Kuinka luonnon ymmärtäminen teki atomipommista väistämättömän – Fissio ja sen aikaan saaminen

Spread the story

Atomipommit nopeuttivat toisen maailmansodan loppua. Mutta ne aloittivat toisenlaisen sodan, kylmän, joka uhkasi koko planeetan ydin tuhoamisella. Joten on ymmärrettävää, että Hiroshimaa tuhonneen atomipommiräjähdyksen 75. vuosipäivänä (6. elokuuta 1945) pohdinnot pyrkivät korostamaan geopoliittisia draamoja seuraavina vuosikymmeninä.

Mutta on myös syytä pohtia tieteellistä tarinaa pommien syntymisestä.

Tarinan alkua ei ole helppo tunnistaa. Ydinfissio – pommin energian lähde – löydettiin vuonna 1938, alle seitsemän vuotta ennen Hiroshimaa. Mutta ydinenergian taustalla oleva tiede on syntynyt vuosikymmeniä aikaisemmin. Voisit sanoa 1905, jolloin Einstein paljasti maailmalle, että E = mc2. Tai ehkä on parempi aloittaa Henri Becquerelin löytämällä radioaktiivisuus vuonna 1896. Radioaktiivisuus paljasti uudenlaisen energian, valtavan määrän, piilossa aineen vähäisimmissä osissa – atomien muodostavissa osissa.

Joka tapauksessa, kun tiede alkoi ymmärtää subatomista maailmaa, mikään voima ei voinut pysäyttää atomin voiman mahdollista paljastamista.

Mutta tie perustieteen ja pommin välillä ei ollut suora. Ei ollut selkeää aavistustakaan siitä, kuinka subatomista energiaa voitaisiin hyödyntää merkittävässä käytössä, sotilaallisessa tai muussa tarkoituksessa. Kirjoittamalla Science News Bulletiniin (alkuperäinen Science News -esiaste) vuonna 1921, fyysikko Robert Millikan totesi, että gramma radiumia hajoaa lyijynä, tuottaa 300 000 kertaa enemmän energiaa kuin polttamalla gramma kivihiiltä. Se ei ollut pelottavaa, Millikan sanoi, koska maailmassa ei ollut edes tarpeeksi radiumia tekemään paljon popcornia. Mutta hän varoitti, “on melkein unohdettu johtopäätös, että samanlaiset energian varastot ovat myös niiden atomien hallussa, jotka … eivät ole radioaktiivisia.”

fissio
” Huolet siitä, että Saksa saattaa kehittää ydinpommin, sai aikaan Albert Einsteinin elokuussa 1939 lähettämän kuuluisan kirjeen presidentti Franklin Rooseveltille.”

Vuonna 1923 päätoimittaja Edwin Slosson Science News-Letteristä (Science Newsin edeltäjä) huomautti myös, että “kaikilla elementeillä on samanlaiset energian varastot, jos vain tiedämme kuinka vapauttaa se”. Mutta toistaiseksi hän myönsi, “tutkijat eivät ole pystyneet avaamaan atomienergiaa lukuun ottamatta käyttämään suurempaa energiaa toisesta lähteestä”.

Siihen mennessä fyysikot tajusivat, että atomien oli runsaasti energiaa varastoitu ytimeen – jonka Ernest Rutherford löysi vuonna 1911. Mutta ydinvoiman saanti käytännön käyttöön tuntui mahdottomalta – ainakin Rutherfordille, joka sanoi vuonna 1933, että jokainen, joka aikoo hyödyntää ydinenergiaa oli “puhuva kuutamo”. Mutta juuri vuotta aiemmin James Chadwick oli löytänyt työkalun ydinvoiman vapauttamiseen neutronina tunnetun subatomisen hiukkasen muodossa.

Ilman sähkövarausta neutroni oli ihanteellinen luoti ampua atomiin, joka pystyi tunkeutumaan ytimeen ja epävakauttamaan sitä. Tällaiset Enrico Fermin kokeilut Italiassa 1930-luvulla aiheuttivat uraanin fissiota. Mutta Fermi luuli luoneensa uusia, painavampia kemiallisia alkuaineita. Hänellä ei ollut aavistustakaan uraanin ytimen hajoamisesta. Hän päätyi siihen, että hän oli tuottanut uuden, uraania painavamman alkuaineen, numero 93.

Kaikki eivät olleet samaa mieltä. Saksalainen kemisti-fyysikko Ida Noddack väitti, että todisteet eivät olleet vakuuttavia, ja Fermi olisi voinut tuottaa kevyempiä elementtejä, uraanin ytimen fragmentteja. Mutta hän uhmasi vallitsevaa viisautta. Kuten saksalainen kemisti Otto Hahn vuosia myöhemmin kirjoitti, ajatus uraanin ytimen hajottamisesta pienemmiksi paloiksi oli ”täysin ristiriidassa atomifysiikan lakien kanssa. Raskas atomiytimen jakaminen kevyemmäksi pidettiin sitten mahdottomana. “

Siitä huolimatta Hahn ja itävaltalainen fyysikko Lise Meitner jatkoivat uraanin pommittamista neutronien avulla, mikä tuotti heidän mielestään myös uusia alkuaineita. Pian Meitner joutui pakenemaan Saksasta Ruotsiin välttääkseen natsien vainoa juutalaisia. Hahn jatkoi työtä kemisti Fritz Strassmannin kanssa; joulukuussa 1938 he havaitsivat, että alkua, jonka he ajattelivat olevan radiumia, ei voida erottaa kemiallisesti bariumista – ilmeisesti siksi, että se oli bariumia. Hahn ja Strassmann eivät pystyneet selittämään, miten se voisi olla.

Hahn kirjoitti tuloksesta Meitnerille, joka keskusteli veljenpoikansa Otto Frischin, fyysikon, Niels Bohrin instituutissa Kööpenhaminassa, kanssa. Meitner ja Frisch saivat selville, mitä tapahtui – neutroni oli saanut uraanin ytimen hajoamaan. Barium oli yksi jäljelle jääneistä paloista. Frisch kertoi Bohrille, joka oli aikeissa nousta laivaan Amerikkaan, joka huomasi heti, että fissio vahvisti hänen uskomuksensa siitä, että atomituuma käyttäytyi analogisesti pisaran nestettä. Saapuessaan Yhdysvaltoihin Bohr aloitti yhteistyön John Archibald Wheelerin kanssa Princetonissa selittämään fissioprosessia. He havaitsivat nopeasti, että fissio tapahtui paljon helpommin uraani-235: ssä, harvinaisessa muodossa, kuin yleisemmässä uraani-238: ssa. Ja heidän analyysinsä paljasti, että vielä tuntematon elementti, numero 94, olisi erityisen tehokas myös fissiossa. Heidän paperinsa ilmestyi 1. syyskuuta 1939, päivänä, jolloin Saksa hyökkäsi Puolaan aloittaakseen toisen maailmansodan.

Bohrin saapumisen Amerikkaan tammikuussa 1939 ja hänen paperin julkaisemisen välillä Wheelerissä levisi uutisia fissioiden todellisuudesta, upeita fyysikoita ja kemistejä ympäri maailmaa. Esimerkiksi tammikuun lopussa fissiosana saavutti Berkeleyn, jossa johtava fyysikko oli J. Robert Oppenheimer, josta lopulta tuli tutkija, joka johti Manhattan-projektia pommin rakentamiseen.

Berkeleyn fissio-seminaarin osallistujien joukossa oli nuori kemianopettaja Glenn Seaborg (joka vuonna 1941 löysi tuntemattoman elementin 94, jonka Bohr ja Wheeler ennustivat, nimeämällä sen plutoniumiksi). Seaborg muistutti, että aluksi Oppenheimer ei uskonut, että fissio tapahtui. Mutta “muutaman minuutin kuluttua hän päätti, että se oli mahdollista”, Seaborg sanoi vuonna 1997 haastattelussa. “Se vain sai kaikki yllättymään.”

Ensimmäisen yllätyksen jälkeen fyysikot totesivat nopeasti, että fissio oli avain atomien energiavaraston avaamiseen. “Monet ihmiset varmistivat, että todellakin, kun uraania pommitetaan neutronien, etenkin hitaiden neutronien, tapahtuu prosessi, joka vapauttaa valtavia määriä energiaa”, fyysikko Hans Bethe sanoi vuonna 1997 haastattelussa. Pian seuraukset sodankäyntiin kiinnittivät kaikkien huomion.

“Sodan uhka lähestyi ja lähestyi”, Wheeler sanoi haastattelussa vuonna 1985. “Oli mahdotonta olla ajattelematta, mitä tämä liike (fissio) voisi tarkoittaa sodan sattuessa.” Alkuvuodesta 1939 fyysikot kokoontuneet fyysikot olivat yhtä mieltä siitä, että fissiopommi oli ajateltavissa. “Kaikki olivat yhtä mieltä siitä, että ydinräjähteen valmistaminen oli täysin mahdollista”, Bethe muisti.

Huolet siitä, että Saksa saattaa kehittää ydinpommin, sai aikaan Albert Einsteinin elokuussa 1939 lähettämän kuuluisan kirjeen presidentti Franklin Rooseveltille, joka lopulta johti Manhattan-projektiin. Kävi selväksi, että fissiopommin rakentaminen vaatii “ketjureaktion” luomisen – fissioprosessin itsessään on vapautettava neutronit, jotka kykenevät saamaan aikaan lisää fissiota. Joulukuussa 1942 Fermi johti Chicagon yliopiston ryhmää, joka osoitti jatkuvaa ketjureaktiota, jonka jälkeen pommityöt etenivät Los Alamosissa, Nigeriassa, Oppenheimerin johdolla.

Aluksi jotkut fyysikot ajattelivat, että pommia ei voitu kehittää tarpeeksi nopeasti, jotta sillä olisi merkitystä sodassa. Esimerkiksi Bethe halusi työskennellä tutkan parissa.

“Olin pitänyt koko yritystä boondoggle”, hän sanoi. “Luulin, että tällä ei ollut mitään tekemistä sodan kanssa.” Mutta huhtikuuhun 1943 Oppenheimer onnistui rekrytoimaan Bethen Los Alamosiin. Siihen mennessä tiede oli paikallaan, ja polku pommin suunnitteluun ja rakentamiseen oli suora. “Meidän piti vain selvittää, ettei ennakoimattomia vaikeuksia ollut”, Bethe sanoi.

Lopulta prototyyppi räjähti Alamogordossa heinäkuussa 1945, noin kolme viikkoa ennen pommin käyttöä Japania vastaan.

Se oli kauhistuttavampi ase kuin mitä ihmiskunta olisi koskaan tavannut tai kuvitellut. Ja tiede oli vastuussa. Mutta vain siksi, että tiede onnistui ymmärtämään luontoa entistä syvemmin. Kukaan ei aluksi tiennyt, mihin tämä ymmärrys johtaa.

Ei ollut mitään keinoa ennakoida, että radioaktiivisuuden, atomin ytimen tai jopa neutronin löytäminen mahdollistaisi lopulta joukkotuhoaseen rakentamisen. Mutta kun kerran tiedettiin, että pommi on mahdollinen, se oli väistämätöntä.

Saksan antautumisen jälkeen toisessa maailmansodassa liittoutuneet pidättivät useita saksalaisia huippututkijoita, mukaan lukien natsipommiprojektin johtajan Werner Heisenbergin ja salakuuntelivat heidän keskustelunsa. Oli selvää, että saksalaiset epäonnistuivat rakentamaan pommia, koska heidän mielestään se ei ollut käytännössä mahdollista. Kuultuaan Hiroshiman pommituksista Heisenberg pystyi nopeasti selvittämään, kuinka pommi oli itse asiassa ollut mahdollista. Kun tiedemiehet tietävät varmasti, että jotain on mahdollista, se on paljon helpompaa tehdä.

Atomipommin tapauksessa luonnon salaisuuksia etsivä perustutkimus aloitti uuden tiedon ketjureaktion, jota ei voida hallita. Joten syntynyt sienipilvi symboloi yhtä tieteen häiritsevintä menestystä.

Artikkeli lähde: https://www.sciencenews.org/article/atomic-bomb-physics-fission-hiroshima-anniversary

Muista myös lukea seuraava artikkeli

MAGNESIUMIN TERVEYSHYÖDYT JOTKA KANNATTAA HUOMIOIDA

You may also like...

2 Responses

  1. December 8, 2020

    […] KUINKA LUONNON YMMÄRTÄMINEN TEKI ATOMIPOMMISTA VÄISTÄMÄTTÖMÄN – FISSIO JA SEN AIKAAN SAAMIN… […]

  2. December 9, 2020

    […] KUINKA LUONNON YMMÄRTÄMINEN TEKI ATOMIPOMMISTA VÄISTÄMÄTTÖMÄN – FISSIO JA SEN AIKAAN SAAMIN… […]

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *