Я вырос в «ядерной семье». Я не имею в виду, что в моей семье были мать, отец и трое детей — что у нас действительно было. И не имею в виду, что я вырос в атомный век — хотя это так. Я имею в виду, что мой отец охранял ядерное оружие для ВВС США. Гордясь своей работой, папа развешивал фотографии атомных взрывов на стене нашей семейной комнаты, как ту, что выше. Я думал, что все семьи делают это, пока не покинул дом и не понял, что никто так не делает. Поэтому я стал атомным историком, чтобы понять, чем занимался мой отец (так как он никогда не говорил о своей сверхсекретной работе) и, что более важно, чтобы изучить самое значительное событие XX века — создание ядерного оружия.
Рождение атомного века
Философы, начиная с древней Греции, теоретизировали о неделимой единице материи, называемой атомом. Несмотря на предполагаемую неделимость атома, Эйнштейн предсказал, что если его разделить, то выделится огромное количество энергии.
Осенью 1938 года немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрассман сделали судьбоносное открытие в своей лаборатории в Берлине. Они обстреливали кусок урана нейтронами, неожиданно генерируя избыток тепла. Когда они отправили свой озадачивающий результат Лизе Майтнер, еврейской коллеги, которая бежала в Швецию, она и ее племянник Отто Фриш поняли, что Ган и Штрассман разделили атом. Не зная, как это назвать, они придумали термин "деление", заимствованный из биологии. Никто не знал, как произносить глагол "делить", поэтому некоторые произносили его как "рыбачить".
Открытие Гана и Штрассмана распространилось по миру ядерной физики как лесной пожар с опасением, что нацистская Германия опередила всех в использовании силы атома в военных целях.
Когда Великобритания вступила в войну после вторжения Германии в Польшу в 1939 году, англичане срочно активизировали свои исследования в области атомного оружия. В Соединенных Штатах мало что делалось до нападения на Перл-Харбор. Затем президент Рузвельт приказал Корпусу инженеров армии присоединиться к усилиям союзников по созданию атомного оружия. Генерал Лесли Гроувс (который только что курировал строительство Пентагона) взял командование над американским проектом, кодовым названием "Манхэттенский проект".
Манхэттенский проект
Гроувс столкнулся с несколькими ключевыми решениями.
- Во-первых, где разместить критические объекты? В частности, проекту нужна была центральная исследовательская лаборатория и места для производства ядерных материалов, необходимых для атомного оружия.
- Во-вторых, Гроувс искал кого-то, кто мог бы руководить лабораторией, где ученые, инженеры и специалисты по вооружению создавали бы атомный взрыв.
Гроувс выбрал доктора Роберта Оппенгеймера, выдающегося теоретического физика, преподававшего в Калифорнийском университете в Беркли, в качестве директора лаборатории.
После того как Гроувс выбрал Оппи (прозвище, которым его называли), они обыскали американский запад в поисках места для центрального исследовательского учреждения. Гроувс выбрал Лос-Аламос, Нью-Мексико, элитную школу для мальчиков в горах северного Нью-Мексико. В декабре 1942 года школа выехала, а бульдозеры начали строить мгновенный город, который изменил историю человечества.
Оппи привлек нобелевских лауреатов, эмигрантов-физиков, аспирантов и многих других, чтобы присоединиться к его команде в Лос-Аламосе. Прибыв весной 1943 года, они работали над разделением атома для создания цепной реакции, которая вызовет массивный взрыв.
Для этого атомы должны быть слегка нестабильными, с дисбалансом между их электронами и протонами. Ученые идентифицировали два элемента, подходящих для такой работы: уран и плутоний.
Манхэттенский проект на объекте в Оак-Ридже, Теннесси, использовал массивные центрифуги и микроскопические фильтры для извлечения редкого и нестабильного изотопа урана-235 из природной урановой руды (уран-238).
В Хэнфорде, Вашингтон, производство плутония требовало другого метода. Ядерный реактор B обстреливал урановую руду нейтронами для производства плутония, нового искусственного элемента. Пенсионер-ядерный ученый Гэри Буссельман объяснил мне процесс в Музее Рича в Хэнфорде.
Восьмифунтовый стержень урана облучался, создавая маленькие пятна плутония размером с точку пера. Производя эти маленькие пятна, Хэнфорд в конечном итоге собрал фунты плутония, необходимые для создания цепной реакции и вызова атомного взрыва.
Малыш и Толстяк
Ученые в Лос-Аламосе экспериментировали с прибывающими партиями урана. Используя традиционную пушечную модель, они стреляли заглушкой из урана-235 в большую массу того же изотопа. Они верили, что каскадная цепная реакция и массивный взрыв произойдут, когда атомы разделятся, выбрасывая нейтроны, которые попадут в другие атомы.
Ученые прозвали эту бомбу «Малыш».
Этот «пушечный» метод не работал для плутония, поэтому ученые разработали инновационную технику — имплозионную бомбу. Они считали, что если окружить ядро плутония обычными взрывчатыми веществами и взорвать их в точно тот же момент, сходящаяся ударная волна сожмет атомы и вызовет цепную реакцию и массивный взрыв.
Они прозвали это устройство «Толстяк».
Клиоцид
В древней Греции Клио была музой историков. Летом 1945 года Манхэттенский проект подошел к поворотному моменту в истории человечества. Они были уверены, что «Малыш» сработает, но не были уверены насчет «Толстяка». Поэтому они подготовились к испытанию плутониевой бомбы; однако некоторые опасались поджечь атмосферу неконтролируемым взрывом. Если атомный взрыв станет слишком большим, он приведет к концу человеческой истории, таким образом, Клиоцид.
Несмотря на эти опасения, они покинули Лос-Аламос, чтобы «порыбачить» в пустыне с «Толстяком» в месте, которое Оппи назвал Троицей.
Испытание Троицы
В 5:29 утра 16 июля 1945 года «Толстяк» взорвался в пустыне южного центрального Нью-Мексико. Вспышка от взрыва осветила предрассветное небо, видимое в Нью-Мексико, Техасе, Аризоне и Мексике. Сейсмолог в пятидесяти милях сказал, что это было похоже на землетрясение.
«Толстяк» детонировал с эквивалентной силой восемнадцати тонн (почти 300 000 килограммов) тротила.
Джоан Хинтон, аспирантка из Висконсина, наблюдала за взрывом с холма в двадцати пяти милях (40 км):
«Это было как находиться на дне океана света. Мы были окружены светом со всех сторон. Свет втянулся обратно в бомбу, как будто бомба его всосала. Затем он стал фиолетовым и синим и поднялся и поднялся... Затем внезапно звук достиг нас. Он был очень резким и грохотал, и все горы грохотали вместе с ним».
Химик Джордж Кистяковский предположил,
«что в конце света — в последнюю миллисекунду существования Земли — последний человек увидит то, что увидели мы».
После того как светящийся грибовидный облако поднялся как солнце, оно рассеялось, и затем взошло настоящее солнце. Некоторые сказали, что они видели, как солнце взошло дважды в тот день.
Место Троицы открыто для публики несколько раз в год, и я часто брал своих студентов на экскурсии туда. В неглубокой чашеобразной впадине, вызванной взрывом бомбы, мы находили кусочки тринитита, песка, расплавленного от жара взрыва.
Они все еще радиоактивны.
На момент испытания Троицы число погибших во Второй мировой войне уже было ужасным. Возможно, до 75 000 000 военных и гражданских лиц потеряли свои жизни по всему миру. В Европе было убито 6 000 000 евреев в концлагерях, на улицах и в их домах. Миллионы других гражданских лиц погибли в лагерях принудительного труда, от случайного ущерба или от голода.
Германия капитулировала в мае, поэтому союзники обратились к завершению войны с Японией. Как можно быстро закончить эту самую ужасную войну в истории человечества?
Второй «Толстяк» и бомба «Малыш» направлялись в Японию.
Атомная бомбардировка Японии
Чтобы положить конец войне, США взорвали урановую атомную бомбу над Хиросимой и плутониевую бомбу над Нагасаки в августе 1945 года. В обоих японских городах тысячи людей испарились в момент взрыва от жара искусственных солнц, оставив только свои образы, выжженные на тротуарах и зданиях.
Тысячи погибли от обрушившихся на них зданий или разлетающихся обломков. Тысячи других погибли от пожаров, охвативших атомные пейзажи в течение нескольких дней после взрывов. Газеты того времени сообщали, что одна атомная бомба имеет эквивалентную разрушительную силу 2000 полностью загруженных бомбардировщиков B-29 Superfortress. Столкнувшись с возможностью дальнейших бомбардировок, Япония капитулировала 2 сентября.
Радиация
В дополнение к этому квантовому скачку в разрушительной силе, бомбы представили новую смертельность в войне. В момент взрыва гамма-лучи выбрасывались из разделенных атомов, облучая людей и сжигая их внутренние органы. Эти поврежденные органы не могли обрабатывать жизненно важные жидкости, необходимые для жизни, и люди мучительно умирали через несколько недель. Атомные бомбы также разбрасывали неразорвавшийся уран и плутоний в радиоактивных осадках, которые при вдыхании или проглатывании могли вызывать рак и другие проблемы со здоровьем десятилетия спустя.
Число погибших в Хиросиме от бомбардировки 6 августа составило от 60 000 до 70 000 человек, а от взрыва в Нагасаки 9 августа погибло от 40 000 до 50 000 человек. Десятки тысяч людей скончались от лучевой болезни в последующие месяцы и годы.
В своих классах по этой истории мои студенты обсуждали использование ядерного оружия против Японии. Некоторые утверждали, что Япония была готова капитулировать еще до бомбардировок. Другие говорили, что кодекс Бусидо Японии побудил бы страну сражаться до горького конца. Некоторые спрашивали, зачем были нужны две бомбы.
Национальные исторические парки Манхэттенского проекта
Я участвовал в аналогичной дискуссии в ноябре 2015 года, когда присоединился к форуму ученых, чтобы помочь Службе национальных парков США решить, что делать с новыми Национальными историческими парками Манхэттенского проекта.
В течение двух дней около двадцати пяти атомных историков, сотрудники NPS, Министерства энергетики, Корпуса инженеров армии и представители Хиросимы и Нагасаки обсуждали, как представить спорную историю Манхэттенского проекта.
Представители атомных городов Японии не были столь заинтересованы в обсуждении вопросов, с которыми сталкиваются историки; однако они четко заявили и представили письма от своих мэров, в которых говорилось, что они надеются, что посетители, покидая Национальный исторический парк Манхэттенского проекта, придут к выводу «Никогда снова». Мы все согласились. Вы можете найти ссылку на интерпретативный план NPS для парка здесь.
После войны Оппи говорил о «обещаниях и угрозах» ядерных предприятий.
Давайте посмотрим на них, поскольку атомному веку исполнилось 79 лет.
Обещания атомного века
- Сегодня 20% электроэнергии в США поступает от атомных электростанций. Франция генерирует более 75% своих потребностей в энергии от реакторов. В общей сложности около 440 атомных реакторов по всему миру производят около 10% мировой электроэнергии.
- Ядерная медицина трансформировала способы диагностики и лечения различных заболеваний. Возможно, вы или кто-то, кого вы знаете, принимали радиоактивные трассеры для МРТ или КТ-сканов. Радиация часто используется для лечения различных видов рака и нацеливания на злокачественные клетки.
- В экологических исследованиях радиоактивные трассеры используются в исследованиях растений для отслеживания определенных биологических путей и даже для индуцирования мутаций. Трассеры также помогают изучать глубоководные течения в океанах, содержание снега в водосборах и загрязнение воздуха.
- Для археологов датировка по углероду-14 помогает определить возраст найденных артефактов.
Угрозы атомного века
Хотя Дуайт Эйзенхауэр руководил наращиванием ядерного оружия как президент в 1950-х годах, он беспокоился о ядерной войне: «Просто нет достаточно бульдозеров, чтобы очистить улицы от тел».
Он также предупреждал:
«Каждое произведенное оружие, каждый спущенный на воду военный корабль, каждая выпущенная ракета в конечном счете означают кражу у тех, кто голодает и не накормлен, кто замерзает и не одет».
- Холодная война, вызванная ядерным оружием, определила послевоенную историю. Гонка вооружений между США и Советским Союзом привела к созданию водородных бомб, примерно в 1000 раз более мощных, чем те, что были сброшены на Японию. С их помощью США внедрили политику, известную как Взаимно гарантированное уничтожение (иначе говоря, Клиоцид). Другие страны присоединились к ядерному клубу, увеличив риск ядерной войны. Ядерные террористы-негосударственные игроки также представляют угрозу.
- Наследие ядерных отходов и аварий на атомных электростанциях остается. Плутоний остается токсичным в течение 240 000 лет, а другие радиоактивные элементы, такие как йод-131, стронций-90 и цезий-137, хотя и имеют более короткий токсичный срок жизни, все же могут вызвать опасные для жизни проблемы со здоровьем. Радиоактивные осадки от Троицы и почти 1 000 наземных испытаний ядерного оружия в США вызвали болезни и преждевременные смерти у тех, кто жил вблизи этих мест. Министерство энергетики США (которое управляет ядерными объектами страны) тратит миллиарды долларов ежегодно на переработку ядерных отходов атомного века, но испытывает трудности с тем, как нейтрализовать такие токсичные материалы.
Наследие атомного века будет разворачиваться на многих уровнях для будущих поколений.
Обещания и угрозы Манхэттенского проекта продолжают формировать нашу жизнь в 21 веке. Возможно, будущие историки будут рассматривать создание ядерного оружия как самое важное событие XX века, соперничающее с полетом человека, высадкой на Луну, мировыми войнами и всеми достижениями в медицине — если только мы не совершим Клиоцид.
