Manhattan-projekti
Manhattan-projekti eli Manhattan Engineer District (suom. "Manhattanin piiri-insinöörit") oli Yhdysvaltain käynnistämä toisen maailmansodan aikainen ohjelma, jonka tavoitteena oli kehittää ydinase. Tämä tavoite saavutettiin vain 27 kuukauden työn jälkeen.
Suhteellisuusteorian kehittäjä Albert Einstein kirjoitti vuonna 1939 Yhdysvaltain presidentti Franklin D. Rooseveltille kirjeen, jossa hän kertoi Saksasta kantautuneiden tietojen pohjalta atomipommin rakentamisen olevan mahdollista. Yleisen käsityksen mukaan Einstein myönsi tukensa ydinpommin kehittämiselle ja atomitutkimukselle. Einstein allekirjoitti itse ja laati fyysikko Leo Szilardin kanssa kirjeen presidentti Rooseveltille. Einstein tiedosti mahdollisen vaaran, jonka natsi-Saksa muodostaisi jos se onnistuisi saamaan ydinaseen ensimmäisenä. Vaikka Einstein katsoi olevansa pasifisti, hän piti voimankäyttöä joskus tarpeellisena ja kannatti amerikkalaisten atomitutkimusta ja atomipommitutkimusta. Itse kirjeessä Rooseveltille korostettiinkin eritoten natsi-Saksan atomitutkimuksen verkkaista etenemistä, ja kehotettiin Yhdysvaltoja panostamaan atomitutkimukseen. Samassa kirjeessä nostettiin esille mahdollisen atomipommin suuri tuhovoima, sekä fissioreaktion mahdollisuudet energiantuotantoa varten.
Vasta toisen maailmansodan jälkeen Einstein tuli katumapäälle koska oli tukenut vuonna 1939 atomipommin kehittämistä. Haastattelussa Einstein oli todennut, että jos hän olisi tiennyt natsien atomipommiprojektin epäonnistuvan, niin Einstein ei olisi tuolloin tukenut atomipommin kehittämistä kirjeellään. Einstein kuitenkin oli jo vuonna 1939 pitänyt natsi-Saksaa pahana uhkana, joten atomipommin tukemista amerikkalaisille hän ei pitänyt yhtä huonona vaihtoehtona.
Einstein ei osallistunut lähemmin huippusalaiseen Manhattan-projektiin. Amerikkalaiset sotilasviranomaiset pitivät Einsteinia turvallisuusriskinä hänen vasemmistolaisten mielipiteidensä takia.
Vuonna 1939 Otto Hahn, Lise Meitner ja Fritz Strassmann olivat tehneet Saksassa kokeita, joissa todettiin uraaniytimien halkeavan neutronipommituksessa.
Manhattan-projektia johtivat fyysikko Robert Oppenheimer ja armeijan puolelta insinöörikenraali Leslie Groves, jonka huomattavin saavutus ennen tätä oli Pentagonin rakentaminen; Groves tunnettiin liikanimellä ”armeijan paras kasarminrakentaja”. Pommin rakentaminen edellytti lukuisia tutkimuksia ja keksintöjä. Hankkeeseen värvättiin mukaan suuri määriä ihmisiä ja laitoksia. Erilaiset kaupalliset yritykset, kuten esimerkkinä mainiten: Bechtel, B&W (Babcock and Wilcox) sekä Monsanto ja DuPont osallistuivat nekin tähän suurimittaiseen projektiin. Työt aloitettiin alkuvuodesta 1939: ensin perustamalla erityiskomitea ("Interim Committee") — joka suoraan vastuullinen Yhdysvaltain presidentille, ja ostamalla 6 000 dollarin arvosta grafiittia, jota tarvittiin hallitun ydinfission hidastimena.
Käänteentekevä tapahtuma lienee ollut Niels Bohrin saapuminen Tanskasta Yhdysvaltoihin Princetonin yliopiston kutsumana 16. tammikuuta 1939.
Huomattiin, että rikastetun uraanin lisäksi myös plutoniumia voitiin käyttää pommimateriaalina. Enrico Fermi suoritti 2. joulukuuta 1942 hankkeen kannalta välttämättömän ketjureaktiokokeen, jonka pelättiin riistäytyvän käsistä, mutta joka kuitenkin pysyi hallinnassa. Fermi oli valinnut tarkasti miehet, jotka hoitivat ohjaussauvoja, lisäksi miilun yläpuolelle oli sijoitettu erityiselle telineelle itsemurharyhmäksi kutsuttu neljän miehen ryhmä, joiden vieressä oli neljä sadan litran pullollista väkevöityä kadmiumliuosta. Jos reaktio olisi voimistunut hallitsemattomaksi, miehet olisivat murskanneet pullot – tämä olisi kuitenkin merkinnyt käytännössä reaktorin tuhoa. Siksi Fermi käskikin itsemurharyhmän tarkkailla häntä itseään ja murskata pullot vasta kun hän kaatuisi kuolleena maahan – muuten hän uhkasi mukiloida miehet pajavasaralla.
Reaktorin kolme säätötankoa kuitenkin toimivat täysin lasketusti ja määräaikaan Fermi määräsi apulaisensa Walter Zinnin laskemaan köydellä ohjatun säätötangon alas, mikä hiljensi reaktion.
Ensimmäinen atomimiilu oli syntynyt. Ohjelmassa tutkittiin muutamaa uraanin rikastamismenetelmää, joista Harold Clayton Ureyn johdolla toteutettu kaasudiffuusio osoittautui käyttökelpoisimmaksi. Kaasudiffuusion hyödyntämiseksi oli rakennettava valtava erottelutehdas. Plutonium, jota syntyy atomimiilussa (ydinreaktorissa) erotellaan niin sanotussa jälleenkäsittelyssä. Tämäkin ala vaati omat keksintönsä.
Tammikuuhun 1945 mennessä, aloitti toimintansa Hanfordin plutoniumin erottelulaitos ja Oak Ridgen rikastuslaitos. Havaittiin, ettei plutoniumpommista kannata käytännössä tehdä tykkityyppistä, koska tykistä tulisi epäkäytännöllisen pitkä sekä niin painava, ettei sitä voitaisi kuljettaa pommikoneessa.
Atomipommin räjäytystä edelsi monia laboratoriokokeita, joissa muun muassa etsittiin sopivat muodot räjähdelinsseille, jotka taittavat sytyttimestä lähtevät shokkiaallot kohti pallon keskipistettä. Räjähdelinssissä on sekä hidasta että nopeaa räjähdettä. Fissioasetta päästiin kuitenkin testaamaan vasta kesällä 1945, jolloin sota Euroopassa oli jo loppunut. Ennen atomipommia räjäytettiin kokeeksi radioaktiivisella aineella suolattu 108 tonnin räjähdelataus ns. ”sadan tonnin testi”.
Uraanipommia ei katsottu tarpeelliseksi testata koeräjäytyksellä. Pommin toimintaa eli lähinnä kriittisen massan suuruutta, kuitenkin mallinnettiin erilaisin testein, joista osa oli vaarallisia.
Plutonium-pommi oli sen sijaan rakenteeltaan niin monimutkainen, että sen toiminta haluttiin varmistaa koeräjäytyksellä.
Alamogordossa 30 metriä korkeassa terästornissa (koordinaatit ) 16. heinäkuuta 1945 suoritettu ensimmäinen koeräjäytys – koodinimeltään Trinity (kolminaisuus) – onnistui hyvin.
Pommi oli läpimitaltaan noin 1,5 -metrinen pallo, jonka kyljessä oli räjäytyslaite. Pallo koostui pääosin räjähteistä, joiden keskellä oli noin 6,2 kg painava plutoniumpallo, jonka läpimitta oli yhdeksän senttimetriä. Kahdesta eri räjähdetyypistä muotoillut ”linssit” puristivat räjähtäessään plutoniumpallon kriittiseksi, jolloin ketjureaktio alkoi. Ketjureaktio kiihtyi räjähdykseksi, josta vapautunut energia nosti lämpötilan kymmeneen miljoonaan asteeseen.
Ulospäin räjähdys näkyi aluksi sokaisevana välähdyksenä, johon osattiin varautua: tarkkailijoilla oli suojalasit. Ensimmäisen kokeen voimaksi arvioitiin ennalta 5–10 kilotonnia TNT:tä. Pommin voima kuitenkin yllätti tiedemiehetkin, sillä räjähdys oli useita kertoja suunniteltua voimakkaampi, sen teho vastasi 20–22 kilotonnia. Räjähdys oli niin voimakas, että se rikkoi monia mittalaitteita.
Pommin välähdys nähtiin noin 300 kilometrin päähän ja se oli 30 km:n päässä useita keskipäivän Aurinkoja kirkkaampi, niin että se kykeni sokeuttamaan ihmisen tilapäisesti noin 15 km:n päästä. Välähdys muuttui nopeasti laajenevaksi tulipalloksi, joka kasvoi kahdessa sekunnissa 600 m:n läpimittaiseksi ja lopulta 1,5-kilometriseksi. Tulipallon sisällä tapahtuva kaasun virtaus muutti tulipallon hehkuvaksi pilveksi, johon syntyi maasta imeytyvästä aineesta koostuva kanta. Kun tulipallo kohosi ja jäähtyi, räjähdys näytti sienipilveltä ja lopulta pilarilta. Sitten eri suunnilta puhaltavat tuulet hajottivat pilven eri suuntiin. Pilvi kohosi viidessä minuutissa noin 12 km:n korkeuteen. Ääni kuultiin ainakin 160 km:n päähän.
Pommin alustana ollut terästorni haihtui valtaosin: siitä jäi maan pinnalle vain vääntynyttä terästä ja betonia. Kaikki kasvillisuus hävisi matalasta 80 m:n säteisestä kraatterista, joka vietti lievästi keskustaa kohti. Kraatteri syntyi pääosin pommin paineaallon puristuksesta. Kraatterin keskellä oli noin 50 metrin läpimittainen matala malja, jonka syvyys oli 2 m. Pommi ei kaivanut suurta kuoppaa, sillä sitä ei räjäytetty aivan maan pinnalla. Radioaktiivinen laskeuma silti syntyi.
Merkittävää radioaktiivisuutta ei havaittu räjäytyspaikan läheisyydessä, mutta kauempana laskeuma oli paikoin huomattavan voimakas. Radioaktiivisuutta havaittiin ainakin 160 kilometriä pitkällä ja 50 kilometriä leveällä alueella. Noin 30 km:n päässä havaittiin ”kuuma kohta”, jossa oli runsaasti säteilyä. Joitakin evakuointeja tehtiin, muttei siirretty esimerkiksi 0,9 km:n päästä ”Kuumasta kanjonista” sijaitsevaa Ratcliffin perhettä.
Pian tämän jälkeen keskusteltiin siitä, voitaisiinko atomiasetta käyttää Japania vastaan. Monet vastustivat ajatusta, mutta lopulta päädyttiin pudottamaan kaksi pommia. Pommituskohteiksi valittiin 16. huhtikuuta 1945 Hiroshima, Niigata, Kokura ja Nagasaki. Nämä kaupungit säästettiin tavanomaisilta pommituksilta, jotta atomipommin vaikutukset pystyttäisiin mittaamaan.