Jaderné zbraně a kosmický výzkum

Jen při vyslovení názvu atomová nebo vodíková puma jímá mnoho lidí velký strach. A není se co divit, lidstvo dosud nevymyslelo a neotestovalo ničivější a potenciálně více smrtící zbraně. I přesto byl jejich vývoj a objevy, které k němu vedly, dosti zajímavou kapitolou fyziky, ale i matematiky nebo chemie. Navíc našly jaderné zbraně svoje uplatnění, byť poněkud okrajové, i ve vědeckém výzkumu a dokonce i v kosmonautice, kde by to čekal zřejmě jen málokdo. Právě proto jsem se rozhodl vás dnes s touto oblastí seznámit. Politice se pochopitelně v dnešním textu zcela nevyhneme, avšak nemusíte se obávat, hlavním pilířem zůstane pochopitelně věda. Začneme výrazně dříve, než v 40. letech minulého století, nejprve se totiž musíme stručně podívat na vývoj atomové fyziky.

Objev jádra atomu

Objevitel elektronů J. J. Thomson

Objevitel elektronů J. J. Thomson
Zdroj: https://edu.techmania.cz/

Atomová teorie v moderním smyslu slova vznikla na přelomu 18. a 19.století. Dlouho ovšem nebylo známo, jak atomy vypadají. Teprve v 90. letech 19. století objevil J. J. Thomson elektrony, částice se záporným elektrickým nábojem. Začalo být jasné, že atomy ve skutečnosti nejsou nedělitelné a mnoho fyziků přišlo s rozličnými modely atomu. Mezi jinými i sám Thomson, který se domníval, že malé elektrony plavou v moři kladného elektrického náboje.

V roce 1909 ovšem provedli německý fyzik Hans Geiger a novozélandský fyzik Ernest Marsden pod odborným dohledem dalšího Novozélanďana Ernesta Rutherforda klíčový experiment v němž zkoumali strukturu atomů. Tento pokus jsme si již podrobně rozebrali v článku o kvantové mechanice. Nyní si proto jen stručně zopakujme, že se alfa částice posílané skrze terč tvořený zlatou fólií nechovají dle předpokladů. Některé se vychýlily z očekávaného směru letu výrazně více než výzkumníci očekávali.

Na základě výsledků experimentu Rutherford postuloval, že uvnitř atomů se musí nacházet malý střed s extrémní hustotou a vysokou hmotností. Oproti tomu velký obal v němž se vyskytují elektrony tvoří jen zlomek hmotnosti atomů. Středu se později začalo říkat atomové jádro a částicím s kladným elektrickým nábojem jimiž je tvořené protony.

Objev jaderného štěpení

Ernest T. S. Walton

Ernest T. S. Walton
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

V následujících dvou desítkách let se na poli výzkumu atomů odehrálo mnoho zajímavého. Objevila se a postupně zavrhla řada dalších modelů atomů, na základě výzkumu atomů rovněž dospěli někteří vědci k moderní kvantové mechanice. To vše ale podrobně rozebírám v článku věnovaném právě kvantové mechanice. Nás dnes bude zajímat až vývoj ve třicátých letech.

Roku 1932 se odehrály hned dvě zásadní události. James Chadwick objevil částice zvané neutrony, které jsou stejně jako protony přítomny v atomových jádrech. Ernest Walton a John Cockfort potom dokázali rozdělit jádra lithia 7Li na dvě alfa částice (jádra helia 4He) tím, že je ostřelovali urychlenými protony. Šlo tak vlastně o první rozdělení atomu, proto oba vědci po právu získali Nobelovu cenu za fyziku pro rok 1951. Nešlo však o první jaderné štěpení v pravém smyslu slova, ani o první jadernou reakci, tu zvládl už Rutherford v roce 1917, který ovšem naopak slučoval dusík 14N s alfa částicí.

Ida Noddack

Ida Noddack
Zdroj: https://rinconeducativo.org/

Chadwickův objev zaujal fyziky v Itálii, kteří se rozhodli zkusit výsledek ostřelování těžkého jádra uranu neutrony. Vedoucí experimentů Enrico Fermi dospěl k závěru, že se jim podařilo vytvořit dva nové prvky, první transurany, s protonovým číslem 93 a 94. Fermiho skupina nazvala nové prvky ausonium a hesperium a Fermi získal za tento výsledek Nobelovu cenu za fyziku pro rok 1938.

Avšak již krátce po zveřejnění práce italského týmu se objevily jisté pochybnosti. Německá chemička Ida Noddack v roce 1934 vyjádřila přesvědčení, že Fermiho skupina nepozorovala vznik těžších prvků, ale právě naopak rozštěpení uranu na několik lehčích fragmentů. Jenže výsledky nehovořily jednoznačně pro žádnou variantu a Noddack navíc publikovala v nepříliš známém časopisu, proto jsme si na skutečně potvrzený objev štěpení museli ještě několik let počkat.

Lise Meitner

Lise Meitner
Zdroj: https://womeninscienceweadmire.icfo.eu/

V reakci na výsledky Italů se rozhodla podobné experimenty provádět také německo-rakouská skupina chemiků Otto Hahn, Lise Meitner a Fritz Straßmann. Po anšlusu Rakouska v březnu 1938 přišla Lise Meitner o rakouské občanství a protože měla židovský původ, rozhodla se v červenci téhož roku uprchnout do Švédska, kde pobýval jako uprchlík i její synovec Otto Frisch. Oba zůstali s Hahnem a Straßmannem ve spojení skrze dopisy.

To se ukázalo jako klíčové. Hahn a Straßmann totiž pozorovali velmi zvláštní jev. I oni použili neutrony k bombardování jader uranu. Zjistili, že jako produkty pozorují jádra barya, které je ovšem o 40 % lehčí, než uran. Hahn navrhoval, že jádro uranu prasklo, ale jako chemik si nebyl zcela jistý tím, zda něco takového fyzika umožňuje. Rozdíl atomové hmotnosti uranu a barya totiž nemohla žádná tehdy známá metoda radioaktivního rozpadu vysvětlit.

Otto Hahn

Otto Hahn
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Napsal proto Lise Meitner do Švédska. Zde se Meitner a Frisch pustili do práce a brzy dokázali výsledky z Berlína správně interpretovat. Dospěli k závěru, že se jádro v experimentu rozpadlo na dvě zhruba stejně těžké části. Název jaderné štěpení vymyslel Frisch jakožto analogii k biologickému štěpení. Zprávy o objevu se zakrátko rozšířily po celém světě, včetně USA, kde vědci z Kolumbijské univerzity německé výsledky počátkem roku 1939 potvrdili.

Hahn a Straßmann mezitím připravili k vydání publikaci o objevu, jež vyšla v únoru 1939. Poprvé zde použili termín uranspaltung, tedy štěpení uranu. A současně předpověděli, že se při tomto štěpení uvolňují neutrony, které mohou štěpit další jádra. Otevřeli proto cestu k řetězové reakci.

Z objev jaderného štěpení získal Otto Hahn v roce 1944 Nobelovu cenu, ovšem nikoliv za fyziku, nýbrž za chemii. Fritz Straßmann, Lise Meitner a Otto Frisch oceněni nebyli. To dodnes vyvolává řadu kontroverzí, zejména ve vztahu k Lise Meitner jako ženské vědkyni. Faktem ovšem je, že zde byli čtyři kandidáti na tři ceny, což je maximální počet ocenění za kategorii a rok. Sama Meitner prohlásila: „Není pochyb o tom, že si Otto Hahn Nobelovu cenu zaslouží.“ Na druhou stranu však měla pocit, že i ona přispěla něčím významným a tedy by si ocenění také zasloužila.

Úvahy o jaderné zbrani

Leo Szilard

Leo Szilard
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Zhruba ve stejné době jako Hahn a Straßmann si možnost řetězové reakce uvědomil i maďarský fyzik Leó Szilárd. Využít neutrony k dělení atomů jej poprvé napadlo již v roce 1933, tehdy ale pod vlivem tehdy konaných pokusů uvažoval o jádrech lehkých atomů, pro něž nebyl schopen problém vyřešit. Věděl však, že pokud se při rozdělení jádra uvolní dva a více neutronů, může řetězová reakce probíhat, což má obrovský potenciál pro vojenství i energetiku.

Vzhledem k tomu, že jaderné štěpení odhalili vědci ve velmi nešťastné době na nejméně vhodném místě, tedy v Německu, jemuž už několik let vládli mohutně zbrojící, na válku se připravující nacisté, snažil se Szilárd přesvědčit své kolegy, aby výsledky o řetězové reakci nepublikovali. Velmi se totiž obával, že objev nacisté zneužijí. Enrico Fermi na autocenzuru výsledků nerad přistoupil, nikoliv však Frederic Joliot-Curie, který společně s kolegy Lewem Kowarskim a Hansem von Halbanem svá zjištění zveřejnil.

Manželé Frederic a Irene Joliot-Curie.

Manželé Frederic a Irene Joliot-Curie.
Zdroj: https://www.sciencehistory.org/

Jejich článek z časopisu Nature ukazuje, že se při rozštěpení jednoho atomu uranu uvolní průměrně 3,5 neutronu. Později opravili svůj výsledek na hodnotu 2,6. I to je ale více než dostatečné pro aplikace jaderného štěpení. Především jde o možnost energetického využití v jaderných reaktorech, Szilárd a Fermim navrhli dokonce možnou podobu takového reaktoru, a také vojenského použití v jaderných zbraních.

Szilárdův-Einsteinův dopis

Albert Einstein

Albert Einstein
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Leo Szilárd a jeho maďarský kolega Eugene Wigner, v té době už oba žijící v zahraničí, pochopili, že se Němci možná pokusí jaderné štěpení využít. Z toho důvodu se dohodli, že bude nutné přesvědčit vládu USA, aby tomuto problému začala věnovat pozornost. Szilárd proto sepsal dopis prezidentovi USA Franklinu D. Rooseveltovi. Na vážnosti sdělení se jim podařilo přidat tím, že přesvědčili legendárního německého fyzika Alberta Einsteina, aby připojil svůj podpis.

Prezident obdržel Szilárdův – Einsteinův dopis krátce po vypuknutí války, 11. října 1939. Roosevelt nařídil sestavit tzv. Poradní výbor pro uran, který měl kontrolovat nakládání s uranem a jaderný výzkum. Vedl jej Lyman Briggs, jenž uspořádal schůzku se Szilárdem, Wignerem a dalším maďarským uprchlíkem Edwardem Tellerem. Na základě jejich jednání oznámil Briggs prezidentu, že by uran mohl poskytnout zdroj pro nové bomby s ničivostí mnohem větší, než cokoliv tehdy známého.

Faksimilie Einsteinova dopisu.

Faksimilie Einsteinova dopisu.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Nicméně i přesto, že v té době už existovaly jisté návrhy na využití jaderných zbraní, nebyla jim věnována zvláštní pozornost, neboť nápady Roberta Oppenheimera, Jamese Chadwicka a dalších byly dosti nepraktické a těžkopádné.

Frischovo – Peierlsovo memorandum

Rudolf Peierls s manželkou Eugenií.

Rudolf Peierls s manželkou Eugenií.
Zdroj: https://physicsworld.com/

Až o několik měsíců později se v britském Birminghamu spojili anglický fyzik Rudolf Peierls a uprchlík z Německa Otto Frisch, o němž jsme si už říkali v souvislosti s vysvětlením Hahnova a Straßmannova měření. V té době se ještě obecně věřilo, že pro výrobu jaderné bomby bude potřeba využít přírodní uran, který obsahuje většinu izotopu 238U, popřípadě dokonce, že bude potřebné zpomalování neutronů (tzv. moderace) speciálními látkami, jako je například grafit, které dokáží neutrony zbrzdit.

Pamětní tabule připomínající významný Frischův a Peierlsův výsledek na univerzitě v Birminghamu.

Pamětní tabule připomínající významný Frischův a Peierlsův výsledek na univerzitě v Birminghamu.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Frische a Peierlse napadlo, že by mohlo fungovat použití izotopu uranu 235U, který je lehčí, avšak jeho atomy jsou větší. Určili, že kritické množství uranu 235U potřebné k sestrojení bomby činí pouze 6 kilogramů, namísto dříve předpokládaných jednotek až desítek tun. Pozdější výpočty upřesnily kritické množství na 15 kilogramů, což je ale pouze drobná korekce, cestu k bombě to nijak výrazně neztížilo. Stále je to dost málo na to, aby zbraň unesly tehdejší bombardéry.

Oba muži svůj zásadní výsledek ukazující, že reálně použitelnou atomovou bombu lze skutečně postavit publikovali v únoru 1940. Jejich práce se později proslavila jako Frischovo – Peierlsovo memorandum.

Štěpný materiál

Nicméně vzhledem k tomu, že v přírodním uranu je 99,3 % izotopu 238U a jen 0,7 % 235U, postavila se přece jen vědcům do cesty nelehká překážka. Aby získali dostatek štěpného materiálu, museli připravit dostatek uranu 235U a to z přírodního uranu, potřebovali proto oba izotopy nějak oddělit. Oba však náleží ke stejnému prvku, chemicky se tedy nijak neliší. Jediná možnost je zvolit fyzikální postupy, ty jsou ale dosti obtížně proveditelné, jelikož se oba izotopy liší pouze třemi neutrony.

Jaderné štěpení při použití Uranu-235.

Jaderné štěpení při použití Uranu-235.
Zdroj: https://files.mtstatic.com/

Americká skupina ve složení Glenn Seaborg, Joseph Kennedy, Arthur Wahl s výraznou pomocí italského emigranta Emilia Segrèa zjistila, že při ostřelování uranu 238U neutrony vzniká těžší izotop uranu 239U, který je ovšem silně nestabilní a rozpadá se s poločasem přeměny asi 23 a půl minuty. Na tom by nebylo nic zvláštního, kdyby při rozpadu uranu 239U nevznikal izotop zcela nového prvku s 239 nukleony.

Reakce s plutoniem. Ke štěpení dojde asi ve 3/4 případů. V jedné čtvrtině dojde k radiačnímu záchytu neutronu.

Reakce s plutoniem. Ke štěpení dojde asi ve 3/4 případů. V jedné čtvrtině dojde k radiačnímu záchytu neutronu.
Zdroj: https://nuclear-power.com/

Tento nově objevený prvek nazvali plutonium, konkrétně pozorovali izotop plutonium 239Pu. O něm vědci zjistili, že se jedná rovněž o štěpný materiál, podobně jako uran 235U. To ukázalo na alternativní cestu k jaderné zbrani. Přesto šlo o nové metody, proto řada lidí vyjadřovala značnou skepsi a opatrnost. Domnívali se, že jejich uvedení do praxe zabere mnoho let.

Britsko – Americká spolupráce

John Cockfort

John Cockfort
Zdroj: https://alchetron.com/

Vzhledem k Peierlsově a Frischově průlomu drželi britští fyzikové před svými americkými kolegy počátkem 40. let náskok. Odpovědní představitelé rozhodli rozjet vývoj atomové bomby a následně ustavený poradní výbor MAUD jednomyslně doporučil v práci na bombě pokračovat.

V červenci 1940 navrhla britská strana kolegům z USA spolupráci, konkrétně přístup k většině důležitých informací. V září 1940 dorazila do USA tzv. Tizardova mise, kterou vedl Henry Tizard, ale účastnil se i jaderný fyzik John Cockfort. Delegace měla za úkol zjistit stav amerického průmyslu a vědy. Cockfort zjistil, že dosavadní americký jaderný projekt je menší než britský a poněkud méně rozvinutý. Podrobnou zprávu předali zástupci komise též americké straně.

Mark Oliphant

Mark Oliphant
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Jeden ze členů výboru MAUD, australský fyzik Marcus Oliphant, odletěl v srpnu 1941 do USA. Při návštěvě zjistil, že data, která jeho výbor poskytl americké straně se nedostala k nejlepším jaderným fyzikům v USA. Navštívil proto Ernesta Lawrence, Arthura Comptona a mnohé další, aby je o pokroku informoval. Jeho mise slavila úspěch. Například Lawrence Oliphantovy zprávy natolik ohromily, že okamžitě začal s vlastním výzkumem uranu.

Klíčové osoby v USA si tedy nyní plně uvědomovaly potenciál jaderných zbraní. Hned v říjnu 1941 svolal prezident Roosevelt schůzku s viceprezidentem Henry Wallacem a inženýrem Vannevarem Bushem, na níž dohodli tajnou skupinu, která měla budoucí atomový projekt řídit. Roosevelt si přizval k projektu zejména zástupce armády, neboť ta měla na rozdíl od námořnictva nebo letectva zkušenosti s rozsáhlými stavebními projekty. Prezident rovněž souhlasil s koordinací projektu s činností britské strany. To bylo stále ještě před vstupem USA do války. K tomu došlo až po útoku na Pearl Harbor 7. prosince 1941, následující den USA vyhlásily Japonsku válku.

První jaderný reaktor

Schéma řetězové jaderné reakce.

Schéma řetězové jaderné reakce.
Zdroj: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/

Fermiho skupina pokračovala mezitím na snaze dosáhnout jako první řízené štěpné řetězové reakce. Roosevelt se jim rozhodl přiklepnout menší finanční částku, Fermi se Szilárdem jí většinu utratili za nákup grafitu potřebného pro moderaci reakce. Počátkem roku 1940 provedli s kolegy z Kolumbijské univerzity první štěpnou reakci v USA. Krátce na to sestavili několik prototypů jaderných reaktorů, tehdy ovšem ještě bez ambice dosáhnout štěpné reakce.

Jednoduchým pokusem s ozařováním uranu neutrony zjistili, že ve vzorku výrazně přibývají neutrony, takže by řetězová reakce měla být možná. Fermi požádal Alfreda Niera o separaci vzorku uranu 235U, což se Nierovi podařilo. Zbývalo vyřešit problém moderátoru, tedy jakou látku použít ke zpomalování neutronů. Szilárd navrhoval využít grafit, záložní plán počítal s použitím těžké vody, tedy vody, kde se místo běžných atomů vodíků nachází atomy deuteria. Fermi a Szilárd se následně setkali se zástupci chemické firmy vyrábějící grafit. Obávali se totiž případných nečistot v grafitu, což společnost vyřešila za pomocí fyzika Herberta MacPhersona a navrhla postup na výrobu dostatečně čistého produktu.

Robert Serber

Robert Serber
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

V dubnu 1941 vznikl speciální jaderný projekt vedený Arthurem Comptonem. O měsíc později vyšla zpráva, která poukazovala na možnost vývoje jaderných zbraní, ale třeba i jaderných reaktorů pro pohon lodí. O něco později konzultoval Compton výrobu plutoniové bomby s Robertem Serberem a Eugene Wignerem. Skupina dospěla k závěru, že tento typ bomby je realizovatelný. Compton také navrhl způsob, jak postavit funkční reaktor do ledna 1943 a jadernou bombu do ledna 1945.

Koncem srpna 1941 začala Fermiho skupina plánovat stavbu pokusného reaktoru, ovšem v podkritickém stavu a ve zmenšené verzi, aby věděli, zda bude fungovat zvětšená varianta. Jejich reaktor o rozměrech 2,4 x 2,4 x 3,4 metry byl ovšem moc velký, aby se vešel do fyzikální laboratoře Columbijské univerzity. Začalo proto hledání nového místa.

Arthur Compton

Arthur Compton
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Compton si zatím uvědomil, že je zbytečné, aby skupiny na Chicagské, Kolumbijské a Princetonské univerzitě pracovaly na témže problému a rozhodl se úsilí sloučit do jediného místa. Po několika týdnech debat zvolil jako hlavní sídlo Chicago, kde měl projekt podporu univerzity, přičemž město také disponuje strategickou polohou uprostřed USA. Fermi s kolegy se ještě naposledy pokusili spustit řetězovou reakci na Columbijské univerzitě, ale bezvýsledně.

V Chicagu místní experti vytipovali nové místo pro pokusné stavby s podkritickým množstvím uranu na nevyužívaném stadionu pro americký fotbal, respektive pod jednou z jeho tribun, kde se nacházelo squashové hřiště. Před příjezdem Fermiho skupiny zde odborníci ze zdejší univerzity započali přípravné práce. Vybrána byla rovněž lokalita první výrobny plutonia a to les Argonne nedaleko Chicaga. Později došlo k jejímu přemístění do blízkého Lemontu, kde Argonne National Laboratory dnes sídlí.

James Conant

James Conant
Zdroj: https://ahf.nuclearmuseum.org/

Když Fermi dorazil, práce se rozběhly naplno. Přišly zásilky grafitu, velké množství dřeva na konstrukci reaktoru a též nejdůležitější položka, kovový uran. Původním záměrem bylo postavit první funkční štěpný reaktor mimo obydlená území. Jenže se zdálo, že se kvůli problémům v průmyslové výrobě stavba zpozdí. Fermi proto v listopadu 1942 navrhl postavit reaktor na onom squashovém hřišti v Chicagu. Riziko spojené s nadkritickým množstvím uranu v obydlené oblasti nebylo zanedbatelné, avšak ukázalo se, že lze reaktor odstavit i v případě kritické nehody. Compton proto plán schválil, byť generál Groves a předseda NDRC (armádní výzkumná komise) James Conant měli vážné pochyby.

Fermiho skupina rozhodla, že by měl mít reaktor tvar koule. 16. listopadu začala stavba skládáním bloků grafitu. Následovaly dvě vrstvy uranu, poté vrstva grafitu, dvě vrstvy uranu a tak dále. Reaktor nedisponoval chlazením ani radiačním stíněním, jelikož měl být jeho výkon velmi nízký. Nakonec vědci upustili od záměru stavby kulového reaktoru, bylo jasné, že tolik uranu nebude třeba. Výsledný milíř obsahoval 57 vrstev a měl 6,1 metru na výšku, 7,6 metru na šířku uprostřed a 1,8 metru na kraji.

Přibližná podoba prvního lidstvem vytvořeného štěpného jaderného reaktoru Chicago Pile 1.

Přibližná podoba prvního lidstvem vytvořeného štěpného jaderného reaktoru Chicago Pile 1.
Zdroj: https://helios-i.mashable.com/

K řízení reakce sloužily tyče vyrobené z kadmia, které pohlcuje neutrony. Ty bylo možné zasunout zboku do reaktoru. Další pojistkou byla havarijní tyč řízená automaticky, avšak v případě potřeby šlo lano u tyče přeseknout. A kolem stáli rovněž připravení pracovníci se solí kadmia, kterou by bylo možné vlít do reaktoru.

Přesnou podobu hotového reaktoru kvůli utajení nikdo nefotil, musíme se tak spokojit s fotografiemi rozestavěného reaktoru.

Přesnou podobu hotového reaktoru kvůli utajení nikdo nefotil, musíme se tak spokojit s fotografiemi rozestavěného reaktoru.
Zdroj: https://ahf.nuclearmuseum.org/

Experiment zahájili odborníci 10. prosince 1942 o půl desáté ráno. Postupně vysouvali kadmiové tyče a pozorovali, co se bude dít. Řízené řetězové štěpné reakce se povedlo dosáhnout v 15:25. Reaktor pracoval asi 4 a půl minuty a dosáhl výkonu půl Wattu. Na oslavu úspěchu otevřel Wigner láhev Chianti, kterou přítomní vědci, včetně jedné ženy Leony Woods, pili z kelímků.

Fermi ihned poté zavolal Conantovi, aby jej informoval o úspěchu. „Jime, bude Tě zajímat, že italský navigátor právě přistál v novém světě,“ prohlásil. A dodal: „Země nebyla tak velká, jak odhadoval, dorazil proto na nový svět dříve než očekával.“ Conant se vzrušeně zeptal: „Byli domorodci přátelští?“ „Všichni přistáli šťastní a v pořádku.“

12. prosince dosáhli vědci na reaktoru výkonu 200 Wattů, následně probíhaly testy na 0,5 W a provoz byl ukončen 28. února 1943. Reaktor byl poté rozebrán a přemístěn do lesa Argonne, kde znovu vyrostl jako Chicago Pile 2. Fungoval mezi roky 1943 a 1954.

Projekt Manhattan

Vannevar Bush

Vannevar Bush
Zdroj: https://ahf.nuclearmuseum.org/

V té době už se naplno rozběhl jeden z největších projektů v historii lidstva nazvaný projekt Manhattan. Ten de facto vznikl v červnu 1942, kdy Vannevar Bush předložil prezidentu zprávu v níž se uváděly čtyři možné způsoby získání dostatku štěpného materiálu. Ani vědci však ještě nevěděli, která metoda bude nejrychlejší a nejúčinnější.

Vládní představitelé rozhodli, že projekt již nebudou řídit vědci, ale armáda. Ředitelem byl jmenován nejprve plukovník James Marshall, jen o pár dní později nicméně došlo ke změně. Ředitelem se stal brigádní generál Leslie Grooves, Marshall byl jmenován hlavním inženýrem. Podle sídla vedení na Manhattanu získal projekt svůj název.

Celkově na projektu přímo pracovalo 225 000 osob, dalších 600 000 se podílelo nepřímo. Většina z nich ovšem vůbec netušila, na čem že to vlastně pracuje. Kupříkladu v červnu 1944 bylo do projektu Manhattan přímo zapojeno 129 000 pracovníků. Z toho 84 500 bylo dělníků, 40 500 byli lidé zajišťující provoz pracovišť, v případě 1 800 osob šlo o vojáky.

Generál Leslie Groves

Generál Leslie Groves
Zdroj: https://ahf.nuclearmuseum.org/

Nezastupitelnou roli tu ovšem hráli vědci, kterých se na projektu podílela celá řada ze všech částí světa. Posuďte sami: Louis Alvarez, Hans Bethe, Niels Bohr, James Chadwick, John Cockfort, Enrico Fermi, Richard Feynman, Val Fitch, James Franck, Marie Goeppert Mayer, Edwin McMillan, Norman Ramsey, Isidor Isaac Rabi, James Rainwater, Glenn Seborg, Emilio Segrè nebo Eugene Wigner. A to jsem se zde omezil pouze na držitele Nobelovy ceny. Nejdůležitějším vědcem a vedoucím fyzikem byl ovšem jmenován J. Robert Oppenheimer. Nikdy předtím, ani nikdy potom v historii lidstva nebylo soustředěno tolik skvělých mozků na jediném místě.

Jistě tedy už tušíte, že projekt Manhattan měl absolutní prioritu. V podstatě nic nebylo nemožné zařídit, zakoupit nebo zajistit. Vědci měli k dispozici téměř neomezené prostředky, jen aby splnili svůj cíl a předběhli Němce ve vývoji atomové bomby.

Místa projektu Manhattan

Mapa, která ukazuje nejdůležitější místa projektu Manhattan.

Mapa, která ukazuje nejdůležitější místa projektu Manhattan.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Vzhledem k důležitosti a naléhavosti úkolu bylo po celých USA a Kanadě rozeseto množství pracovišť, která se na projektu podílela. Tři nejdůležitější se označovala jako Site s přidaným písmenem. Konkrétně šlo o Site W nacházející se v Hanfordu ve státě Washington, kde se vyrábělo plutonium, Site X v Oak Ridge ve státě Tennessee, kde se vyráběl obohacený uran a Site Y, která ležela v Novém Mexiku v Los Alamos.

Kromě těchto tří lokací jsme zde měli také Metalurgickou laboratoř v Chicagu ve státě Illinois, lokalitu Ames ve státě Iowa, kde se získával surový uran, Radiační laboratoř v Berkeley v Kalifornii, v níž docházelo k výzkumu obohacování uranu a v neposlední řadě též střelnici Alamogordo na bílých píscích v Novém Mexiku.

Separační metody

Řady centrifug v Oak Ridge.

Řady centrifug v Oak Ridge.
Zdroj: https://energyeducation.ca/

Jak už jsme si řekli, velký problém představovala skutečnost, že v přírodním uranu je jen 0,7 % štěpitelného izotopu 235U. Znamená to nutnost oba izotopy oddělit a získat dostatek uranu 235U. Musíme tedy uran tzv. obohatit a to až tak, že získáme více než 85, ale zřejmě až přes 90 % (přesné hodnoty jsou utajované) uranu 235U. Vzhledem k tomu, že jsou oba izotopy chemicky totožné, představuje jejich separace značný problém.

Zpočátku se mělo za to, že jediná rozumná metoda vede přes centrifugy jaké znáte i z kosmonautiky. Metodu vymyslel Jesse Beams, ale brzy se objevily potíže. Aby bylo možné získat čistý uran 235U, bylo potřebné dosažení vysokých otáček, což však vedlo k vibracím, které mohly stroj vážně poškodit nebo dokonce zničit. Ukázalo se navíc, že pro přípravu kilogramu uranu 235U za den by bylo nutné postavit 50 000 centrifug s ramenem o délce jednoho metru nebo 10 000 centrifug s ramenem o délce čtyř metrů. I přes určitá vylepšení byl vývoj zastaven a projekt Manhattan používal jiné metody separace. Později se ovšem technologie vylepšily a dnes jsou centrifugy při obohacování uranu preferované.

Calutron pro elektromagnetickou separaci izotopů.

Calutron pro elektromagnetickou separaci izotopů.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Ernest Lawrence vyvinul jinou metodu zvanou elektromagnetická separace. Využíval zařízení zvaná calutrony, jakési hybridy mezi spektrometry a cyklotrony. Tato technika využívala toho, že se kvůli rozdílné hmotnosti oba izotopy v magnetickém poli oddělí. Lawrenceův proces byl schválen, jelikož spoléhal na osvědčené technologie a tudíž s sebou nesl jen malé riziko selhání. Nicméně postup nebyl vědecky elegantní a zejména vykazoval mizernou účinnost. A navíc potřeboval k činnosti poměrně značné množství vzácných materiálů jako měď a stříbro. Většinu obohaceného uranu proto připravili technici pomocí jiných metod.

Haly v Oak Ridge určené pro plynnou separaci izotopů.

Haly v Oak Ridge určené pro plynnou separaci izotopů.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Nakonec nejúčinnější použitou metodu představovala tzv. plynná difúze. Grahamův zákon nám říká, že za konstantní teploty a tlaku je rychlost difúze (samovolný rozptyl částic v prostoru) plynu nepřímo úměrná druhé mocnině jeho hustoty.  Máme-li krabici obsahující polopropustnou membránu v níž se nachází směs dvou plynů, pak lehčí molekuly budou membránou procházet rychleji než molekuly těžší. V případě uranu je plyn opouštějící nádobu obohacen u izotop 235U, zatímco zbytkový plyn je o něj naopak ochuzen. Zásadní myšlenka spočívala v tom, že by se dala postavit soustava krabic, membrán a čerpadel tak, aby každá následující krabice obsahovala o něco více obohacený uran.

Fluorid uranový

Fluorid uranový
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Proces byl sice účinný, avšak nesmírně technologicky náročný. Jako výchozí plyn inženýři použili fluorid uranový, jež je velmi toxický a navíc mimořádně korozivní. Motory a čerpadla museli technici skvěle utěsnit a uzavřít do inertního plynu. A pak tu byla bariéra, u které byla potřebná pevnost, poréznost, ale současně odolnost vůči korozi způsobované fluoridem uranovým. Nejlepší volbou se zdál nikl. Nejprve odborníci otestovali galvanicky pokovený nikl, ten se ale ukázal být příliš těžký, z toho důvodu nakonec zvolili práškový nikl. I tak byla postavená továrna gigantická čtyřpatrová budova dlouhá 800 metrů. Proces se nicméně perfektně osvědčil.

Komplex určený pro plynnou separaci izotopů.

Komplex určený pro plynnou separaci izotopů.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Poslední použitá metoda spočívá na tzv. tepelné difúzi. Všichni víme, že teplý vzduch stoupá nahoru, zatímco chladnější klesá dolů. To je dáno tím, že teplý vzduch je lehčí než vzduch studený. Když tedy plyn se směsí uranu prochází tepelným gradientem, těžší molekuly mají tendenci se hromadit na studeném konci, zatímco lehčí molekuly na teplém konci. Metodu sice otestovali již němečtí vědci v roce 1938, přesto původně nepatřila mezi vybrané postupy pro projekt Manhattan kvůli pochybám o její praktické proveditelnosti a účinnosti. Díky pokroku v této oblasti byla ale v roce 1944 dodatečně postavena továrna využívající tuto techniku.

Všechny metody separace měly společné to, že se prováděly v Oak Ridge ve státe Tennessee.

Všechny metody separace měly společné to, že se prováděly v Oak Ridge ve státe Tennessee.
Zdroj: https://www.nps.gov/

Závod pracující na principu tepelné difuze běžel ve spolupráci s továrnou využívající plynnou difúzi. Díky tomu šlo v několika krocích uran stále více obohacovat až konečně v posledním kroku vznikl uran obohacený na 89 %. Poměr oproti přírodnímu uranu se tedy téměř obrátil, bylo zde 89 % uranu 235U a jen 11 % uranu 238U. Do července 1945 dokázalo pracoviště v Oak Ridge dodat do Los Alamos asi 50 kilogramů uranu obohaceného na 89 % a další desítky kilogramů uranu obohaceného na 85 %.

Varianty designu bomby

Richard Tolman s manželkou Ruth

Richard Tolman s manželkou Ruth
Zdroj: https://kiss.caltech.edu/

Obohacování uranu měli vědci a technici vyřešené. Výrobu plutonia v jaderných reaktorech rovněž. Jak ale postavit atomovou bombu? Existovaly tři základní možnosti. Jeden pro uranovou bombu a dva pro plutoniovou. Přičemž design uranové bomby a jedna varianta plutoniové bomby se velmi blížily.

V roce 1942 diskutoval Oppenheimer s kolegy způsoby, jak jadernou bombu postavit. Richard Tolman navrhoval tzv. implozní typ, který byl ale technologicky velmi složitý, proto specialisté upřednostnili tzv. dělový typ. Ten fungoval na principu spojení dvou podkritických hmot plutonia, jež by při spojení vyvolaly neřízenou řetězovou jadernou reakci a tím spustily výbuch jaderné bomby. K tomuto spojení mělo dojít tak, že by výbuch konvenční trhaviny vystřelil dutý plutoniový válec na pevný cíl tvořený také plutoniem. Jakmile by do sebe zapadly, spustila by se jaderná exploze. Tento design získal od fyzika Roberta Serbera název Thin Man podle stejnojmenného románu Dashiella Hammetta.

Testovací pouzdra pro plutoniovou bombu Thin Man.

Testovací pouzdra pro plutoniovou bombu Thin Man.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Na designu Thin Man se intenzivně pracovalo od roku 1942. Zpočátku vše vypadalo optimisticky, v průběhu roku 1943 se ale vynořily první obtíže. Ukázalo se, že bombu nemůže nést bez výrazných úprav žádný bombardér s výjimkou britského letounu Avro Lancaster. To se ale nelíbilo vysokým představitelům americké armády a následoval spor o to, který bombardér bude použit.

To horší ale teprve přišlo. Ukázalo se, že vyrobené plutonium 239Pu obsahuje nečistoty ve formě dalšího izotopu plutonia 240Pu. Izotop 240Pu má bohužel vysokou rychlost spontánního štěpení. Došlo by k tzv. předdetonaci, tedy k tomu, že vlivem volných neutronů podstoupí plutonium dřívější řetězovou reakci, k níž ale dojde ještě před spojením obou částí plutonia, tudíž dříve než v okamžiku vhodném pro velkou explozi.

Zjednodušený princip fungování uranové bomby Little Boy. Jde de facto o plutoniový design Thin Man, jen mírně upravený pro potřeby uranu.

Zjednodušený princip fungování uranové bomby Little Boy. Jde de facto o plutoniový design Thin Man, jen mírně upravený pro potřeby uranu.
Zdroj: https://imgix.ranker.com/

Začalo být navíc zřejmé, že se tento problém nedá při výrobě odstranit. Jediná možnost by byla vystřelit plutonium výrazně vyšší rychlostí. To by ale vedlo k nutnosti mnohem delší bomby, kterou už by žádný bombardér nést nemohl. V červenci 1944 se proto čelní představitelé projektu dohodli, že je plutoniová bomba typu Thin Man za současných podmínek nerealizovatelná.

To však neplatí pro v podstatě totožný design používající uran 235U. Zde je sice také přítomen druhý izotop uran 238U, avšak rychlost spontánního štěpení u obou je výrazně nižší, proto použití v dělovém typu bomby u uranu nevadí. Výsledný návrh s krycím jménem Little Boy je značně konzervativní, tak aby v každém případě fungoval. Proběhlo sice několik testů střelby projektilů na cíl, avšak žádný test jaderné zbraně jako takové, natolik si byli vědci jisti tím, že bude fungovat.

Zjednodušené schéma implozní bomby typu Fat Man.

Zjednodušené schéma implozní bomby typu Fat Man.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Něco jiného byl implozní typ bomby zvaný Fat Man. Název opět vymyslel Robert Serber a vychází z filmu Maltézský sokol. Zmínili jsme, že imploze (jev, kdy se hmota zbortí do vlastního objemu) byla dosti obtížná, přesto Oppenheimer vytvořil skupinu pod vedením Setha Neddermeyera, aby možnost implozní bomby důkladně prozkoumala. Neddermeyer zavrhl dřívější Tolmanovu ideu o postupné implozi štěpného materiálu a zvolil řešení, kdy chtěl celou kouli plutonia implodovat najednou. Mnozí fyzikové však pochybovali o reálnosti metody, neboť se domnívali, že implozi nepůjde provést dostatečně symetricky. Neddermeyerovo nadšení ale drželo projekt nad vodou.

John von Neumann

John von Neumann
Zdroj: https://cdn.economy-pedia.com/

Velmi pomohl John von Neumann, který do Los Alamos přijel v roce 1943. Po debatě s Edwardem Tellerem a Neddermeyerem navrhl obalit kouli tvořenou plutoniem konvenčními trhavinami ve formě tvarovaných náloží, což by mohlo vést k rychlé implozi koule. Ukázal, že v tomto případě by spontánní štěpení plutonia nevadilo a navíc by to vedlo k nutnosti použití menšího množství plutonia oproti designu Thin Man. Oppenheimer byl nadšen, rozhodl ale, že bude třeba odborník na výbušniny, proto přizval k projektu fyzikálního chemika George Kistiakowského.

Klíčová pro úspěch byla vysoká přesnost všech konvenčních trhavin. Louis Alvarez a Lawrence Johnston vyvinuli přesnější detonační systém. Robert Christy zase vypočítal, jak stlačit podkritickou kouli plutonia do kritického stavu, nebylo tak už nutné používat větší duté plutoniové koule. Obtížné bylo i odlití plutonia do tvaru koule. Ukázalo se navíc, že plutonium snadno koroduje, proto se technici rozhodli potáhnout povrch koule niklem.

Bombardér Avro Lancaster

Bombardér Avro Lancaster
Zdroj: https://www.warplane.com/

Norman Ramsey pak prozkoumal vhodnost využití různých typů bombardérů. Jediné vyhovující byly B-29 Superfortress a Avro Lancaster. Avro Lancaster se (opět) ukazoval pro daný úkol dokonce vhodnější, ale jeho použití představovalo značný problém. Šlo totiž o britský letoun, a to se i přes blízké spojenectví ani jedné ze stran nelíbilo. Američané chtěli pro tak důležitou zbraň použít vlastní letadlo, Britům se zase příliš nezamlouvalo, že by jejich bombardér měl nést právě takovou zbraň. Proto byl nakonec zvolen domácí B-29, i když se ukazoval pro zadaný úkol jako méně vhodný a technici na něm museli provést řadu menších i větších úprav. Mimochodem, zde se ukázala vhodnost jmen Thin Man a Fat Man, jelikož armáda vymyslela krycí příběh, že jde o označení Roosevelta (Thin Man) a Churchilla (Fat Man) a že tedy připravují bombardéry pro ně. S B-29 provedli vojáci mnoho pádových testů. Avšak nejdůležitější test měl proběhnout až v roce 1945.

Test Trinity

Červená šipka ukazuje umístění Trinity Site na střelnici Alamogordo.

Červená šipka ukazuje umístění Trinity Site na střelnici Alamogordo.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Vzhledem ke složitosti implozního designu bylo totiž rozhodnuto, že je nutné před ostrým nasazením nejprve provést pokusný test, tedy první skutečný jaderný výbuch. Jako místo byla zvolena střelnice Alamogordo Bombing Range, respektive její nejodlehlejší část, aby byl projekt utajen i v případě úspěšného výbuchu. Místo se začalo připravovat na podzim 1944, postaveny byly též dva bunkry pro pozorování. V jednom vzdáleném 16 km sledoval test Oppenheimer, ve druhém ležícím 27 km daleko se na test díval generál Groves.

7. května proběhl konvenční výbuch o síle 108 tun TNT z důvodu kalibrace přístrojů. Samotnou jadernou bombu přivezli technici 13. července a následující den opatrně umístili na vrchol 20 metrů vysoké věže, aby lépe viděli, jak se bude zbraň chovat při svržení z letadla.

Isidor I. Rabi

Isidor I. Rabi
Zdroj: https://ahf.nuclearmuseum.org/

Vědci se sázeli o to, jaký efekt bude výbuch mít. Názory se ovšem dosti různily. Objevili se velcí skeptici, kteří předvídali totální fiasko, Isidor Isaac Rabi se domníval, že exploze bude mít sílu 18 kilotun TNT, další se domnívali, že výbuch zničí celé Nové Mexiko a někteří dokonce, že dojde k zapálení atmosféry a zničení života na Zemi. Poslední možnost činila jistou dobu určité obavy, nakonec byla ale zavržena jako nesmírně nepravděpodobná.

Test dostal název Trinity, což zřejmě vymyslel Oppenheimer jako odkaz na poezii Johna Donna. Trinity znamená trojice, ne svatá trojice, jak se někdy mylně uvádí. K explozi mělo dojít 15. července, kvůli počasí byl ale test o den odložen. 16. července v 5 hodin 29 minut a 21 sekund jaderná bomba vybuchla a bílé písky v Novém Mexiku se rozzářily světlem jasnějším, než Slunce v poledne. Po chvíli přišel i zvuk a tlaková vlna a pozorovatelé mohli spatřit první atomový hřib v historii.

První jaderná exploze v historii.

První jaderná exploze v historii.
Zdroj: https://www.nationalww2museum.org/

Vědci pozorující výbuch reagovali velmi různě. Oppenheimer citoval indickou Bhagavadgítu: „Když zář tisíců sluncí vybuchne na obloze, bude to jak nádhera toho nejmocnějšího. Stávám se smrtí, ničitelem světů.“ (Z toho pochází název knihy Roberta Jungka „Jasnější, než tisíc sluncí.“) „Teď jsme všichni čubčí synové,“ prohlásil fyzik Kenneth Bainbridge. Feynman byl naopak velmi klidný, na výbuch se připravil a tvrdil, že byl jediný, kdo jej opravdu viděl. Spočítal si totiž, že k tomu, aby mohl explozi pozorovat vlastníma očima a neutrpěl přitom poškození zraku mu stačí čelní sklo přistaveného terénního automobilu, jelikož právě to odfiltruje škodlivé UV záření.

J. Robert Oppenheimer a generál Leslie Groves v místě exploze.

J. Robert Oppenheimer a generál Leslie Groves v místě exploze.
Zdroj: https://www.ft.com/

Výbuch zanechal 80 metrů široký a 1,4 metru hluboký kráter. Písek v něm se roztavil a stalo se z něj tzv. alamogordské sklo, odborně Trinitite. Krátce po explozi si jeli epicentrum výbuchu prohlédnout vědci, pochopitelně bez ochranných pomůcek, na které se tehdy zrovna nedbalo. Oppenheimer odhadl, že výbuch by mohl zabít 20 000 osob, čímž šokoval ministra války Henryho Stimsona, který si něco takového nedokázal představit.

Atomový hřib z Trinity vystoupal 12 km vysoko, rázová vlna se dostala 160 km daleko. Explozi zaznamenali svědkové vzdálení až 320 km. Po řadě dotazů vydali vojáci tiskovou zprávu, jež uváděla, že došlo k explozi muničního skladu. Skutečná příčina výbuchu byla odhalena až v srpnu téhož roku.

Hirošima a Nagasaki

Ernest O. Lawrence

Ernest O. Lawrence
Zdroj: https://www.nps.gov/

V srpnu 1945 totiž došlo k jedinému válečnému nasazení jaderných zbraní v historii. Jak a proč k tomu došlo? Američané měli novou ničivou zbraň, která měla být původně použita proti Německu. Nicméně v červenci už bylo Německo poraženo a Američané byli ve válce s Japonskem. Komise v níž zasedali i čtyři fyzikové (Oppenheimer, Compton, Fermi a Lawrence) zvažovala návrhy na použití nové zbraně. Uvažovalo se o demonstraci ničivé síly na opuštěném místě nebo ohlášené bombardování vybraného cíle, aby nebylo zabito mnoho lidí.

Jenže najít vhodné dostatečně velké a prázdné místo nebylo v Japonsku příliš lehké a navíc panovala obava, že by tento přístup na zfanatizované japonské vedení nezabral. Ohlášený přílet bombardéru by zase mohl vést k sestřelu japonským letectvem. Proto bylo rozhodnuto o neohlášeném svržení na takový cíl, kde by došlo k dostatečné demonstraci ničivých účinků. Většina měst už ale byla zničena předchozím konvenčním bombardováním (například Tokyo). Proto komise postupně z širšího výběru vytipovala čtyři města: Hirošimu, Kjóto, Kókuru (dnes součást Kitakjúšú) a Niigatu. Kjóto ale bylo na příkaz ministra války Henryho Stimtona nakonec vyškrtnuto kvůli velkému množství vzácných a starých památek (a neoficiálně proto, že Stimton ve města dříve pobýval, byl tam na líbánkách a miloval ho) a nahrazeno Nagasaki.

Bombardér B-29. Jde o autentický exemplář s názvem Enola Gay, který bombardoval Hirošimu.

Bombardér B-29. Jde o autentický exemplář s názvem Enola Gay, který bombardoval Hirošimu.
Zdroj: https://media.cnn.com/

27. července odmítlo Japonské vedení poslední výzvu ke kapitulaci a následně spojenci odsouhlasili použití nové zbraně. Jako první cíl byla zvolena Hirošima, a to zejména proto, že zde sídlila velká vojenská posádka a kvůli tomu, že město zůstalo téměř nedotčené konvenčním bombardováním.

V případě bombardování japonských měst docházelo často ke shozu letáků varujících před dalšími nálety a vyzývající civilisty k odchodu z cílových oblastí. V případě Hirošimy se však informace rozcházejí. Do Hirošimy se poslední letáky dostaly 27. nebo 30. července, další byly shozeny ještě 1. a 4. srpna, ovšem jen na jiná města a Hirošima zde jako cíl uvedena nebyla, byť v každém letáku byla i informace o možném napadení dalších měst. Důvod, proč nebyli dopředu varování obyvatelé Hirošimy je v tom, že jednak chtěli spojenci zvýšit psychologický dopad nové zbraně, jednak si vědci nebyli zcela jisti, že k výbuchu opravdu dojde.

Trasa letu bombardérů na Hirošimu a Nagasaki (původně Kókuru).

Trasa letu bombardérů na Hirošimu a Nagasaki (původně Kókuru).
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

6. srpna došlo ke shození uranové bomby typu Little Boy z bombardéru B-29 pilotovaného Paulem Tibbetsem a pojmenovaného Enola Gay (na počest Tibbetsovy matky) na Hirošimu. Výbuch o síle 16 kilotun TNT zabil 66 000 lidí okamžitě, dalších 150 000 zahynulo později na následky ozáření nebo popálenin. Faktem totiž je, že oproti obecnému přesvědčení nezabíjela v Hirošimě ani tak radiace, jakož spíše tlaková vlna a obří teplo. Zlomky sekundy po výbuchu dosáhla v epicentru teplota až půl milionu stupňů Celsia, později pak místy až 5500 stupňů.

O dva dny později Sověti vyhlásili Japonsku válku, kapitulace ale stále nepřicházela, proto Američané přistoupili ke shození druhé atomové bomby, tentokrát plutoniové typu Fat Man. Cílem byla zvolena Kókura. Tam ale panovalo špatné počasí, proto piloti vybrali jako náhradní cíl Nagasaki. Od té doby se v Japonsku užívá rčení „mít štěstí jako v Kókuře“. 9. srpna vybuchla bomba o síle 22 kilotun TNT nad Nagasaki, kde okamžitě zabila asi 40 000 lidí. Následně došlo ke svolání japonské nejvyšší rady, na kterou byl přizván i císař Hirohito. Ten dal důrazné doporučení kapitulaci přijmout, což se také stalo.

Atomové hřiby nad Hirošimou (vlevo) a Nagasaki (vpravo).

Atomové hřiby nad Hirošimou (vlevo) a Nagasaki (vpravo).
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Mnoho lidí se dodnes pře o to, zda bylo použití atomových zbraní proti Japonsku ospravedlnitelné a nutné. Jedni argumentují tím, že to nic nezměnilo a Japonsko by dříve či později kapitulovalo stejně a navíc označují rozhodnutí za nemorální. Jiní tvrdí, že šlo o nevyhnutelný krok, který zachránil miliony životů spojenců i Japonců, které by byly zmařeny při plánované invazi na japonské ostrovy. Počítalo se totiž se dvěma operacemi vylodění na Kjúšú a Honšú, odhadované ztráty obou operací dohromady, jen na americké straně, byly mezi 500 000 a 1 000 000 mužů.

Srovnání Hirošimy zničené jaderným bombardováním a Tokya zničeného konvenčním bombardováním. Záměrně neuvádím, které město je které, můžete to zkusit uhodnout sami.

Srovnání Hirošimy zničené jaderným bombardováním a Tokya zničeného konvenčním bombardováním. Záměrně neuvádím, které město je které, můžete to zkusit uhodnout sami.
Zdroj: https://blog.nuclearsecrecy.com/

Já sám se přiznám, že jsem vcelku jednoznačně na straně těch, kteří krok svržení atomových bomb na Japonsko chápou. Jistě, že je velmi snadné dnešní optikou odsoudit bombardování jako amorální, osobně se ale domnívám, že tehdy šlo o nejlepší výběr ze všech špatných možností a de facto jediné rozumné řešení dané situace.

Názory vědců na jaderné zbraně

Richard Feynman

Richard Feynman
Zdroj: https://www.nobelprize.org/

Zajímavé je se podívat na to, jaký názor na jaderné zbraně zastávali američtí a jiní fyzikové, kteří se na projektu Manhattan podíleli. Mnoho z nich se upřímně vyděsilo tehdejším vývojem a ničivou silou nové zbraně. Z některých se poté stali propagátoři přísné kontroly jaderných zbraní, zákazu jejich testů a jaderného odzbrojení.

Richard Feynman popisuje, že propadl do letargie, myslel si, že nic nemá smysl a nemá žádný význam pracovat nebo se o cokoliv snažit, když lidstvo bude stejně brzy zničeno. Nutno ovšem poznamenat, že jeho pocity mohly souviset i s tím, že mu nedlouho předtím zemřela první manželka a životní láska Arline Greenbaum.

Ne všichni však sdíleli pesimismus. Například Arthur Compton zastával názor, že je nutné zachovat monopol USA na jaderné zbraně a naopak pokládal za potřebné za každou cenu zabránit tomu, aby atomové bomby získaly totalitní režimy. Navrhoval velmi rychlé rozmístění letectva vybaveného jadernými zbraněmi všude po světě. Chtěl dokonce zničit Sovětský svaz tím, že by se 120 největších sovětských měst atomově vybombardovalo. Jeho návrhy však byly pochopitelně politicky neprůchozí a nebyly proto vyslyšeny.

Jaderné programy dalších zemí

Igor Kurčatov

Igor Kurčatov
Zdroj: https://www.atomicarchive.com/

Američané vcelku logicky nebyli jediní, kteří se snažili jaderné zbraně vyvinout. Už jsme zde hovořili o britském programu, který ovšem probíhal do značné míry v koordinaci s americkou stranou. Svůj jaderný program měli pochopitelně i Sověti. Vedl jej fyzik Igor Kurčatov a začal de facto v roce 1943, ale větší důležitost mu vedení strany připsalo až v roce 1945. Stejně jako v USA, i zde na programu pracovali přední fyzikové jako Andrej Sacharov, Georgij Fljorov, Igor Lavrentěv, Julij Chariton, Igor Tamm, Konstantin Petržak, Jakov Zeldovič nebo Isaak Pomerančuk.

První pokusný test provedli Sověti 29. srpna 1949 na střelnici Semipalatinsk nedaleko měst Semej a Kurčatov v dnešním Kazachstánu. Síla výbuchu dosáhla 22 kilotun TNT. Bomba měla konstrukci Fat Man, tedy šlo o pumu plutoniovou, a nesla název RDS-1, což je odvozeno z výrazu speciální reaktivní motor 1, jenž představoval krycí název zbraně.

Werner Heisenberg se snoubenkou Elizabeth v roce 1937.

Werner Heisenberg se snoubenkou Elizabeth v roce 1937.
Zdroj: https://i0.wp.com/

Jaderný program mělo i nacistické Německo, na rozdíl od USA mu ovšem nebyla připsána taková důležitost. Mezi klíčové vědce projektu patřili Otto Hahn, Walther Bothe, Walther Gerlach a především průkopník kvantové fyziky Werner Heisenberg. Z Heisenberga měli spojenci takový strach, že existoval plán na jeho zavraždění, pokud by reálně hrozilo, že Němci vyvinou atomovou zbraň dříve než Spojené státy americké.

Hlavní cíle představoval vývoj jaderného reaktoru, produkce uranu a těžké vody a separace izotopů uranu. Už od počátku měli ovšem Němci de facto ztrátu, neboť kvůli rasovým zákonům odešla řada špičkových vědců do USA, Velké Británie a dalších zemí. Odbojářům se navíc podařilo zničit továrnu na výrobu těžké vody v tehdy nacisty okupovaném Norsku. Podle Alberta Speera také Hitler ztratil o projekt zájem, když se v roce 1942 dozvěděl, že bombu nelze vyrobit do devíti měsíců.

Jošio Nišina

Jošio Nišina
Zdroj: https://www.nishina-mf.or.jp/

Dodnes se spekuluje nakolik vědci projekt sabotovali, jak tvrdil například Heisenberg. Podle nových zjištění se ovšem zdá, že nikoliv. Hlavní příčinu krachu představovaly především nízké finanční výdaje, ve srovnání s americkou stranou tisíckrát (!) nižší. Výrazný rozdíl byl i v organizaci. Zatímco americký projekt Manhattan fungoval jako týmová snaha dosáhnout společného cíle, německý program byl především boj konkurenčních skupin o velmi omezené zdroje.

Jaderný program měli i Japonci, jejichž vedoucím fyzikem byl Jošio Nišina. Nišina si uvědomil potenciál vývoje jaderné zbraně už v roce 1939, avšak reálně započal projekt až roku 1941, i potom však pokračoval velmi pomalu. V červnu informovala vědecká komise armádu, že výroba jaderné zbraně je záležitost na mnoho let a že ani Američané pravděpodobně nepřipraví atomovou zbraň tak, aby ovlivnila výsledek války. Projekt i přesto pokračoval, nicméně fyzikové bojovali s nedostatkem uranu a měli též potíže se separací izotopů. Japonci proto atomovou zbraň vyrobit nedokázali.

Vývoj vodíkové zbraně

Edward Teller a Enrico Fermi si prohlížejí fotografii atomového hřibu nad Hirošimou.

Edward Teller a Enrico Fermi si prohlížejí fotografii atomového hřibu nad Hirošimou.
Zdroj: https://neutrontrail.com/

U štěpných zbraní to ovšem nemělo skončit. Už z roku 1941 od Enrica Fermiho pochází myšlenka na vytvoření mnohem silnější fúzní bomby. Americký fyzik maďarského původu Edward Teller si myslel, že vývoj štěpné zbraně je jen technický problém a fúzní zbraň považoval za mnohem zajímavější výzvu. V průběhu projektu Manhattan proto s kolegyní Marií Goeppert-Mayer rozpracovával i plány fúzní zbraně, ta ale v tu dobu neměla prioritu.

V průběhu roku 1945 se vědci rozdělili do více skupin. Bethe byl hlavním propagátorem myšlenky vodíkovou zbraň nevyvíjet. Teller, Alvarez nebo Lawrence naopak tvrdili, že je vývoj nové zbraně de facto nevyhnutelný. Oppenheimer zaujal v zásadě neutrální stanovisko, tvrdil ovšem, že zásoby štěpného materiálu je lepší spotřebovat na větší množství lehčích atomových zbraní, než na několik velkých fúzních super bomb.

Tellerův - Ulamův design na zjednodušeném nákresu.

Tellerův – Ulamův design na zjednodušeném nákresu.
Zdroj: https://nuclearweaponarchive.org/

Po testu sovětské jaderné zbraně ovšem prezident Truman počátkem roku 1950 nařídil pokračovat ve vývoji termojaderné bomby. Prvotní pokusy se zažehnutím fúzní reakce teplem ze štěpné pumy se ukázaly jako neúspěšné a zdálo se, že zbraň nebude možné postavit. Už o několik měsíců později ale přišel Teller ve spolupráci s americkým matematikem polského původu Stanislawem Ulamem se zásadním průlomem.

Podle nich se design termojaderné zbraně nazývá Tellerův-Ulamův. Detaily jsou dosud utajované. Nicméně zásadní je dvoustupňová stavba (může být i třístupňová), jež spočívá v oddělení štěpné a fúzní složky zbraně. První stupeň tvoří klasická štěpná plutoniová puma typu Fat Man. Rázové vlny a záření z jejího výbuchu zažehne druhý stupeň neboli fúzní palivo. Využívá se izotopů vodíku deuteria a tritia. V reálu jsou ovšem termonukleární zbraně spíše naplněny deuteridem lithným. Jde de facto o hydrid lithný LiH, ovšem s tím rozdílem, že místo obyčejného vodíku obsahuje deuterium, izotop vodíku s protonem a dvěma neutrony.

Fúzní reakci lidstvo poprvé zvládlo spustit v podobě testu Ivy Mike, který byl proveden 1. listopadu 1952 na Marshallových ostrovech.

Fúzní reakci lidstvo poprvé zvládlo spustit v podobě testu Ivy Mike, který byl proveden 1. listopadu 1952 na Marshallových ostrovech.
Zdroj: https://live.staticflickr.com/

Fyzikální krása designu na vědce zapůsobila a i ti, kteří byli dříve k možnosti realizace tohoto druhu zbraně velmi skeptičtí nyní vyjadřovali optimismus. 225 kilotun TNT silný výbuch Greenhouse George otestoval 8. května 1951 základní principy Tellerova – Ulamova designu, poté už následoval ostrý test na atolu Enewatak na Marshallových ostrovech. Zkouška nazvaná Ivy Mike provedená 1. listopadu 1952 dokonce předčila očekávání a přinesla explozi silnou 10,4 megatun TNT. Exploze vytvořila 50 metrů hluboký a 1,9 km široký kráter. Ohnivá koule z výbuchu měla maximální poloměr 3,3 km. Ikonický hřibový oblak dosáhl výšky 42 km a šířky vrcholu 161 km, zatímco šířka nohy byla 32 km.

Termonukleární test Castle Bravo

Termonukleární test Castle Bravo
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Výbuch naprosto zničil ostrov Elugab, v okolním moři vlny vysoké až 6 metrů a dokonce uměle vyrobil prvky s protonovým číslem 99 a 100, einsteinium, respektive fermium. Teller pobýval v době výbuchu v Berkeley v Kalifornii. O úspěchu zkoušky se ale hned dozvěděl a informoval kolegyni Elizabeth Graves lakonickou zprávou: „Je to chlapec.“ Test byl ovšem zajímavý hlavně z hlediska fyziky, zařízení bylo totiž těžké 74 tun, nemohl je nést žádný bombardér a pro vojenské účely tudíž bylo bezcenné. První použitelnou zbraň otestovali Američané až v roce 1954 na atolu Bikini v rámci 15 megatun TNT silného výbuchu Castle Bravo, nejsilnější americké termonukleární exploze.

Vitalij L. Ginzburg

Vitalij L. Ginzburg
Zdroj: https://books.atheism.ru/

Sověti však v té době už též měli termojadernou bombu, v testu použitelné zbraně dokonce USA předběhli. Jejich koncepci vymysleli Vitalij Ginzburg a Andrej Sacharov, který ji označil za svůj „první nápad“. Uvědomil si, že pokud se budou v bombě střídat vrstvy štěpného a fúzního paliva, síla zbraně se zvýší. Vhodné fúzní palivo navrhl Ginzburg. Design dostal název Slojka podle ruského vrstveného pečiva. Úspěšný test o síle 400 kilotun TNT proběhl v srpnu 1953 na střelnici Semipalatinsk. Slojka byla ovšem hybridem mezi štěpnou a fúzní zbraní, proto dnes převažuje názor, že se nejednalo o pravou termojadernou zbraň, ale o posílenou štěpnou bombu.

Druhý Sacharovův nápad spočíval v použití deuteridu lithného jako paliva a třetí nápad je nezávislý návrh Tellerova – Ulamova designu. Pravou skutečnou termonukleární pumu otestovali Sověti v listopadu 1955 rovněž na Semipalatinské střelnici pod názvem RDS-37. Zkouška dosáhla síly 1,6 megatuny TNT. Klíčový podíl na ní kromě Sacharova, Ginzburga a vedoucího Kurčatova měli Jakov Zeldovič, Viktor Daviděnko a Julij Chariton.

Srovnání velikosti jaderných hřibů několika nejvýznamnějších nukleárních zbraní.

Srovnání velikosti jaderných hřibů několika nejvýznamnějších nukleárních zbraní.
Zdroj: https://ahf.nuclearmuseum.org/

Sověti pokračovali ve výzkumu a v roce 1961 odpálili nad souostrovím Nová země nejsilnější zbraň v historii o síle 57 megatun TNT na západě známou jako Car bomba, v SSSR vyvíjenou pod názvem Ivan či Váňa. Původní síla měla být dokonce 100 megatun, bomba měla mít ještě třetí stupeň, ale plány byly nakonec změněny. Šlo o nejčistší termojaderný výbuch, 97 % energie pocházelo z fúze.

Další atomové testy

Mimořádně efektní byly podvodní jaderné testy.

Mimořádně efektní byly podvodní jaderné testy.
Zdroj: https://i.ytimg.com/

Jaderné testy se prováděly a dosud ještě provádějí zejména za účelem ověřit a zhodnotit sílu, účinnost a funkčnost jaderné či termojaderné zbraně. Takový výbuch je pak podrobně sledovaný a vyhodnocovaný.

Podle prostředí, kde se zkouška provádí, dělíme testy na pozemní, atmosférické, podzemní, podvodní a vesmírné. Testů v kosmickém prostoru se dosud uskutečnilo jen velmi málo, zatímco v ostatních prostředích již proběhla řada zkoušek. Dle prostředí se pak využívala řada typů umístění pumy. Ať už to bylo na vyvýšené věži jako při testu Trinity, na zemi, na lodi, v podzemí, na výškové raketě nebo v pumovnici bombardéru. Při atmosférických zkouškách se pak buď prováděl shoz volným pádem, nebo na padáku.

Mapa všech míst na světě, kde byly odpáleny jaderné bomby.

Mapa všech míst na světě, kde byly odpáleny jaderné bomby.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Celkově provedly všechny státy světa prozatím 2 121 jaderných testů. Z toho téměř polovina, 1 032, připadá na Spojené státy. Dalších 727 potom na Sovětský svaz. Francie s 217 testy má na třetím místě již poměrně značný odstup. Čtvrtá je Velká Británie s 88 zkouškami a pátá Čína s 47 testy. Zbytek připadá na Severní Koreu (6), Indii (3) a Pákistán (2).

Britský test Orange Herald, nejsilnější bomba hybridního typu.

Britský test Orange Herald, nejsilnější bomba hybridního typu.
Zdroj: https://64.media.tumblr.com/

Spojené státy kromě již zmíněné střelnice Alamogordo v Novém Mexiku využívaly také střelnice v Nevadě, Coloradu, Mississipi a na Aljašce. Řada testů proběhla také na Marshallových ostrovech. Sovětský svaz využíval hlavně střelnici Semipalatinsk a lokalitu na souostroví Nová země. Několik testů proběhlo též na Ukrajině, v Uzbekistánu a Turkmenistánu. Francie prováděla zkoušky v Alžírsku a v souostroví Francouzská Polynésie. Velká Británie využila lokality v Austrálii a na Vánočním ostrově. Čína testovala v provincii Sin-ťiang (Ujgursko).

Nejsilnějším termojaderným testem je se silou 57 megatun TNT tzv. Car bomba odpálená v roce 1961 na Nové zemi. Byla tedy více než tisíckrát silnější než součet bomb svržených na Japonsko. Nejsilnější americký test se silou 15 megatun TNT potom Castle Bravo. Nejsilnější fúzní typu Slojka byla britská Orange Herald se silou 720 kilotun TNT. Nejsilnější čistě štěpná jaderná bomba je americká Ivy King se silou 540 kilotun TNT. Součet všech dosavadních testů má hodnotu 540 megatun TNT.

Mezi 2 121 testy jsou započítány jen oficiálně přiznané. Několik nepotvrzených testů provedla Čína, Pákistán a Severní Korea. Zvláštní případy jsou Jižní Afrika, která se jako jediná vlastnictví jaderných zbraní vzdala a Izrael, jenž jejich vlastnictví nikdy nepřiznal. Země s jaderným arzenálem jsou aktuálně tedy USA, Rusko, Čína, Francie, Velká Británie, Indie, Pákistán, Izrael (nepřiznaně) a Severní Korea.

Ivy King, nejsilnější čistě štěpná bomba.

Ivy King, nejsilnější čistě štěpná bomba.
Zdroj: https://i.ytimg.com/

Několik dalších zemí má na svém území umístěny jaderné hlavice jiného státu. Jde například o Německo, Itálii, Jižní Koreu nebo Turecko. Řada státu by pak byla schopná v případě potřeby atomové zbraně velmi rychle vyrobit.

Jaderné zbraně a kosmonautika

Jakou souvislost mají jaderné zbraně s kosmonautikou ptáte se? Pro někoho možná překvapivě velkou. Nesmíme zapomínat na skutečnost, že za rozvojem kosmonautiky stáli, alespoň zpočátku, převážně právě vojáci. Navíc jsme zde už zmiňovali vesmírné jaderné testy, to by ale bylo téma na celý samostatný článek, takže si je necháme na další samostatný článek. Jejich historie, jevy které způsobují a vliv na družice je totiž mimořádně zajímavý.

Z balistických nosičů jaderných hlavic vycházejí třeba rakety Atlas.

Z balistických nosičů jaderných hlavic vycházejí třeba rakety Atlas.
Zdroj: http://www.astronautix.com/

Musíme si také uvědomit, že řadu raket používaných v kosmonautice vyvíjela původně armáda jako nosiče jaderných hlavic. V USA jde třeba o rakety Redstone, Atlas nebo Titan. Na sovětské straně z mezikontinentálních balistických nosičů jaderných zbraní vychází třeba rakety R-7 nebo Proton. O tom ale bylo napsáno již hodně, my se nyní proto zaměříme na kosmické využití pokusných jaderných testů.

Projekt A119

Titulní strana materiálu k projektu A119.

Titulní strana materiálu k projektu A119.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Naprostá většina jaderných testů proběhla z vojenských důvodů. Možná vás ale překvapí, že mezi nimi najdeme i několik tzv. mírových testů. Cíle výbuchů potom nebylo zjistit funkčnost zbraní, ale některý z vědeckých úkolů. Zkoumalo se mimo jiné odstřelování hornin, umělá výroba chemických prvků, detaily procesů probíhajících ve hvězdách, pochody hluboko v zemské kůře, seismické odrazy nebo možnosti jak zefektivnit těžbu. Jedním ze zajímavých důsledků bylo potvrzení, že Barringerův kráter v Arizoně vznikl dopadem meteoritu. Program byl ukončen v roce 1977.

Téměř o 20 let dříve vymyslelo letectvo Spojených států přísně tajný plán zvaný projekt A119 (oficiálně Studie výzkumných letů na Měsíc). V jeho rámci se zkoumal vliv potenciálního jaderného výbuchu na Měsíci a následně i mělo dojít k odpálení jaderné bomby na lunárním povrchu, což by pomohlo vyřešit některé otázky planetologie a astrogeologie. Představitelé letectva zamýšleli odpálit pumu na rovné planině v blízkosti terminátoru, takže by byl výbuch díky osvětlení Sluncem viditelný i ze Země. To mělo posloužit pro posílení morálky a národního cítění poté, co se Sovětský svaz ujal vedení v závodě o vesmír a navíc demonstrovat americkou sílu a dominanci.

Leonard Reiffel

Leonard Reiffel
Zdroj: https://repository.aip.org/

Podobnou myšlenku prosazoval i Edward Teller, který chtěl odpálit vodíkovou pumu na měsíčním povrchu i v určité vzdálenosti od něj, aby bylo možno analyzovat dopady exploze. Projekt A119 nicméně zaštitoval Illinois Institute of Technology (IIT) a řízením byl pověřen Leonard Reiffel. K dispozici měl desetičlenným tým, s nímž zkoumal potenciální přínosy pro vědu, důsledky, jež by mělo použití zbraně na povrchové vrstvy Měsíce, jakož i možnost viditelnosti ze Země. Programu se pod jeho vedením účastnili třeba i Gerard Kuiper a jeho tehdejší doktorand Carl Sagan. Právě Sagan měl za úkol vypočítat účinek jaderné exploze provedené ve vakuu a v prostředí s nižším tíhovým zrychlením. A na základě těchto informací měl vyhodnotit, zda má projekt vědeckou hodnotu.

Zpočátku odborníci zvažovali výbuch velmi silné termojaderné bomby, což se ale ukázalo jako nepraktické kvůli její vysoké hmotnosti a tedy obtížnému vynesení ze Země. Proto zvolili naopak lehkou štěpnou bombu W25 určenou původně pro protivzdušnou obranu. Její síla činí pouhých 1,7 kilotuny TNT, výrazně méně než u zbraní použitých proti Japonsku. Vědci očekávali, že rozvoj balistických raket s dlouhým doletem by umožnil takový start už roku 1959.

Mladý Carl Sagan

Mladý Carl Sagan
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

V témže roce ovšem došlo k ukončení projektu A119 z důvodu obavy o zdraví a životy civilního obyvatelstva, pokud by se start pokazil. Raketa by v takovém případě totiž mohla dopadnout do obydlených oblastí a to bylo i v divokých 50. letech nepřípustné. Dalším důvodem stopnutí programu bylo to, že radioaktivní spad uvolněný při výbuchu by výrazně ovlivnil budoucí výzkum Měsíce, který už v té době začal nabírat první reálnější obrysy. Zkrátka rizika v tomto případě převažovala případný přínos a navíc se jasně ukazovalo, že let lidí k Měsíci táhne veřejnost mnohem více než podobná demonstrace moci v podobě atomové zbraně.

Je zajímavé, že projekt A119 byl dlouhá léta natolik tajný, že o něm nevěděl skoro vůbec nikdo. Až v polovině 90. let připravoval Keay Davidson životopisnou knihu o Carlu Saganovi a při procházení dokumentů objevil tři zajímavé zprávy, jejichž názvy Sagan zveřejnil při žádosti o stipendium na Kalifornské univerzitě v Berkeley a  článku pro Národní výzkumnou radu. Tato informace se dostala i do konečné verze knihy publikované v roce 1999. V reakci na to prolomil Leonard Reiffel svoje mlčení, potvrdil existenci projektu, jakož i osmi výzkumných studií (tři z nich jsou ty jmenované Saganem). Prohlásil také, že Saganova činnost tehdy byla považována za ohrožení národní bezpečnosti. Následně došlo k uveřejnění klíčové čtyřicetistránkové studie (titulní strana na obrázku výše), zbytek materiálů byl zničen v roce 1987. Historik David Lowry zabývající se jaderným programem prohlásil, že kdyby projekt pokračoval, nikdy by nedošlo k „Malému kroku pro člověka a velkému pro lidstvo“ v podání Neila Armstronga. Vláda USA dodnes účast na projektu A119 oficiálně nepřiznala.

Projekt E-4

Také Sověti chtěli provést jaderný výbuch v oblasti terminátoru, tedy na rozhraní osvětlené a neosvětlené části Měsíce.

Také Sověti chtěli provést jaderný výbuch v oblasti terminátoru, tedy na rozhraní osvětlené a neosvětlené části Měsíce.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Pravděpodobně vás nepřekvapí, že podobný projekt vyvinuli i Sověti. Už v roce 1957 se objevily fámy, že sovětská strana chce na Měsíci odpálit jadernou nálož. Cílem měla být velkolepá oslava 40. výročí Velké říjnové socialistické revoluce a to explozí, která by proběhla 7. listopadu, v době, kdy právě probíhalo úplné zatmění Měsíce.

Tomuto výbuchu měly předcházet projekty E-1, E-2 a E-3, z nichž první měl prostě jen dosáhnout Měsíce, další potom pořídit detailní fotografie přivracené i odvrácené strany. Potom už měla přijít fáze E-4 s nukleární zbraní, která měla být využita nikoliv kvůli výzkumu, ale jako demonstrace síly. Není třeba příliš zdůrazňovat, že tyto představy byly zcela mimo realitu, nicméně krásně ukazují míru paniky v USA po vypuštění Sputniku.

Plánovaná dráha projektilu, který měl zasáhnout Měsíc.

Plánovaná dráha projektilu, který měl zasáhnout Měsíc.
Zdroj: http://www.svengrahn.pp.se/

Sovětský projekt E-4 sice skutečně existoval, ale podle dostupných zdrojů začal až v lednu 1958, nikoliv v roce 1957. Jeho otcem je slavný sovětský fyzik Jakov Borisovič Zeldovič a jeho idea byla zhruba následující. Jak může Sovětský svaz jednoznačně prokázat dobytí Měsíce? Jakákoliv kosmická loď je malá, ze Země (i dalekohledem) neviditelná a o prvenství by tak mohly existovat pochyby. Dokonce i při naplnění konvenční výbušninou by nebyla exploze vidět.

Jakov Zeldovič

Jakov Zeldovič
Zdroj: https://www.valka.cz/

Uvažoval proto vyslat k Měsíci loď naplněnou termonukleární bombou, která by při styku s povrchem explodovala. Taková událost by byla ze Země dobře viditelná a o tom, že Sovětský svaz dosáhl Měsíce by tak nemohlo být pochyb (okem dnešního člověka znalého myšlení konspiračních teoretiků: ach jak naivní představa Jakove Borisoviči). Návrh měl sice celou řadu oponentů, přesto Koroljovova konstrukční kancelář vyrobila maketu kosmické lodi vycházející z tehdejších těžkých a nepraktických designů vodíkových zbraní. Bomba v sobě měla mít v každém směru iniciační tyče, aby při dopadu na povrch explodovala.

Také tento plán měl však jepičí život. Už ve velmi rané fázi vývoje jej Sověti zrušili kvůli obavám o bezpečnost a spolehlivost nosné rakety, ty totiž tehdy oproti dnešku selhávaly velmi často. V případě selhání prvního či druhého stupně hrozil pád rakety na vlastní obydlené oblasti, při havárii třetího stupně mohl nastat snad ještě horší scénář dopadu na cizí území, což by vedlo k mezinárodnímu diplomatickému incidentu.

Architekt prvních kosmických krůčků lidstva - Sergej Koroljov

Architekt prvních kosmických krůčků lidstva – Sergej Koroljov
Zdroj: ru.wikipedia.org (kredit: energija.ru)

Rizikem bylo navíc i to, že náklad uvízne na oběžné dráze kolem Země, kde se bude brzdit, až časem spadne. Jenže nikdo by nemohl dostatečně přesně spočítat, kde bude místo dopadu a kdy k němu dojde. A ani scénář minutí Měsíce a vyslání lodě na dráhu kolem Slunce nebyl zcela bez rizika. A objevily se i organizační problémy. Aby totiž šlo plánovaný výbuch na Měsíci pozorovat, museli by jej Sověti předem ohlásit, což by byl v případě západních zemí trochu problém. Sám Zeldovič tak nakonec seznal, že rizika značně převažují a zasadil se o zrušení projektu.

Do budoucna snad vyřešila podobné problémy smlouva o částečném zákazu jaderných testů z roku 1963 a smlouva o využití kosmického prostoru z roku 1967. Použití jaderných zbraní na Měsíci proto dnes již odporuje mezinárodním úmluvám a je jen těžko představitelné. Nutno ovšem současně poznamenat, že pokud by se některý stát rozhodl jaderný test na Měsíci provést, jen těžko by mu v tom mohl jiný stát nebo mezinárodní společenství zabránit.

Jaderná zbraň ke geologickému výzkumu Měsíce?

Gary Latham (vlevo) při práci na projektu Apollo.

Gary Latham (vlevo) při práci na projektu Apollo.
Zdroj: https://magazine.columbia.edu/

Poslední relevantní nápad na použití atomových zbraní na Měsíci pochází z doby těsně po triumfu misí Apolla 11 a Apolla 12. Tehdy již čtyři muži chodili po Měsíci a bezpečně se vrátili a mnoha lidem se mohlo zdát, že možnosti jsou téměř neomezené. A byť měl program Apollo především za cíl porazit Sovětský svaz, jeho vědecký přínos byl obrovský.

A byl to právě vědec podílející se na projektu Apollo Gary Latham, který navrhl v prosinci 1969 odpálit malou jadernou zbraň na povrchu Měsíce, aby se dalším misím lépe zkoumalo jeho vnitřní složení. Myšlenku ovšem vedení NASA zamítlo (oficiálně) především kvůli tomu, že by podobný počin narušoval snahu dalších misí programu o změření přirozeného radiačního pozadí Měsíce. Namísto jaderných zbraní pak NASA používala třetí stupeň nosné rakety Saturn V, který cíleně nasměrovala na kolizní kurz s Měsícem, což vyvolalo malé měsícotřesení, jež umožnilo astronautům a především seismometrům lépe zkoumat vnitřní stavbu našeho souputníka.

Projekt Orion

Freeman Dyson

Freeman Dyson
Zdroj: https://i.natgeofe.com/

Letectvo Spojených států společně s NASA a agenturou DARPA zkoumaly i další použití jaderných zbraní v kosmickém prostoru. Konkrétně šlo o možnost využití atomových výbuchů pro pohon kosmické lodi. Myšlenka to nebyla zcela nová. Exploze (konvenčních) výbušnin navrhl použít pro pohon rakety už ruský expert na výbušniny Nikolaj Kibalčič v 19. století. Jaderné zbraně pak poprvé zmiňuje ve svém sci-fi Blowups Happen Robert Heinlein. Reálné návrhy založené na vědeckých datech pocházejí od Stanislawa Ulama a Fredericka Reinese, kteří je vytvořili těsně po skončení války.

Speciální pumy zamýšlené pro projekt Orion, které umožňují směrování jaderného výbuchu.

Speciální pumy zamýšlené pro projekt Orion, které umožňují směrování jaderného výbuchu.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Zhruba o deset let později přišli s vlastním konceptem fyzikové Freeman Dyson a Ted Taylor. Obecně se tomuto principu říká jaderný pulzní pohon. Ten spočívá v tom, že se těsně za lodí provádějí jaderné výbuchy, které kosmickou loď pohánějí kupředu. Loď samotná a náklad jsou pochopitelně chráněny štítem, který slouží také pro pohlcování energie nukleárních explozí. Oproti běžným chemickým raketovým motorům má jaderný pulzní pohon výhodu ve velkém specifickém impulsu a i tah může mít poměrně solidní.

Ve skutečnosti existovala celá řada různých koncepcí v rámci jednoho projektu. Můžete najít množství rozličných Orionů, od poměrně malých kosmických lodí určených k letům poblíž Země až po gigantické kolosy sloužící pro meziplanetární nebo dokonce mezihvězdné lety. Tento druh pohonu totiž hypoteticky může dosáhnout poměrně značných rychlostí až v řádu jednotek procent rychlosti světla, v krajním případě dokonce 10-15 procent rychlosti světla. Let k Alfa Centauri by proto trval (opět v optimálním případě) cca polovinu století, což už by byl přijatelný časový interval.

Představa konstrukce zadní části lodi, která by měla absorbovat atomové výbuchy a tím loď pohánět, ale také sloužit jako ochrana nákladu a posádky před radiací.

Představa konstrukce zadní části lodi, která by měla absorbovat atomové výbuchy a tím loď pohánět, ale také sloužit jako ochrana nákladu a posádky před radiací.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Tento poněkud neortodoxní nápad má ale bohužel také celou řadu nevýhod. Jak už víme z předchozího textu, běžný jaderný výbuch míří rovnoměrně všemi směry. Což je přesně to, co při pohonu kosmické lodi nechceme. Proto se objevily návrhy na konstrukci speciálních jaderných hlavic, které by výbuch namířily pouze jedním požadovaným směrem. I v tomto případě by ovšem musela kosmická loď vézt s sebou obrovské množství atomových pum.

Další nevýhoda spočívá v samotném užití jaderných hlavic. V hlubokém vesmíru daleko od planet by to asi nevadilo. Ostatně Carl Sagan se ve svém seriálu Cosmos zmínil, že tento způsob využití jaderného arzenálu považuje za nejlepší. Nicméně menší verze Orionu počítaly s použitím jaderných výbuchů v blízkosti Země a dokonce i pro start kosmické lodi na oběžnou dráhu ze zemského povrchu. Něco takového bylo myslitelné možná v době největšího jaderného optimismu, dnes už ale rozhodně ne. Koneckonců, všechny relevantní úvahy o projektu Orion utnuly právě výše zmíněné smlouvy z let 1963, respektive 1967.

Studie kosmické lodi s jaderně pulsním pohonem pro let lidské posádky k Marsu. Vpravo jsou umístěny moduly pro posádku a landery pro přistání na Marsu, uprostřed je velký zásobních atomových bomb a vlevo systém k odpalování pum a absorbér.

Studie kosmické lodi s jaderně pulsním pohonem pro let lidské posádky k Marsu. Vpravo jsou umístěny moduly pro posádku a landery pro přistání na Marsu, uprostřed je velký zásobních atomových bomb a vlevo systém k odpalování pum a absorbér.
Zdroj: https://miro.medium.com/

Závěr

Jaderné zbraně jsou, ať už se nám to líbí nebo ne, součástí historie i současnosti našeho druhu a zřejmě tomu tak ještě hodně dlouhou dobu zůstane. Jejich vývoj byl nesmírně zajímavá etapa dějin a i politické aspekty s nimi související jsou opravdu pozoruhodné, to by ale bylo na úplně jiný článek pro úplně jiný web. V dnešním příspěvku jsme se nicméně pokusili ukázat, že i v kosmonautice měly jaderné zbraně svoje určité místo, byť nakonec došlo ke zrušení všech projektů, které s nimi pracovaly.

 

Doporučená literatura

  • Robert Jungk – „Heller als tausend Sonnen“ – česky jako „Jasnější než tisíc sluncí“ (Mladá fronta, 1963) – Kniha je zajímavá spíše z historického pohledu, obsahuje totiž některé nepřesnosti a začíná zde vyviňování německých vědců. Český překlad navíc obsahuje pár tehdy povinných socialistických vpisů a doplňků, jinak by nemohl vyjít.
  • David Holloway – „Stalin and the Bomb“ – česky jako „Stalin a bomba“ (Academia, 2008)
  • Richard P. Feynman, Ralph Leighton – „Surely You’re Joking Mr. Feynman“ (1985) – česky jako „To nemyslíte vážně, pane Feynmane!“ (Aurora, 2001) – V první části některé humorné autorovy historky z účasti na projektu Manhattan.

Doporučené články k další četbě

Použité a doporučené zdroje

Zdroje obrázků

Print Friendly, PDF & Email

Kontaktujte autora: hlášení chyb, nepřesností, připomínky
Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

12 komentářů ke článku “Jaderné zbraně a kosmický výzkum”

  1. Dusan Kral napsal:

    Díky za článek, tedy trochu se mi vaše texty kupí, protože jsou značně obsáhlejší než je obvyklé, ale tím nechci horovat za nějaké zkracování. Jinak drobná poznámka. Asi je to zbytečný detail, ale ta přeměna na Pu-239 z U-239 jde ještě přes Np-239, které má poločas přeměny 2,3 dne. Je to vlastně velmi podobné jako u Th-232, jež podobně jako U-238 řadíme mezi štěpitelný materiál a lze jej přeměnit na U-233 pomocí záchytu neutronu stejně jako u uranu. V tomto případě se Th-233 přemění na Pa-233 a s poločasem přeměny 27 dní na U-233. Rozvoji využití Th brání komplikovanější zpracování a dostatek uranové rudy, která lze použít jednodušeji.

    • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

      Ano, jenomže stejně tak byste se mohl ptát proč neuvádím rozpadové řady uranu a plutonia a jejich konečné produkty, proč neuvádím větší detaily o objevu neutronu nebo o objevu jaderného štěpení, jakož třeba i prvním jaderném reaktoru. V článku snad není podkapitola, kde by si něco nezasloužilo rozšířit. Při takovém článku je ale určitá míra škrtání nutná a to já mám oproti kolegům ty články mnohem delší. Až budu na toto téma chtít napsat knihu, všechno toto tam bude.

      • -gt- napsal:

        S tou knihou to je slib ?
        Sliby se mají plnit !

      • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

        To jsem zase něco napsal… no, už více lidí mi říkalo, že by moje texty byly na knihu. Jen teda nevím, kdo by ji měl zájem vydat.

  2. -gt- napsal:

    Hluboce smekám.
    Být ministr školství, nařídím zařazení tohoto článku do povinných osnov dějepisu i fyziky.

  3. Ladislav napsal:

    Díky za obsáhlý článek. Musel jsem ho číst nadvakrát, ale stálo to za ten čas!

  4. lermi73 napsal:

    „7. května proběhl konvenční výbuch o síle 108 kilotun TNT z důvodu kalibrace přístrojů.“ Není to trochu moc na pokusný nejaderný výbuch?

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.