Manhattan -projektin kova hinta

Toisen maailmansodan päättänyt Yhdysvaltojen ydinohjelma huipentui keväällä 1942 aloitettuun Manhattan-projektiin, jonka alkuunpanijana oli toiminut yhdysvaltalainen insinööri ja tiedevaikuttaja Vannevar Bush. Projektin tavoitteena oli toimivan ydinpommin rakentaminen. Tämä tavoite saavutettiin kahden vuoden ja kolmen kuukauden intensiivisen työn tuloksena.

Sotatoimien eettiset, oikeudelliset ja materiaaliset seuraukset olivat raskaat, mutta tämä koski sotateollisuuden lisäksi yhtälailla fysiikkaa tieteenä. Pommin kehitystyö suoritettiin Los Alamosin ydintutkimuslaboratoriossa ja sitä johtivat fyysikko  J. Robert Oppenheimer ja armeijan puolelta kenraali Leslie Groves.

Projektin sotilaallinen päävastuu oli Grovesilla, mutta käytännössä fyysikot toimivat Oppenheimerin alaisuudessa. Grovesilla oli sotilasinsinöörin koulutus, mutta hänellä ei ollut samanlaista atomi- ja ydinfysiikan pätevyyttä kuin Oppenheimerilla.

 

Oppenheimer oli jo projektin alussa suhteellisen tunnettu tieteenharjoittaja ja hän oli toiminut muun muassa Kalifornian yliopiston fysiikan apulaisprofessorina. Otettuaan vastaan projektin tieteellisen johtajuuden hän kuvitteli saavansa avukseen vain muutaman kymmenen tieteilijää, teknikkoa ja insinööriä, mutta lopulta hänen alaisuudessaan työskenteli yli kolmetuhatta fissiomateriaaleihin, pommin mekaniikkaan, aerodynamiikkaan ja laukaisujärjestelmän toimintaan perehtynyttä tutkijaa.

Avustajien määrä oli huomattava, mutta olosuhteet, aikataulut ja hankkeen budjetin (kaksi miljardia silloista dollaria) huomioiden perusteltu. Tulosta täytyi tehdä mahdollisimman nopeasti. Tiettävästi Yhdysvaltojen ydinaseprojekti perustui jonkinlaiseen pelkoon, sillä maan päättäjillä ja sotilashenkilöillä oli syytä epäillä saksalaisten kehittelevän ydinasetta.

Projektin alun suhteen merkittäväksi lähtökohdaksi muodostui Albert Einsteinin ja unkarilaislähtöisen fyysikon Leo Szilardin presidentti Franklin D. Rooseveltille elokuussa 1939 lähettämä kirje, jossa he kertoivat saksalaisten mahdollisista ydinasekokeista.

Kirje painotti Saksan atomitutkimuksen nopeaa kehitystä ja patisteli Yhdysvaltoja panostamaan ydinasetutkimukseen. Saksalaiset fyysikot  Otto Hahn jaFritz Strassmann olivat löytäneet uraanin neutronifission syksyllä 1938. Uraaniytimiä ei voinut niiden painon vuoksi pommittaa toisillaan, mutta fissio onnistui pommitettaessa ytimiä neutroneilla. Tämä synnytti huomattavan paljon kovemman voiman kuin yksikään aikaisemmin käytössä ollut tekniikka.

 

Projektin käynnistyttyä fyysikot huomasivat suhteellisen nopeasti, että rikastetun uraanin ohella pommin materiaalina voitiin käyttää plutoniumia. Materiaaliksi ei kuitenkaan kelvannut mikä tahansa luonnonuraani tai -plutonium, vaan ensin mainitun osalta voitiin käyttää ainoastaan isotooppia U-235 ja jälkimmäisen osalta isotooppia Pu-239.

Yksi merkittävä edistysaskel projektin onnistumisessa oli fyysikko  Enrico Fermin joulukuun alussa 1942 tekemä ketjureaktiokoe, jonka tarkoituksena oli testata U-235:n kykyä vapauttaa energiaa ja neutroneita ydinfissiossa. Kokeen suorittamiseksi jouduttiin rakentamaan historian ensimmäinen atomimiilu (Chicago Pile 1). Toisen merkittävän tekijän projektin kehityksessä muodostivat kemisti Harold Clayton Ureyn johdolla toteutetut uraanin rikastamiseen tähdänneet tutkimukset. Ohjelmassa tutkituista muutamista rikastamismenetelmistä kaasudiffuusio osoittautui käyttökelpoisemmaksi kuin kilpaileva sähkömagneettinen diffuusio.

Ensin mainitun hyödyntämiseksi oli rakennettava isokokoinen erottelulaitos. Käyttökelpoinen plutonium syntyi atomimiilussa (ydinreaktorissa) ja se erotettiin niin sanotussa jälleenkäsittelyssä uraaniheksafluoridiksi kutsutun yhdisteen avulla. Tammikuuhun 1945 mennessä toimintansa aloittivat Hanford Siten plutoniumin erottelulaitos ja Oak Ridgen rikastuslaitos.

 

Manhattan-projekti oli sotilaallinen hanke, mutta fyysikoiden asema projektissa oli alusta lähtien keskeinen ydinaseen vaatiman tekniikan vuoksi. Tutkimuksen osalta yhtenä merkittävänä tekijänä toimi fyysikko Robert Serberin vuonna 1943 Los Alamosissa pitämät viisi luentoa atomipommin fysiikasta.

Luennoista koostettu kirjanen The Los Alamos Primer (1943) jaettiin kaikille projektin uusille tulokkaille. Teoksessa hyödynnettiin perusfysiikkaa muun muassa kriittisen tiheyden, pommin minimikoon sekä siitä purkautuvan energian arvioimiseksi. Oppenheimerin mukaan se ei ollut manuaali atomipommin tekemiseen, vaan johdatus sen ”makeaan fysiikkaan”.

Pommin räjäytystä edelsivät monenlaiset laboratorio- ja kenttäkokeet, joista merkittävimmäksi muodostui lopulta Trinityn ydinkoe. Fyysikot eivät pitäneet uraanipommin testaamista tarpeellisena, mutta plutoniumpommi sen sijaan oli rakenteeltaan niin monimutkainen, että sen toiminta oli syytä varmistaa koeräjäytyksellä.

Koe järjestettiin Alamogordossa New Mexicossa 16. heinäkuuta 1945. Pommi oli läpimitaltaan noin puolitoistametrinen, mutta sen synnyttämästä räjähdyksestä vapautunut energia nosti lämpötilan hetkellisesti kymmeneen miljoonaan asteeseen. Ulospäin räjähdys näkyi aluksi sokaisevana välähdyksenä. Sen voimaksi arvioitiin viidestä kymmeneen kilotonnia TNT:tä, mutta koetilanteessa mitattu todellinen teho vastasi lopulta reilua kahtakymmentä kilotonnia.

Kokeen jälkeen Yhdysvaltojen poliittiset päättäjät aloittivat kiivaan keskustelun siitä, voitiinko atomiasetta käyttää Japania vastaan sodan lopettamiseksi. Asia oli esillä ainakin heinä-elokuun taitteessa 1945 järjestetyssä Potsdamin konferenssissa. Sekä tässä kokouksessa että muualla julkisuudessa esitetyistä vastaväitteistä huolimatta Yhdysvallat päätyi lopulta pudottamaan kaksi pommia. Kohteiksi valittiin Hiroshima (varalla Niigata) ja Kokura (varalla Nagasaki). Kaupungit säästettiin tavanomaisilta pommituksilta atomipommin vaikutusten havaitsemiseksi.

 

Hiroshima tuhottiin uraanipommilla, jonka valmistaminen oli ollut teknisessä mielessä suhteellisen yksinkertaista. Pommissa uraanirengas ammuttiin pommin takaosasta pommin nokassa sijainneeseen uraanisylinteriin siten, että ketjureaktio pääsi käynnistymään. Uraanin ongelmana oli lähinnä sen valmistaminen. Materiaaliksi kelpasi vain edellä mainittu isotooppi U-235, jonka erottaminen luonnonuraanista oli vaikeaa. Plutonium on puolestaan harvinainen alkuaine luonnossa, mutta sitä on suhteellisen helppo valmistaa suuria määriä ydinreaktoreissa. Manhattan-projektin päähuomio kiinnittyi tästä syystä juuri plutoniumiin.

Fyysikot olivat tehneet täsmällistä työtä, mutta projektin tuloksia oli Oppenheimerin sanavalintoja käyttäen mahdoton pitää ”makeina” sikäli kuin fysiikan arvoa mitattiin lopputuloksena syntyneen pommin tuhovoimalla.

Hiroshimaan pudotetun pommin lämpötila oli maanpinnassa noin 6000 astetta ja sen kehittämä kuumuus oli niin suuri, että se sulatti kattotiilet vielä 600 metrin päässä. Räjähdyksen välittömässä läheisyydessä olleista ihmisistä jäi vain varjokuvia asfalttiin ruumiiden höyrystyessä lämmön vaikutuksesta. Palovammat tappoivat käytännössä kaikki suojaamattomat ihmiset kahden kilometrin säteellä. Pommin synnyttämä paineaalto tuhosi rakennukset kauttaaltaan 750 metriin saakka.

Nagasakiin pudotettu pommi oli tuhovoimaltaan vielä tätäkin suurempi, sillä sen synnyttämä paineaalto tuhosi rakennukset noin kahden ja puolen kilometrin säteellä. Lisäksi ihmisiä paloi aina reilun neljän kilometrin etäisyyteen saakka.

Hiroshiman pommi tappoi välittömästi noin 75 000 ihmistä ja Nagasakin pommi noin 73 900 ihmistä. Näiden tuhojen jälkeen Oppenheimerinkin oli syytä tunnustaa hankkeen järjettömyys. Eräässä vuonna 1947 pitämässään luennossa hän myönsi fyysikoiden tehneen vääryyttä ja piti selvänä, että tutkijoiden oli lopulta vaikea tai mahdoton unohtaa tekemiään virheitä.

Myöhemmin Oppenheimer esiintyi yhdysvaltalaisessa dokumentissa The Decision to Drop the Bomb (1965) ja kuvaili tuolloin tuntemuksiaan pommituksista. Hänen mukaansa maailma ei ollut enää pommien pudottamisen jälkeen entisensä. Jotkut ihmiset nauroivat, jotkut itkivät, mutta useimmat eivät sanoneet sanaakaan.

Maailma oli kokenut vastaavanlaisen täystuhon kuin hindulaisessa pyhässä kirjoituksessa  Bhagavad Gitassa. Oppenheimer viittasi dokumentissa kyseiseen teokseen ja vertasi itseään tarinan myyttiseen prinssi Arjunaan, josta oli erään merkittävän sodan jälkeen tullut itsessään ”kuolema, maailmojen tuhoaja”.

Vastaavanlaisia mielialoja tuntui olleen myös muilla fyysikoilla. Erityisesti Fermi ja  Isidor I. Rabi arvostelivat ydinasetta julkisuudessa ja pitivät tapahtunutta kansanmurhana. Atomiaseen käyttöä ei voinut oikeuttaa minkäänlaisin eettisin perustein, vaan pikemminkin päinvastoin. Jo fyysikoiden kyky rakentaa kyseinen ase oli huomattavan kova loukkaus ihmiskuntaa ja inhimillistä elämää kohtaan. Fyysikoiden toimet olivat tässä suhteessa vähintään yhtä tuomittavia kuin sotilaiden.