Projekt Manhattan

thumb|První testovací jaderný výbuch Trinity v roce 1945 (foto Jack Aeby) Projekt Manhattan, oficiální krycí název Manhattan Engineering District (MED), byl utajený americký vývoj atomové bomby za 2. světové války. Hlavním výsledkem programu bylo vyrobení historicky prvních tří jaderných bomb. První, zkušební plutoniová bomba byla odpálená 16. července 1945 při testu Trinity na střelnici v Novém Mexiku. Little Boy (uranová) a Fat Man (plutoniová) byly 6. a 9. srpna 1945 shozeny na japonská města Hirošima a Nagasaki a zásadně přispěly k ukončení druhé světové války.

Název označuje první fázi amerického jaderného programu v období 1942–1946. Celkové náklady dosáhly sumy přes 2 miliardy tehdejších dolarů, což odpovídá asi 31 miliardám v roce 2024. Přes 90 procent nákladů stála výstavba továren a výroba štěpného materiálu, méně než 10 procent samotný vývoj a výroba atomových bomb.

Výzkumné a výrobní provozy se nacházely na 30 místech v USA, Velké Británii a Kanadě. Projekt Manhattan zaměstnával celkem 225 000 lidí. Dalších 600 000Pacner, K.: Atomoví špioni. Šulc a spol., Praha, 1994, s. 34 lidí na něm pracovalo nepřímo, ale převážná většina personálu ani nevěděla, že pracuje na atomové bombě.

Výzkum radioaktivity

Objevy radioaktivity a štěpení Na přelomu 19. a 20. století se štěpením atomu zabývali převážně evropští vědci. V roce 1896 objevil Henri Becquerel radioaktivitu a dokázal, že všechny sloučeniny uranu jsou radioaktivní. V roce 1898 objevili Pierre a Marie Curie radioaktivní prvek radium, což umožnilo další výzkumy v oblasti jaderné fyziky.

V roce 1902 Ernest Rutherford vypracoval teorii radioaktivního rozpadu a v roce 1911 objevil atomové jádro. Rutherfordův model atomu využil v roce 1913 Niels Bohr k vypracování teorie stavby atomu. Neutron následně objevil v roce 1932 James Chadwick a Enrico Fermi již v roce 1934 poprvé neutrony použil k „bombardování“ atomového jádra.

Prvním, kdo rozeznal a popsal řetězovou reakci (a v roce 1936 i princip atomové bomby), byl Leó Szilárd, který si přeměnu prvků pomocí řetězové reakce dal v roce 1934 i patentovat.

V roce 1937 Irène Joliot-Curie objevila dělení uranu působením pomalých neutronů. Atomová fyzika v té době rychle pokračovala a na základě zjištění Irène Curieové byl proveden i úspěšný berlínský experiment profesora Otta Hahna, Fritze Strassmanna a jejich spolupracovníků. Skupině se podařilo experimentálně rozštěpit jádra uranu jejich bombardováním neutrony, přičemž se uvolnilo velké množství energie. Výsledky těchto pokusů nakonec správně objasnila Lise Meitnerová, asistentka Otta Hahna, a její synovec Otto Frisch, který v té době pracoval u Nielse Bohra. Meitnerová a Frisch společně zavedli termín „dělení jádra“ (jako analogii k dělení buněk v biologii) a udělali si obraz o dělení jádra uranu.

Ukázalo se, že jádro uranu představuje nestabilní útvar, který je připraven na dělení už při malých podnětech, a že při jeho dělení jsou vzniklé části lehčí asi o jednu pětinu hmotnosti protonu. Výsledek těchto pokusů si Otto Frisch ověřil experimentálně v Kodani a také je správně interpretoval – rozdělením jádra uranu po přijetí neutronu se uvolní obrovské množství energie a vznikne tak jaderný rozpad. Několik dní na to Enrico Fermi i Frédéric Joliot-Curie nezávisle na sobě zopakovali pokusy předchozích vědců a získali stejné výsledky.

Frisch a Meitnerová zaslali redakci časopisu Nature dopis, na jehož obsahu se dohodli jen telefonicky. Článek měl název „Rozpad uranu působením neutronů – nový druh jaderné reakce“. List přišel do redakce 16. ledna a zveřejněn byl 18. února 1939.Iojryš, A.I., Morochov, I.D., Ivanov, S.K.: A bomba. Nakladatelství Svoboda, Praha, 1984, 389 s. 30. ledna v témže roce předložil své práce ke zveřejnění i F. Joliot-Curie pod názvem „Experimentální důkaz výbušného rozpadu jader uranu a thoria působením neutronů“.

V USA na prahu druhé světové války Niels Bohr pochopil, že Meitnerová a Frisch podali správný výklad Hahnových pokusů. V lednu 1939 Bohr odjel na kratší pobyt do Spojených států a uvědomoval si, že ve fyzice došlo k události velkého významu. V USA se v té době štěpením atomů zabývali vědci působící na Kolumbijské univerzitě v New Yorku, mezi které patřili Enrico Fermi, Leó Szilárd, Walter Zinn a Herbert Anderson. Enrico Fermi a Leó Szilárd potřebovali jen několik týdnů, aby definitivně zformulovali nové poznatky: atom uranu lze rozštěpit na dvě části, přičemž se uvolní obrovské množství energie. V procesu tohoto štěpení vznikají neutrony, které mohou následně rozštěpit další jádra uranu a umožňují tak vznik řetězové reakce.

Některým vědcům bylo již v té době zřejmé, že praktické využití štěpení atomů může vést ke zkonstruování neobyčejně účinných zbraní. Jedině Szilárd však navrhl, aby všichni fyzici v USA, Kanadě, Británii, Dánsku a ve Francii okamžitě přestali zveřejňovat své studie z oblasti jaderného výzkumu. Vědci však s takovou iniciativou nesouhlasili – zejména Enrico Fermi, který emigroval do USA z Itálie kvůli nástupu fašismu k moci a silné cenzuře na tamních univerzitách. Odpor vědců k takové iniciativě byl samozřejmý, protože jejich hlavní pracovní náplní bylo právě publikování nově zjištěných poznatků. Kvůli tlaku představitelů Kolumbijské univerzity byl nakonec i sám Szilárd nucen publikovat svou práci „Řetězová reakce v uranu“. Později se ukázalo, že to byla významná průkopnická práce.Pacner, K.:Atomoví špioni. Šulc a spol., Praha, 1994, s. 14

Bohr, který se v USA zdržel od ledna do května 1939, výrazně přispěl k vypracování teorie, která pak vedla k poznatkům, že uran 235 a plutonium mají zvláštní náchylnost ke štěpení. V dubnu 1939 Bohr spolu s Johnem Wheelerem upozornil ve své teoretické studii na skutečnost, že ne všechna jádra uranu se štěpí stejně. Nejlépe se štěpí uran 235. Ve hmotě uranu je pouze jeden atom 235U na 140 atomů 238U, a jejich oddělování je velmi složité. Bohr svými pracemi položil základ k intenzivnějšímu zkoumání problémů jaderných reakcí. V druhé polovině roku 1939 se vědci na celém světě již mohli opírat o další významné teoretické i experimentální objevy v jaderné fyzice. Prvním problémem se ukázal být samotný uran. Snadno štěpný byl jen izotop 235U, jehož podíl mezi přirozeně se vyskytujícími izotopy uranu je však pouze 0,7%. K výrobě atomové bomby bylo potřeba zvýšit jeho koncentraci na více než 90%. Problém se podařilo vyřešit Výzkumné laboratoři válečného námořnictva – Dr. Ross Gunn a Dr. Philip Abelson objevili účinnou a poměrně jednoduchou metodu separace 235U, která nese název po svých objevitelích – Gunn-Abelsonova metoda.

I když všechny tyto objevy vyvolaly ve světě fyziky senzaci, mnoho lidí začalo mít i obavy z možného využití jaderné energie k vojenským účelům. Americký tisk již začal veřejně psát o atomové bombě. Nejvíce znepokojeni však byli vědci, kteří emigrovali do Spojených států. Mnozí z nich odešli do USA zejména kvůli vzrůstající moci Adolfa Hitlera v Německu a kvůli sílícímu antisemitismu v celé Evropě. Dva dny po zahájení okupace Čech a Moravy německými vojsky, 17. března roku 1939, informoval Enrico Fermi na schůzce v budově Ministerstva válečného námořnictva ve Washingtonu o úspěšném berlínském experimentu profesora Otto Hahna a jeho spolupracovníků. Jednání se zúčastnil i admirál S. K. Hooper, který zastával funkci zástupce ředitele námořních operací pro techniku. Vojenské kruhy si však dostatečně neuvědomovaly možnou hrozbu ze strany nacistického Německa, ve kterém došlo k mnoha objevům na poli jaderné fyziky a které disponovalo dostatečnými materiálními i lidskými zdroji k sestrojení atomové bomby.

V létě roku 1939 připlul na lodi Hamburk do New Yorku Werner Heisenberg i s několika kolegy z Německa, se kterými se měl zúčastnit turné po amerických univerzitách. Heisenberg se setkal s Fermim a s Georgem B. Pegramem, tehdejším děkanem fyzikální fakulty na Kolumbijské univerzitě, který mu na univerzitě nabídl místo stálého profesora. I když Heisenberg nebyl přesvědčený nacista, nabídku odmítl a vrátil se do Německa, kde byl během druhé světové války hlavní osobou německého uranového projektu. Heisenberg až po skončení války prohlásil, že „v létě 1939 mohlo ještě dvanáct lidí zabránit výrobě atomových bomb – kdyby se navzájem dohodli“.Pacner, K.:Atomoví špioni. Šulc a spol., Praha, 1994, s. 19

Poradní výbor pro uran náhled|vlevo|Groves a James Chadwick, vedoucí britské mise náhled|Různé metody výroby atomové bomby prozkoumané v průběhu července 1942 náhled|Vůdčí osobnosti projektu – Leslie Groves a Robert Oppenheimer Koncem léta 1939 se Leó Szilárd spolu s Eugenem Wignerem a Edwardem Tellerem shodli, že nejlepší by bylo na celou situaci kolem řetězových reakcí a jejich využití upozornit některého z vlivných politiků. Proto se rozhodli napsat dopis, který byl 2. srpna odeslán prezidentovi Franklinu D. Rooseveltovi a který byl podepsán Albertem Einsteinem. Einstein byl v té době pravděpodobně nejpopulárnější fyzik v celých Spojených státech a byl známým pacifistou.

Prezidentu Rooseveltovi byl však Einstein-Szilárdův list doručen až 11. října, kdy již v Evropě přes měsíc probíhala druhá světová válka. Upozornili ho v něm na možnost sestrojení „výjimečně silných bomb nového typu“. Prezidenta zpočátku dopis vědců příliš nepřesvědčil. Druhý den se ještě jednou setkal s Alexandrem Sachsem, který mu dopis den předtím doručil, a po krátkém rozhovoru se rozhodl jednat. Roosevelt přikázal řediteli Úřadu pro normalizaci Lymanu Briggsovi, aby byla v co nejkratším čase vypracována zpráva o perspektivách využití jaderných vlastností uranu a byl zřízen Poradní výbor pro uran (přezdívaný „Uranový výbor“).

Uranový výbor Na první schůzi „Uranového výboru“ v říjnu 1939 byli přizváni kromě Alexandra Sachse a dvou dělostřeleckých odborníků i fyzici Szilárd, Wigner a Teller. Výbor předložil prezidentovi Spojených států svou zprávu 1. listopadu 1939. Ve zprávě poukázal na reálnou možnost využití atomové energie a také na možnost výroby atomové bomby. O udělení první dotace ve výši 6 000 dolarů informoval 20. února 1940 Lyman Briggs vojenského pobočníka prezidenta Roosevelta, generála Watsona.

Ze Szilárdova podnětu poslal Einstein 7. března 1940 další dopis Rooseveltovi, ve kterém ho upozorňoval na zvýšený zájem nacistického Německa o uran a na to, že práce je třeba urychlit. Einstein v dopise mimo jiné napsal: „Dozvěděl jsem se, že v Německu se v tajnosti provádí výzkum zejména ve Fyzikálním ústavu císaře Viléma. Tento ústav byl přesunut pod správu vlády a v současné době tam pracuje skupina fyziků pod vedením Carla Friedricha von Weizsäcker spolu s Chemickým ústavem na řešení problémů uranu...“.Pacner, K.:Atomoví špioni. Šulc a spol., Praha, 1994, s. 21 I přesto však celý výzkum postupoval poměrně pomalu, zejména kvůli velké byrokracii okolo programu.

Příští schůze „Uranového výboru“ se konala 28. dubna 1940. V té době už vědci věděli, že štěpení vyvolané neutrony probíhá pouze v případě uranu 235U. Kromě toho bylo zjištěno, že v Německu byli výzkumem uranu pověřeni pracovníci Fyzikálního ústavu císaře Viléma. Na výboru byla projednána i otázka, jak celý výzkum v USA podpořit a jak ho i lépe zorganizovat.

Zvláštní poradní skupina, kterou vytvořil Lyman Briggs při úřadu pro normalizaci, 15. června 1940 projednala celkovou situaci kolem uranového výzkumu. Nakonec byl vysloven požadavek, aby Uranový výbor získal prostředky pro výzkum uranouhlíkového systému. Nedlouho poté byl vytvořen Výzkumný výbor národní obrany (NDRC) a prezident Roosevelt nařídil, aby byl Uranový výbor přeměněn na podvýbor Výzkumného výboru národní obrany. Předsedou NDRC byl jmenován Vannevar Bush, podvýbor měl nadále na starosti Briggs, ale k tomuto výboru už nebyl přizván ani jeden cizinec.

S 1 NDRC