Stałem się śmiercią; niszczycielem światów

Stałem się śmiercią; niszczycielem światów

Słynny cytat z Bhagawadgity, który Robert Oppenheimer wypowiedział po latach rozważając swoje własne doświadczenia obserwacji pierwszej próbnej eksplozji bomby atomowej, jest rzadkim przykładem, gdy odwołanie się do religijnej symboliki nie wydaje się być skażone niepotrzebną egzaltacją. Uwalniając energie rozszczepienia atomów (później zaś ich termonuklearnej fuzji, a więc procesu, który, całkiem dosłownie, rozświetla Słońce i wszystkie inne gwiazdy), ludzkość w stopniu bezprecedensowym równała do bogów, rzeczywiście tych najbardziej niszczycielskich.

Spójrzcie na to, ten filmik trwa 9 minut, a mimo to sądzę, że tak jak ja, będziecie się w niego wpatrywać jak zahipnotyzowani:

Chciałbym powiedzieć, że to co na nim widać jest po prostu straszne, ale w rzeczywistości uważam, że niektóre z tych obrazów są też zwyczajnie piękne, jak choćby, wybrany przeze mnie jako kluczowy, obraz wznoszącego się nad chmury rozpalonego grzyba atomowego, wyglądającego jak osobliwy, miniaturowe wschód słońca. Sądzę, że taki paradoks jest nieunikniony, gdy sięga się do najbardziej podstawowych sił przyrody.

Samo zjawisko (słowo to wydaje mi się tu nader stosowne) atomowej eksplozji może czarować osobliwym pięknem, ale inne obrazy z filmu powyżej pokazują jego przerażająco niszczycielski potencjał. Swego czasu mieli okazję przekonać się o tym ludzie, którzy padli jego ofiarą...

Hiroszima i Nagasaki

Troszkę ponad 69 lat temu (pierwotnie notka ta miała pojawić się dokładnie w dzień rocznicy, ale nieprzewidziane okoliczności ją opóźniły) nad Hiroszimą rozbłysło światło, jakiego mieszkańcy tego miasta nie widzieli wcześniej. Wielu z nich niczego w swoim życiu więcej nie ujrzało.

Grzyb atomowy rosnący nad Hiroszimą

Grzyb atomowy rosnący nad Hiroszimą

Hiroszima po ataku

Hiroszima po ataku

Gazeta Wyborcza z okazji rocznicy zamieściła tekst Łukasza Woźnickiego Życie z piętnem bomby atomowej, w którym czytamy niezbyt przyjemne opisy doświadczeń hibakusha, czyli świadków bombardowania:

Chwilę wcześniej, dokładnie o godz. 8.16, eksplodująca 600 m nad szpitalem w centrum bomba zatrzymała wskazówki zegarków na rękach mieszkańców Hiroszimy. O ile mieli jeszcze ręce. Nad Hiroszimą wybuchła kula ognia. Przez kilka sekund temperatura przy ziemi sięgała 4 tys. stopni. Przez miasto ruszyła fala gorąca - promieniowania cieplnego, która jeszcze kilometr dalej topiła szklane butelki, a na dachówkach zostawiała bąble. I druga fala - uderzeniowa - podmuch, który w promieniu dwóch kilometrów równał z ziemią popularne w Japonii drewniane domy.

- Widziałam poszarpane ubrania moich braci, które zajęły się ogniem. Bąble po oparzeniach na ich rękach, ramionach i nogach. Płakali z bólu, gdy spod gruzów domu wyszła moja mama z zakrwawioną głową i kazała nam uciekać - opowiada Emiko Okada.

8-latka była przekonana, że to na jej dom ktoś właśnie rzucił bombę. Ale budynek stał 2,8 km od centrum. Gdyby dziewczynka miała rację, w jednej chwili zmieniłaby się w popiół. Taki los spotkał ludzi, którzy znaleźli się w promieniu 250 m od epicentrum. Pozostały po nich "atomowe cienie" - naświetlone przez blask kuli ognia ślady po ludziach i przedmiotach. Jeden z nich - cień siedzącego na schodach banku człowieka - razem ze ścianą można zobaczyć w muzeum w Hiroszimie.

Namacalne wyobrażenie o ogromie zniszczeń mogą dać te dwa zdjęcia przedstawiające modele fragmentu zabudowy miasta przed i po ataku (kliknięcie powiększa):

Eksplozja (o sile 16 kiloton trotylu) zabiła bezpośrednio 70 000–80 000 ludzi, z których tylko około 20 000 było żołnierzami. Tyle samo zginęło przymusowych robotników, uprowadzonych przez Japończyków z Korei.

Trzy dni po Hiroszimie kolejna bomba (Grubas) spadła na Nagasaki. Choć użyty tam ładunek był silniejszy (21 kiloton), ukształtowanie terenu, na którym znajdowało się miasto, uchroniło wielu ludzi przed skutkami eksplozji. Szacunki bezpośredniej liczby ofiar są nader nieprecyzyjne i podawane w zakresie 22 do 75 tysięcy.

Strategiczna ocena skuteczności ataków na Hiroszimę i Nagasaki. Zwróćcie uwagę, że w atakach tych i tak zginęło mniej ludzi, niż prowadzonych wcześniej zapalających nalotach na Tokio. Z drugiej strony względna liczba ofiar ataków atomowych była znacznie wyższa. Źródło: trumanlibrary.org

Strategiczna ocena skuteczności ataków na Hiroszimę i Nagasaki. Zwróćcie uwagę, że w atakach tych i tak zginęło mniej ludzi, niż prowadzonych wcześniej zapalających nalotach na Tokio. Z drugiej strony względna liczba ofiar ataków atomowych była znacznie wyższa. Źródło: trumanlibrary.org

Co ciekawe, bezwzględna łączna liczba ofiar była i tak mniejsza w tych atakach, niż prowadzonych wcześniej wielodniowych nalotach zapalających nad Tokio (podobnie zresztą więcej osób zginęło w Dreźnie). Gdy jednak uwzględnić względną skuteczność bomb atomowych (a więc jaki odsetek populacji atakowanych miast zabiły), to nic z konwencjonalnych form broni nie mogło z nimi równać.

Tworzenie monstrum

Promieniowanie

W jaki sposób Amerykanie byli zdolni uwolnić niszczycielskie siły atomu nad japońskimi miastami? To długa historia, która zaczyna się od odkrycia w 1897 roku zjawiska radioaktywności i wymaga poznaniu kilku faktów związanych z fizyką (ale to ciekawe fakty!). W 1903 roku fizycy Ernest Rutherford i Frederick Soddy zasugerowali, że w materii, każdej, nie tylko promieniotwórczej, zawarta jest pewna ukryta forma energii, która właśnie uwalniana jest w procesach promieniotwórczych.

Już wtedy wiadomo było, że chodzi tu o energię rzędy wielkości większą od tej uwalnianej w procesach chemicznych. Uczonym zajęło trochę czasu zrozumienie, na czym dokładnie polegają te procesy.

Schemat jednego z procesów promieniotwórczych, tak zwanego rozpadu α. Jądro promieniotwórczego pierwiastka emituje tu cząstkę α, która jest niczym innymi, niż pozbawionym elektronowych powłok jądrem atomu helu.

Schemat jednego z procesów promieniotwórczych, tak zwanego rozpadu α. Jądro promieniotwórczego pierwiastka emituje tu cząstkę α, która jest niczym innymi, niż pozbawionym elektronowych powłok jądrem atomu helu.

Najpierw uświadomiono sobie, że jądra pierwiastków promieniotwórczych spontanicznie emitują cząstki, na przykład cząstki α, w procesie tak zwanego rozpadu promieniotwórczego. To właśnie proces rozpadu struktury jąder atomowych jest źródłem wielkich energii uwalnianych w procesach promieniotwórczych. Energia ta pochodzi z różnicy między poziomami energii wiązań w jądrach powstających i tych,  z których powstały.

Później odkryto, że wysokoenergetyczne cząstki, w tym te powstające w wyniku rozpadu promieniotwórczego, uderzając w inne jądra, mogą indukować ich rozszczepienie, szczególnie, jeśli są to już niestabilne jądra promieniotwórcze.

Mechanizm inicjacji reakcji łańcuchowej w bombie atomowej. Autor grafiki: Emesik, CC BY-SA 3.0.

Mechanizm inicjacji reakcji łańcuchowej w bombie atomowej. Autor grafiki: EmesikCC BY-SA 3.0.

W bombach atomowych, takich jak te zrzucone na Japonię, eksplozja odpowiednio uformowanych konwencjonalnych ładunków wybuchowych kompresuje pewną ilość materiału rozszczepialnego, tak dobraną, by po kompresji przekroczyła ona masę krytyczną.

Jeśli zgromadzimy w jednym miejscu taką ilość materiału promieniotwórczego, by przekroczona została masa krytyczna, zaczyna się dziać coś ciekawego. Cząstki uwalniane z rozszczepiających się atomów promieniotwórczych (neutrony) znajdują się w otoczeniu tak wielu innych atomów, że zaczynają dość często uderzać w ich jądra i rozszczepiać je. Rozpoczyna się łańcuchowa reakcja jądrowa, która potrafi w bardzo krótkim czasie doprowadzić do rozpadu materiału radioaktywnego i uwolnienia gigantycznej ilości energii.

Mały chłopczyk. Foto: Archiwa Narodowe USA.

Mały chłopczyk. Foto: Archiwa Narodowe USA.

Mały chłopczyk

Bomba zrzucona na Hiroszimę (Mały chłopczyk) używała do inicjacji wybuchu tak zwanej metody działa, czyli ładunek wybuchowy wstrzeliwał jeden fragment materiału rozszczepialnego w drugi (jak to wyglądało, widać na schemacie poniżej). Materiałem ten stanowił uran-235.

Boba okazała się skrajnie niewydajna. Odpowiednie eksperymenty wykonane na kopiach Małego chłopczyka wiele lat po wojnie wykazały, że siła tej konstrukcji to około 15 kiloton ± 20%. Tymczasem (pełne) rozszczepienie jednego kilograma uranu-235 powinno dawać eksplozję o sile około 8 kiloton. W Małym chłopczyku znajdowało się 64 kilogramy uranu. Oznacza to, że blisko 99% materiału nie uległo przekształceniu w reakcji jądrowej, a zamiast tego rozproszyło się w środowisku.

Schemat budowy Małego chłopczyka zrzuconego na Hiroszimę. W bombie tej znajdowało się działo, które wstrzeliwało pusty w srodku uranowy cylinde na inny cylinder, uzyskując w ten sposób mase większą od krytycznej. Ilustracja: Dake, zmienione, użyte i udostępnione na licencji CC BY-SA 3.0. 

Schemat budowy Małego chłopczyka zrzuconego na Hiroszimę. W bombie tej znajdowało się działo, które wstrzeliwało pusty w srodku uranowy cylinde na inny cylinder, uzyskując w ten sposób mase większą od krytycznej. Ilustracja: Dake, zmienione, użyte i udostępnione na licencji CC BY-SA 3.0

Wbrew temu, co intuicyjnie mogło by się wydawać, rozrzucenie przez bombę takiej ilości promieniotwórczego uranu nie doprowadziło do lokalnego skażenia środowiska. Eksplodując kilkaset metrów nad ziemią, bomba wytworzyła kulę ogniową, która natychmiast zaczęła się unosić w postaci grzyba, który wyniósł większość materiałów aż do stratosfery, gdzie uległy one rozproszeniu na tak wielkim obszarze, że ich stężenia nie były dla nikogo niebezpieczne.

Grubas

Bomba zrzucona na Nagasaki (Grubas) była z kolei bombą plutonową, która wykorzystywała metodę implozyjną. Materiał rozszczepialny miał postać litej sfery, którą kompresowała eksplozja bardziej zewnętrznej sfery konwencjonalnych ładunków wybuchowych ukształtowanych do postaci trójwymiarowych soczewek wybuchowych. Oczywiście taka safera zbudowana z samego plutonu od razu miałaby masę większą od krytycznej i eksplodowała, dlatego plutonowy rdzeń bomby wykonano ze stopu plutonu z galem.

Grubas. Foto: Narodowe Muzeum USAF.

Grubas. Foto: Narodowe Muzeum USAF.

Jeśli chcesz się dowiedzieć o opisywanych tu rzeczach czegoś więcej, polecam artykuły na anglojęzycznej Wikipedii:

Ponadto, korzystając z otwarcia archiwów The New Yorker, można za darmo przeczytać ten esej: Atomic John.

Później

Reakcja łańcuchowa w bombach atomowych ma charakter niekontrolowany. Reakcje te nauczono się także kontrolować (przez wyłapywanie nadmiaru uwalnianych w reakcjach rozszczepienia neutronów) i stworzono reaktory jądrowe, jedne z najbardziej czystych i wydajnych źródeł energii (pierwsze reaktory powstały przed pierwszą bombą atomową).

Z kolei bomby atomowe nie były ostatnim słowem w ludzkich poszukiwaniach możliwie potężnych środków zniszczenia. Później nauczono się produkować bomby termojądrowe, w których zamiast rozszczepiać jądra ciężkich pierwiastków promieniotwórczych, wymusza się łączenie jąder pierwiastków lekkich. Wymaga to ogromnych temperatur (reakcja ta jest tym samym procesem, który zachodzi we wnętrzu gwiazd), których w bombie termojądrowej dostarcza eksplozja pomocniczego, małego ładunku jądrowego.

Obecnie trwają prace nad kontrolowanym przeprowadzeniem reakcji termojądrowej. Reaktory takie dałyby praktycznie nieograniczone ilości energii, bo paliwem dla nich byłby wodór, który łatwo można pozyskać z wody.

Jeśli notka wydała ci się ciekawa, rozważ polubienie bloga na Facebooku.

"Pleasure is all mine"

"Pleasure is all mine"

Mózgożerna ameba

Mózgożerna ameba