnienie, którym dotąd nie zajmowała się nauka. Prace nad nim rozpoczął zespół, w którego skład wchodził brytyjski naukowiec James L. Tuck. Obliczeniami kierował John von Neumann, który swoich pracach wykorzystał po raz pierwszy w historii maszyny liczące firmy IBM. Były one jednak jeszcze b. niedoskonałe i ich wyniki musiały być sprawdzane ręcznie.

Schemat bomby atomowej typu implozyjnego. Domena publiczna.

Tuck zaproponował wykonanie specjalnej, kulistej soczewki z materiałów wybuchowych o różnych prędkościach spalania, które miały otaczać ładunek rozszczepialny. Ich detonacja miała doprowadzić do powstania ukształtowanej fali uderzeniowej. Prace nad tym układem zajęły ok. 12 miesięcy, w czasie których naukowcy musieli opracować od podstaw model teoretyczny zagadnienia i rozwiązać cały szereg do tej pory całkowicie nieznanych problemów. W tym czasie, metodą prób i błędów, odpalono ok. 20 tys. ładunków i opracowano technologię kształtowania ładunków wybuchowych. Twórcą elektrycznego systemu ich odpalania, znanego jako Unit X, był Donald Horing fizyk z Harvardu. Skala skomplikowania rozwiązanych wówczas zagadnień była zbliżona do napotkanych przy pozyskaniu materiału rozszczepialnego. Ostateczny kształt bomby powstał na przełomie lutego i marca 1945 r., przy czym detonator nie został do tego momentu wypróbowany w pełnej skali.

Warto dodać, że prace nad zapalnikiem bomby doprowadziły do ogromnego postępu w wiedzy o fizyce materiałów wybuchowych, co znalazło później zastosowanie także w cywilnej inżynierii (m.in. w górnictwie).

Zastosowanie tylu nowych rozwiązań w docelowej bombie implozyjnej spowodował, że na szczeblach rządowych Stanów Zjednoczonych wiosną 1945 r. zadecydowano o przeprowadzeniu pełnoskalowej próbnej detonacji pierwszego egzemplarza. Co ciekawe, w przypadku rozwijanej równolegle bomby uranowej w układzie „pocisk-cel” uznano, że choć jej projekt uznano za prymitywny, o gwarantuje on w 100% poprawne działanie i z prób zrezygnowano.

„Obudowywanie” rdzenia bomby Gadget soczewkami z materiałów wybuchowych. Domena publiczna. 

Wiosną 1945 r. w Los Alamos przystąpiono do montażu pierwszej w historii bomby jądrowej. Otrzymał on nazwę własną „Gadget” (ang. przyrząd, małe i proste urządzenie). Jej „sercem” i najważniejszą częścią był rdzeń, składający się z 6,2 kg metalicznego plutonu o wysokim stopniu czystości (99,1% zawartości izotopu Pu-239). Większość plutonu wyprodukowano w zakładzie w Hanford, jednak ok. 200 g prawdopodobnie pochodziło z eksperymentalnego reaktora X-10 w Oak Ridge. Stanowiło to równowartość ok. 6 mas krytycznych. Rdzeń uformowano w kształt kuli o średnicy ok. 9 cm, z wydrążeniem w środku. W wydrążeniu tym znajdował się berylowo-polonowy inicjator Urchin, stanowiący źródło neutronów. Jego zadaniem było wzmocnienie reakcji łańcuchowej w momencie kompresji układu do stanu nadkrytycznego.

Rdzeń bomby został otoczony trzydziestocentymetrową warstwą naturalnego (niewzbogaconego) uranu. Miała ona spełniać rolę reflektora i zarazem tzw. ubijaka – w momencie wejścia rdzenia w stan nadkrytyczny uran odbijał szybkie neutrony „uciekające” z układu i kierował je z powrotem. Jednocześnie duża bezwładność uranowego reflektora utrzymywała przez pewien czas układ w stanie zwartym, co wspomagało przebieg reakcji łańcuchowej. Naukowcy i konstruktorzy bomby sądzili, że naturalny uran jest nierozszczepialny przy użyciu neutronów prędkich, jak się jednak miało okazać w wytworzonej w momencie wybuchu temperaturze powyżej miliona stopni uranowa warstwa także brała udział w reakcji łańcuchowej, dokładając jej ok. 20% mocy.

Bomba atomowa Gadget po ukończeniu. Na licencji Wikimedia Commons.

Reflektor/ubijak był otoczony grubą na 11 cm warstwą aluminium, stanowiącą stabilizator chemiczny. Całość układu otaczał zapalnik bomby, czyli ważąca 2500 kg, gruba na 45 cm sferyczna warstwa ładunków wybuchowych oraz systemu ich zapalników, przewodów itd.

W sumie ładunek Gadget miał postać kuli o średnicy ok. 150 cm i masie 5 ton.

VI. Nowa sytuacja polityczna

Wydarzenia, toczące się w Los Alamos i innych ośrodkach funkcjonujących w ramach Projektu Manhattan nie rozgrywały się w próżni, lecz wpisywały się w określony kontekst polityczny i militarny.

Wiosną 1945 r. wojna w Europie zbliżała się do końca – Armia Czerwona wkroczyła do Niemiec od wschodu, zbliżając się do Berlina, a Alianci w marcu przekroczyli Ren. Tym samym plany użycia bomby atomowej przeciwko III Rzeszy stały się nieaktualne.

12 kwietnia 1945 r. zmarł prezydent Stanów Zjednoczonych Franklin D. Roosevelt. Jego obowiązki przejął dotychczasowy wiceprezydent, Harry Truman. Tajemnica, panująca wokół prac nad bombą atomową, a także wcześniejsze rozgrywki frakcyjne w administracji amerykańskiej (Roosevelt uważał Trumana za zagrożenie i nie informował go o wielu sprawach) spowodowała, że dotąd nie wiedział on nic istnieniu Projektu Manhattan. Truman w przeciągu kilku dni musiał opanować tajniki polityki zagranicznej i wewnętrznej USA. Jednak prosty, lecz zdolny prawnik i polityk z Missouri wykazał się dużą inteligencją i zdolnością przewidywania, przewyższając pod wieloma względami swojego poprzednika. 25 kwietnia nowy prezydent został wtajemniczony w istnienie programu budowy bomby atomowej przez sekretarza wojny Henry’ego Stimsona. 8 maja przywódcy Niemiec podpisali bezwarunkową kapitulację III Rzeszy, kończąc II Wojnę Światową w Europie.

Harry S. Truman (1884-1972), prezydent Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej w latach 1945-53. Na licencji Wikimedia Commons.

Pomimo podnoszonych głosów, by program przerwać jako kosztowny i „niepotrzebny”, prezydent Harry Truman nakazał jego kontynuację i jak najszybsze wykonanie próbnej detonacji pierwszej bomby. Miał ku temu określone powody.

Przede wszystkim, nadal trwała wojna z Japonią, którą toczyły przede wszystkim Stany Zjednoczone (udział Wlk. Brytanii i innych państw był niewielki, a ZSRS pozostawał neutralny). Amerykanom b. zależało na jej szybkim zakończeniu, gdyż wojna ta trwała już od trzech lat, była niezwykle ciężka, brutalna i kosztowna, a amerykańskie społeczeństwo wykazywało objawy zmęczenia. Japońska ofensywa na Pacyfiku została zatrzymana już w połowie 1942 r., jednak do tego momentu Cesarstwo zdołało opanować ogromne terytoria (blisko 1/3 terenu Chin, Filipiny, Malaje, Hongkong, Indie Holenderskie, znaczną część Birmy i Nowej Gwinei, liczne wyspy itd.). W lecie i jesienią Amerykanie przejęli inicjatywę strategiczną (bitwa o Midway, walki na Wyspach Salomona), a w 1943 r. przeszli do kontrofensywy.

Uruchomienie gigantycznego potencjału przemysłu zbrojeniowego i stoczniowego USA spowodował, że Amerykanie wkrótce uzyskali znaczną przewagę militarną zarówno na lądzie, morzu, jak i w powietrzu nad Japończykami. Lata 1943-45 stały się widownią prowadzonych przez Amerykanów z rozmachem wielkich operacji morskich i desantowych na Pacyfiku, które stopniowo przybliżały ich do Japonii. W 1944 r. amerykańskie bombowce strategiczne B-29 Superfortress, operując początkowo z Chin, a następnie z wysp Tinian i Guam, rozpoczęły bombardowanie Wysp Japońskich, w tym dywanowe naloty na japońskie miasta. W 1944 r. w bitwach u wybrzeży Marianów i Filipin, potężna flota amerykańska (US Navy) rozgromiła resztki Cesarskiej Floty Japońskiej, uzyskując całkowite panowanie na morzu.

Amerykańscy żołnierze mijają ciało Japończyka, Okinawa, kwiecień 1945 r. Na licencji Wikimedia Commons.

Jednak Japończycy stawiali zaciekły opór, walcząc z pogardą śmierci do ostatniego żołnierza. Walki na wyspach były niezwykle ciężkie i przynosiły znaczne ofiary także Amerykanom. Jesienią 1944 r. Japończycy skierowali do akcji samobójcze formacje lotnicze Kamikaze, złożone z pilotów-ochotników, którzy rozbijali swoje samoloty o okręty wroga. Samobójcze ataki przeprowadzano także na lądzie.

19 lutego 1945 r. US Navy i siły Korpusu Piechoty Morskiej USA (US Marine Corps) rozpoczęły operację desantową na Iwo-Jimie, niewielkiej, strategicznie położonej (1300 km od Tokio) wulkanicznej wyspie. Niezwykle zacięte walki trwały do 23 marca, z liczącego 22,8 tys. garnizonu japońskiego do niewoli dostało się jedynie ok. 1000 żołnierzy, reszta poległa bądź popełniła samobójstwo. Amerykanie stracili ok. 6,8 tys. zabitych i ok. 20 tys. rannych. Z kolei 1 kwietnia Amerykanie wylądowali na Okinawie, wyspie odległej o 600 km od Japonii. Ostatnia – jak się później okazało – amerykańska bitwa tej wojny trwała niemal 3 miesiące (do 21 czerwca). Ze 130-tysięcznego japońskiego garnizonu wyspy do niewoli dostało się zaledwie ok. 8 tys. Amerykanie z 584 tys. żołnierzy biorących udział w lądowaniu stracili 12,5 tys. poległych i ok. 39 tys. rannych. Były to jak na armię USA b. wysokie straty, które wywołały pytania ze strony opinii publicznej i części polityków o sens tak krwawych operacji.

Japoński samolot Kamikaze na krótko przed uderzeniem w amerykański pancernik USS „Missouri”. Na licencji Wikimedia Commons.

Prezydent Truman i amerykańscy dowódcy wojskowi zdawali sobie sprawę, że bitwy te będą stanowiły jedynie wstęp do ostatniej fazy wojny – lądowania na Wyspach Japońskich, planowanego na listopad 1945 r. (operacja Olympic – lądowanie na wyspie Kyushu) oraz na marzec 1946 r. (operacja Coronet – desant na wyspie Honshyu). Miała być to operacja przekraczająca rozmachem wszystkie poprzednie, w której z jednej strony miało uczestniczyć ok. 6 mln żołnierzy alianckich, a z drugiej ok. 4 mln regularnych żołnierzy japońskich i 21 mln prowizorycznie uzbrojonych cywilów. Amerykanie rozważali użycie broni chemicznej, Japończycy natomiast przygotowywali rozliczne formacje samobójcze, złożone m.in. z dzieci. Według obliczeń, walki miały potrwać co najmniej do jesieni 1946 r. i pochłonąć 400-800 tys. zabitych i rannych po stronie alianckiej (więcej, niż straty Stanów Zjednoczonych poniesione do tej pory w ciągu całej II Wojny Światowej) oraz ok. 14 mln po stronie japońskiej.

Alternatywą było zablokowanie Wysp Japońskich i zmuszenie Japończyków do kapitulacji przez głód. Jednak, jak oceniali analitycy, wojna wtedy mogła potrwać do lat 1947-49. Było to nie do przyjęcia biorąc pod uwagę koszty oraz względy polityczne – w tym czasie dawał się już poznać rozdźwięk pomiędzy Aliantami zachodnimi a ZSRS co do podziału stref wpływów na świecie.

Szkolenie wojskowe japońskich uczennic w ramach przygotowań do amerykańskiej inwazji na Wyspy Japońskie. Na licencji Wikimedia Commons.

Trudno zatem się dziwić, że prezydent Truman uznał Projekt Manhattan i perspektywę wejścia w posiadanie nowej, potężnej broni za prawdziwy „dar niebios”, który pozwoli mu szybko i przy niskich stratach zakończyć wojnę. Jednym z jego wymagań było, aby próbna detonacja nowej bomby została przeprowadzona przed lub w trakcie rozpoczynającej się 18 lipca 1945 r. konferencji wielkich mocarstw w Poczdamie, co miało podnieść autorytet Stanów Zjednoczonych.

VII. Przygotowania do próby

Za organizację próby odpowiedzialny był Kenneth Bainbridge, profesor fizyki z Harvardu, oraz George Kistiakovski, ekspert od materiałów wybuchowych, obaj uczestnicy Projektu Manhattan. Już w marcu 1944 r. przystąpiono do poszukiwania odpowiedniej lokalizacji na terenie Stanów Zjednoczonych, dogodnej do przeprowadzenia próbnego wybuchu pierwszej bomby atomowej. Zgodnie z założeniem, miało być to odosobnione, nieuczęszczane i nieurodzajne miejsce, którego dotknięcie skutkami wybuchu (w tym skażeniem promieniotwórczym) nie miało przynieść większych strat.

Z ośmiu proponowanych lokalizacji (m.in. w Teksasie, Kolorado, Kalifornii, Nowym Meksyku oraz na Kubie), ostatecznie wybrano teren poligonu lotniczego Alamogordo Bombing and Gunnery Range na pustynnej dolinie Jornada del Muerto (hiszp. droga umarłego – chodziło o to, że w czasach traperów była to niebezpieczne okolica) w stanie Nowy Meksyk, ok. 300 km na południe od Los Alamos.

Lokalizacja poligonu, na którym przeprowadzono próbę Trinity na współczesnym zdjęciu satelitarnym. Na licencji Wikimedia Commons.

Główną zaletą tego miejsca, obok odległości od siedzib ludzkich, był fakt, że teren ten został przejęty przez wojsko już w 1942 r., a jedynych mieszkańców – rodzinę McDonaldów – wysiedlono. Pozostało po nich ranczo wraz z zabudowaniami gospodarczymi, które wykorzystano jako magazyn oraz warsztat. Kwestię przejęcia terenu od Sił Powietrznych sfinalizowano we wrześniu 1944 r.

W miejscu tym w największej tajemnicy wybudowano obóz, początkowo dla 160 osób (w lipcu 1945 r. mieszkało tam już 425 ludzi), w którym zakwaterowano personel techniczny, pomocniczy i medyczny oraz ochronę w postaci kompanii żandarmerii, która początkowo patrolowała okolicę… konno, a potem z wykorzystaniem jeepów. Obóz wyposażono w straż pożarną, ambulatorium i inne niezbędne elementy. Doprowadzono do niego drogi oraz ok. 320 km kabla telefonicznego. Warunki bytowe w obozie były ciężkie ze względu na surowy klimat (duża amplituda temperatur pomiędzy nocą a dniem), brak wody, którą trzeba było dowozić oraz obecność niebezpiecznej fauny – jadowitych pająków, skorpionów oraz grzechotników. Jak się okazało, zagrożenie stwarzało także… własne lotnictwo, które nadal trenowało ataki na cele naziemne w okolicy, a piloci – ze względu na tajemnicę – nie wiedzieli o istnieniu obozu. Podczas jednego z ćwiczebnych nocnych ataków samoloty uszkodziły jeden z generatorów elektrycznych i zapaliły skład drewna.

Obóz dla obsługi próby Trinity. Na licencji Wikimedia Commons.

Infrastrukturę rozbudowano wiosną 1945 r., gdy prace nad ładunkiem Gadget dobiegały końca i zbliżał się termin próby. Zdecydowano wówczas, że pierwsza bomba atomowa zostanie zdetonowana na 33-metrowej wieży, ustawionej na płaskim  i pustym terenie w odległości ok. 16 km od obozu i 3,2 km na północ od rancza McDonalda. Taki sposób przeprowadzenia próby miał zagwarantować przybliżenie warunków panujących w przypadku zrzucenia bomby z samolotu, a także zminimalizować efekt opadu radioaktywnego. Wokół wieży, w różnych odległościach, rozmieszczono aparaturę badawczą. W odległości ok. 9,1 km (10 tys. jardów) na północ, południe i zachód od wieży zbudowano trzy schrony (North, South i West) dla ekip obserwujących wybuch, uzupełnione przez okopy dla tych, którzy się w nich nie zmieszczą.

W maju 1945 r. prof. Bainbride zdecydował o przeprowadzeniu „próby generalnej” – detonacji dużego ładunku konwencjonalnego w celu kalibracji aparatury i sprawdzenia procedur. W tym celu zbudowano drewnianą platformę o wysokości ok. 6 m w odległości ok. 730 m od planowanej lokalizacji wybuchu atomowego. Na platformie zgromadzono 108 t trotylu (TNT), w 4 tys. skrzynkach. Pomiędzy nimi umieszczono materiał promieniotwórczy – odpady z reaktorów. Naukowcy chcieli w ten sposób sprawdzić, jak eksplozja spowoduje rozprzestrzenienie substancji radioaktywnych. Próbę przeprowadzono 5 maja o godz. 4:37 lokalnego czasu letniego. Była to największa detonacja konwencjonalnego ładunku wybuchowego. Ognista kula wybuchu była widoczna w bazie lotniczej odległej o ok. 90 km, ale wstrząs wywołany wybuchem był niewielki i słabo odczuwalny nawet w obozie. Wypróbowano specjalnie przygotowane pojazdy do pobrania próbek pyłu z krateru, jednak okazało się, że skażenie promieniotwórcze jest minimalne i do strefy „zero” można było wejść bez specjalnych zabezpieczeń.

33-metrowa stalowa wieża, na której odpalono ładunek Gadget. Na licencji Wikimedia Commons.

Kwestią, która spędzała sen z powiek kierującym programem było, czy bomba będzie działała prawidłowo. Gen. Leslie Groves zaproponował, aby przed próbą urządzenie Gadget umieścić w specjalnym, masywnym, stalowym kontenerze. W wypadku prawidłowej detonacji kontener wyparowałby w wysokiej temperaturze. Gdyby jednak bomba zawiodła lub doszło do niekompletnej eksplozji („skiśnięcia”), pojemnik pozwoliłby  na odzyskanie drogocennego plutonu.

Kontener taki, nazwany Jumbo (potoczne angielskie określenie słonia), został wykonany w maju 1945 r. w zakładach Babcock & Wilcox w Ohio (producent kotłów dla marynarki wojennej). Był on stalowym cylindrem o wymiarach 7,6 x 3 m, grubości ścian 36 cm i masie 217 t. Jego przetransportowanie na miejsce planowanej próby okazało się nie lada wyzwaniem – Jumbo został przewieziony na platformie kolejowej do miejscowości Pope, odległej o ok. 40 km od obozu (był to w tym czasie największy i najcięższy obiekt przewieziony koleją), a następnie przeholowany na specjalnej przyczepie przez traktor.

Transport kontenera Jumbo na miejsce próby Trinity. Na licencji Wikimedia Commons.

Jednak naukowcy z Los Alamos, a w szczególności Oppenheimer, byli przeciwni jego użyciu. Obawiali się, że obecność kontenera może zafałszować wyniki próby, a w razie, gdyby jednak Jumbo z jakichś powodów nie wyparował w jej trakcie, jego szczątki wyrzucone z dużą siłą mogłyby stanowić zagrożenie dla personelu. Poza tym w tym czasie w Hanford reaktory produkowały pluton w na tyle dużych ilościach, że ewentualna utrata ładunku w Gadgecie nie stanowiłaby tragedii. Ostatecznie Jumbo został pozostawiony ok. 800 m od miejsca próby.

Ostateczny termin próby został wyznaczony na 16 lipca 1945 r. Cztery dni wcześniej grupa pod kierownictwem Norrisa Bradbury’ego rozpoczęła na ranczu McDonalda montaż bomby Gadget. 15 lipca bomba została umieszczona na specjalnej platformie na szczycie wieży. Niepewność pogłębiał fakt, że pełną próbę systemu zapalnika przeprowadzono dopiero 14 lipca i wstępne analizy wskazywały na niepowodzenie. Dopiero po dokładnym przejrzeniu wyników odkryto błąd w ich interpretacji.

Sierżant Herbert Lehr przenosi ładunek plutonu dla bomby Gadget, ranczo McDonalda, 12 lipca 1945 r. Na licencji Wikimedia Commons. 

15 lipca wieczorem personel i naukowcy zaczęli zajmować miejsca w schronach. Kluczową rolę odgrywał bunkier South-10000 (południowy) z którego odpalono bombę. Kierownikiem jego obsady został Frank Oppenheimer, młodszy brat Roberta. Znajdowały się w nim 33 osoby – naukowcy (w tym J. Robert Oppenheimer, Kenneth Bainbridge, George Kistiakovski, Donald Horing, Norris Bradbury i Richard Feynman), personel techniczny i wojskowy, oraz… lekarz psychiatra, który miał wszystkich uspokajać (pomysł ten okazał się niewypałem, bo wpadł on w największą panikę). Zadanie odliczania oraz odpalenia bomby przypadło Samuelowi Allisonowi, fizykowi doświadczalnemu z uniwersytetu w Chicago. Łącznie we wszystkich trzech schronach znajdowało się 99 osób.

Z kolei w odległym o 16 km obozie znajdowali się generałowie Leslie Groves i Thomas Farrell oraz Vannevar Bush, James Conant, Isidor Rabi i Enrico Fermi. W bazie wojskowej Compania Hill, ok. 30 km na północny wschód od miejsca lokalizacji testu, przebywali m.in. Ernest Lawrence, Edward Teller, Hans Bethe, Klaus Fuchs oraz sir James Chadwick, odkrywca neutronu, który miał teraz na własne oczy zobaczyć, czego można dokonać za pomocą „jego” cząstki.

Schron S-10,000, odległy o 9,1 km (10 tys. jardów) na południe od miejsca detonacji bomby Gadget. Podczas próby Trinity pełnił rolę stanowiska dowodzenia, tu znajdował się m.in. J. Robert Oppenheimer. Domena publiczna.

W różnych odległościach od wieży rozmieszczono sprzęt badawczy. Za zdjęcia odpowiadali dwaj fotografowie – Julian Mack i Berlyn Brixner. Ustawili oni 50 różnego typu aparatów fotograficznych i kamer, wykonujących zarówno nieruchome zdjęcia, jak i filmy, w tym ultraszybkie urządzenia Fastax o prędkości 10 tys. klatek na sekundę. Wśród nich były też kamery spektroskopowe, mierzące długości fali emitowane przez wybuch. Po latach Brixner wspominał, że fotografowanie pierwszego w historii wybuchu jądrowego nie było dużym wyzwaniem – spytał się naukowców o przewidywaną jasność, a ci mu odpowiedzieli, że spodziewają się dziesięciokrotnie większej, niż w przypadku Słońca. Tak też ustawił swoje aparaty i parametr ten okazał się trafiony. Oprócz tego, pomimo procedur bezpieczeństwa, obserwatorzy wykonali wiele zdjęć prywatnymi aparatami fotograficznymi. W odległości 14 km rozmieszczono ok. 160 żołnierzy mjr T. O. Palmera z dużą ilością samochodów, którzy w razie potrzeby mieli ewakuować cały personel do odległej o 32 km bazy lotniczej Alamogordo.

Nad miejscem detonacji krążyły dwa samoloty bombowe typu Boeing B-29 Superfortress. Miały one przeprowadzić próbę aparatury kontrolnej, przewidzianej do użycia przy bojowym zastosowaniu bomby (Projekt Alberta). Na ich pokładzie znajdowało się kolejnych 24 obserwatorów. Łącznie eksperyment obserwowało co najmniej 263 osoby (tyle wydano dawkomierzy fotometrycznych).

Wciąganie ładunku Gadget na wieżę, 15 lipca 1945 r. Na licencji Wikimedia Commons.

Nad ranem gen. Groves powiadomił gubernatora stanu Nowy Meksyk, Johna J. Dempsey’a, że być może będzie konieczne wprowadzenie stanu wyjątkowego w południowej jego części.

VIII. Próba Trinity – pierwszy w historii wybuch bomby atomowej

Dla próby wybrano nazwę kodową Trinity (ang. Trójca), pod którą przeszła ona do historii. Jej pochodzenie nie jest jasne. Wybrał ją J. Robert Oppenheimer, ale on sam nie potrafił po latach wyjaśnić, co nim kierowało. Wskazywał on na wiersz angielskiego poety Johna Donne’a (1572-1631), który zrobił na nim ogromne wrażenie, a w którego poezji często pojawiał się motyw św. Trójcy. Inna interpretacja wskazuje na boską trójcę hinduizmu – bogów Brahmę (stwórcę), Wisznu (utrzymującego równowagę) i Siwę (niszczyciela) – hinduizm był jedną z pasji Oppenheimera, który opanował sanskryt i czytał hinduskie księgi w oryginale. Jeszcze inne wersje mówią, że Trinity była to nazwa trzech identycznych pagórków, będących widocznym punktem orientacyjnym w okolicy, oraz że była to pierwotna nazwa rancza McDonalda.

Mapa lokalizacji próby Trinity. Na licencji Wikimedia Commons.

Naukowcy zakładali się o moc spodziewanego wybuchu. Szef zarządu Los Alamos, Norman Ramsey był największym pesymistą, uważając, że próba skończy się niepowodzeniem. Ostrożny był także Oppenheimer, który uważał, że wybuch będzie miał moc najwyżej 300 t trotylu (0,3 kt). Inni naukowcy obstawiali wartości od 1,4 do 18 kt, największym optymistą okazał się Edward Teller, który podał 45 kt.

Znany z czarnego humoru Enrico Fermi stwierdził, że wybuch może zainicjować fuzję termojądrową wodoru w atmosferze (była to aluzja do pozbawionego poczucia humoru Tellera, który właśnie zajmował się tym zagadnieniem), co według niego miało doprowadzić do rozpadu Ziemi. Zacytował przy tym urywek z „Hamleta” Williama Shakespeare’a: „…jakże zabawnie jest wysadzić sapera jego petardą”. Jego żarty wywołały popłoch wśród nienaukowej części personelu obecnego w bazie.

Norris Bradbury, kierownik grupy odpowiedzialnej za montaż bomby, przy gotowym urządzeniu Gadget na szczycie wieży, 15 lipca 1945 r. Na licencji Wikimedia Commons.

Naukowcy i pozostały personel otrzymali czarne gogle, ochraniające wzrok. Zgodnie z instrukcją, podczas wybuchu mieli położyć się za zasłonami na ziemi nogami w jego kierunku i twarzą w dół. Wielu naukowców zignorowało jednak te zalecenia, np. Edward Teller zamierzał patrzeć na eksplozję, osłaniając przedtem dłonie białymi rękawiczkami, a odkryte części ciała smarując… kremem do opalania. Niektórzy zrezygnowali także z gogli, np. Richard Feynman, znany później popularyzator fizyki i ekspert (np. w 1986 r. wyjaśnił przyczynę katastrofy promu kosmicznego Challenger), który obserwował próbę z kabiny jednego z samochodów ciężarowych – jak dowodził, szyba samochodowa w pełni pochłonie szkodliwe dla wzroku promieniowanie ultrafioletowe.

Pierwotnie wybuch miał mieć miejsce dokładnie o godz. 4:00 rano 16 lipca. Naukowcom zależało, aby miał on miejsce przed wschodem Słońca, przy dobrej widoczności i suchej pogodzie, aby ograniczyć rozmiar spodziewanego opadu promieniotwórczego. Jednak tej nocy nad miejscem detonacji przechodziła burza z deszczem i wyładowaniami atmosferycznymi, co w tym rejonie jest dużą rzadkością. Istniała poważna obawa, że przypadkowe trafienie pioruna w wieżę może uruchomić przedwczesną detonację. Ostatecznie rozpoczęcie próby opóźniono o 90 minut. Zanim to się stało, chcąc rozładować nerwową atmosferę na stanowisku dowodzenia, George Kistiakovski założył się z Oppenheimerem, stawiając swoją miesięczną pensję przeciw 10 dolarom, że eksperyment się powiedzie.

O godz. 5:10, na 20 minut przed wybuchem, rozpoczęło się odliczanie. Na dwie minuty przed detonacją wystrzelono race świetlne i zawyły syreny, co było sygnałem dla personelu do zajęcia miejsc w schronach i rowach. Na 45 sekund przed terminem odliczanie przeszło w tryb automatyczny, połączony z odpaleniem. O godz. 5:29:45 Samuel Allison wykrzyknął „Zero!”.

Kula ognia po 16 milisekundach od odpalenia bomby Gadget. Na licencji Wikimedia Commons.

Przez pierwszą sekundę nie działo się nic. Po jej upływie ciemność rozświetliła porażająco jasna ognista kula, która błyskawicznie i bezgłośnie rozrosła się do niebotycznych rozmiarów. Jak się okazało, była ona widoczna z odległości ok. 400 km. Jak pisał gen. Farrell w swoim raporcie:

„…efekt był jedyny w swoim rodzaju, wspaniały, piękny, niesamowity i przerażający. […] Nie da się opisać efektów świetlnych. Cała okolica została rozświetlona oślepiającym blaskiem o natężeniu wielokrotnie większym niż blask Słońca w południe. Było to światło złote, purpurowe, fioletowe, sine i niebieskie. Oświetliło każdy wzgórek, szczelinę i grań pobliskiego łańcucha gór z wyrazistością i pięknem, których nie można opisać, które trzeba zobaczyć, by móc je sobie wyobrazić.”

Dopiero 30 sekund po wybuchu do obserwujących dotarł przejmujący grzmot, a 10 sekund później fala uderzeniowa, która obaliła na ziemię kilka osób. Jak się miało okazać, podmuch wybuchu i huk były odczuwalne o odległości 160 km od punktu detonacji. W tym czasie kula ognia straciła blask i zniknęła, a w jej miejsce uformowała się charakterystyczna chmura pyłu i dymu w kształcie grzyba. Wkrótce ów grzyb rozrósł się na wysokość 12 km, następnie zaczął się rozwiewać.

Formowanie się chmury w postaci charakterystycznego „grzyba”. 

Próba zakończyła się sukcesem. Co było zrozumiałe, w centrum dowodzenia i na stanowiskach obserwacyjnych wybuchł entuzjazm. Ponoć jedynie Kenneth T. Bainbridge go nie podzielał. Miał się zwrócić do Oppenheimera tymi słowami:

„Oppie, teraz wszyscy jesteśmy sk…synami…”

Tymczasem w bazie lotniczej Alamogordo gen. Farrell miał zwrócić się do gen. Grovesa:

„To już koniec wojny?”

„Tak” odpowiedział Groves, po czym dodał: „jak tylko zrzucimy jedną lub dwie takie rzeczy na Japonię”.

IX. Analiza skutków wybuchu

Jak w przypadku każdego doświadczenia fizycznego, po pierwszej próbie bomby atomowej kluczową kwestią okazało się oszacowanie jego parametrów i skutków.

Analiza materiału zgromadzonego przez aparaturę badawczą wykazała, że wybuch jądrowy jest zjawiskiem całkowicie niepodobnym do żadnej konwencjonalnej eksplozji. Spośród wydzielonej energii ok. 50% zostaje zużyte na wytworzenie ultrawysokiego ciśnienia w miejscu wybuchu (rzędu 3500 hPa), które powoduje powstanie niszczycielskiej fali uderzeniowej sprężonych gorących gazów. Jej prędkość początkowa wynosi 1600 km/h.

Ok. 35% energii zostaje wykorzystane na wytworzenie ognistej kuli, o temperaturze rzędu kilku milionów stopni, podobna panuje we wnętrzu Słońca. W przypadku bomby o mocy 20 kt kula ognia rozrasta się do rozmiarów ok. 140 m. Jej promieniowanie cieplne powoduje zapalenie się wszystkich materiałów w promieniu 2 km. Jak miała pokazać przyszłość, znajdujący się w odkrytym terenie ludzie ulegają zwęgleniu w promieniu kilometra, a w większej odległości doznają groźnych dla życia poparzeń.

Przykład działania promieniowania cieplnego i fali uderzeniowej wybuchu jądrowego na budynek podczas jednej z amerykańskich prób jądrowych w latach 50-tych. Domena publiczna.

Kolejne 5% energii wybuchu zostaje spożytkowane na wytworzenie krótkotrwałego rozbłysku promieniowania przenikliwego. Podczas reakcji łańcuchowej wytworzona zostaje duża ilość swobodnych neutronów, z których znaczna część – pomimo stosowania reflektora neutronowego – wydostaje się na zewnątrz układu nadkrytycznego. Część z nich reaguje z lekkimi pierwiastkami zawartymi w powietrzu, w szczególności z jądrami wodoru. W wyniku zderzeń niesprężystych zostaje wydzielona energia w postaci promieniowania jonizującego, w szczególności silnie przenikliwego i niebezpiecznego dla organizmów żywych promieniowania gamma. Ludzie znajdujący się w promieniu ok. kilometra od wybuchu i nie są osłonięci żadną skuteczną osłoną, otrzymują wysoką dawkę promieniowania (powyżej 1-2 Sv). Ten właśnie czynnik był odpowiedzialny za wystąpienie choroby popromiennej u ofiar Hiroszimy i Nagasaki.

Kolejnym czynnikiem radiacyjnym, który pochłonął pozostałe 10% energii detonacji bomby Gadget, był opad promieniotwórczy. Jest to element, którego występowanie zależy od rodzaju ładunku i wysokości wybuchu. Pierwsza bomba atomowa została zdetonowana nad samą ziemią. W jej wyniku wybuch zassał ogromne ilości materiału ziemnego. W wyniku ochłodzenia się chmury po eksplozji, w cząstkach pyłu konkretyzują się izotopy promieniotwórcze, które na początku eksplozji wyparowały w wyniku wysokiej temperatury. Są to produkty rozszczepienia (w przypadku bomby Gadget było ich poniżej 1 kg – tyle zostało rozszczepione plutonu) oraz resztki materiału bomby – plutonu i uranu reflektora. Lżejsze cząstki są unoszone do atmosfery energią wybuchu, ale cięższe, tworzące chmurę wędrującą z wiatrem, opadają na ziemię generując lokalne skażenie promieniotwórcze. Innym czynnikiem radiologicznym jest powstanie w glebie promieniotwórczości wzbudzonej przez wydzielone w wybuchu neutrony.

„Grzyb” atomowy powstały po próbie Buster-Jangle Charlie 30 października 1951 r. na pustyni w stanie Nevada. Bomba zdetonowana na wysokości 350 m, miała moc 14 kt, powstała chmura spowodowała niewielki opad promieniotwórczy. Na licencji Wikimedia Commons.

Już podczas wybuchu Enrico Fermi przeprowadził prostą próbę obliczenia jego mocy – rzucił swobodnie na ziemię kilka małych skrawków papieru, przed, w trakcie i po nadejściu fali uderzeniowej, a następnie obserwował ich przesunięcie, które wynosiło ok. 2,5 m. Na tej podstawie obliczył, że podczas wybuchu wydzielona została energia podmuchu równoważna ok. 10 kt trotylu. Fermi uznał, że pozostałe elementy wybuchu pochłonęły drugie tyle energii, co dawało łącznie 20 kt. Stało to w sprzeczności z przewidywaniami Działu Teoretycznego ośrodka w Los Alamos, które przed próbą spodziewało się uzyskania energii wybuchu pomiędzy 5 a 10 kt. Jak się miało okazać, wyniki tego prostego doświadczenia i przyjęte przez naukowca założenia zgadzały się z wartością zmierzoną przez 50 detektorów berylowo-miedzianych, które wykazały energię fali uderzeniowej 9,9 +/- 0,1 kt. Gorzej poszło z pomiarem promieniowania, gdyż większość detektorów promieni gamma w wyniku wybuchu przestała działać.

Ostatecznie, moc pierwszego w historii wybuchu atomowego oszacowano na 21 kt (88 TJ), przy czym 15 kt pochodziło z rozszczepienia plutonu rdzenia, a 6 kt – uranu z reflektora. Odkrycie to było o tyle istotne, że otwierało drogę do stworzenia bomb o kompozytowych, uranowo-plutonowych rdzeniach. Natomiast współczesna analiza wyników wykazała, że wybuch miał moc nieco większą – 22,1 kt.

X. Po wybuchu

Natychmiast po próbie kierownictwo przejęła grupa medyczna z radiologiem dr Staffordem L. Warrenem na czele. Od tego momentu cały personel podlegał ciągłemu monitorowaniu radiologicznemu, a każda decyzja np. o zbliżeniu się do epicentrum wymagała zgody medyków.

 

Próba Trinity, przeprowadzona w niezamieszkałym i niezabudowanym, pustynnym terenie, nie spowodowała widocznych szkód. Jednak skutki radiologiczne zaskoczyły naukowców. W wyniku wybuchu powstała wielka chmura radioaktywnego pyłu, która przemieszczając się z wiatrem na północny wschód, spowodowała po drodze opad i skażenie promieniotwórcze. Konieczna stała się ewakuacja personelu z bunkra N-10000 oraz kilku osad położonych w odległości 30 km.

Jak się jednak okazało, duży opad promieniotwórczy nastąpił w rejonie Chupadera Mesa, odległym o ok. 50 km od miejsca detonacji. Został on zaobserwowany pod postacią „białej mgły” opadającej na pastwiska. U pasącego się bydła zauważono ślady oparzeń promieniowaniem typu beta. Przedstawiciele wojska odkupili od farmerów po korzystnej cenie zwierzęta, które poddano później obserwacjom w Los Alamos i Oak Ridge. Jak wykazała kwerenda historyków przeprowadzona w 2014 r., władze nigdy nie przeprowadziły badań wpływu próby Trinity na zdrowie mieszkańców stanu Nowy Meksyk.

Czołg M4 Sherman, przystosowany do wjazdu do strefy „zero” wkrótce po wybuchu. Na licencji Wikimedia Commons.

O świcie 16 sierpnia 1945 r., pomimo utrzymującego się wysokiego poziomu radioaktywności w rejonie punktu zero, w jego kierunku wyruszyły dwa specjalnie przygotowane czołgi typu M4 Sherman. Były one wyłożone płytami z ołowiu i hermetyzowane, posiadając własne źródło powietrza. Ich blachy pomalowano na biało. W każdym z nich było miejsce tylko dla dwóch osób – kierowcy i pasażera. Czołgi wykonały kilka kursów, jeden z nich dwukrotnie przejechał przez punkt „zero”. Jego kierowca tego dnia przyjął dawkę promieniowania 150 mSv, co znacznie przekracza dzisiejsze normy (20 mSv na rok dla osób narażonych zawodowo na promieniowanie jonizujące i 1 mSv na rok dla ogółu ludności).

W czołgach tych odbyli podróż m.in. J. Robert Oppenheimer i Enrico Fermi. Ich oczom ukazał się obraz zniszczenia. Jak się okazało, stalowa wieża, na której znajdował się ładunek Gadget, wyparowała w wyniku ogromnej temperatury wybuchu – pozostały jedynie betonowe fundamenty z wystającymi kikutami prętów. Wokół punktu eksplozji powstał ogromny, płaski krater o głębokości ok. 9 m i średnicy ok. 340 m.

Ciekawym odkryciem było odnalezienie w nim nieznanego dotąd materiału – zeszklonego w wyniku wysokiej temperatury radioaktywnego piasku o zielonym zabarwieniu. Nazwano go trynitytem, atomsitem lub szkłem z Alamogordo. Natomiast znajdujący się w odległości 700 m stalowy kontener Jumbo ani położone ponad 3 km od epicentrum ranczo McDonalda poważnie nie ucierpiały.

Miejsce próby Trinity na fotografii lotniczej. W prawym dolnym rogu krater po wcześniejszym konwencjonalnym wybuchu kalibracyjnym. Na licencji Wikimedia Commons.

Pod koniec dnia w okolice krateru dotarli dwaj fotografowie, ubrani w ochronne kombinezony i wyposażeni w maski tlenowe. Wykonali oni zdjęcia punktu „zero”. W kolejnych dniach poziom promieniowania opadł na tyle, że w rejon wybuchu wyruszyło kilka ekip naukowców i wojskowych, dokładnie monitorowanych pod względem radiologicznym. Wykonali oni różnego typu pomiary w rejonie eksplozji i pobrali próbki gruntu, powietrza i trynitytu.

Pierwszego w historii wybuchu atomowego oczywiście nie udało się utrzymać w tajemnicy. Potężny rozbłysk i huk nad ranem 16 lipca był widziany i słyszany w wielu miejscach w promieniu setek kilometrów na terenie stanu Nowy Meksyk. Jak pisała Associated Press, pewna starsza, niewidoma kobieta, mieszkająca ok. 240 km od miejsca próby, miała wykrzyknąć „a cóż to za blask?!”. Tego poranka pilot lotnictwa amerykańskiej marynarki wojennej John R. Lugo leciał samolotem transportowym 48 km na wschód od Albuquerque. Jak wspominał, ujrzał na południu ogromną świetlistą kulę i zdumiał się, że Słońce wschodzi z tej strony. Natychmiast zameldował o dziwnym zjawisku stanowisku kontroli lotów w Albuquerque, ale tam polecono mu jedynie, by „nie leciał na południe”.

Krater w punkcie „zero” kilka miesięcy po wybuchu. Na licencji Wikimedia Commons.

Specjalnie na użytek prasy władze wojskowe przygotowały oświadczenie, w którym mówiło się o wielkim wybuchu „magazynu amunicji” w rejonie bazy lotniczej Alamogordo, w której szczęśliwie nikt nie ucierpiał.

W sierpniu 1945 r., wkrótce po zrzuceniu bomb atomowych na Hiroszimę i Nagasaki, odkryto wadliwe działanie partii klisz fotograficznych firmy Kodak. Zdjęcia z nich wywołane były zamglone i miały dziwne plamy. Ekspert firmy, dr J. H. Webb uznał, że może to być wynikiem promieniowania jonizującego. Dochodzenie wykazało, że materiały fotograficzne były pakowane w kartonowe pudełka wyprodukowane w wytwórni w stanie Indiana, a do procesu technologicznego czerpano wodę z rzeki która znalazła się w „plamie” opadu promieniotwórczego. Do wyprodukowania tej akurat partii opakowań pobrano skażoną wodę. Jednak próba Trinity w tym czasie nadal pozostawała tajna, toteż dr Webb początkowo brał pod uwagę wpływ bomb zrzuconych w Japonii. Ostatecznie sprawę wyciszono, a dr Webb wspomniał o tym wydarzeniu dopiero wiele lat później. Od tego czasu firmy produkujące materiały fotograficzne wprowadziły własne monitorowanie prób jądrowych i tworzyły mapy skażeń.

J. Robert Oppenheimer i gen. Leslie Groves przy resztkach wieży w punkcie „zero” jesienią 1945 r. Obaj mają na nogach specjalne ochraniacze, zapobiegające przyczepieniu się pyłu promieniotwórczego i trynitytu do obuwia. Na licencji Wikimedia Commons.

XI. Konsekwencje polityczne. Deklaracja poczdamska i ultimatum wobec Japonii

Wiadomość o powodzeniu próby Trinity była pilnie oczekiwana przez koła rządzące Stanów Zjednoczonych. Właśnie rozpoczynała się konferencja „wielkiej trójki” w podberlińskim Poczdamie, gdzie przedstawiciele mocarstw mieli podjąć decyzje dotyczące powojennego ładu w Europie i na świecie oraz dalszego postępowania wobec Japonii. Jeszcze 16 lipca przebywający w Poczdamie Sekretarz Wojny Henry L. Stimson otrzymał zakodowaną wiadomość od swojego asystenta, George L. Harrisona, o następującej treści:

Pacjent operowany dziś rano. Diagnoza jeszcze niekompletna, ale rezultaty wydają się znacznie przekraczać oczekiwania. Oświadczenie w lokalnej prasie konieczne, gdyż zainteresowanie osiągnęło duży dystans. Dr Groves zadowolony, wraca dzisiaj. Pozostaję w kontakcie.

Wiadomość została natychmiast przekazana prezydentowi Trumanowi przez Sekretarza Stanu Jamesa F. Byrnesa. 18 lipca nadeszła kolejna zaszyfrowana wiadomość od Harrisona:

Doktor właśnie powrócił, jest bardzo entuzjastycznie nastawiony i przekonany, że szczeniak jest w takim samym stopniu rasowym husky, jak jego starszy brat. Blask w jego oczach jest widoczny stąd do High Hold, a jego płacz słychać stąd aż do mojej farmy.

W depeszy tej „starszy brat” oznacza bombę uranową, High Hold na Long Island to posiadłość Henry’ego Stimsona, a farma Harrisona znajdowała się w Abberville w stanie Wirginia. Zapis oznaczał, że rozbłysk widziany był z odległości 320 km, a huk słyszalny z 80 km.

Od lewej: Winston Churchill, Harry Truman i Józef Stalin na konferencji w Poczdamie, lipiec 1945 r. Na licencji Wikimedia Commons.

24 lipca, po konsultacji z premierem Wlk. Brytanii Winstonem Churchillem, którego wkrótce miał zastąpić zwycięzca wyborów, Clement Atlee z Partii Pracy, prezydent Truman postanowił przekazać informację o próbie Józefowi Stalinowi. Podczas prywatnej rozmowy w obecności sowieckiego tłumacza, Truman powiedział, że Stany Zjednoczone dysponują „nową bronią, o niespotykanej dotąd niszczącej sile”. Nie wspomniał przy tym, że chodzi o bombę atomową. Obserwatorzy zwrócili uwagę, że Stalin nie wyglądał na zaskoczonego. Relacje świadków co do jego reakcji są różne, jednak według najczęściej powtarzanej wersji dyktator ZSRS miał odpowiedzieć:

Miło mi to słyszeć. Mam nadzieję, że teraz zrobicie z tej broni dobry użytek przeciw Japonii.

Truman oraz jego współpracownicy sądzili, że Stalin nie zrozumiał wagi przekazanej mu informacji bądź ją zignorował. Późniejsze wydarzenia miały wykazać, że rzeczywistość była inna. ZSRS prowadził swój własny program jądrowy od końca lat 30-tych. Był on znacznie mniej zaawansowany od amerykańskiego, ale Sowieci starali się to nadrobić w inny sposób. Jak miało się okazać kilka lat później, pomimo rygorystycznej ochrony kontrwywiadowczej, sowieckie służby specjalne gruntownie zinfiltrowały Projekt Manhattan, werbując licznych informatorów spośród kadry naukowej i technicznej, a także mając agentów w amerykańskich kręgach rządowych i wojskowych. Choć w 1945 r. do zbudowania „czerwonej bomby” było jeszcze daleko, to Sowieci, w tym osobiście Józef Stalin, byli doskonale poinformowani o amerykańskich postępach.

26 lipca 1945 r. przywódcy mocarstw walczący z Japonią – Harry Truman, Winston Churchill oraz premier rządu Chin, generalissimus Czang Kaj-Szek, wystosowali ultimatum do rządu Cesarstwa, żądając natychmiastowej kapitulacji, gdyż w przeciwnym razie Japonię miała czekać „natychmiastowa i całkowita zagłada”. W tzw. deklaracji poczdamskiej ustalono warunki kapitulacji i powojennego ładu w Japonii, w tym m.in. jako warunek postawiono jej całkowite rozbrojenie. W orędziu radiowym prezydent Truman stwierdził, że jeśli Japonia odrzuci zaproponowane warunki, to „może się spodziewać morza ruin wywołanego atakami z powietrza, jakich jeszcze nie widziano na tej Ziemi”.

Baron Kantarō Suzuki (1868-1948), premier Japonii od kwietnia do sierpnia 1945 r. Odrzucił deklarację poczdamską, czego efektem było zrzucenie bomb atomowych na Hiroszimę i Nagasaki. Na licencji Wikimedia Commons.

Deklaracja poczdamska została przekazana przedstawicielom rządu Japonii za pośrednictwem neutralnych szwajcarskich dyplomatów, a także ogłoszona drogą radiową, w tym w języku japońskim, jej tekst znalazł się też na tysiącach ulotek zrzucanych z samolotów. Jednak 28 lipca premier Japonii baron Kantarō Suzuki, podczas konferencji prasowej stwierdził, że rząd uznaje oświadczenie aliantów za „pozbawione jakiegokolwiek znaczenia” i zamierza kontynuować walkę do końca. Oznaczało to odrzucenie ultimatum.

Tym samym na Japonię został wydany wyrok.

XII. Przygotowania do ataku

W czasie, gdy w Stanach Zjednoczonych naukowcy pracowali nad dopracowaniem działania ładunku Gadget, trwała wojskowa część Programu Manhattan, której celem było opracowanie bojowych wersji bomby atomowej.

Jako pierwsza latem 1945 r. gotowa była bomba uranowa zbudowana w układzie „pocisk-cel”, oznaczona jako Mk.1 Little Boy (ang. „mały chłopiec”). Była ona rozwijana jako zabezpieczenie na wypadek niepowodzenia głównego programu bomby plutonowej. Wywodziła się z pierwotnego projektu bomby tzw. „działa plutonowego” o nazwie kodowej Thin Man (ang. „chudzielec”), zaprojektowanego w kształcie wydłużonej rury o długości 5,2 m i średnicy 97 cm. Po decyzji o rezygnacji z budowy bomby w układzie „działa plutonowego”, rozwijano jej wersję uranową, której konstrukcję znacznie pomniejszono. Ostatecznie Mk.1 Little Boy przypominała wyglądem duże konwencjonalne bomby lotnicze, miała długość 3 m, średnicę 71 cm i ważyła 4,4 t. Jak już wspomniano, nie przeprowadzono detonacji tej bomby, zamiast tego próbowano „na sucho” jedynie działanie mechanizmu łączenia pocisku i celu w układ nadkrytyczny.

Na pierwszym planie: makiety pierwotnej wersji bomby atomowej („działa plutonowego”) Thin Man, używane do próbnych zrzutów z samolotów. Z tyłu: modele pierwotnej wersji bomby implozyjnej Fat Man. Na licencji Wikimedia Commons.

Docelową bombą atomową miała być Mk. 3 Fat Man (ang. „grubas”), plutonowa bomba implozyjna. Jej „serce” stanowiło urządzenie niemal identyczne z ładunkiem Gadget zdetonowanym w Nowym Meksyku 16 lipca 1945 r., umieszczone w obudowie aerodynamicznej. Bomba Fat Man miała długość 3,3 m i średnicę 1,5 m, ważyła 4,7 t. Jej rozmiary utrudniały pomieszczenie jej w komorze bombowej dostępnych samolotów.

Zgodnie z wynikami próby w Nowym Meksyku, obie bomby miały zostać zdetonowane w powietrzu na wysokości ok. 500 m, optymalnej dla maksymalizacji skutków działania fali uderzeniowej i promieniowania cieplnego. W tym celu oba typy bomb zaopatrzono w specjalne detonatory radiolokacyjne, które na podstawie pomiarów radarowych wyznaczały wysokość.

Naukowcy razem z J. Robertem Oppenheimerem po udanej próbie Trinity uznali, że dalsze rozwijanie uranowego „Małego Chłopca” nie ma sensu. Chodziło o to, że w bombie typu „pocisk-cel”, ze względu na długi czas łączenia ładunku w układ nadkrytyczny, trzeba było zastosować dużą ilość wzbogaconego uranu – Little Boy zawierał go aż ok. 62 kg, był on wzbogacony do poziomu średnio 80% zawartości rozszczepialnego izotopu U-235 (ok. 49 kg, czyli ponad czterokrotna masa krytyczna). Był to wynik prawie roku pracy zakładów wzbogacania, a do wytworzenia ładunku dla jednej bomby zużyto łącznie 1200 t uranu. Oppenheimer zaproponował gen. Grovesowi wykorzystanie ładunku zgromadzonego dla bomby Mk.1 na wykonanie kilku kompozytowych, uranowo-plutonowych rdzeni implozyjnych. Jednak zadecydowały względy wojskowe i polityczne – bomba Little Boy była gotowa do użycia. Ostatecznie zdecydowano, że ukompletowany już egzemplarz o numerze L-11 (jedyny, dla którego gotowy był ładunek rozszczepialny) zostanie użyty bojowo, natomiast pozostałe siedem bomb nie zostanie wykorzystanych.

Makiety bomb: uranowej Mk.1 Little Boy (po lewej) i plutonowej implozyjnej Mk.3 Fat Man (po prawej). Domena publiczna.

Jednocześnie z opracowaniem bojowej wersji bomb atomowych przygotowywano dla nich samolot-nosiciela oraz formowano jednostkę, która miała dokonać ataku.

Pierwszym w historii nosicielem broni jądrowej został wybrany ciężki, czterosilnikowy samolot bombowy typu Boeing B-29A Superfortress. Był to podstawowy amerykański bombowiec strategiczny podczas wojny na Dalekim Wschodzie. Powstał on w latach 1938-40 r. jako następca ciężkich bombowców Boeing B-17 Flying Fortress i Consolidated B-24 Liberator, znanych podczas II Wojny Światowej z bombardowań Niemiec. Prototyp samolotu oblatano we wrześniu 1942 r. W 1943 r. samolot wszedł do produkcji seryjnej, do 1946 r. wyprodukowano 3960 egzemplarzy. B-29 był bez wątpienia najnowocześniejszym ciężkim bombowcem spośród produkowanych seryjnie w czasie II Wojny Światowej. Posiadał hermetyzowany kadłub, dzięki czemu załoga nie musiała używać w locie masek tlenowych. Uzbrojenie obronne składało się z 10 wielkokalibrowych karabinów maszynowych kal. 12,7 mm i działka kal. 20 mm, z których większość była zdalnie sterowana z wnętrza kadłuba. Bombowiec był dosłownie naszpikowany ówcześnie najdoskonalszą elektroniką, złożoną z analogowych przeliczników firmy General Electric, oraz radiolokacyjnego celownika bombowego, umożliwiającego precyzyjne bombardowanie w każdych warunkach. Osiągi samolotu były wysokie – prędkość maksymalna na dużych wysokościach wynosiła 580 km/h (więcej, niż japońskich myśliwców), a przelotowa – 350 km/h. Samolot zabierał do 9 t bomb i posiadał zasięg 5230 km.

Wiosną 1944 r. jednostki bombowe 20. Armii Powietrznej USA rozpoczęły działania z Indii, a następnie z baz w sojuszniczych Chinach. Jednak lotniska leżały na tyle daleko od celu, że Superfortece były w stanie osiągnąć z trudem tylko niektóre cele w Japonii. Dokonano stamtąd kilkanaście nalotów na Japonię oraz na cele w bliżej położonych Syjamie i Korei. Odmianę przyniosło zdobycie w lecie archipelagu Wysp Mariańskich na środkowym Pacyfiku, położonych ok. 2400 km od Japonii. Jeszcze w trakcie trwania walk (!) na wyspach Tinian, Saipan i Guam rozpoczęto budowę baz dla Superfortec 20. Armii, które operowały stamtąd od października tego roku. Pod koniec wojny na Marianach stacjonowało już ok. 500 bombowców B-29A, które dokonywały regularnych nalotów na miasta i ośrodki przemysłu w Japonii. Ich najbardziej znaną misją był wielki nalot dywanowy 279 Superfortec na Tokio w nocy z 9 na 10 marca 1945 r. Wówczas zrzucono na miasto 1667 ton bomb zapalających. Wywołały one gigantyczny pożar w drewnianej zabudowie. W jego wyniku śmierć poniosło ok. 80 tys. mieszkańców, zniszczonych zostało 277 tys. budynków i wiele zakładów przemysłowych. Pod koniec wojny większość dużych japońskich miast była już zniszczona, duże straty poniósł japoński przemysł i infrastruktura.

Amerykańskie ciężkie bombowce strategiczne Boeing B-29A Superfortress na lotnisku West Field na wyspie Tinian w archipelagu Marianów, początek 1945 r. Na licencji Wikimedia Commons.

Już na początku 1943 r., a więc wtedy, gdy bombowiec B-29 wchodził do produkcji, w ramach Programu Manhattan uruchomiono Projekt Silverplated (ang. „posrebrzany”) z udziałem Sił Powietrznych. Od lutego 1944 r. trwały próby zrzutu z B-29 makiety bomb Thin Man i Fat Man, które przysporzyły ogromnych kłopotów. Wiele z nich rozwiązała rezygnacja z pierwszej z nich i wprowadzenie w jej miejsce znacznie mniejszej uranowej bomby Little Boy. W ramach projektu Silverplated powstało łącznie 65 specjalnie zmodyfikowanych bombowców B-29. Zostały one nie tylko przystosowane do przenoszenia bomb atomowych, ale też posiadały powiększony pułap operacyjny do ok. 9100 m i zasięg, kosztem zredukowanego uzbrojenia obronnego.

W grudniu 1944 r. utworzono 509. Połączoną Grupę Lotniczą (509th Composite Group, 509 CG), tajną jednostkę, która miała stać się pierwszym operatorem bomby atomowej. Jej dowódcą został ppłk Paul W. Tibbets Jr., doświadczony pilot i dowódca, weteran kampanii bombowej nad Niemcami. W skład jednostki weszli wyselekcjonowani lotnicy, na ogół mający już doświadczenie bojowe. Załogi trenowały specjalny rodzaj ataku powietrznego – zrzut jednej bomby z dużej wysokości, połączony z natychmiastowym zwrotem samolotu o 180º i odlotem z dużą prędkością. 509 CG została w tajemnicy przerzucona na wyspę Tinian w maju i czerwcu 1945 r., gdzie rozlokowano ją na lotnisku w pełnej tajemnicy. 30 czerwca płk Tibbets zgłosił gotowość jednostki.

XIII. Hiroszima i Nagasaki. Koniec wojny

16 lipca 1945 r., w kilka godzin po udanej próbie Trinity, z portu w San Francisco wyszedł ciężki krążownik USS „Indianapolis”, który przewiózł na Tinian elementy bomby Little Boy – na miejsce dotarł 26 lipca. Pozostałe części obu bomb atomowych – w tym uranowy „cel” dla bomby Little Boy i ładunek plutonu dla bomby Fat Man – zostały wysłane samolotami transportowymi typu C-54.

Załadunek ćwiczebnej wersji bomby atomowej Mk.3 Fat Man do komory bombowej samolotu B-29A Superfortress. Na licencji Wikimedia Commons.

Jeszcze w kwietniu 1945 r. w ramach Komitetu Celów, wybrano kilka miast w Japonii, które dotąd były oszczędzone przez naloty. Wśród nich były: cesarska stolica – Kioto, a także Kokura, Hiroszima, Niigata, Nagasaki oraz kilka innych, traktowanych jako rezerwa. Jednak po interwencji Sekretarza Wojny Henry’ego L. Stimsona Kioto zostało usunięte z listy ze względu na jego wartość polityczną, historyczną i religijną – już wówczas myślano o przyszłym porządku w powojennej Japonii.

Odrzucenie przez rząd Cesarstwa ultimatum spowodowało, że 28 lipca 1945 r. prezydent Harry Truman wydał rozkaz uderzenia atomowego na Japonię. 31 lipca gotowa była bomba Mk.1 Little Boy. Jednak w następnych dniach wybrzeże Wysp Japońskich nawiedził tajfun. Ostatecznie termin pierwszego uderzenia wyznaczono na 6 sierpnia, a celem stała się Hiroszima. O świcie tego dnia z lotniska na wyspie Tinian wystartowało siedem samolotów typu B-29A Superfortress należących do 509 CG, z czego trzy miały rozpoznać warunki pogodowe nad celem głównym oraz celami zastępczymi – Kokurą i Nagasaki. W komorze samolotu o nazwie własnej „Enola Gay”, pilotowanego osobiście przez płk Tibbetsa, zawieszona została bomba Little Boy. Załoga dopiero na 20 minut przed startem została poinformowana, jakiego rodzaju bombę zrzuci na cel.

Płk. Paul Tibbets pozuje przed samolotem B-29A o nazwie własnej „Enola Gay”, 6 sierpnia 1945 r., po misji zrzucenia bomby atomowej na Hiroszimę. Domena publiczna.

Samolot znalazł się nad Hiroszimą ok. godz. 7:50 lokalnego czasu. Bomba została zwolniona o godz. 8:15 z wysokości ok. 9,100 m. Minęła o ok. 240 m cel – most Aioi i eksplodowała na zaplanowanej wysokości 580 m nad centrum miasta. Wybuch miał moc ocenianą na ok. 16 kt, co jednak jest trudno sprawdzić. W wyniku fali uderzeniowej wybuchu zniszczone zostało wszystko w promieniu 1,6 km od hipocentrum. Promieniowanie cieplne wywołało burzę ogniową, która rozprzestrzeniła się w promieniu 3,2 km. Z 350 tys. osób cywilnych i wojskowych, które znajdowały się wówczas w mieście, w wyniku wybuchu natychmiastową śmierć poniosło ok. 80 tys. ludzi, którzy wyparowali, zostali zwęgleni lub zmieceni podmuchem. Kolejne 70 tys. zostało rannych, poparzonych bądź odczuło skutki choroby popromiennej. Ok. 69% zabudowy miejskiej zostało całkowicie zniszczone, a kolejne 7% uszkodzone. Były to szkody typowe dla dużych nalotów dywanowych, ale w tym przypadku zostały wywołane przy pomocy tylko jednej bomby.

W kolejnych dniach nad Japonią zrzucone zostały ulotki wzywające do poddania i zapowiadające kolejne ataki. Jednak rząd Cesarstwa i jego przywódcy wojskowi byli gotowi ewentualnie poddać się jedynie na honorowych warunkach. Znaczenie ataku docenił natomiast przywódca ZSRS Józef Stalin, który uznał, że czas włączyć się do wojny na Dalekim Wschodzie. 8 sierpnia w nocy rząd sowiecki zerwał pakt o nieagresji z Cesarstwem Japonii i wypowiedział mu wojnę. Następnego dnia potężne siły sowieckiego Frontu Dalekowschodniego, ściągane z Europy w ciągu poprzednich tygodni, uderzyły na okupowana przez Japończyków Mandżurię (marionetkowe Cesarstwo Manżukuo), rozbijając stacjonująca tam japońską Armię Kwantuńską.

Chmury w kształcie „grzyba” po detonacji uranowej bomby atomowej Mk.1 Little Boy nad Hiroszimą (po lewej) i plutonowej bomby Mk.3 Fat Man nad Nagasaki (po prawej). Na licencji Wikimedia Commons.

7 sierpnia, wobec braku reakcji rządu Japonii, Amerykanie zdecydowali się na kolejne uderzenie, którego celem miało być miasto Kokura. Dwa dni później, nad ranem 9 sierpnia 1945 r., z lotniska na wyspie Tinian wystartowało sześć Superfortec. Na pokładzie jednej z nich o nazwie własnej „Bockscar”, podwieszona była bomba plutonowa Mk.3 Fat Man o numerze F-33. Gęste chmury nad celem spowodowały, że samoloty skierowały się nad cel zapasowy – Nagasaki. O godz. 11:01 miejscowego czasu bomba została zwolniona z samolotu. Detonacja na wysokości 500 m ok. 2 km od zamierzonego celu miała moc ok. 21 kt. Jednak Nagasaki poniosło mniejsze straty od Hiroszimy, gdyż bomba nie wybuchła dokładnie nad centrum, a część miasta była zasłonięta przez wzgórza. W efekcie wybuchu zginęło od 35-40 tys. osób, kolejne 39-80 tys. zmarło w wyniku obrażeń oraz choroby popromiennej do końca 1945 r., zniszczone zostało ok. 47% zabudowy.

Tego samego dnia gen. Leslie R. Groves zameldował gen. Marshallowi, że kolejna bomba typu Mk. 3 będzie gotowa do użycia do 16 sierpnia, kolejne trzy we wrześniu i następne trzy w październiku. Jednak 10 sierpnia prezydent Truman wydał rozkaz wstrzymania uderzeń atomowych na Japonię. Bombardowania atomowe przyniosły wreszcie zamierzony skutek – 9 sierpnia cesarz Hirohito i rząd japoński, zdominowany przez stronnictwo pokojowe, zdecydowały się przyjąć warunki narzucone przez aliantów. 15 sierpnia cesarz po raz pierwszy w historii wygłosił przemówienie radiowe, w którym oznajmił przyjęcie warunków kapitulacji i wezwał siły zbrojne Cesarstwa do zaprzestania walki.

Japoński minister spraw zagranicznych Mamoru Shigemitsu podpisuje akt bezwarunkowej kapitulacji Japonii na pokładzie pancernika USS „Missouri”, 2 września 1945 r. Na licencji Wikimedia Commons.

2 września 1945 r., na pokładzie zakotwiczonego w Zatoce Tokijskiej pancernika USS „Missouri”, przedstawiciele rządu Cesarstwa Japonii podpisali akt bezwarunkowej kapitulacji. To był koniec II Wojny Światowej.

XIV. Projekt Manhattan – podsumowanie

Amerykański program atomowy i wieńcząca go próba Trinity 26 lipca 1945 r., był przedsięwzięciem nie mającym precedensu w historii. Nigdy dotąd tak wielkie starania i środki nie zostały włożone w wyprodukowanie tak w sumie małego obiektu, jakim była bomba atomowa. W latach 1939-45 w projekt zaangażowanych zostało ok. 200 tys. pracowników cywilnych i wojskowych, w tym wielu wybitnych naukowców różnych dziedzin. Dla potrzeb programu wybudowano kilkadziesiąt wielkich zakładów przemysłowych w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie. Koszt całego przedsięwzięcia do października 1945 r. jest szacowany na ok. 1,8 mld ówczesnych dolarów, co odpowiada ok. 24,8 mld USD współcześnie.

Mapa zakładów przemysłowych i ośrodków badawczych w USA i Kanadzie zaangażowanych w Projekt Manhattan w latach 1941-45. Na licencji Wikimedia Commons.

Wynik prac był jednym z najbardziej spektakularnych sukcesów nauki i techniki w historii. Opanowano zjawisko rozszczepienia atomu, co jeszcze dekadę wcześniej uważano za niemal całkowitą fantazję. Produktem programu było powstanie broni zupełnie nowego rodzaju, która – jak pokazały kolejne lata – stanowiła ogromne zagrożenie dla ludzkości. Co jest charakterystyczne, wielu naukowców, którzy w nim uczestniczyli, po wojnie zaangażowało się w działania mające na celu kontrolę zbrojeń jądrowych, a niektórzy – jak np. Edward Condon czy urodzony w Polsce Józef Rotblat – odeszli z niego w trakcie prac. Była też grupa wybitnych naukowców, jak Carl Anderson (odkrywca pozytonu i laureat Nagrody Nobla w 1936 r.), Linus Pauling (chemik, później dwukrotnie otrzymał Nagrodę Nobla) czy Wolfgang Pauli, którzy w ogóle odmówili udziału w programie atomowym.

Podczas prac nad Projektem Manhattan dokonano szeregu odkryć, z których wiele znalazło zastosowanie cywilne, np. teflon. Oprócz fizyki jądrowej miał miejsce rozwój innych dziedzin, jak np. chemii (w tym analityka śladowych zanieczyszczeń, metalurgia i metaloznawstwo). Odkryto szereg nowych, nieznanych pierwiastków chemicznych, jak wspomniane wcześniej transuranowce neptun Np, czy pluton Pu a także astat At, ameryk Am, kiur Cm czy promet Pm. Po raz pierwszy w historii w tak wielkim stopniu zintegrowano pracę naukowców i przemysłu, a także stworzono mechanizmy zarządzania tak wielką organizacją. Doświadczenia te Amerykanie wykorzystali później m.in. w programie badań kosmicznych Apollo.

Naukowcy zatrudnieni w Projekcie Manhattan podczas jednego z kolokwiów w Los Alamos w kwietniu 1946 r. Siedzą od lewej w pierwszym rzędzie: Norris Bradbury, John Manley i Enrico Fermi. Z tyłu w ciemnej marynarce J. Robert Oppenheimer. Na licencji Wikimedia Commons.

Projekt Manhattan po zakończeniu wojny funkcjonował dalej, choć już jesienią 1945 r. rozpoczęła się jego demobilizacja. 16 października z pracy w Los Alamos zrezygnował J. Robert Oppenheimer. Jednym z ostatnich działań w ramach programu było przeprowadzenie pierwszych po wojnie prób z bronią jądrową na atolu Bikini w lecie 1946 r. w ramach operacji Crossroads, podczas których sprawdzono działanie bomb atomowych Mk.3 Fat Man na wycofane ze służby okręty wojenne (próba Able – detonacja powietrzna 1 lipca, próba Baker – pierwszy w historii wybuch podwodny 25 lipca). Program został formalnie zakończony 31 grudnia 1946 r. W tym samym roku powołano Komisję ds. Energii Atomowej (Atomic Energy Comission – AEC), cywilną organizację, która miała zajmować się kwestią kontroli nad wykorzystaniem energii i zbrojeń jądrowych.

Późniejsze losy osób związanych z Projektem Manhattan potoczyły się różnie. Większość naukowców otrzymała intratne kontrakty na najlepszych uczelniach amerykańskich lub powrócili do swoich krajów, jak np. Niels Bohr i prawie wszyscy pracownicy brytyjscy. Wielu z nich stało się później laureatami Nagrody Nobla i innych prestiżowych wyróżnień.

Pierwsze amerykańskie próby jądrowe po wojnie przeprowadzono w lecie 1946 r. na atolu Bikini w ramach operacji Crossroads. Na zdjęciu: pierwszy w historii podwodny wybuch bomby atomowej (próba Baker) 25 lipca. Na licencji Wikimedia Commons.

Gen. Leslie R. Groves po udanym kierowaniu Projektem Manhattan liczył po wojnie na dalsze interesujące przydziały. Jednak po jego zamknięciu pozostawał bez zajęcia. Wszedł także w konflikt z Szefem Sztabu Armii gen. Dwightem D. Eisenhowerem, który zarzucił mu arogancję, omijanie przepisów i parcie na stanowiska. W tej sytuacji gen. Groves przeszedł na emeryturę na początku 1948 r. Do 1961 r. był wiceprezesem firmy Sperry Rand, produkującej różnego typu wyposażenie dla wojska. Był także przewodniczącym organizacji absolwentów Akademii w West Point. Zmarł w 1970 r.

Robert Oppenheimer po opuszczeniu Los Alamos wrócił na rodzimy Uniwersytet Kalifornijski, a w 1947 r. został mianowany dyrektorem Instytutu Studiów Zaawansowanych w Princeton w stanie New Jersey. W tym samym roku został także wybrany na przewodniczącego Głównego Komitetu Doradczego (General Advisory Comitee – GAC) przy Komisji ds. Energii Atomowej. Silnie lobbował za pokojowym wykorzystaniem energii atomowej. Jego krytyka projektu budowy broni termojądrowej, której programem kierował jego konkurent Edward Teller, oraz niejasna przeszłość polityczna (przed wojną Oppenheimer był silnie związany ze środowiskiem komunistów na Uniwersytecie w Berkeley) spowodowały, że od 1949 r. Oppenheimer stał się obiektem inwigilacji FBI, a w 1954 r. stanął przed osławioną komisją McCarthy’ego, oskarżony o narażanie bezpieczeństwa narodowego. W trakcie przesłuchań nie potwierdzono zarzutów o rzekomym szpiegostwie, a większość wezwanych świadków zeznawała na korzyść Oppenheimera, jednak zaszkodziło mu wystąpienie Edwarda Tellera, który zarzucił mu „psychiczną niestabilność” oraz jego własne zeznania dotyczące kłopotliwych faktów z przeszłości, w których się gubił. Ostatecznie odebrano mu klauzulę dostępu do informacji tajnych, co oznaczało jego odejście z GAC i koniec jego kariery politycznej. Liberalne środowiska akademickie uznały go za męczennika, kreując Oppenheimera na zwolennika rozbrojenia i przeciwnika rozprzestrzeniania broni jądrowej. W istocie jednak J. Robert Oppenheimer był jedynie przeciwnikiem koncepcji bomby wodorowej w układzie wymyślonym przez Tellera, natomiast zwolennikiem budowy dużej ilości głowic atomowych o małej mocy do zastosowań taktycznych.

Główny Komitet Doradczy (General Advisory Comitee – GAC) przy Komisji ds. Energii Atomowej na lotnisku w Santa Fe w kwietniu 1947 r.  Od lewej: James B. Conant, J. Robert Oppenheimer, Brigadier General James McCormack, Hartley Rowe, John H. Manley, Isidor Isaac Rabi i Roger S. Warner. Na licencji Wikimedia Commons.

W późniejszym okresie Oppenheimer zaangażował się w tworzenie Światowej Akademii Sztuki i Nauki wraz z Albertem Einsteinem, Bertrandem Russelem i Józefem Rotblatem oraz publikował artykuły i podróżował po świecie z odczytami na temat odpowiedzialności naukowców za konsekwencje ich odkryć, a także roli nauki we współczesnym świecie i natury Wszechświata. W 1957 r. otrzymał francuską Legię Honorową, a w 1962 r. został przyjęty do brytyjskiego Królewskiego Towarzystwa jako członek zagraniczny. W 1963 r. prezydent John F. Kennedy próbował dokonać rehabilitacji J. Roberta Oppenheimera i nadał mu Nagrodę Fermiego za dokonania w ramach Projektu Manhattan, co ciekawe, rekomendację Oppenheimerowi dał Edward Teller, który chciał się oczyścić od odium złożenia niekorzystnych dla Oppenheimera zeznań przed komisją w 1954 r. Po śmierci prezydenta Kennedy’ego w zamachu w październiku 1963 r. nagrodę wręczył mu jego następca, Lyndon B. Johnson. W 1965 r. u Oppenheimera rozpoznano raka krtani, na którą to chorobę zmarł na początku 1967 r.

Próba Trinity i detonacja bomby Gadget okazała się pierwszą spośród 2475 próbnych wybuchów jądrowych (oraz dwóch bojowych) przeprowadzonych w latach 1945-2016, w tym 1054 prób wykonanych przez Stany Zjednoczone. W tej liczbie przeprowadzono 216 detonacji atmosferycznych, podwodnych i kosmicznych, pozostałe stanowiły próby podziemne.

XV. Przeciwnicy

Stany Zjednoczone nie były oczywiście jedynym krajem, który w czasie II Wojny Światowej próbował skonstruować broń atomową i wykorzystać energię jądrową.

O brytyjskim programie atomowym pisałem już wcześniej, od 1941 r. został on praktycznie włączony w skład amerykańskiego Projektu Manhattan. Ścisła brytyjsko-amerykańska współpraca była zresztą kontynuowana przez cały okres Zimnej Wojny, zarówno na polu naukowym jak i militarnym, czego wyrazem było np. amerykańskie wsparcie przy budowie pierwszej brytyjskiej bomby atomowej, zdetonowanej w 1952 r., czy udostępnienie amerykańskich poligonów w Newadzie do brytyjskich prób jądrowych w latach 50-tych.

Operacja Hurricane – próba pierwszej brytyjskiej bomby atomowej na lagunie u wybrzeży zachodniej Australii, 3 października 1952 r. Bomba została opracowana w ścisłej współpracy z Amerykanami. Na licencji Wikimedia Commons.

Tym, co wzbudzało największe emocje u Amerykanów w czasie II Wojny Światowej i stało się pretekstem do uruchomienia całego programu atomowego, był postęp prac nad bronią jądrową w Niemczech. Gdy w 1939 r. naukowcy-emigranci próbowali ostrzec prezydenta Franklina D. Roosevelta o możliwości budowy bomby atomowej przez III Rzeszę, zagrożenie to wydawało się w pełni realne, gdyż Niemcy przodowali wówczas w dziedzinie fizyki jądrowej i dysponowali własnymi złożami uranu, m.in. w okupowanej Czechosłowacji. Z Niemiec pochodziła też duża ilość publikacji, jak np. artykuł Siegfrieda Flügge’go o wykorzystaniu energii jądrowej w technice z czerwca 1939 r., gdzie postulował on zbudowanie „maszyny uranowej” (reaktora).

Jednak dziś wiemy, że Niemcy nie zbudowali bomby atomowej (choć co poniektórzy publicyści twierdzą co innego). Złożyło się na to kilka przyczyn. Najważniejszą z nich był relatywnie niski priorytet, jaki otrzymały badania jądrowe i niewielkie środki, jakie na ten cel przeznaczono. Inną kwestią były sprawy personalne. Dużą szkodę niemieckiej nauce wyrządziła emigracja dużej ilości naukowców, szczególnie młodego pokolenia, spowodowana względami rasowymi bądź światopoglądowymi po dojściu do władzy Hitlera, co doprowadziło do powstania na niemieckich uczelniach „dziury pokoleniowej”.

Otto Hahn (1879-1968), niemiecki fizyk i chemik, laureat Nagrody Nobla z chemii w 1944 r., człowiek, który dokonał pierwszego w pełni kontrolowanego rozszczepienia jąder uranu. Zdjęcie z 1938 r. Na licencji Wikimedia Commons.

Bardzo istotnym czynnikiem były kwestie organizacyjne. W Niemczech nie powstał program atomowy, który choćby w przybliżeniu przypominałby amerykański Projekt Manhattan. W kwietniu 1939 r. pod patronatem Ministerstwa Wojny (Reichskriegsministerium, RKM) powstała Grupa Robocza ds. Fizyki Jądrowej, znana też jako „Klub Uranowy” (Uranverein). W jej skład weszli znani naukowcy, m.in. Paul Harteck, Walther Bothe, Robert Döpel, Hans Geiger i inni. W dniu wybuchu wojny, 1 września 1939 r., przeszła ona pod kontrolę Urzędu Uzbrojenia Wojsk Lądowych (Heereswaffenamt, HWA). Przewodniczył jej z ramienia NSDAP Erich Schumann, a do dotychczasowego grona dołączyli naukowcy światowej sławy – m.in. Werner Heisenberg, Otto Hahn, Siegfried Flügge i Carl Friedrich von Wiezsäcker. Na kolejnych spotkaniach omówiono możliwości wykorzystania energii jądrowej, zarówno w „maszynie uranowej”, użytej jako źródło energii, jak i w roli materiału wybuchowego.

Pracę nad poszczególnymi zagadnieniami pomiędzy trzy główne ośrodki: Uniwersytet w Lipsku, Instytut Fizyki im. Cesarza Wilhelma w Berlinie-Dahlem oraz Urząd Uzbrojenia Wojsk Lądowych. Do harmonogramu włączono także naukowców z Getyngi,  Monachium i Wiednia. Problem polegał na tym, że pracę rozdzielono pomiędzy grupy, które zajęły się głównie kwestiami podstawowymi. Były one nieliczne (po 3-6 fizyków i chemików), a ich prace często nie były koordynowane, co więcej, ośrodki te często z sobą konkurowały. W szczytowym okresie, w 1942 r., zagadnieniem fizyki jądrowej w Niemczech zajmowało się zaledwie ok. 70 osób. Oprócz tego, w Niemczech uruchomiono kilka dalszych programów. Jeden z nich był prywatną inicjatywą barona Manfreda von Ardenne, który pracował pod patronatem Urzędu Poczty. W swoim laboratorium w Lichterfelde pod Berlinem skonstruował on dwa cyklotrony (betatrony) i generator van der Graafa. Osobne programy prowadziły też Luftwaffe, SS i RSHA (Ministerstwo Bezpieczeństwa Rzeszy) co powodowało rozproszenie skromnych środków.

Werner Heisenberg (1901-76), niemiecki fizyk i jeden z twórców mechaniki kwantowej i laureat Nagrody Nobla w 1932 r. W latach wojny był jedną z głównych postaci niemieckich prac nad bombą atomową. Po wojnie tłumaczył się, że działał pod przymusem i próbował sabotować badania. Międzynarodowa społeczność naukowa przyjęła jego wyjaśnienia, gdyż prawdopodobnie uznano, że ostracyzm wobec tak wybitnego naukowca przyniósłby szkodę nauce. Dziś, m.in. dzięki ujawnionej korespondencji Heisenberga, wiadomo, że był on gorliwym stronnikiem Hitlera i przyjaźnił się z wieloma nazistowskimi dostojnikami, m.in. Reinhardem Himmlerem. Zdjęcie na licencji Wikimedia Commons.

Kluczową kwestią, która zaważyła na losie dalszych prac, był błąd Wernera Heisenberga, który oszacował masę krytyczną uranu na aż 13 ton. Jak twierdził po wojnie, zapewne chcąc się „wybielić” w oczach opinii międzynarodowej, wartość taką podał celowo, chcąc odwieść władze III Rzeszy od pomysłu budowy bomby. Faktem jest, że na konferencji w Berlinie z ministrem uzbrojenia i amunicji Albertem Speerem w czerwcu 1942 r. podjęto decyzję o nadaniu priorytetu pracom nad „maszyną uranową”, czyli reaktorem, natomiast kwestię budowy bomby atomowej uznano za mało obiecującą – priorytet otrzymał program rakietowy.

Niemieccy naukowcy w rzeczywistości nie porzucili pomysłu budowy bomby, ale zamierzali ją stworzyć z użyciem plutonu, wytwarzanego w reaktorach. Tu pojawiał się problem moderacji w reaktorze, w którym materiałem rozszczepialnym był naturalny uran. Wskutek błędu popełnionego w obliczeniach przez Walthera Bothe’go, początkowo uznano łatwo dostępny grafit za nieprzydatny do tej roli. W tej sytuacji próbowano zastosować w charakterze moderatora ciężką wodę, produkowaną w zakładach Norsk Hydro w Norwegii, przejętych przez Niemców w 1940 r. Zakłady te jednak zostały zniszczone przez norweskich komandosów w lutym 1943 r.

Niemiecki reaktor atomowy L-IV, zbudowany w 1942 r. na Uniwersytecie w Lipsku. W jego eksplozji i pożarze o mało nie zginęli Robert Döpel i Werner Heisenberg. Domena publiczna.

Pierwszą próbę zbudowania „maszyny uranowej” w Niemczech podjęto już w 1941 r. pod kierownictwem Karla Wirtza w Berlinie. Urządzenie o nazwie B-I wykorzystywało tlenek uranu jako materiał rozszczepialny, natomiast jako moderator próbowano użyć parafiny. Próba zakończyła się niepowodzeniem. Kolejnych prób dokonali na uniwersytecie w Lipsku Klara i Robert Döpel. W październiku uruchomiono kulisty reaktor L-II, moderowany ciężką wodą, który był urządzeniem podkrytycznym. W maju 1942 r. we współpracy z Wernerem Heisenbergiem powstał reaktor L-IV. On także był podkrytyczny, jednak uzyskano w nim niewielki przyrost liczby powielanych neutronów. 23 czerwca 1942 r. w reaktorze nastąpił wybuch nagromadzonego wodoru i pożar, który zniszczył reaktor i budynek, w którym się znajdował – obecni na miejscu Heisenberg i Döpel ledwie uszli z życiem. Problemy z dostępem do ciężkiej wody, a także roszady personalne na stanowiskach kierowniczych zastopowały dalsze prace w Lipsku.

Pod koniec 1944 r. w Instytucie Fizyki im. Cesarza Wilhelma w Berlinie-Dahlem, powstał cylindryczny reaktor B-VIII, moderowany grafitem i chłodzony wodą. Po pierwszych nieudanych próbach w styczniu 1945 r., wobec zagrożenia nalotów i zbliżającej się ofensywy Armii Czerwonej, reaktor przeniesiono do jaskini w miejscowości Haigerloch przy granicy ze Szwajcarią. Reaktor próbowano ponownie uruchomić w marcu, ale bez powodzenia, a nieco ponad miesiąc później został on zdobyty przez Amerykanów. Według ich oceny, reaktor B-VIII w istniejącej postaci nie mógł działać, jednak gdyby nadać mu kształt kuli istniała szansa na uzyskanie w nim reakcji łańcuchowej.

Pod koniec wojny, pomimo pogarszającej się sytuacji militarnej Niemiec, trwały intensywne prace nad różnymi zagadnieniami i rozwiązaniami technicznymi, w tym wytwórniami ciężkiej wody, ultrawirówkami do wzbogacania uranu czy cyklotronami dużej mocy, które można było użyć do wytwarzania plutonu. Jednak niewiele spośród tych planów weszło choćby we wstępną fazę realizacji.

Niemiecki reaktor atomowy B-VIII oglądany przez członków amerykańskiej misji Alsos w jaskini koło miejscowości Haigerloch, kwiecień 1945 r. Zdjęcie na licencji Wikimedia Commons.

Wywiad aliancki posiadał jedynie szczątkowe informacje o niemieckich badaniach nad bronią atomową, co szczególnie niepokoiło Amerykanów. Wiadomości na ten temat „przeciekały” jedynie z zakładów znajdujących się w krajach okupowanych (głównie we Francji i w Norwegii), które zostały wprzęgnięte w prace (m.in. ze wspomnianej wytwórni ciężkiej wody).

We wrześniu 1943 r., na wniosek szefa Wywiadu Armii USA, gen. maj. George V. Stronga, gen. Leslie R. Groves powołał tajną misje o kryptonimie Alsos (gr. gaj, odpowiada mu angielskie słowo „grove”). Jej szefem został ppłk Boris Pash, dawny szef ochrony Projektu Manhattan. W jej skład weszli przedstawiciele kilku komórek wywiadu oraz naukowcy, w tym Samuel Goudsmit, holenderski fizyk, który przed wojną przyjaźnił się z Heisenbergiem. Zadaniem misji miało być rozpoznanie stanu zaawansowania niemieckich prac nad bronią jądrową oraz ujęcie niemieckich naukowców i zabezpieczenie wszystkich urządzeń i materiałów. Pod koniec wojny działało w niej 114 osób, w tym 19 naukowców. Misja Alsos początkowo działała na terenie Włoch i Francji, często posuwając się na czele wojsk amerykańskich, a czasem nawet przed nimi, niekiedy przeprowadzając brawurowe akcje pod ogniem wroga. Jednym z jej pierwszych sukcesów było ujęcie w Paryżu w sierpniu 1944 r. Frédérica Joliot-Curie, który pracował dla Niemców. Został on przesłuchany w Wlk. Brytanii i złożył obszerne zeznania nt. kontaktów z niemieckimi naukowcami. W listopadzie w Sztrasburgu zajęto niemieckie laboratorium jądrowe ukryte w podziemiach szpitala. Aresztowano naukowca Rudolfa Fleischmanna oraz przejęto dokumentację z której wynikło, że Niemcy nie dysponują skutecznymi metodami separacji uranu. Był to pierwszy dowód na to, że niemiecki program atomowy jest słabo zaawansowany. W Belgii odnaleziono także ok. 150 ton przetworzonego uranu.

Żołnierze uczestniczący w misji Alsos wykopują ukryty zapas uranu. Niemcy, kwiecień 1945 r. Zdjęcie na licencji Wikimedia Commons.

Czas największych sukcesów misji Alsos przyszedł w wiosną 1945 r., gdy wojska alianckie wkroczyły do Niemiec. Grupy rozpoznawcze misji aresztowały 25 wiodących niemieckich naukowców, w tym Walthera Bothe, Otto Hahna, Carla von Wiezsäckera i Maxa von Laue. 23 kwietnia przejęto niemiecki reaktor B-VIII w Heigerloch (choć znajdował się on we francuskiej strefie okupacyjnej), ok. 150 ton uranu ukryte w pobliżu, a także eksperymentalną ultrawirówkę do wzbogacania uranu w Celle,  oraz laboratoria i dokumentację. Jedna z grup wkroczyła nawet do Strassfurtu, leżącego w przyszłej sowieckiej strefy okupacyjnej, skąd z tamtejszych zakładów oczyszczania uranu wywieziono sprzed nosa Sowietom 1200 ton tego surowca i jego związków. 2 maja, po długich poszukiwaniach, aresztowano Wernera Heisenberga. Dziesięciu najważniejszych niemieckich naukowców, w tym Heisenberga, Ericha Bragge, Kurta Diebnera, Waltera Gerlacha, Otto Hahna, Maxa von Lauego, Carla von Wiezsäckera i Paula Hartecka wywieziono do Wlk. Brytanii, gdzie na okres ok. 1,5 roku internowano ich w dworku Farm Hill niedaleko Cambridge. Niemcy byli tam podsłuchiwani i obserwowani. Znamienne jest, że naukowcy zareagowali zdumieniem i niedowierzaniem na informacje o zrzuceniu amerykańskich bomb atomowych na Japonie w sierpniu 1945 r. Miało to świadczyć o tym, że nie wierzyli oni w możliwość ich zbudowania i nie mieli pojęcia o stanie zaawansowania prac amerykańskich.

W sumie wnioski z misji Alsos były takie, że Niemcy w 1945 r. perspektywa zbudowania przez Niemcy bomby atomowej była jeszcze b. odległa. Jak stwierdził Samuel Goudsmit, tajna misja, która poszukiwała śladów niemieckiego programu jądrowego, kosztowała więcej niż on sam.

Posiadłość Farm Hall w Wlk. Brytanii, w której po zakończeniu wojny internowani zostali niemieccy naukowcy. Zdjęcie na licencji Wikimedia Commons.

Japonia także próbowała realizować własny program jądrowy, był on jednak o wiele mniej zaawansowany od niemieckiego. Od grudnia 1940 r. działały dwa niezależne ośrodki: pierwszy (Ni-Go) w pod patronatem Cesarskiej Armii w Instytucie Badań Fizycznych i Chemicznych pod kierownictwem dr Yoshio Nishina, a drugi (F-Go) pod nadzorem Cesarskiej Floty na Uniwersytecie w Kioto, kierowany przez prof. Bunsaku Arakatsu. W grupach tych pracowali m.in. przyszli japońscy laureaci Nagrody Nobla – Shinchiro Tomonaga oraz Hideiki Yukawa. Jednak Japończycy nie mieli możliwości zbudowania bomby atomowej, nie dysponowali uranem ani odpowiednimi środkami do prowadzenia prac. Do tego w Japonii wojska lądowe i marynarka stanowiły nie tylko rozłączne instytucje, ale wręcz zwalczające się partie polityczne, które prowadziły jakby dwie odrębne wojny i unikały wszelkiej współpracy. Ciekawostką jest, że 14 maja 1945 r., w kilka dni po kapitulacji Niemiec, na Atlantyku poddał się amerykanom niemiecki okręt podwodny U-234, płynący z Norwegii do Japonii z ładunkiem surowców strategicznych, w tym 560 kg uranu lub tlenku uranu, a także bombą kierowaną Hs-293, dokumentacją odrzutowego myśliwca Messerschmitt Me-262 oraz innych elementów uzbrojenia. Na pokładzie znajdowali się także pasażerowie, w tym niemieccy eksperci lotniczy i rakietowi, generał jadący na placówkę dyplomatyczną oraz dwaj japońscy oficerowie, którzy na wieść o poddaniu okrętu popełnili samobójstwo. Amerykanie przeholowali U-boota do Portsmouth w stanie New Hampshire. Zdobyty ładunek uranu został wykorzystany do budowy bomby atomowej Little Boy, zrzuconej na Hiroszimę.

Japońskim fizykom jądrowym przyszło odegrać tylko jedną, smutną rolę. 7 sierpnia 1945 r. dr Nishina wraz ze współpracownikami został przywieziony do zniszczonej Hiroszimy, gdzie na miejscu dokonał ekspertyzy. Stwierdził ponad wszelką wątpliwość, że miasto padło ofiarą uderzenia bombą atomową, z czego jeszcze tego samego dnia zdał sprawę przed japońskim gabinetem.

Yoshino Nishina (1890-1951), japoński fizyk, jeden z twórców fizyki kwantowej. W latach 20-tych przebywał w Europie, był współpracownikiem m.in. Wernera Heisenberga, Nielsa Bohra i Paula Diraca. W czasie II Wojny Światowej prowadził badania nad możliwością zbudowania bomby atomowej w Japonii. Zdjęcie na licencji Wikimedia Commons.

W marcu 1945 r. powstał oddział misji Alsos pod kierownictwem fizyka i sejsmologa L. Dona Leecha, którego zadaniem miało być zbadanie japońskiego programu atomowego, a także stanu prac nad bronią biologiczną i chemiczną. Swoją pracę oddział zaczął w Manili na Filipinach, a we wrześniu, pod dowództwem szefa wywiadu Projektu Manhattan Philipa Morrisona, przybył do okupowanej Japonii. Przesłuchano tam wielu japońskich naukowców. Morrisom i Leech byli pod ogromnym wrażeniem wiedzy Japończyków, ale stwierdzono brak uranu i niski stopień zaawansowania programu atomowego.

XVI. Sojusznicy gorsi od wrogów. Sowiecki program atomowy i infiltracja Projektu Manhattan

Amerykanie w okresie II Wojny Światowej byli b. zaniepokojeni perspektywą budowy bomby atomowej przez Niemców, natomiast zupełnie nie interesowali się sowieckim programem jądrowym. Tymczasem Sowieci nie tylko prowadzili własne prace, ale mieli masę informacji o postępach Amerykanów.

Zainteresowanie Rosjan promieniotwórczością sięgało jeszcze czasów carskich. W 1910 r. znany mineralog Władimir Wiernadski wskazywał na możliwość uzyskania energii z rozpadu promieniotwórczego. W 1922 r. powstał Instytut Radowy Akademii Nauk ZSRS, w jego leningradzkiej filii zbudowano pierwszy w Europie cyklotron. W latach 20-tych i 30-tych sowieccy fizycy jądrowi, jak np. Witalij Chłopin, Jurij Chariton, Piotr Kapica czy Jakow Frenkel (sformułował teorię rozszczepienia uranu równolegle z Nielsem Bohrem) byli uważani za jednych z najlepszych w świecie. Gdy w 1939 r. opublikowano prace nt. rozszczepienia jądra uranu, na organizowanych w latach 1939-40 pod przewodnictwem Igora Kurczatowa wszechzwiązkowych konferencjach naukowych fizyków jądrowych (które miały wysoką renomę także za granicą) dyskutowano zagadnienie budowy reaktora atomowego moderowanego grafitem i bomby atomowej.

Igor Kurczatow jako pracownik Instytutu Radowego, pierwsza połowa lat 30-tych. Zdjęcie na licencji Wikimedia Commons.

26 kwietnia 1940 r., Akademia Nauk ZSRS powołała zespół ds. dalszego rozwoju technologii atomowej, w którego skład weszli radiochemik Witalij Chłopin oraz Wiernadski i Aleksander Frejman. Wystosowali oni list do przewodniczącego Rady Przemysłu Chemicznego i Metalurgicznego Nikołaja Buganina, apelując o zwrócenie uwagę na temat energii atomowej. 30 lipca powołano Komisję ds. Uranu, w skład której weszli Chłopin, Wiernadski, Abram Joffe, a także Chariton, Wiernadski i Kurczatow. Prace jednak napotykały istotne trudności – ZSRS w tym czasie nie posiadała eksploatowanych złóż uranu. Do 1941 r. do programu włączono kilka ośrodków przemysłowych ZSRS, jednak prace zostały zdezorganizowane z powodu ataku Niemiec i wojny, która wymusiła m.in. ewakuację ośrodków naukowych i badawczych za Ural. Katastrofalna sytuacja militarna ZSRS w początkowej fazie konfliktu i mobilizacja części kadry naukowej spowodowała, że sowiecki program atomowy został przyhamowany.

Przełom przyniósł list napisany przez fizyka Gierogija Florowa do Józefa Stalina w kwietniu 1942 r. Zwrócił on uwagę, że od pewnego czasu przestały się ukazywać publikacje naukowców z Niemiec, Wlk. Brytanii i USA dotyczące badań nad rozszczepieniem atomu. Stwierdził, że w krajach tych prowadzi się badania nad bombą atomową i sugerował, że ZSRS nie może sobie pozwolić na pozostanie w tej dziedzinie w tyle. W efekcie, 10 marca 1943 r. Igor Kurczatow został mianowany kierownikiem programu atomowego. W 1944 r. dalsze badania zostały wznowione, a w 1945 r. rozpoczęto m.in. wytwarzanie grafitu na potrzeby przyszłego reaktora atomowego. W maju 1945 r. powstała też specjalna komisja wojska i wywiadu pod dowództwem gen. Awramija Zawieniagina, stanowiąca odpowiednik amerykańskiej misji Alsos, która wyruszyła do Niemiec, a także Austrii i Czechosłowacji w poszukiwaniu naukowców i informacji o tamtejszym programie jądrowym. Jego sukcesem było m.in. zdobycie 340 kg metalicznego uranu w Wiedniu (później pozyskano jeszcze 100 t tlenku jako reparacje) oraz ujęcie kilku naukowców, m.in. Manfreda von Ardenne, którzy zostali wywiezieni do ZSRS i zmuszeni do pracy dla sowieckiego programu atomowego.

Niemieccy naukowcy repatriowani z ZSRS w 1958 r. Zdjęcie: Bundesarchiv, na licencji Wikimedia Commons.

Osobną kwestią były działania sowieckiego wywiadu w Stanach Zjednoczonych, które miały odegrać znaczącą rolę w programie budowy bomby atomowej przez ZSRS. Było to pokłosiem zainteresowania technologią jądrową w kręgach rządowych i naukowych sowieckiego państwa. Początkowo – prawdopodobnie ok. 1940 r. – działania podjął sowiecki wywiad wojskowy GRU, jednak po liście Georgija Florowa do Stalina w 1942 r. sprawą zajął się osobiście człowiek nr 2 w ZSRS – szef tajnej policji Ławrentij Beria, który oddelegował do pracy Narodowy Komitet Bezpieczeństwa Państwowego (Narodnyj Komitet Gosudarstwiennoj Bezopasnosti, NKGB), wówczas część NKWD wydzieloną m.in. do zadań wywiadu zagranicznego i kontrwywiadu.

Praca sowieckiej agentury w Wlk. Brytanii i USA była w okresie II Wojny Światowej dość prosta. Po pierwsze, w krajach tych, a w szczególnie w Stanach Zjednoczonych, panowała pełna wolność, toteż sowieckich agentów służb specjalnych, udających pracowników konsularnych, nikt nie kontrolował ani nie ograniczał im swobody podróżowania i kontaktowania się z kimkolwiek. Po drugie, od 1941 r. ZSRS stał się sojusznikiem tych państw. O ile np. w okresie międzywojennym FBI ścigało członków Komunistycznej Partii Stanów Zjednoczonych (Communist Party of the United States of America, CPUSA), to po wybuchu wojny na ich działania patrzono przez palce. A środowisko to było dogłębnie zinfiltrowane przez sowiecką agenturę i wielu członków CPUSA pracowało dla służb ZSRS. Po trzecie: w krajach tych niezwykle sprawnie działała sowiecka propaganda. W mediach prezentowano obraz bohaterskich żołnierzy Armii Czerwonej, którzy samotnie walczą z Hitlerem, ratując cywilizację i „wolny świat”. Sowieci mieli wtedy dobrą prasę w Ameryce i cieszyli się dużą sympatią.

Przyłączenie się ZSRS do obozu Aliantów w 1941 r. spowodowało, że zapomniano o dawnej wrogości i chętnie podkreślano „braterstwo broni” i bohaterstwo sowieckich żołnierzy. W Wlk. Brytanii i USA nie prowadzono też działań kontrwywiadowczych przeciw sowieckim służbom specjalnym, w wyniku czego miały one ułatwione działanie. Na rysunku: brytyjski plakat propagandowy z 1941 r. Domena publiczna.

W ciągu kilku lat działania Projektu Manhattan GRU i NKGB zwerbowały co najmniej kilkunastu agentów spośród pracowników różnych szczebli i specjalności, którzy utworzyli całą siatkę i przez lata dostarczali tony cennych informacji. Część z nich została po wojnie zidentyfikowana dzięki Projektowi Venona – uruchomionej w 1943 r. komórce kryptologów pracujących dla kontrwywiadu wojskowego, zajmującej się odszyfrowywaniem wiadomości wysyłanych do i z ZSRS. Innych zdekonspirował były szyfrant ambasady sowieckiej w Montrealu Wiktor Guzenko, który w 1946 r. zdezerterował i przeszedł na stronę amerykańską.

Rygorystyczne zasady bezpieczeństwa, które wprowadzono w amerykańskim i brytyjskim programie atomowym wystarczyły, by utrudnić pracę naukowcom i ukryć tajemnicę przed Niemcami i Japończykami, ale okazały się całkowicie nieskuteczne w przypadku sowieckich służb specjalnych. Niewątpliwie przyczynili się do tego sami naukowcy. Wielu spośród nich – zarówno Amerykanów, jak i emigrantów – miało wcześniej styczność z ideologią komunistyczną (np. sam J. Robert Oppenheimer) lub wręcz było komunistami. Wielu z nich nie godziło się z niedopuszczeniem ZSRS do programu, a jeszcze inni postulowali pełną swobodę dostępu do osiągnięć naukowych. Większość z nich uważała, że jawność działań w ramach projektu przyczyni się do wzrostu bezpieczeństwa na świecie. Tym samym jedni z najinteligentniejszych ludzi na Ziemi stali się „pożytecznymi idiotami”.

Jednym z najważniejszych sowieckich „atomowych szpiegów” był niewątpliwie Klaus Fuchs, wybitny niemiecki fizyk, przysłany do USA z Wlk. Brytanii. Fuchs, urodzony w 1911 r. syn luterańskiego pastora, studiował fizykę na Uniwersytecie w Lipsku. Od końca lat 20-tych był zaangażowany politycznie, najpierw jako socjalista, a od 1932 r. jako czynny członek Komunistycznej Partii Niemiec (Komunistische Partei Deutschlands – KPD). Brał m.in. udział w walkach ulicznych między bojówkami komunistów i narodowych socjalistów, co o mało nie przypłacił życiem. Po dojściu Hitlera do władzy zbiegł do Wlk. Brytanii. Tam znalazł pracę na uniwersytecie w Edynburgu, gdzie obronił doktorat i pracował jako asystent innego emigranta z Niemiec, Maxa Borna. Przed wojną opublikował wiele prac z dziedziny fizyki kwantowej i zyskał opinię dobrego naukowca. W 1940 r. został jako obywatel III Rzeszy internowany przez władze brytyjskie najpierw na wyspie Man, a następnie w Kanadzie, gdzie nawiązał kontakt z licznymi niemieckimi komunistami. Pod koniec roku, dzięki wstawiennictwu Maxa Borna i władz uczelni został zwolniony i powrócił do Wlk. Brytanii. W maju 1941 r. włączono go do brytyjskiego programu atomowego, w którym wraz z Rudolfem Pereilsem pracował nad zagadnieniem separacji izotopów. W lecie 1942 r. uzyskał brytyjskie obywatelstwo.

Klaus Fuchs (1911-88), zdjęcie z ok. 1940 r. Na licencji Wikimedia Commons.

Wkrótce po powrocie do Wlk. Brytanii Klaus Fuchs nawiązał kontakt z poznanym podczas internowania Jurgenem Kuczynskim, niemieckim komunistą. Miał być on działaczem KPD, pracującym nad odtworzeniem struktur partii na emigracji. W rzeczywistości wraz z siostrą Ruth byli agentami sowieckiego wywiadu. Skontaktowali Fuchsa z Simonem Dawidowiczem Kremerem, sekretarzem attaché wojskowego ambasady ZSRS i rezydentem GRU, który zwerbował Fuchsa do współpracy. Odtąd Klaus Fuchs dostarczał Sowietom informacje o brytyjskich pracach nad bronią atomową. W 1943 r. został wysłany do Stanów Zjednoczonych jako członek brytyjskiego zespołu oddelegowanego do pracy w ramach Projektu Manhattan. Początkowo pracował na Columbia University w Nowym Jorku, gdzie zajmował się zagadnieniami wzbogacania uranu metodą dyfuzji gazowej, a w 1944 r. został przeniesiony do Los Alamos, gdzie pracował w Wydziale Fizyki Teoretycznej pod kierownictwem Hansa Bethe’go i znalazł się w ścisłym gronie kierownictwa projektu. Zyskał opinię doskonałego teoretyka, opracował metodę obliczania energii przejścia układu w stan nadkrytyczny (używana do dziś metoda Fuchsa-Nordheima), a razem z Johnem von Neumannem opatentowali metodę inicjacji fuzji termojądrowej. Fuchs dał się też poznać jako uczynny i powszechnie lubiany kolega. Był obecny przy próbie Trinity, a po zakończeniu wojny pozostał jakiś czas w Los Alamos na wniosek Norrisa Bradbury’ego, kierownika projektu po dymisji J. Roberta Oppenheimera. Brał m.in. udział w przygotowaniu prób nuklearnych Crossroads na atolu Bikini w lecie 1946 r.

Wkrótce po przyjeździe do Stanów Zjednoczonych na początku 1944 r. Fuchs nawiązał kontakt ze swoim sowieckim kontaktem, tym razem powiązanym  NKGB. Był nim Harry Gold ps. „Raymond”, amerykański chemik żydowskiego pochodzenia, także zatrudniony w Projekcie Manhattan, aktywny komunista i sowiecki szpieg od 1934 r. Gold był doświadczonym agentem prowadzącym. W ciągu dwóch lat współpracy Fuchs przekazał mu ogromną ilość materiałów, w tym plany urządzeń do dyfuzji gazowej i rysunki bomby atomowej Fat Man.

Harry Gold (1911-72), amerykański chemik, komunista i współpracownik sowieckich służb specjalnych od 1934 r. Był kurierem dla innych szpiegów pracujących w ramach Projektu Manhattan, w tym dla Klausa Fuchsa. Aresztowany w 1950 r. w wyniku zeznań Fuchsa, w procesie wydał swoich współpracowników, w tym Davida Greenglassa, co dało początek tzw. sprawie Rosenbergów. Skazany w 1951 r. na 30 lat więzienia, został zwolniony warunkowo w 1965 r. Zdjęcie wykonane po aresztowaniu Golda przez FBI. Na licencji Wikimedia Commons.

W 1946 r. Klaus Fuchs powrócił do Wlk. Brytanii, gdzie został włączony do brytyjskiego programu atomowego. Miał ogromne doświadczenie, renomę i otwartą drogę do najwyższych  stanowisk. W tym czasie w Stanach Zjednoczone wprowadzono tzw. Ustawę McMahona, która zabraniała transferu informacji o badaniach jądrowych za granicę, także do sojuszniczej Wlk. Brytanii, toteż wiedza Fuchsa była na wagę złota. W 1947 r. ponownie nawiązał kontakt z Sowietami, jego oficerem prowadzącym został Aleksandr S. Feliksow, rezydent NKGB w Londynie. Na jego ręce przekazał kolejne materiały dotyczące prac nad amerykańską bombą termojądrową, brytyjską bombą atomową, najnowszych technik wzbogacania uranu i pozyskiwania plutonu, amerykańskich prób jądrowych na atolu Eniwetok i innych.

W 1949 r. amerykańskie służby specjalne, po rozszyfrowaniu części sowieckich szyfrogramów w ramach Projektu Venona, zidentyfikowały Klausa Fuchsa jako agenta sowieckiego o kryptonimie „Charles”. Poinformowany o tym brytyjski kontrwywiad MI-5 przyjął tą wiadomość ze sceptycyzmem, podjął jednak inwigilację Fuchsa. Spowodowało to zerwanie z nim kontaktu przez Sowietów. Czując się osaczony, w styczniu 1950 r. Fuch przyznał się o szpiegostwa na rzecz ZSRS i został aresztowany. W śledztwie złożył obszerne zeznania, w których m.in. zadenuncjował Harry’ego Golda. 1 marca został osądzony podczas zaledwie 90-minutowego zamkniętego procesu i skazany na 14 lat więzienia za szpiegostwo. Pozbawiono go także brytyjskiego obywatelstwa. W 1959 r. został zwolniony za dobre sprawowanie i deportowany do komunistycznej Niemieckiej Republiki Demokratycznej, gdzie przyjęto go z wielkimi honorami. Osiadł w rodzinnym Lipsku, gdzie kontynuował z powodzeniem karierę naukową., był też zastępcą dyrektora Niemieckiego Instytutu Badań Jądrowych. Według niektórych relacji, służył jako konsultant w chińskim programie jądrowym. W 1979 r. przeszedł na emeryturę, zmarł w 1988 r. w Berlinie.

Informacje, które Fuchs przekazał sowieckim służbom, były bezcenne. Np. szczegóły dotyczące wzbogacania uranu, które za pośrednictwem Harry’ego Golda trafiły w ręce NKGB, były efektem kilku lat żmudnych badań w ramach Projektu Manhattan, które pochłonęły ok. 400 mln dolarów.

Ethel i Julius Rosenbergowie – najbardziej znani „atomowi szpiedzy”. Aresztowani w wyniku zeznań brata Ethel, Davida Greenglassa. Osądzeni w głośnym procesie i skazani na śmierć w 1951 r. jako przywódcy sowieckiej siatki szpiegowskiej. Pomimo ogólnoświatowej kampanii na rzecz ich ocalenia, straceni 19 czerwca 1953 r. na krześle elektrycznym. Obecnie uważa się, że ich rola w organizacji szpiegowskiej była dużo mniejsza, niż im przypisywano. Zdjęcie na licencji Wikimedia Commons.

Amerykański kontrwywiad wszedł na trop sowieckiej siatki szpiegowskiej w Projekcie Manhattan w 1946 r., ale śledztwo nabrało tempa po detonacji pierwszej sowieckiej bomby atomowej w 1949 r. Wraz z nasileniem Zimnej Wojny w USA wybuchła prawdziwa psychoza szpiegowska. Przełomowe dla sprawy okazało się aresztowanie Harry’ego Golda w 1950 r., który wydał w śledztwie agenta, z którymi współpracował, Davida Greenglassa, inżyniera, który w czasie wojny pracował w wzbogacania uranu w Oak Ridge i w laboratorium w Los Alamos. Ten z kolei, podczas procesu w 1951 r., chcąc chronić swoją żonę, obciążył zarzutami swoją siostrę Ethel Rosenberg i jej męża Juliusa. W toku głośnego procesu małżeństwo Rosenbergów zostało uznane za prawdziwy „mózg” siatki szpiegowskiej i w 1951 r. skazane na karę śmierci. Wyrok wykonano na krześle elektrycznym  19 czerwca 1953 r. po długich próbach zmuszenia skazanych do złożenia zeznań, pomimo ogromnej fali protestów na całym świecie w obronie skazanych, w którą włączyli się m.in. papież Pius XII, Pablo Picasso, co oczywiste – rządy państw komunistycznych, oraz część polityków amerykańskich i europejskich. Rola Rosenbergów jest obecnie przedmiotem dyskusji historyków, wiele wskazuje na to, że Julius Rosenberg był jedynie kurierem przenoszącym informacje wywiadowcze, a Ethel co najwyżej je przepisywała. Wraz z nimi osądzony został ich współpracownik Morton Sobell. On oraz Greenglass i Gold zostali skazani na kary wieloletniego więzienia, ale wszyscy zostali zwolnieni do 1965 r.

Toczące się na przełomie lat 40-tych i 50-tych śledztwo nie ujawniło wszystkich szpiegów atomowych. W 1997 r. Theodore Hall, jeden z najmłodszych uczestników Projektu Manhattan, który brał udział w pracach nad obiema bombami, przyznał się do szpiegostwa na rzecz ZSRS. Nie poniósł żadnych konsekwencji, podobnie jak jego kolega i łącznik Saville Sax. Ten przyznał się już w latach 60-tych, ale był wówczas uzależnionym od narkotyków hipisem i nikt nie brał go poważnie. Co ciekawe, Hall był w okresie Zimnej Wojny podejrzewany przez FBI i przesłuchiwany w 1951 r., ale nie znaleziono wówczas dowodów na jego działalność. Z kolei o szpiegowskiej działalności innego agenta, George Kovala, Amerykanie dowiedzieli się wiele lat po jego śmierci, gdy w 2007 r. prezydent Rosji Władimir Putin odznaczył go pośmiertnie tytułem Bohatera Federacji Rosyjskiej. Koval, zwerbowany przez GRU podczas pobytu w ZSRS w latach 30-tych, służył w armii amerykańskiej jako oficer kontrolujący zagrożenia radiacyjne przy Projekcie Manhattan. Dostarczył Sowietom m.in. plany inicjatora berylowo-polonowego Urchin, używanego w bombie plutonowej Mk.3 Fat Man.

Bruno Pontecorvo (1913-93), włoski fizyk i komunista. Przed wojną współpracownik Enrico Fermiego, później uczestnik Projektu Manhattan i domniemany agent sowieckiego wywiadu. W 1950 r. wraz z rodziną zbiegł do ZSRS. Znany jako badacz neutrin i promieniowania kosmicznego. Zdjęcie wykonane w ZSRS w połowie lat 50-tych. Na licencji Wikimedia Commons.

Inną, dość ciekawą postacią, był włoski fizyk żydowskiego pochodzenia Bruno Pontecorvo. Urodzony w 1913 r., studiował w Rzymie pod kierownictwem Enrico Fermiego, którego następnie stał się bliskim współpracownikiem i przyjacielem. Brał udział w eksperymentach Fermiego z rozszczepianiem jąder uranu wolnymi neutronami. W 1934 r. wyjechał do Francji, gdzie związał się z komunistami. Po upadku Paryża w czerwcu 1940 r. wraz z rodziną przez Hiszpanię i Portugalię przedostał się do Stanów Zjednoczonych. Od 1943 r. włączył się w prace Projektu Manhattan pomimo otwarcie deklarowanych poglądów komunistycznych. Był zatrudniony m.in. w Kanadzie, gdzie zaprojektował reaktor atomowy uruchomiony w Chalk River w 1945 r. Po wojnie zajmował się m.in. badaniem promieniowania kosmicznego, a w 1949 r. przeniósł się do Wlk. Brytanii, gdzie pracował w Harwell nad projektami brytyjskich reaktorów. W 1950 r., po aresztowaniu Klausa Fuchsa, podczas pobytu na wakacjach we Włoszech zbiegł wraz z rodziną do ZSRS. Tam z kolei pracował w słynnym Połączonym Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej, m.in. nad detekcją neutrin. Cieszył się dużymi przywilejami, otrzymał też szereg odznaczeń sowieckich, m.in. dwa Ordery Lenina. Zmarł w 1993 r. Choć w Stanach Zjednoczonych nigdy nie odnaleziono dowodów na jego działalność szpiegowską, to wiele wskazuje, że Pontecorvo pracował dla sowieckich służb specjalnych od ok. 1940 r. Były oficer KGB, który zbiegł na Zachód, Oleg Gordiewski, dawny archiwista i autor książki o historii tej instytucji twierdzi, że Bruno Pontecorvo odgrywał rolę podobną, jak Klaus Fuchs. Np. w styczniu 1943 r. miał przekazać NKGB plany uruchomionego dwa miesiące wcześniej pierwszego na świecie reaktora atomowego CP-1. Pontecorvo miał także się podjąć zwerbowania samego Enrico Fermiego, którego gotowość do współpracy z sowieckimi służbami sygnalizował w jednym z raportów. Po 2000 r. w rosyjskich archiwach znaleziono odbitki planów amerykańskich i brytyjskich reaktorów atomowych, które Bruno Pontecorvo prawdopodobnie przywiózł o ZSRS w 1950 r.

Pewną tajemnicą jest otoczona przeszłość „ojca amerykańskiej bomby atomowej” i kierownika naukowego Projektu Manhattan – J. Roberta Oppenheimera. Nie jest tajemnicą, że był on w latach 30-tych sympatykiem ruchu komunistycznego. Do CPUSA, niezwykle silnego na jego macierzystym Uniwersytecie w Berkeley, należał jego brat Frank, żona Kitty (której pierwszy mąż zginął podczas wojny w Hiszpanii w składzie tzw. Batalionu Lincolna), szwagierka oraz inne osoby z jego otoczeni, w tym część studentów. Jego powiązania z komunistami były tak silne, że w 1941 r. FBI wpisała go na listę podejrzanych o przynależność do tego ruchu. Miał też kontakty z ludźmi powiązanymi z sowieckimi placówkami dyplomatycznymi i z wywiadem. Cieniem na jego karierze mogła się położyć tzw. afera Chevaliera. Haakon Chevalier, Francuz, był profesorem romanistyki i biegłym tłumaczem. Powiązany z CPUSA, w 1943 r. miał próbować namówić Oppenheimera do współpracy z Sowietami. Ten odmówił i powiedział o sprawie gen. Grovesowi. Z kolei Groves, obawiając się ewentualnego odsunięcia Oppenheimera od Projektu Manhattan przez FBI, nakazał całą sprawę wyciszyć.

Jak wynika z ujawnionych sowieckich dokumentów, wywiad ZSRS próbował parokrotnie zwerbować do współpracy J. Roberta Oppenheimera, ten jednak kategorycznie odmawiał. Natomiast w 1994 r. 69-letni wówczas Sergo Beria, syn szefa tajnych służb w czasach Stalina, Ławrentija Berii stwierdził, że na początku 1939 r. J. Robert Oppenheimer odwiedził ZSRS na zaproszenie rządu i mieszkał w ich domu. Historycy odnoszą się do tych rewelacji dość sceptycznie, gdyż oficjalnie nie znaleziono dotąd żadnych dowodów na poparcie tej tezy.

 

Sowiecki ośrodek badań jądrowych Arzamas-16 w Sarowie (Wszechzwiązkowy Instytut Badawczy Fizyki Eksperymentalnej), otwarty w 1946 r. Jego kierownikiem był Jurij Chariton. Domena publiczna.

Sowieckie prace nabrały tempa po zrzuceniu przez Amerykanów bomb atomowych na Hiroszimę i Nagasaki. Jeszcze w sierpniu 1945 r. z rozkazu Józefa Stalina powołany został specjalny komitet, na czele którego stanął szef tajnej policji Ławrientij Beria, w jego skład weszli politycy, generałowie oraz naukowcy i przedstawiciele przemysłu. W tym czasie też w ręce sowieckich naukowców dostały się materiały wywiadowcze, uzyskane poprzez infiltrację amerykańskiego Programu Manhattan.

W maju 1946 r. w Sarowie (400 km od Moskwy) otwarto tajny jądrowy ośrodek naukowy Arzamas-16, którego kierownikiem naukowym został Jurij Chariton. Rozpoczęto wydobywanie rudy uranu na terenie sowieckiej strefy okupacyjnej w Niemczech (później NRD) oraz w Czechosłowacji, Polsce i Bułgarii, a na Uralu otwarto zakłady jego wzbogacania. W grudniu na przedmieściach Moskwy pod kierunkiem Igora Kurczatowa uruchomiono pierwszy w Europie reaktor atomowy – F-1, wzorowany na amerykańskim R305 z Hanford, którego plany uzyskano poprzez działalność szpiegowską. W 1947 r., m.in. przy pomocy więźniów łagrów, uruchomiono tajny kompleks jądrowy Czelabińsk-40, w którym pracowało pięć reaktorów produkcyjnych, z których pozyskiwano pluton.

Efektem tych prac była pierwsza sowiecka bomba atomowa RDS-1, znana jako Pierwsza Błyskawica (ros. Pierwaja Mołnia), zdetonowana na poligonie w rejonie Semipałatyńska w Kazachstanie 29 sierpnia 1949 r., co oznaczało złamanie amerykańskiego monopolu na broń jądrową. RDS-1 był niemal dokładną kopią amerykańskiej bomby Mk.3 Fat Man i urządzenia Gadget, zdetonowanego 16 lipca 1945 r. w Nowym Meksyku.

„Pierwsza błyskawica” (ros. Pierwaja Mołnia) – pierwsza sowiecka bomba atomowa RDS-1, zdetonowana 29 sierpnia 1949 r., co stanowiło złamanie amerykańskiego monopolu na broń jądrową. Była ona dokładną kopią amerykańskiej bomby Mk.3 Fat Man. Według oficjalnych informacji, wybuch miał osiągnąć moc 22 kt. Jednak współczesna analiza wyników wskazuje, że uzyskano moc jedynie 9 kt. Zdjęcie na licencji Wikimedia Commons.

XVII. Poligon Trinity po latach

Początkowy okres Zimnej Wojny i kolejne próby jądrowe, przeprowadzone na atolu Bikini i w Newadzie spowodowały, że na kilka lat o poligonie w Nowym Meksyku, na którym zdetonowano pierwszą bombę atomową zapomniano. Dopiero w 1952 r. przystąpiono do niwelacji i dekontaminacji terenu. Lej po wybuchu zasypano przy pomocy buldożerów, zebrano też cały pozostały trynityt. Stanowi on obecnie głównie własność rządową, jego próbki trafiły na uczelnie i do ekspozycji muzealnych, choć część znalazła się  rękach prywatnych.

We wrześniu 1953 r. miejsce po raz pierwszy zostało otwarte dla grupy zwiedzających w ramach tzw. Dni Otwartych Lokalizacji Testu Trinity (Trinity Site Open House). Grupa 650 turystów obejrzała wówczas punkt „zero” i ranczo McDonalda. 21 grudnia 1965 r. cały teren został ogłoszony Narodowym Obiektem Historycznym (ang. National Historical Landmark – punktem takim może być budynek, miejsce, twór naturalny lub obszar ogłoszony przez rząd Stanów Zjednoczonych), a w 1966 r. wpisano do Rejestru Narodowych Miejsc Historycznych. Obejmuje on zachowany obóz obsługi, punkt „zero” oraz ranczo McDonalda, gdzie zmontowano bombę Gadget, łącznie ok. 20 ha terenu. Obszar ten został ogrodzony, a w miejscu eksplozji wzniesiono pamiątkowy obelisk z lokalnych skał magmowych.

Pamiątkowy obelisk w miejscu detonacji bomby Gadget. Napis głosi: „Miejsce próby Trinity, w którym został zdetonowany pierwszy ładunek jądrowy w dniu 16 lipca 1945 r.”. Na licencji Wikimedia Commons.

Pewnym problemem była kwestia rancza MacDonalda. Pochodziło ono z 1913 r., zbudował je niemiecki imigrant Franz Schmitt, którego wcześniejszy dom w okolicy spłonął. W latach 30-tych ranczo wraz z przyległymi budynkami gospodarczymi i zagrodami dla zwierząt, przejęła rodzina McDonaldów, osiadła na tym terenie od II połowy XIX w. Jednak w 1942 r. ranczo wraz z przyległym terenem przejęła w tymczasowe użytkowanie Armia, a w 1944 r. zdecydowano o ulokowaniu tam pierwszego w historii poligonu jądrowego. 11 lipca 1945 r. na ranczo przywieziono elementy bomby atomowej Gadget, która została tam zmontowana w następnych dniach.

W wyniku wybuchu bomby 16 lipca 1945 r., odległe o 3,2 km na południe od hipocentrum ranczo ucierpiało jedynie w małym stopniu, fala uderzeniowa wybiła tylko wszystkie szyby w oknach. Jego teren nie został też poważnie skażony promieniotwórczo, gdyż powstała po wybuchu chmura przemieściła się na północny wschód. Jednak w kolejnych latach opuszczone budynki rancza popadały ruinę. Rodzina McDonaldów liczyła mimo wszystko na ich odzyskanie, jednak w 1970 r. Armia ogłosiła przejęcie tego terenu na stałe w posiadanie. Dawni właściciele nie rezygnowali, prowadzili długotrwałą batalię sądową, a w 1982 r. Dave MacDonald z bratanicą Mary dokonali zbrojnej okupacji obiektu w proteście przeciw wywłaszczeniu. Wkrótce później ranczo zostało wyremontowane do stanu z 1945 r. i obecnie jest częścią ekspozycji, znajduje się w nim m.in. wystawa poświęcona pierwszym osadnikom na tym terenie – Schmidtom.

Ranczo McDonalda, na którym zmontowano pierwszą w historii bombę atomową Gadget, widok współczesny. Na licencji Wikimedia Commons.

16 lipca 1995 r., w pięćdziesiątą rocznicę pierwszego wybuchu atomowego, miejsce odwiedziła rekordowo wielka grupa turystów, licząca ok. 5000 osób. Zwyczajowo obiekt jest otwarty dla zwiedzających dwa razy w roku: w pierwszą sobotę kwietnia i października. W 2014 r. władze sąsiedniego Poligonu Rakietowego White Sands, które są zarządcą obiektu, ogłosiły ograniczenie z przyczyn budżetowych zwiedzania do jednego dnia w roku, jednak w 2015 r. decyzję tę cofnięto.

W chwili obecnej, po 71 latach od wybuchu, promieniowanie w punkcie „zero” ma dziesięciokrotną wartość poziomu promieniowania tła, co w przypadku osób przebywających w tym miejscu przez kilka godzin, nie ma żadnego negatywnego wpływu na zdrowie.

M. O.

Kawałek trinitytu („szkła z Alamogordo”), materiału powstałego ze stopionego piasku w wyniku wybuchu jądrowego. Zielonkawy kolor to efekt występowania dużej ilości żelaza w miejscu detonacji (znane są także przypadki zabarwienia na czerwono od miedzi, a także czarno i biało). W latach 40-tych i 50-tych znaczną ilość trynitytu obecnego na miejscu próby Trinity wyzbierano do kolekcji oraz na surowiec dla jubilerów (radioaktywność materiału jest niewielka). W 1965 r. podczas niwelacji miejsca detonacji większość kryształów wyzbierano – trafiły one głównie na uczelnie i do muzeów. Obecnie nadal można na miejscu detonacji bomby Gadget znaleźć jego ślady, jednak jego zbieranie w miejscu pamięci narodowej jest zabronione (legalne jest posiadanie kamieni zebranych wcześniej). Trynityt występuje także w miejscach innych prób jądrowych. Zdjęcie na licencji Wikimedia Commons.