COPYRIGHT 2001 BY MARCIN ROJSZCZAK. WSZELKIE PRAWA ZASTRZEŻONE WYKORZYSTANIE FRAGMENTÓW LUB CAŁOŚCI NINIEJSZEJ PUBLIKACJI W CELACH KOMERCYJNYCH DOPUSZCZALNE JEST JEDYNIE ZA PISEMNĄ ZGODĄ AUTORA. NIEAUTORYZOWANA DYSTRYBUCJA LUB PUBLIKOWANIE SĄ ZABRONIONE. AUTOR ZEZWALA NA SWOBODNE ROZPOWSZECHNIANIE TEJ PUBLIKACJI W CAŁOŚCI WYŁĄCZNIE W CELACH EDUKACYJNYCH ORAZ INNYCH NIEDOCHODOWYCH. DOZWOLONE JEST CYTOWANIE FRAGMENTÓW PRACY POD WARUNKIEM PODANIA INFORMACJI O ŹRÓDLE. WIĘCEJ INFORMACJI: HTTP://WWW.ATOMINFO.ORG

SKRÓCONY SPIS TREŚCI SKRÓCONY SPIS TREŚCI I SPIS TREŚCI III 1. WSTĘP 1 2. PIERWSZE BOMBY JĄDROWE 3 3. FIZYKA BRONI JĄDROWEJ 12 4. TYPY WYPOSAŻENIA 16 5. MOCARSTWA ATOMOWE I ICH ARSENAŁY 21 6. KALENDARIUM ROZWOJU BRONI NUKLEARNEJ 75 7. EFEKTY WYBUCHÓW JĄDROWYCH 94 8. KRYZYSY ATOMOWE XX WIEKU 112 9. TERRORYZM 127 A. UŻYTECZNE TABELE 135 B. TABELA WERSJI 137

SPIS TREŚCI SKRÓCONY SPIS TREŚCI I SPIS TREŚCI III 1. WSTĘP 1 2. PIERWSZE BOMBY JĄDROWE 3 2.1 Pierwsze bomby atomowe 3 2.1.1 Projekt Gadget, Fatman (Gruby człowiek) i Joe 1 (RDS-1) 3 2.1.2 Trinity - test Gadget 4 2.1.3 Little Boy (Mały chłopiec) 4 2.1.4 Fatman (Gruby człowiek) 5 2.1.5 Inne bomby atomowe 6 2.2 Pierwsze bomby wodorowe 7 2.2.1 Wczesne programy badawcze 7 2.2.2 Projekty i testy pierwszych bomb fuzyjnych 8 3. FIZYKA BRONI JĄDROWEJ 12 3.1 Fizyka rozszczepienia jądrowego 12 3.1.1 Natura procesu rozszczepienia 12 3.1.2 Masa krytyczna 12 3.1.3 Skala czasu dla reakcji rozszczepienia 12 3.1.4 Podstawowe zasady projektowania broni atomowej 13 3.1.4.1 Szczegóły techniczne - otrzymywanie mas krytycznych 13 3.1.4.1.1 Implozja 13 3.1.4.1.2 Działo 13 3.2 Fizyka syntezy jądrowej 14 3.2.1 Reakcje fuzji 14 3.2.2 Podstawowe zasady projektowania broni termojądrowej 14 3.2.2.1 Użycie reakcji deuteru z trytem (D+T) 14 3.2.2.2 Inne izotopy 14 4. TYPY WYPOSAŻENIA 16 4.1 Terminologia 16 4.2 Nazewnictwo testów nuklearnych 16 4.3 Jednostki miary 17 4.4 Broń atomowa 17 4.5 Głowice łączone - rozszczepienie/fuzja 17 4.5.1 Broń jądrowa o wzmożonej sile wybuchu 17 4.5.2 Jądrowa broń fazowa (rozszczepienie-fuzja i rozszczepienie-fuzja-rozszczepienie) 18 4.5.3 Głowice typu budzik/przekładaniec 19 4.5.4 Bomby neutronowe 19 4.6 Bomby kobaltowe i inne bomby zasolające 20

IV 5. MOCARSTWA ATOMOWE I ICH ARSENAŁY 21 5.1 Traktaty dotyczące broni nuklearnej 21 5.2 Zadeklarowane państwa 22 5.2.1 Stany Zjednoczone Ameryki 23 5.2.1.1 Obecne siły nuklearne 24 5.2.1.2 Istniejąca infrastruktura wojskowa 30 5.2.1.3 Plany dotyczące sił nuklearnych 32 5.2.2 Rosja 33 5.2.2.1 Obecne siły nuklearne 36 5.2.3 Wielka Brytania 40 5.2.3.1 Historia brytyjskiej broni nuklearnej 40 5.2.3.2 Brytyjskie wyposażenie nuklearne 42 5.2.3.3 Współczesne siły jądrowe 45 5.2.3.4 Brytyjskie instalacje nuklearne 46 5.2.4 Francja 48 5.2.4.1 Historia rozwoju francuskiej broni nuklearnej 48 5.2.4.2 Francuskie wyposażenie nuklearne 51 5.2.4.3 Współczesne siły jądrowe 52 5.2.4.4 Francuskie instalacje nuklearne 54 5.2.5 Chiny 55 5.2.6 Inne państwa dawnego Związku Radzieckiego 58 5.2.6.1 Ukraina 58 5.2.6.2 Kazachstan 59 5.2.6.3 Białoruś 59 5.3 Państwa podejrzane o posiadanie broni jądrowej 59 5.3.1 Indie 59 5.3.2 Iran 61 5.3.3 Izrael 62 5.3.4 Libia 65 5.3.5 Korea Północna 66 5.3.6 Pakistan 66 5.4 Państwa dawniej posiadające broń lub rozwijające wojskowe technologie nuklearne 68 5.4.1 Argentyna 68 5.4.2 Brazylia 68 5.4.3 Irak 68 5.4.4 Republika Południowej Afryki 70 5.4.5 Korea Południowa 70 5.4.6 Szwecja 71 5.4.7 Szwajcaria 71 5.4.8 Tajwan 71 5.4.9 Algieria 71 5.5 Inne państwa zdolne do produkcji broni jądrowej 72 5.5.1 Australia 72 5.5.2 Kanada 72 5.5.3 Niemcy 73 5.5.4 Japonia 73 5.5.6 Holandia 74 6. KALENDARIUM ROZWOJU BRONI NUKLEARNEJ 75 6.1 Wczesna historia badań jądrowych 75 6.2 Odkrycie rozszczepienia i poznanie jego własności 75 6.3 Badanie możliwości konstrukcji broni atomowej 76 6.4 Początki prac nad budową bomby atomowej 78

V 6.5 Projekt Manhattan 80 6.6 Wyścig ku zwycięstwu - ostatni rok 85 6.7 Kalendarium prac nad budową bomby atomowej w Związku Radzieckim 90 7. EFEKTY WYBUCHÓW JĄDROWYCH 94 7.1 Przegląd efektów bezpośrednich 94 7.2 Przegląd efektów opóźnionych 95 7.2.1 Skażenie radioaktywne 95 7.2.2 Efekty atmosferyczne i klimatyczne 96 7.2.2.1 Niszczenie warstwy ozonowej 96 7.2.2.2 Zima jądrowa 96 7.3 Fizyka efektów broni nuklearnej 97 7.3.1 Fizyka kuli ognia 97 7.3.1.1 Wczesne fazy tworzenia kuli ognia 97 7.3.1.2 Rozwój fali uderzeniowej i emisja promieniowania cieplnego 98 7.3.2 Fizyka promieniowania jonizującego 98 7.3.2.1 Źródła promieniowania 99 7.3.2.1.1 Radiacja bezpośrednia 99 7.3.2.1.2 Promieniowanie opóźnione 99 7.4 Detonacje atmosferyczne i naziemne 100 7.4.1 Eksplozje atmosferyczne 100 7.4.2 Eksplozje naziemne 100 7.4.3 Eksplozje podziemne 101 7.5 Efekty elektromagnetyczne 101 7.6 Mechanizmy destrukcji 102 7.6.1 Zniszczenia termiczne i pożary 102 7.6.1.1 Obrażenia termiczne 102 7.6.1.2 Pożary 103 7.6.1.3 Obrażenia oczu 103 7.6.2 Zniszczenia i obrażenia uderzeniowe 104 7.6.3 Obrażenia spowodowane promieniowaniem 105 7.6.3.1 Jednostki pomiaru ekspozycji na promieniowanie 105 7.6.3.2 Typy ekspozycji 106 7.6.3.3 Promieniowanie bezpośrednie 106 7.6.3.4 Choroby popromienne 107 7.6.3.4.1 Efekty błyskawicznej ekspozycji całego organizmu 107 7.6.3.4.2 Ekspozycja ograniczona 108 7.6.3.4.3 Obrażenia płodu 109 7.6.3.5 Chroniczna ekspozycja 109 7.6.3.5.1 Ekspozycja zewnętrzna 109 7.6.3.5.2 Ekspozycja wewnętrzna 109 7.6.3.5.3 Nowotwory 110 7.6.3.5.4 Efekty genetyczne 111 7.6.3.5.5 Katarakty 111 8. KRYZYSY ATOMOWE XX WIEKU 112 8.1 Wstęp 112 8.2 Najważniejsze wydarzenia okresu Zimnej Wojny, 1945-1991 113 8.3 Okres 1. 1945-49: Amerykański monopol atomowy 114 8.3.1 Kryzys 1 - IRAN I (1946) 114 8.3.2 Kryzys 2 - JUGOSŁAWIA (1946) 114

VI 8.3.3 Kryzys 3 - BERLIN I (1948) 114 8.4 Okres 2. 1949-62: Zniszczmy ich zanim oni nas zaatakują 115 8.4.1 Kryzys 4 - KOREA (1950) 116 8.4.2 Kryzys 5 - WIETNAM I (1954) 116 8.4.3 Kryzys 6 - CHINY I (1954) 117 8.4.4 Kryzys 7 - SUEZ (1956) 118 8.4.5 Kryzys 8 - CHINY II (1958) 119 8.4.6 Kryzys 9 - BERLIN II (1959) 119 8.4.7 Kryzys 10 - BERLIN III (1961) 120 8.4.8 Kryzys 11 - KUBA (1962) 120 8.5 Okres 3. 1962-69: Niepewny spokój 121 8.6 Okres 4. 1969-83: Wyścig zbrojeń 122 8.6.1 Kryzys 12 - WIETNAM II (1969) 122 8.6.2 Kryzys 13 - JORDANIA (1970) 122 8.6.3 Kryzys 14 - IZRAEL (1973) 123 8.6.4 Kryzys 15 - IRAN II (1980) 123 8.6.5 Kryzys 16 - PIERWSZE UDERZENIE (1983) 124 8.7 Okres 5. 1985-91: Reformy Gorbaczowa 125 8.8 Okres 6. 1991-: Nowe szarady 126 9. TERRORYZM 127 9.1 Możliwości samodzielnej budowy bomby 127 9.2 Bomby walizkowe - charakterystyka i zasady budowy 129 9.3 Proliferacja w krajach byłego ZSRR 130 9.3.1 Sprawa Lebieda 130 9.3.2 Wątek czeczeński 133 A. UŻYTECZNE TABELE 135 B. TABELA WERSJI 137

Trudno się nie zgodzić, że nad ludzkością wisi groźba zniszczenia wszelkiego życia na Ziemi Igor Wasiljewicz Kurczatow Co zrobicie ze światem, kiedy już odniesiecie zwycięstwo w katastrofalnej wojnie nuklearnej? Dwight David Eisenhower

1. WSTĘP Broń nuklearna jest najbardziej destruktywną technologią, jaką kiedykolwiek rozwinięto. Od dnia, kiedy w 1938 roku odkryto istotę rozszczepienia, problem kontrolowania tej śmiercionośnej technologii był istotą w wyścigu zbrojeń. Świat w którym dokonano tego odkrycia - wstrząśnięty wojną, otaczającą paranoją i okrucieństwami totalitaryzmu - przekształcił czysto teoretyczną możliwość w nieuchronną rzeczywistość. Naukowcy byli pewni, że tworzą tylko bardziej udoskonaloną broń, nie mieli pojęcia, że szybkimi krokami zbliżają się do otwarcia najstraszniejszego rozdziału w historii wojny. Pytanie, które stawiali sobie naukowcy stawiając czoło życiowemu wyzwaniu, Co tworzymy? Czego dokonamy? nigdy nas nie opuści. Jak możemy zapobiegać użyciu broni jądrowej? Jak możemy chronić ją przed fanatykami czy terrorystami? Czy możemy wyeliminować ją całkowicie? Mimo, iż są to ważne pytania dotyczące człowieka i jego postępowania, nie można na nie odpowiedzieć bez dogłębnego zrozumienia istoty problemu, realnego zagrożenia wynikającego z możliwości użycia broni jądrowej. Zrodzony w wojnie, projekt Manhattan był wysoko klasyfikowany od samego początku i jeszcze bardziej ukrywany. Nie zapobiegło to jednak w tworzeniu tych śmiercionośnych ładunków przez państwa, których zaawansowanie techniczne na to pozwalało. Przeszkody na drodze do klubu nuklearnego były skrzętnie usuwane - broń ta miała najwyższy priorytet. Podczas zimnej wojny wiodące imperia poświęcały rozwój gospodarczy i ekonomiczny, aby tylko stworzyć jak najdoskonalszą broń. Chociaż motywację posiadania jej często określano jako niezbędną do obrony, prawdziwe cele były często mniej szlachetne. Względy polityczne, osobiste ambicje czy czyste szaleństwo było wystarczającym powodem do trawienia olbrzymich funduszy publicznych, wystawiania milionów ludzi na zgubny wpływ efektów tej broni i obciążania następnych pokoleń brzemieniem przeszłości. Praca ta ma na celu zapoznanie z tą niezwykłą bronią, która od dziesięcioleci jest bardzo ważną kartą przetargową na arenie międzynarodowej - kształtuje znaczenie mocarstw, może spowodować, że nieznane dotąd państwo stanie się istotną siłą polityczną, a niepokonany kraj okaże się bezbronny. Niniejsze opracowanie jest papierowym odpowiednikiem elektronicznej wersji pracy dostępnej w Internecie od kilku lat. Osoby zainteresowane problematyką broni nuklearnej zapraszam do odwiedzenia serwisu AtomInfo.org (http://www.atominfo.org/) gdzie poza niniejszą pracą znaleźć można bogaty materiał fotograficzny (kilkaset zdjęć), przegląd środków przenoszenia broni masowej zagłady (opis ponad stu typów uzbrojenia) oraz inne interesujące materiały uzupełniające. Cały dokument został podzielony na rozdziały zgodnie z budową wersji elektronicznej pracy. Ponieważ każda sekcja jest rozwijana niezależnie, w ostatnim rozdziale podałem, na bazie których wersji powstało niniejsze opracowanie.

2. PIERWSZE BOMBY JĄDROWE Dział ten opisuje pierwsze bomby oparte o rozszczepienie, jak i o fuzję, jakie zostały zbudowane i przetestowane. Informacje te istotne są z trzech zasadniczych powodów. Po pierwsze bomby te cieszą się znaczącym zainteresowaniem historyków i publicystów. Po drugie, służą one jako pierwowzory prostych projektów, a wiadomości o nich dostępnych jest znacznie więcej niż o bombach późniejszych. Po trzecie zaś wiedza o wysiłku i technologii, jaką trzeba było włożyć aby skonstruować te głowice, pozwala przewidzieć jakie są szanse na stworzenie takich dinozaurów przez inne państwa. 2.1 Pierwsze bomby atomowe W punkcie tym przedstawione zostaną trzy bomby atomowe, które zostały zbudowane i zdetonowane w 1945 roku. 2.1.1 Projekt Gadget, Fatman (Gruby człowiek) i Joe 1 (RDS-1) Dwa pierwsze projekty, tj. Gadget i Fatman, należy rozpatrywać razem, gdyż w gruncie rzeczy były one zasadniczo takie same. Gadget był po prostu eksperymentalną wersją systemu implozyjnego użytego w Fatmanie. System ten miał zasadnicze znaczenie w technologii kształtowania fali detonacji w materiale wybuchowym i procesie kompresji materiału rozszczepialnego, a co za tym idzie był istotnym elementem powstającej bomby. Dane techniczne zastosowane przy konstruowaniu Gadget/Fatamana przyczyniły się także do budowy pierwszej radzieckiej bomby atomowej, oznaczonej jako RDS-1, w Stanach zaś mającej kryptonim Joe-1 (na cześć Stalina). Stało się tak, ponieważ szpieg pracujący w ośrodku w Los Alamos przekazał wszystkie niezbędne dane wywiadowi Związku Radzieckiego. Szpiegiem tym był Klaus Fuchs, który odgrywał dość istotną rolę przy projekcie budowy bomby atomowej (Projekt Manhattan), był więc wtajemniczany we wszystkie ważne szczegóły techniczne. Informacje przekazywał również David Greenglass, mechanik, który zeznał później, iż przekazywał Związkowi Radzieckiemu informacje na temat ogniskowego układu materiałów wybuchowych, zaprojektowanego na potrzeby implozji. Szpiegiem był prawdopodobnie jeszcze jeden z naukowców, określony pseudonimem Perseus. Szpiegostwo radzieckie przyczyniło się również do upublicznienia niektórych informacji: Rosja częściowo odtajniła informacje wywiadu, które były uważane e dalszym ciągu za tajne w Stanach Zjednoczonych, co spowodowało ujawnienie archiwów FBI dotyczących śledztwa w sprawie Fuchsa i Rosenbergów, które to między innymi zawierają zeznania Fuchsa i Greenglassa dotyczące przekazanych informacji. Głowica tej bomby zawierała 6.1-6.2 kg plutonu. Masa ta związana jest z opisem testu Trinity sporządzonym dwa dni po detonacji przez gen. Grovesa dla Sekretarza Obrony. Opisał on rezultaty testu jako dokonane przez 13 i pół funta plutonu. Rdzeń był w zasadzie jednorodny, z wyjątkiem małej dziury (w przybliżeniu o średnicy 2 cm) przeznaczonej na neutronowy inicjator berylowo/polonowy- 210. Średnica kuli wynosiła ok. 9 cm. Pluton został wyprodukowany w reaktorach nuklearnych w Hanford (stan Waszyngton), chociaż możliwe jest, że użyto również ok. 200 g plutonu wyprodukowanego przez eksperymentalny reaktor w Oak Ridge. Z powodu bardzo krótkiego 100 dniowego okresu napromieniowywania otrzymano pluton bardzo dobrej jakości, zawierający tylko 0.9% Pu-240 Pluton był stabilizowany w odmianie alotropowej delta charakteryzującej się niską gęstością (16.9) z dodatkiem 3% galu. Zaletą stosowania odmiany delta zamiast odmiany o dużej gęstości - alfa (gęstość 19.2), która jest stabilna w czystym plutonie powyżej 115 stopni C, jest fakt, że odmiana delta jest ciągliwa (podczas gdy alfa jest krucha) i tym samym zapobiega gwałtownemu kurczeniu się podczas chłodzenia i deformacji odlewu. Dodatkowo stabilizacja eliminuje możliwość przejścia alotropowego podczas przegrzania rdzenia po jego ukształtowaniu, co może spowodować jego nieprzydatność do użytku militarnego. Materiał został uformowany w dwie półkule. Ponieważ pluton jest chemicznie bardzo reaktywny, każda połówka została pokryta warstwą niklu. Rdzeń był otoczony przez reflektor w formie naturalnego uranu ważącego około 260 kg, o średnicy 30 cm. Reflektor formował warstwę około 10-11 cm dookoła rdzenia. Przynajmniej 20% siły wybuchu bomby pochodzi z rozszczepienia szybkimi neutronami tej warstwy. Rdzeń i reflektor tworzą łącznie masę marginalnie podkrytyczną. Kiedy kompresja implozyjna podnosi gęstość około 2.5 krotnie, rdzeń jest równoważny przynajmniej 6 masom krytycznym. Przed użyciem bomba została zabezpieczona przez drut kadmowy (kadm pochłania neutrony). Reflektor był otoczony grubą, 11 cm kulistą warstwą aluminium, ważącą 160 kg. Głównym celem tej warstwy była redukcja efektów niestabilności Taylora wywoływanego, gdy ciało o mniejszej gęstości wywiera siłę na ciało o gęstości większej. Zastosowany ładunek wybuchowy miał gęstość 1.65, uran zaś 18.9, stosunek gęstości wynosił więc około 11.5. Gęstość aluminium wynosi 2.7, zmniejszając

4 Pierwsze bomby jądrowe ten stosunek do 7. Warstwa ta wzmacnia także ogniskowanie fali implozyjnej. Warstwa aluminium położona pomiędzy wysoko reaktywnym uranem a ładunkiem wybuchowym jest również porządna z uwagi na stabilizację chemiczną, chociaż do tego celu wystarczy cienka warstwa. Cały materiał wybuchowy systemu implozyjnego tworzył warstwę grubą na 45 cm i ważącą 2500 kg. System ten składał się z 32 ładunków wybuchowych, 20 sześciokątnych i 12 pięciokątnych. Zostały dopasowane do siebie na wzór piłki nożnej, formując kompletną wybuchową kulę szeroką na 140 cm. Każdy ładunek składał się z trzech części: dwie to szybko eksplodujący ładunek, a trzecia to materiał o dłuższym czasie detonacji. Zewnętrzna szybko eksplodująca część miała w swoim centrum stożkowaty ubytek dopasowany do odpowiedniego wybrzuszenia w swoim wolniejszym odpowiedniku. Ma to na celu odpowiednie wymodelowanie fali implozyjnej. Jest ważne, aby system implozyjny był bardzo dokładny. Skład i gęstość ładunków wybuchowych musi być ściśle kontrolowana i dokładnie jednolita. Części muszą być dopasowane do siebie z dokładnością mniejszą od 1 mm w celu zapobieżenia nieregularnej fali implozyjnej. Dokładne ustawienie ładunków jest nawet bardziej ważne od dopasowania jego poszczególnych części Wszystkie komponenty bomby, od ładunków wybuchowych do rdzenia rozszczepialnego, były wykonane z jak największą dokładnością w celu przeprowadzenia udanej implozji. Całość materiału wybuchowego była utrzymywana razem przez specjalny stop aluminium - dural (zwany duraluminium). 2.1.2 Trinity - test Gadget Test pierwszej w historii bomby atomowej został przeprowadzony na Jornada del Muerto (Podróż śmierci) w Bazie Lotnictwa Bombowego Alamangordo w stanie Nowy Meksyk. Bomba nazywała się Gadget, zaś cały test otrzymał kryptonim Trinity. Gadget był 150 cm kulą materiału rozszczepialnego otoczoną warstwą ładunku wybuchowego, detonatorem i dodatkowym osprzętem. Całość została zamontowana na platformie testowej, będącej 30 metrową wieżą stalową. Montaż bomby zajął pięć dni poczynając od 11 lipca 1945. 13 lipca ładunki wybuchowe, reflektor uranowy i rdzeń plutonowy były zamontowane. Dzień później, tj. 14 lipca, Gadget został umiejscowiony na wieży, i gdy zamontowano detonatory, zaczęło się końcowe przygotowanie. 16 lipca o godzinie 5:29:45 czasu lokalnego Gadget został zdetonowany. Eksplozja miała moc 20-22 kt (według ostatnich przewidywań) i spowodowała wyparowanie wieży stalowej tworząc jednocześnie płytki krater o promieniu 80 m i głębokości 2 m. Krater był otoczony zeszklonym (stopionym) piaskiem. Gadget eksplodował na tyle blisko ziemi, że nastąpiło znaczne wydzielenie pyłu promieniotwórczego (ze znaczącym podniesieniem promieniowania przy punkcie zero spowodowanym emitowanymi neutronami). Największe pobudzenie promieniotwórcze nastąpiło w obrębie nieregularnego koła, o promieniu ok. 10 metrów w około punktu zero. Chmura radioaktywna wzniosła się na wysokość 11.000 m. Przeprowadzono parę ewakuacji mieszkańców miast położonych na drodze tej chmury, oddalonych 30 km od miejsca zero. W Bingham (Nowy Meksyk) odnotowano promieniowanie gamma na poziomie 1.5 R/h pomiędzy 2 a 4 godziną po teście. Na południu Bingham promieniowanie to wynosiło aż 15 R/h, ale po 5 godzinach zmniejszyło się do 3.8 R/h, by po miesiącu wynosiło nie całe 0.032 R/h. Chmura promieniotwórcza o szerokości 50 km rozciągnęła się na ok. 160 km od punktu zero. 2.1.3 Little Boy (Mały chłopiec) Konstrukcja Little Boy`a była całkowicie odmienna od Gadgeta/Fatmana. Bomba ta używała metody działa, która została oryginalnie stworzona dla bomby plutonowej. Droga prowadząca ku rozwojowi technologii działa uranowego była niezwykle kręta. Wczesne projekty i eksperymenty naukowe kierowały ku rozwojowi systemu działa uranowego prowadzonego podczas lata i zaniechanego w 1943, po otwarciu ośrodka w Los Alamos (Nowy Meksyk). Oczy naukowców zwróciły się w stronę bardziej obiecującego działa plutonowego. Kiedy odkryto wysoką emisje neutronów z reaktora produkującego pluton w lipcu-sierpniu 1944, metoda działa przeznaczona dla plutonu została zaniechana (połączenie ładunków musiałoby nastąpić zbyt szybko z uwagi na możliwość przed-detonacji), a zaczęto ponownie interesować się odpowiednikiem uranowym. Programem stworzenia tego działa kierował Francis Birch. System nie był trudny do zbudowania, jednak dostateczna ilość U-235 do zbudowania bomby nie była dostępna do połowy 1945 roku. Na Bircha wywierano ciągły nacisk, aby zakończył projekt tak szybko jak to tylko możliwe, aby wszystkie siły laboratorium skierować na prace przy ryzykownym systemie implozyjnym. W dodatku wątpiono w możliwość konstrukcji bomby plutonowej, a jego zadaniem było całkowite upewnienie się, iż bomba uranowa może działać. W ten sposób pomimo faktu, że był to technicznie prosty projekt, ciągle wymagał nadzwyczajnej uwagi. Projekt został ukończony w lutym 1945, bomba zaś w maju - brakowało tylko materiału rozszczepialnego. Rdzeń zawierał 64 kg silnie wzbogaconego uranu (80-90% U-235) co w przybliżeniu dawało 2.4 masy krytycznej. Cały uran pochodził ze wzbogacania w zakładach Oak Ridge. Większość uranu przeszła przez trzy stopniowy proces wzbogacający, m.in. termodyfuzję, która wzbogacała uran z poziomu, w jakim występuje w naturze (0.72%) do poziomu 1-1.5%, i dyfuzję gazową. U-235 zawarty w Little Boy został podzielony na dwie części: pocisk i cel. Pocisk to cylinder z U-235 zawiera-

Pierwsze bomby jądrowe 5 jący 42% masy (27 kg) o długości 16 cm i szerokości 10 cm. Cel był natomiast wydrążonym cylindrem o długości i szerokości 16 cm, wadze zaś 37 kg, osadzonym na reflektorze. Cel był utworzony jako dwa pierścienie, które zostały razem złączone dopiero w bombie. Jako reflektora użyto grubej warstwy karbidu wolframu, otoczonego 60 cm warstwą stali. Reflektor karbidu wolframu/stali ważył łącznie 2300 kg. U-238 jest lepszym reflektorem, ale karbid wolframu i stal lepiej nadają się w tym przypadku. U-238 przechodzi samoistne rozszczepienie 100 krotnie częściej niż U-235, i część na tyle duża, aby mogła być użyta jako reflektor (200 kg) generuje 3400 neutronów na sekundę - za dużo jeżeli bierzemy pod uwagę technikę działa. Wolfram byłby lepszy niż karbid/stal, ale brak doświadczenia w produkcji tak dużych części tego pierwiastka wykluczył tę możliwość. Little Boy był bardzo niebezpieczną bronią. Kiedy rdzeń został załadowany, nic oprócz inicjatora nie mogło spowodować pełnej eksplozji. Kompletna broń miała 320 cm długości, miał 71-74 centymetrów średnicy i ważył 4031 kg. Little Boy używał tego samego systemu detonacji powietrznej jak Fatman Nie użyto więcej broni tego typu. Co prawda kilka bomb typu Little Boy zostało zbudowanych, ale żadna inna nie weszła do arsenału Stanów Zjednoczonych. Little Boy z powodu ładunku U-235 został ukończony w Los Alamos 3 sierpnia 1945 roku. 14 sierpnia bomba oraz pocisk U-235 został załadowany w San Fransisco na okręt U.S.S. Indianapolis. Dziesięć dni później, tj. 25 sierpnia, ukończona została ostatnia część składowa bomby - cel. 26 lipca Indianapolis dostarczył śmiercionośną przesyłkę na wyspę Tinian. Tego samego dnia cel wystartował z Bazy Lotnictwa w Kirtland na pokładzie transportowca C-54. 31 lipca jednostka bombowa L11 została uzbrojona w U-235 i cztery inicjatory, tworząc Little Boy`a gotowym do użycia następnego dnia. Z powodu zbliżającego się tajfunu odłożono atak planowany pierwotnie na 1 sierpnia. Po kilku dniach pogoda się poprawiła i czwartego sierpnia ustalono, że atak odbędzie się za dwa dni. 5 sierpnia Tribbets nazwał bombowiec B-29 nr 82 (po swojej matce) Enola Gay, pomimo sprzeciwów drugiego pilota Lewisa. Little Boy został załadowany na pokład samolotu tego samego dnia. 6 sierpień 1945 00:00 - odprawa, jako cel wybrano Hiroszimę; Tibbets jest pilotem, Lewis drugim pilotem 02:45 - Enola Gay wystartowała 07:30 - bomba została uzbrojona 08:50 - lecąca na 31.000 stóp (9450 m) Enola Gay przecięła Shikoku, wschodnią dzielnicę Hiroszimy cel jest dobrze widoczny, nie napotkano oporu 09:16:02 (8:16:02 czasu lokalnego) Little Boy eksploduje na wysokości 1900 +/- 50 stóp (580 m), 550 stóp od punktu docelowego, mostu Aioi, siła wybuchu wynosiła 12-18 kt (jest to wartość niepewna z powodu braku jakichkolwiek instrumentów pomiarowych przeznaczonych dla tego typu broni). Obecnie siłę eksplozji ocenia się na 15 kt (+/- 20%). Według założeń siła wybuchu powinna wynosić 13.4 kt, bomba zaś miała być zdetonowana na wysokości 1850 stóp. Używając głowicy 15 kt wysokość ta byłaby optymalna dla ciśnienia fali uderzeniowej 860 hpa. Dla zadania szkód ciśnienie fali uderzeniowej 360 hpa jest wystarczające, większe szkody zaś uzyska się zwiększając wysokość detonacji do 2700 stóp. Ponieważ nie określono dokładnie siły wybuchu i biorąc pod uwagę fakt, że eksplozja przeprowadzona zbyt wysoko spowodowałaby gwałtowne zmniejszenie efektów eksplozji, ustawiono wysokość dostatecznie nisko na wypadek, gdyby siła wybuchu okazała się mniejsza niż zakładano. Wysokość 1900 stóp jest optymalna dla 5 kt ładunku. Wysokość ta była jednak zbyt mała dla bomby 15 kt i zapobiegła radioaktywnemu skażeniu Japonii. 2.1.4 Fatman (Gruby człowiek) W zasadzie Fatman to obudowany stalą Gadget, tyle, że gotowy do użytku wojskowego. Dlatego dokładniejsze informacje techniczne można znaleźć przy omówieniu testu Trinity. Podobnie jak Little Boy, Fatman był wyposażony w cztery radary - anteny zamontowane na tyle bomby. Podobnie jak system ostrzegania w myśliwcach tak i tu ich celem było wymierzanie wysokości bomby i uruchamianie detonatora bomby na wcześniej określonej wysokości. Przełącznik barometryczny zapobiegał detonacji bomby powyżej 7000 stóp (215 m). Średnica Fatmana wynosiła 152 centymetry, był długi na 365 cm i ważył 4.670 kg. Plutonowy rdzeń Fatmana, i jego inicjator, opuścił Bazę Lotniczą w Kirtland 26 lipca 1945 roku na pokładzie transportowca C-54 (tym samym rejsem leciał uranowy cel dla Little Boy'a). Ładunek został dostarczony 28 lipca na wyspę Tinian. Data zrzucenia bomby została ustalona na 11 sierpnia, a jako cel obrano Kokurę. Próbny montaż bomby (bez rdzenia plutonowego) rozpoczął się wkrótce po tym - 5 sierpnia pierwsza kompletna bomba typu Fatman oznaczona jako F33 była gotowa. Niekorzystna prognoza pogody spowodowała, że 7 sierpnia zdecydowano się przełożyć zrzucenie bomby na 10, a następnie 9 sierpnia. Spowodowało to znaczne skrócenie czasu przeznaczonego na montaż, co zaowocowało koniecznością ominięcia wielu testowych procedur bezpieczeństwa. 8 sierpnia bomba F31, z rdzeniem plutonowym, była gotowa. O godzinie 22 Fatman został załadowany na B-29 Bock`s Car 9 sierpnia 1945 03:47 - Bock`s Car startuje z wyspy Tinian, jako cel wybrano Kokura. Pilotem jest Charles Sweeney. Wkrótce po starcie odkrywa on awarię - system paliwowy nie pompuje paliwa z 600 galonowego zbiornika rezerwowego. 10:44 - Bock`s Car nadlatuje nad Kokurę, która jednak jest pokryta mgłą - nie widać celu. Artyleria przeciw-

6 Pierwsze bomby jądrowe lotnicza i myśliwce japońskie zmuszają Sweeneya do zmiany kursu w kierunku Nagasaki, jedynego celu drugorzędnego. Bock`s Car ma zapas paliwa wystarczający tylko na jeden przelot nad miastem, wliczając nawet awaryjne lądowanie na Okinawie. Duże zachmurzenie utrudnia odnalezienie celu, jednak mała przestrzeń między chmurami umożliwia zrzucenie bomby kilkanaście mil od zamierzonego punktu docelowego. 11:02 (czasu lokalnego) Fatman eksploduje na wysokości 1650 +/- 33 stóp (503 metry); siła wybuchu wynosiła około 22 +/- kt. Z powodu górzystego terenu otaczającego punkt zero, można było wyczuć pięć fal uderzeniowych (fala właściwa i cztery odbite). Pomimo faktu, iż Fatman spadł na skraj niezamieszkałego terenu, straty w ludziach przekraczyły 70.000 ludzi. Głównym celem ataku była Wojskowa Fabryka Mitsubishi, najważniejszy obiekt militarny w Nagasaki. Została tylko uszkodzona. W 1987 roku oszacowano siłę wybuchu na 21 kt. Według badań z tego roku Fatman był tylko o około 40% większy od Little Boy`a. Zakładając więc, że Fatman był 21 kt ładunkiem, optymalną wysokością do detonacji było około 3100 stóp. Jednak i tym razem bombę zdetonowano o wiele niżej, co podobnie jak w przypadku Little Boy`a zapobiegło rozprzestrzenieniu się pyłu radioaktywnego nad Japonią. 2.1.5 Inne bomby atomowe Trzecia bomba atomowa, która mogłaby być użyta przeciwko Japonii, musiałaby zostać zrzucona nie wcześniej niż przed 20 sierpnia. Rdzeń był gotowy 13 sierpnia, a zmontowana bomba typu Fatman czekała już na wyspie Tinian. Przetransportowanie rdzenia i przygotowanie bomby do użycia trwałoby jednak tydzień. Tak więc dopiero 20 sierpnia Amerykanie mogli pokazać po raz trzeci destruktywną siłę nowej broni - Japończycy zdawali sobie sprawę z sytuacji, znali przemówienie Trumana ogłoszone szesnaście godzin po zbombardowaniu Hiroszimy, w którym zapowiedział on, że bomby atomowe będą używane aż do ostatecznej kapitulacji. Wobec tego, po drugim ataku jądrowym, władze japońskie 14 sierpnia ogłosiły decyzję o kapitulacji, która została podpisana 2 września na okręcie U.S.S. Missouri. I dobrze, że się tak stało - broń jądrowa to temat interesujący i bez setek tysięcy ofiar swojego działania. Od półrocza 1945 produkcja broni atomowej napotkała problemy natury technicznej, nie naukowej. Prace naukowe były kontynuowane - próbowano ulepszyć konstrukcję broni atomowej. Dwa reaktory w Hanford miały łączną moc 500 MW i były zdolne do wytwarzania 15 kg plutonu miesięcznie, ilości wystarczającej dla 2.5 bomby. Produkcja wzbogaconego uranu jest o wiele trudniejsza do podsumowania, ponieważ do procesu tego wykorzystywano trzy różne połączone metody. Zakład separacji elektromagnetycznej Y-12 pracował na maksimum mocy na początku 1945, ale ilość uranu nadającego się do użytku wojskowego (>90% U-235) otrzymywanego przy wykorzystywaniu tej metody zależna była ściśle od wzbogacenia surowca. Początkowo używano w tym celu naturalnego uranu, co dawało 6 kg miesięcznie silnie wzbogaconego uranu. Wkrótce jednak zakład dyfuzji termicznej S-50 zaczął podnosić stopień wzbogacania surowca, a za nim zakład dyfuzji gazowej K-25. Cykl produkcyjny wyglądał wtedy tak: dyfuzja termiczna -> dyfuzja gazowa -> separacja elektromagnetyczna. Z tych trzech fabryk zakład K-25 wzbogacał najbardziej i najwięcej uranu i kiedy znaczenie innych zakładów malało podczas 1945, jego stale rosło. Zakład separacji elektromagnetycznej byłby prawdopodobnie używany w następnym roku jako ostatni stopień wzbogacania, jednak z uwagi na koniec wojny i możliwości K- 25 jego zadania przejął zakład dyfuzji gazowej. W środku roku produkowano miesięcznie około 60 kg U-235, co było ilością wystarczającą do zbudowania czterech bomb implozyjnych, a ilość ta ciągle rosła. Do takiego wzrostu znaczenia K-25 przyczynił się niewątpliwie minister wojny Stimson. Powiedział on, że druga bomba plutonowa będzie gotowa 24 sierpnia, także we wrześniu powinny być dostępne trzy kolejne i kolejno więcej w następnych miesiącach - w grudniu osiągając wartość 7 lub więcej. Kiedy jasnym stało się, że produkcja plutonu starczy tylko na 2.5 bomby miesięcznie, a zakład separacji elektromagnetycznej Y-12 samodzielnie może wyprodukować jedną bombę na kilka miesięcy, większość planu musiał zrealizować K-25. Do końca 1946 roku Y-12 wyprodukował około 1000 kg wzbogaconego uranu - samodzielnie mógłby może wyprodukować 100 kg uranu przeznaczonego do celów militarnych korzystając z jego naturalnego i wstępnie wzbogaconego przez S-50 surowca. Jak więc widać dyfuzja gazowa łatała luki w programie atomowym Stanów Zjednoczonych dopóki w 1964 roku zaprzestano produkcji wzbogaconego uranu. Jest nieprawdopodobne, aby bomby typu Little Boy były kiedykolwiek więcej użyte, nawet jeżeli wojna byłaby kontynuowana. Głowice bowiem tego typu były bardzo nieefektywne i wymagały dużych mas krytycznych. Podobnie było z Fatmanem i jego ładunkiem U-235. Mniejsza masa krytyczna (15 kg) oznacza, że można zbudować więcej ładunków z tego samego materiału. Oppenheimer zasugerował gen. Grovesowi 19 lipca 1945 (zaraz po teście Trinity), że U-235 z Little Boya może być użyty do stworzenia rdzenia uranowo/plutonowego w celu zwiększenia ilości bomb implozyjnych (z Little Boy`a można było stworzyć cztery mniejsze bomby implozyjne). Groves odrzucił jednak ten pomysł. Kiedy wojna się skończyła w Los Alamos opracowano zmodyfikowany system bomby implozyjnej: rdzeń łączony z U-235 i Pu-239 oraz reflektor implozyjny. Łączony rdzeń miał wiele zalet w porównaniu ze stosowaniem tych samych materiałów oddzielnie:

Pierwsze bomby jądrowe 7 można zaprojektować jeden projekt głowicy dla obydwu wykorzystywanych rodzajów materiałów rozszczepialnych używając U-235 z plutonem redukuje się ilość koniecznego Pu-239, a co za tym idzie i promieniowanie neutronowe Zastosowanie reflektora implozyjnego pozwala zaś na zwiększenie stopnia kompresji. Oznacza to zmniejszenie materiału rozszczepialnego koniecznego do uzyskania tej samej siły wybuchu, lub zwiększyć siłę wybuchu korzystając z tej samej ilości materiału. Kiedy zakończyła się wojna gwałtownie zmieniły się priorytety, także rozwój przemysłu wojskowego nie był już kontynuowany. Y-12 okazał się niezwykle kosztowną w utrzymaniu fabryką i został zamknięty na początku 1946. Reaktory w Hanford okazały się emitować szkodliwe promieniowanie neutronowe (tzw. efekt Wignera) i w 1946 zostały zamknięte. W przypadku wojny miały być ponownie uruchomione na pełną moc niezależnie od kosztów, czy ryzyka. Nowe techniki nie były wprowadzane. Łączony rdzeń i reflektor implozyjny weszły do arsenału Stanów Zjednoczonych dopiero w późnych latach czterdziestych. Chociaż ośrodek w Los Alamos dysponował 60 jednostkami Fatman w październiku 1945, ich liczbę zredukowano do 9 w lipcu 1946, przy czym miano inicjatory tylko dla 7 z nich. W lipcu 1947 zwiększono ich ilość do 13. 2.2 Pierwsze bomby wodorowe Odkrycie istoty reakcji fuzji nastąpiło w początkach dwudziestego wieku i związane było ściśle z rozwojem fizyki atomowej. Początkowo wiedziano tylko, że procesy syntezy są źródłem energii Słońca, chociaż detale były dalej tajemnicą. Prace te podsumował Hans Bethe w swojej publikacji w Physical Review w 1939 opisującej rolę reakcji fuzji dla Słońca, za co otrzymał w 1967 Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. 2.2.1 Wczesne programy badawcze Możliwość używania dla celów militarnych reakcji syntezy termojądrowej nie była brana serio dopóki nie poznano lepiej rozszczepienia. Prawie natychmiast fizycy z całego świata uświadomili sobie, że wytworzone w wyniku rozszczepienia wysokie temperatury mogą umożliwić syntezę, minęło jednak parę lat zanim przedstawiono konkretny pomysł. Dopiero Tokutaro Hagiwara z Uniwersytetu w Kyoto zaproponował tą idee w swoim przemówieniu z maja 1941 roku. Kilka miesięcy później - w sierpniu 1941, gdy trwały już programy atomowe, Enrico Fermi zapytał Edwarda Tellera czy eksplozja atomowa mogła by zainicjować reakcję fuzji deuteru. Po przestudiowaniu dostępnego materiału Teller stwierdził, że jest to niemożliwe. [Przypis historyczny: Podczas II Wojny Światowej, w Niemczech powstał pomysł, że zbieżna fala wybuchu i odpowiednia obudowa mogą skupić wystarczającą ilość energii, aby wybuch konwencjonalnego ładunku wybuchowego zainicjował syntezę. Idea ta była inspirowana prawdopodobnie pracami Gudderliego nad zbieżnymi falami wybuchu, a na pewno próbami zniszczenia zakładu produkującego ciężką wodę w norweskim mieście Vemork. Niemieccy naukowcy przypuszczali, iż skoro broń atomowa jest poza zasięgiem w trakcie tej wojny, zainteresowanie aliantów ciężką wodą musi być spowodowane zastosowaniem jej w konwencjonalnej broni o niezwykłej sile rażenia. Kiedy sprawdzili krater pozostawiony przez największą bombę zrzuconą w czasie całej wojny, odkryli, że niezwykła siła wybuchu była spowodowana zastosowaniem reakcji fuzji. Polscy naukowcy w latach 60 i 70 podali do wiadomości, że odkryli neutrony fuzyjne generowane w czasie konwencjonalnego wybuchu. Mimo, że istnieje taka teoretyczna możliwość, nigdy nie uzyskano tą drogą znaczącej ilości energii.] Prace badawcze związane z bronią termojądrową wielokrotnie wstrzymywane coraz bardziej zbliżały się do konstrukcji tego niezwykłego uzbrojenia. W czasie II Wojny Światowej interesowano się głównie procesami rozszczepienia, uznając, że fuzja to jeszcze daleka przyszłość. Ostatecznie program badania zjawisk termojądrowych włączono do Projektu Manhattan. Ponieważ pojawiały się liczne problemy, których nie można było rozstrzygnąć na papierze, a eksperymenty były nieosiągalne, program został silnie ograniczony. Teller był jednak tak zaangażowany w projekt, że okazał się niezdolny do wykonywania swoich obowiązków w Los Alamos, został więc przeniesiony do oddzielnej grupy. W czasie lipca-września 1942 roku teoretyczna grupa Oppenheimera (Oppenheimer, Bethe, Teller, John van Vleck, Felix Bloch, Robert Serber i Emil Konopiński) w Berkeley opracowała podstawy pod budowę bomby atomowej, i określiła warunki wykonalności bomby termojądrowej. Kwiecień 1943 - podczas organizowania ośrodka w Los Alamos, Bethe zostaje szefem Działu Teoretyki. Teller zostaje zakwalifikowany niżej - przypada mu projekt badań nad stworzeniem broni wodorowej (oznaczonej jako Superbomba), jest to jednak dział wymagający większej ilości pracy teoretycznej. Luty 1944 - Rada Naukowa Los Alamos ponownie ocenia projekt syntezy deuteru i zauważa, że do wywołania reakcji konieczny będzie tryt. Priorytet bomby fuzyjnej jest nadal niski. Maj 1944 - Teller jest usunięty z Działu Teoretyki w celu zapobieżenia mieszania się w projekt budowy bomby atomowej. Zostaje szefem małej niezależnej grupy pracującej nad fuzją

8 Pierwsze bomby jądrowe Po zakończeniu wojny większość naukowców i techników z Los Alamos, jak i wszyscy szefowie rozpoczęli pracę w sektorze cywilnym. Teller był jednym z tych, którzy pozostali. W bardzo krótkim czasie rozwinął projekt przyszłej bomby wodorowej do realnych rozmiarów. Już w kwietniu 1946 na konferencji przedstawił wyniki badań swojego zespołu nad superbombą. Projekt zakładał użycie rozszczepialnej bomby uranowej typu działo otoczonej przez ok. metr sześcienny deuterku litu, całość zaś miała być obramowana ciężkim reflektorem. Duża ale nieokreślona ilość trytu była potrzebna do zainicjowania reakcji. Jeżeli ilość ta byłaby zbyt duża, bomba staje się niepraktyczna. Dzieje się tak ponieważ energia wydzielona z jednego atomu trytu równa jest 8% energii rozszczepienia atomu Pu-239, i jeżeli ilość energii wydzielonej z reakcji D+D nie jest przynajmniej dziesięciokrotnie większa cała reakcja nie jest warta zachodu. Projekt budowy superbomby był rzeczywiście oszałamiający, jednak potrzebnych było więcej danych, aby móc go zweryfikować W ciągu następnych czterech lat blisko 50% pracowników Dziłu Teoretyki zajęło się projektem superbomby, chociaż ich ilość i umiejętności daleko odbiegały od stanu z czasów wojny. Brak dostatecznie dobrych maszyn liczących utrudniał dodatkowo cały program W 1949 zimna wojna zaczęła się na dobre, co zaowocowało blokadą Berlina zachodniego i coraz większym odcięciem państw Europy Wschodniej. Dotknęło to szczególnie Tellera, którego większość rodziny żyła na Węgrzech. 29 sierpnia 1949 roku Związek Radziecki przeprowadził pierwszą próbę atomową, nazwaną przez wywiad Stanów Zjednoczonych Joe-1, łamiąc tym samym amerykański monopol na ten rodzaj broni. Bardziej dokładne prace wykonane do tego czasu nad klasyczną wersją superbomby ukazywały, że nie jest tak dobrze, jak planowano. Duże ilości trytu sprawiały, że koszt produkcji bomby stawał się nadzwyczajnie duży. Nie był to jednak jedyny problem - w czasie następnych kilku miesięcy Robert Oppenheimer, jako szef Głównego Komitetu Doradczego Komisji Energii Atomowej (General Advisory Committee of the Atomic Energy Commission - w skrócie GAC) stanowczo przeciwstawił się projektowi budowy superbomby. GAC stanowisko swoje uzasadniła względami technicznymi, ekonomicznymi (wysunęła bowiem pogląd, iż broń atomowa jest tańsza, jeżeli porównać ją według powierzchni, jaką można zniszczyć za jednego dolara) i humanitarnymi. Wbrew jednak tym zastrzeżeniom 31 stycznia 1950 roku prezydent Truman polecił Komisji Energii Atomowej pracę nad wszystkimi rodzajami broni atomowej, łącznie z tak zwaną bronią wodorową. Prace badawcze nad superbombą w Związku Radzieckim już trwały. W lutym 1950 roku, bezpośrednio po decyzji Trumana, Stanisław Ulam udowodnił swoimi obliczeniami, że będą potrzebne jeszcze większe ilości trytu niż poprzednio zakładano, aby reakcja miała jakiekolwiek szanse powodzenia. Kiedy Ulam i Cornelius Everett 16 czerwca zakończyli bardziej dokładne rachunki, okazało się, że nawet te większe ilości o których mówiło się w lutym będą zbyt małe. Te dodatkowe analizy stały się gwoździem do trumny klasycznego modelu superbomby. Wyniki te zostały potwierdzone pod koniec roku przy zastosowaniu ENIACa. Do 1951 roku rozwój projektu bomby wodorowej był niemożliwy, ponieważ nikt nie wiedział, jak ją wykonać. 2.2.2 Projekty i testy pierwszych bomb fuzyjnych W styczniu 1951 Ulam złamał barierę budowy superbomby stosując ideę broni stopniowej (fazowej): chciał wykorzystać energię uwolnioną przez bombę atomową do kompresji zewnętrznego pojemnika z paliwem fuzyjnym. Idea ta powstała na skutek poszukiwań możliwości ulepszenia broni atomowej. W późniejszym czasie przekonał się, iż stosując tą metodę można rzeczywiście pokonać barierę dużych rozmiarów paliwa fuzyjnego. Otwarł tym samym nowy rozdział w historii broni nuklearnej: wielostopniowe bomby o nieograniczonych rozmiarach. Pomysł to jednak nie wszystko. Trzeba jeszcze było stworzyć projekt odpowiedniego rozmieszczenia części składowych bomby, tak aby zmaksymalizować kompresję. Ulam chciał użyć uciekających neutronów i fali wybuchu rozszerzającego się rdzenia do otrzymania dostatecznej kompresji. W lutym Teller, pracujący z Ulamem, udoskonalił zasadniczo jego pomysł. Jego głównym pomysłem było użycie radiacji termicznej (promieniowania cieplnego) z materiału rozszczepialnego, która to metoda wydawała się bardziej obiecująca w wywołaniu implozji. 9 marca 1951 Teller i Ulam opublikowali wspólny raport On Heterocatalytic Detonations I. Hydrodynamic Lenses and Radiation Mirrors ( Na temat detonacji heterokatalicznych I. Hydrodynamiczne ładunki i lustra radiacyjne ) w którym podsumowali wyniki swojej dotychczasowej pracy. W marcu Teller dodał ważny element do schematu radiacji implozyjnej. Wykorzystując pomysł Ulama użycia do implozji reakcji rozszczepienia, Teller zasugerował aby umieścić materiał rozszczepialny w centrum paliwa fuzyjnego. Pomysłu tego nie trzeba jednak stosować, fala wybuchu i tak generuje w centrum bardzo wysokie temperatury wystarczające do zapoczątkowania reakcji fuzji. Dopiero w kwietniu 1951 poznano na tyle podstawowe zasady fizyczne aby rozpocząć projektowanie i testowanie bomb wodorowych. Dla projektu tego wykonano więcej rachunków niż dla jakiegokolwiek programu badawczego w historii do 1951, które możliwe stały się do przeprowadzenia dzięki zastosowaniu programowalnych komputerów. Od tego czasu do pierwszej detonacji bomby Mike upłynęło mniej niż 19 miesięcy, dokonano więc czynu na miarę Projektu Manhattan. W kwietniu 1951 roku eksperymenty nad reakcjami syntezy i rozszczepienia były już przygotowane przez Stany Zjednoczone jako część testów serii Greenhouse (Cieplar-

Pierwsze bomby jądrowe 9 nia), włączając test dotyczący broni o wzmożonej sile rażenia. Test Greenhouse George dostarczył szczególnej sposobności na ocenienie pomysłu Tellera-Ulama poprzez obserwację promieniowania cieplnego i ciśnienia wywieranego na zewnętrzną masę paliwa fuzyjnego. Najważniejsze testy bomb termojądrowych: Greenhouse George Detonacja: 9.05.1951 o 9:30 (czasu lokalnego) na 60 metrowej wieży na wyspie Ebireru/Ruby na atolu Eniwetok Siła wybuchu: 225 kt George był w istocie bombą czysto rozszczepialną (człon termojądrowy nie pełnił żadnej konkretnej funkcji - chciano tylko sprawdzić, czy uda się zainicjować fuzję), a siła wybuchu była największą jaką udało się w owym czasie uzyskać. Bomba zawierała cylindryczną implozyjną głowicę zaprojektowaną przez fizyka Georga Gamowa. Test miał na celu sprawdzenie możliwości przekazywania ciepła bezpośrednio z rdzenia do ładunku fuzyjnego. Synteza deuteru-trytu znajdującego się na zewnątrz dużego rdzenia rozszczepialnego została zapoczątkowana dzięki uzyskaniu odpowiedniej temperatury, co zaowocowało wyprodukowaniem dających się wykryć neutronów fuzyjnych. Było to pierwsze zainicjowanie reakcji termojądrowej przez bombę atomową. Bomby tego projektu nie były oczywiście przeznaczone do zastosowania militarnego, nie mogły uzyskać również dużych wybuchów termojądrowych, były jednak przodkiem bomb neutronowych. Test ten dostarczył również cennych danych o projekcie Tellera- Ulama, który został wymyślony kilka miesięcy wcześniej. Greenhouse Item Detonacja: 25.05.1951 o 6:17 (czasu lokalnego) na 90 metrowej wieży na wyspie Engebi/Janet (atol Eniwetok) Siła wybuchu: 45.5 kt Test pierwszej bomby o wzmożonej sile wybuchu. Mieszanka deuteru i trytu znajdująca się w rdzeniu U-235 podniosła siłę bomby o 100% (w stosunku do siły planowanej). Innowacja ta została wprowadzona w większości głowic strategicznych, ale siła wybuchu pochodząca z fuzji w dalszym ciągu była bardzo mała, tak, że całkowita siła była ograniczona przez możliwości rozszczepienia. Ivy Mike Detonacja: 1.11.1952 o 7:14:59.4 +/- 0.2 sek (czasu lokalnego) na wyspie Elugelab/Flora (atol Eniwetok) Siła wybuchu: 10.4 Mt Był to pierwszy test bomby według konfiguracji Tellera- Ulama. Jako paliwa fuzyjnego użyto ciekłego deuteru. Bomba ta była w istocie wielkim laboratorium o kształcie cylindra wysokim na 6 metrów, o średnicy 220 centymetrów, ważącym 74.290 kg (włączając w to instrumenty diagnostyczne). Głowica Mike`a składała się z masywnego stalowego cylindra o zaokrąglonymi końcach - w jednym z nich znajdowała się bomba implozyjna TX-5, która stanowiła pierwszy stopień, w drugim olbrzymia manierka z nierdzewnej stali wypełniona kilkoma hektolitrami ciekłego deuteru, otoczona przez masywny reflektor z naturalnego uranu - całość stanowiła drugi stopień, znany jako Sausage (Kiełbasa). Obudowa była połączona z warstwą ołowiu. Kilku centymetrowa warstwa polietylenu była przymocowana do ołowiu za pomocą gwoździ miedzianych. W głębi przekroju manierki, zawierającej ciekły deuter, znajdował się pręt plutonowy, stanowiący iskrę zapłonową inicjującą reakcję fuzji, gdy tylko fala kompresująca dotrze do centrum. Pręt ten był wykonany w technologii wzmożonej siły wybuchu, był więc wydrążony i zawierał kilka gram gazowej mieszanki duteru/trytu, która oczywiście zmieniała postać skupienia do ciekłej, gdy tylko manierkę napełniono deuterem (z powodu niskiej temperatury). Dla Mike`a rozważano zastosowanie trzech możliwych paliw: ciekłego deuteru, amoniaku deuteru (ND3), i deuterku litu. Były dwa główne powody wyboru ciekłego deuteru jako najodpowiedniejszego: 1) był łatwiejszy do badania i analizowania, i 2) paliwo deuterowe zostało już dość dobrze poznane. Co prawda zdawano sobie sprawę z zalet deuterku litu, ale do listopada 1952 roku nie dało się wyprodukować wystarczającej ilości. Głowica TX-5 używała 92 punktowego systemu zapłonowego, co oznacza, że użyto 92 detonatorów do zainicjowania wybuchu kulistego ładunku implozyjnego. Pozwala to na formowanie fal implozyjnych z grubszą warstwą ładunku wybuchowego niż wcześniejsze projekty. Mk-5, rozwinięta wersja TX-5, miała średnicę 111 centymetrów i ważyła 1440 kg; TX-5 był mniejszy i lżejszy. Mniejsza masa umożliwia utrzymanie wyższej temperatury i pozwala na szybszą ucieczkę promieniowania cieplnego, w ten sposób wzmacniając proces radiacji implozyjnej. TX-5 był zaprojektowany do użycia z różnymi ładunkami rozszczepialnymi. Według Hansena (1988) największa siła wybuchu TX-5 to 81 kt, którą osiągnął Greenhouse Dog zdetonowany 7.04.1951 dzięki swojej głowicy plutonowo/uranowej. Jeżeli użyto takiego ładunku w Mike`u, wtedy stosunek fazy drugiej do pierwszej wynosiłby 30/1. Według innych, Cochrana i Norrisa (1994) największą siłę osiągnęła TX-5 z testu Greenhouse Easy - 47 kt (detonacja: 20.04.1951). Przed testem siłę Mike`a szacowano na 1-10 megaton, z których najbardziej prawdopodobne było 5 Mt. Istniała jednak mała możliwość, że będzie ona wynosiła 50-90 Mt. Niedokładności te były związane z efektywnością fuzji, oraz z skutecznością, z jaką reflektor będzie pochłaniał szybkie neutrony. Oba te czynniki wpływały bardzo silnie na powodzenie procesu kompresji. Wskaźnik skuteczności syntezy zależy od wielu zmiennych - nie można go obliczyć nawet gdy znany jest stopień kompresji. Z drugiej jednak strony zjawisko pochłaniania neutronów przez reflektor było dobrze znane i jego skuteczność można było policzyć. Detonacja Mike`a całkowicie zniszczyła wyspę Elugelab, tworząc podwodny krater o szerokości 1900 metrów a

10 Pierwsze bomby jądrowe głęboki na 50 m. Utworzony grzyb urósł do 17.370 metrów w 90 sekund, po 5 minutach wznosząc się na 41.150 m - wysokość stratosfery. W powietrze zostało wyrzucone 80 milionów ton ziemi. Test radziecki nr 5/Joe 4 Detonacja: 12.08.1953 na wieży w Semipałatyńsku (Kazachstan) Siła wybuchu: 400 kt Był to pierwszy test radziecki wykorzystujący reakcje fuzji. Bomba ta nie była zbudowana według konfiguracji Tellera- Ulama (w Związku Radzieckim wtedy jeszcze tej technologii nie znano), wykorzystywała model przekładańca stworzony przez Andrieja Sacharowa i Witalija Ginzburga. Taka budowa bomb była znana w Stanach - wynalazł ją Teller, który nazwał ją Budzik, nigdy nie została jednak wprowadzona do uzbrojenia. Projekt ten jest wynikiem tzw. pierwszego i drugiego pomysłu. Pierwszy pomysł, wymyślony przez Sacharowa, polegał na użyciu warstwy paliwa fuzyjnego (w oryginale deuter i tryt) otaczającego rdzeń rozszczepialny. Wszystko to miało być obłożone warstwą U-238, pełniącego rolę reflektora rozszczepialnego. Idea ta zakłada wykorzystanie fali radiacyjnej do skompresowania i podniesienia temperatury do punktu inicjacji, podczas gdy słabe przewodnictwo cieplne warstwy termojądrowej zapobiega utracie ciepła i w tym samym czasie powoduje podwyższenie siły wybuchu poprzez rozszczepienie U-238 szybkimi neutronami fuzyjnymi, co z kolei powoduje ściśnięcie materiału fuzyjnego kilkakrotnie przyspieszając tym samym syntezę termojądrową. Drugi pomysł, którego autorem był Ginzburg, polegał na użyciu deuterku litu-6 (z pewnym dodatkiem trytu) jako paliwa fuzyjnego. Ponieważ znajduje się on w formie stałej jest wygodnym materiałem do użytku militarnego. Nie bez znaczenia jest fakt dodatkowej produkcji trytu z reakcji Li-6+n. Reakcja łańcuchowa w tej bombie przebiega zatem następująco: rozszczepienie -> fuzja -> rozszczepienie - jak widać paliwo fuzyjne przybiera rolę akceleratora neutronów. Siła wybuchu wynosiła 400 kt, z czego reakcja termonuklearna wydzieliła 15-20%. Wzrost energii wydzielonej w frakcji syntezy nie jest możliwy w bombach typu przekładaniec. Siła wybuchu takich bomb może osiągnąć być może nawet 1 Mt, wartość podobną do bomb czysto rozszczepialnych. Dzieje się tak, ponieważ gdy generowana jest energia w łańcuchowej reakcji rozszczepienia bomba ulega rozpadowi, zanim zdoła osiągnąć większą siłę wybuchu. Podobnie prezentuje się wskaźnik siły wybuchu do masy - jest on zbliżony do bomb czysto rozszczepialnych i bomb o wzmożonej sile wybuchu. Główną korzyścią stosowania takiego modelu głowic jest możliwość stosowania stosunkowo małej ilości materiału rozszczepialnego o jakości wojskowej (>90 U- 235). Najistotniejszą wadą jest zaś wymóg używania bogato wzbogaconego litu-6 i deuteru. Późniejsze testy przeprowadzone bez użycia trytu spowodowały zmniejszenie siły wybuchu prawie dwukrotnie (215 kt). Pomimo faktu, że broń tego typu była wynaleziona w Związku Radzieckim we wczesnych latach pięćdziesiątych, Rosjanie w późniejszym okresie stosowali bomby konfiguracji Tellera- Ulama, chociaż do modelu tego powrócili jeszcze Brytyjczycy. Castle Bravo Detonacja: 1.03.1954 o godzinie 6:45 (czasu lokalnego) nieopodal wyspy Nam/Charlie na atolu Bikini Siła wybuchu: 15 Mt Bomba Shrimp (Drobny człowiek) zdetonowana w teście Bravo była pierwszym testem konfiguracji Tellera-Ulama, gdzie jako paliwo zastosowano deuterek litu (stało się on standardem dla wszystkich późniejszych bomb wodorowych, również radzieckich). Shrimp był cylindrem długim na 445 centymetrów, szerokim na 137 cm, a ważącym 10.646 kg. Lit zastosowany w Shrimpie był wzbogacony do poziomu 40% Li-6. Siłę wybuchu planowano tylko na 6 Mt, ale niespodziewana produkcja dużych ilości trytu poprzez rozszczepienie szybkimi neutronami Li-7 podniosła moc o 250%, tworząc z niego największą bombę jaką kiedykolwiek przetestowano przez Stany Zjednoczone (i niszczącą większość przyrządów pomiarowych). Siłę rozszczepienia ocenia się na 10 Mt, syntezy na 5 Mt ze skutecznością tej frakcji 33%. Eksplozja stworzyła 1830 metrowy krater głęboki na 43 metry. Grzyb wzniósł się na wysokość 34.750 m (!). Test Bravo wywołał najgorszą katastrofę radiologiczną w historii Stanów Zjednoczonych. Z powodu nie przełożenia testu na skutek niekorzystnych warunków pogodowych oraz nieoczekiwaną wysoką siłą eksplozji, atole Rongerik, Rongelap, Ailinginae, i Utirik (znajdujące się w obrębie Wysp Marshalla) zostały skażone promieniotwórczo. Ich mieszkańcy zostali ewakuowani 2 marca, jednak 64 osoby zostały napromieniowane dawką 175 R. W dodatku japońska łódź rybacka Daigo Fukuryu Maru (Piąty Szczęśliwy Smok) została także ciężko skażona - 23 marynarzy zostało napromieniowanych dawką 300 R (jeden później zmarł). Trzeba dodać, że łodź ta znajdowała się 130 km od punktu zero. Cały atol Bikini został silnie napromieniowany i wiele późniejszych działań personelu serii Castle było prowadzonych przy ekspozycji na promieniowanie. Castle Romeo Detonacja: 27.03.1954 na barce na lagunie atolu Bikini, blisko miejsca detonacji Bravo, o godz. 6:30:00.4 (czasu lokalnego) Siła wybuchu: 11 Mt Bomba użyta w tym teście, Runt I (Karzeł I), była prawdopodobnie bombą trzy stopniową. Była długa na 571 centymetrów, miała 156 cm w średnicy i ważyła 17.940 kg. Jako paliwa użyto naturalnego deuterku litu, zawierającego dużą ilość wzbogaconego litu-6. Runt I przekroczył planowaną siłę eksplozji bardziej niż Bravo - zakładano 4 Mt z zakresu 1.5-7 Mt. Jest to spowodowane większą proporcją zawartości Li-7, porównywalną z Bravo. Siła eksplozji fazy rozszczepienia wynosiła 7 Mt, skuteczność frakcji fuzji 36%. Bomby Runt I i Runt II (zobacz Castle Yankee) były zaprojektowane do testowania odpowiednio z głowicami EC- 17 i EC-24. Były one bardzo podobne (zewnętrznie identyczne, ale z innymi głowicami stopnia pierwszego). Były najpoteżniejszą bronią kiedykolwiek zbudowaną przez