Jaderné zbraně a jejich použití ve válce proti Japonsku
Část 1.
Druhá světová válka vyvrcholila v Pacifiku svržením dvou jaderných pum na japonská města Hirošima a Nagasaki. Následující text se bude věnovat okolnostem jejich vzniku a nasazení, přičemž vojenský význam a etickou stránku jejich použití bude cíleně vynechán.
Počátky vývoje jaderných zbraní souvisí s rozvojem fyziky na přelomu 18. a 19. století. Tehdy byla objevena přirozená radioaktivita a také bylo zjištěno, že klasická newtonovská fyzika nedokáže popsat všechny fyzikální jevy a že je nutné hledat její rozšíření či úplně nové zákonitosti. Výsledkem bylo zrození kvantové fyziky a teorie relativity.
Základy kvantové fyziky položil německý fyzik Max Planck, na kterého navázal dánský fyzik Niels Bohr, který později sestavil dodnes přijímaný model atomu vodíku. Radioaktivní rozpad prvků jako první prozkoumal britský fyzik Ernest Rutherford. Vztah mezi hmotou a energií popsal německý fyzik Albert Einstein, je to známý vzorec E=m.c2 (energie se rovná součinu hmoty a druhé mocniny rychlosti světla). Představy vědců o stavbě hmoty se ve dvacátých a třicátých letech minulého století postupně upřesňovaly. Na začátku třicátých let byly zkonstruovány první urychlovače částic, které významně napomohly k pochopení stavby atomu. V roce 1939 němečtí fyzici Otto Hahn a Fritz Strassmann oznámili objev štěpení jádra uranu a tím bylo završeno shromáždění všech základních teoretických poznatků, nutných k sestrojení jaderné zbraně.
Pro pokračování bude vhodné učinit malý výlet do mikrosvěta hmoty a připomenout něco málo ze školních lavic.
Atom každého prvku se skládá z jádra tvořeného protony a elektronů o stejném počtu, které se pohybují okolo jádra. Proton má kladný elektrický náboj a elektron záporný, atom jako celek se jeví jako elektricky neutrální. V přírodě se vyskytuje celkem 92 různých prvků, přičemž každý z nich má jiný počet protonů a elektronů. Počet protonů a elektronů určuje chemické a fyzikální vlastnosti každého prvku. Nejlehčí prvek je vodík, který má jeden proton a elektron, na opačném konci se nachází uran s 92 protony a elektrony. V některých případech je součástí jádra i jeden nebo více neutronů, které nemají elektrický náboj, takto uspořádaný prvek se nazývá izotop. Různé izotopy jednoho prvku mají stejné vlastnosti chemické, nikoliv však fyzikální. Aby v tom byl pořádek, bylo zavedeno označení prvků, ze kterého jednoznačně vyplývá počet protonů a v případě izotopů i počet neutronů. Například značka 238U nám říká, že se jedná o izotop uranu, který má 92 protonů (viz Mendělejevova tabulka prvků) a horní index 238 vyjadřuje součet protonů a neutronů, tento izotop má tedy 146 neutronů (238-92). Číslo v horním indexu se označuje jako číslo hmotnostní případně nukleonové.
Jaderné zbraně, použité v Japonsku, byly založeny na štěpné reakci. Ta probíhá tak, že neutron zasáhne atomové jádro, to rozštěpí za vzniku několika dalších tzv. sekundárních neutronů, přičemž každý z nich může rozštěpit další jádra. Tento jev se může řetězit a nazývá se štěpná reakce. Štěpením se uvolňuje energie, především tepelná. Aby štěpná reakce mohla proběhnout, musí být splněno několik podmínek. Především musí být na vstupu dostatečné množství neutronů o správné rychlosti a jádra atomů, která mají být štěpena, musí mít určité fyzikální vlastnosti, souhrnně nazývané jako štěpitelnost. Z v přírodě dostupných prvků tomuto požadavku vyhovuje izotop uranu 235U. Aby došlo k nastartování štěpné reakce, musí být štěpného materiálu určité minimální množství. Pokud je takové, že počet generovaných sekundárních neutronů zůstává stejný, tak se jedná o tzv. kritické množství, které vyvolá řízenou řetězovou jadernou reakci. Ta se využívá v jaderných reaktorech elektráren případně výzkumných či vojenských reaktorech. Pokud je generováno sekundárních neutronů více, může dojít k jejich exponenciálnímu nárůstu neboli neřízené řetězové štěpné reakci, kdy se ve velmi krátké době uvolní obrovské množství energie. Množství hmoty, potřebné k nastartování řetězové štěpné reakce také závisí na prostorovém uspořádání. Pokud bude štěpný materiál uspořádán ve tvaru koule, bude ho zapotřebí jiné množství, než kdyby byl ve tvaru míče pro americký fotbal.
- Uraninit.jpg (28.62 KiB) Zobrazeno 2510 x
Po zveřejnění objevu štěpení atomového jádra se objevily první úvahy na téma vojenského využití tohoto fyzikálního jevu. Otázka zněla, zda je možné vyrobit vojensky použitelnou jadernou zbraň, kterou bude možné doručit na místo určení pomocí dostupných leteckých prostředků. Klíčové zde bylo pokud možno co nejpřesnější určení množství štěpného materiálu, potřebného k nastartování neřízené štěpné reakci. Prvotní odhady se pohybovaly od jednotek kilogramů až po tuny. Všechny výpočty se dělaly ručně, chyběla spousta znalostí, mnohé z nich se získávaly postupně za pochodu. V březnu 1940 britští fyzici Otto Frisch a Rudolf Peierlse předložili memorandum ve kterém doložili kritické množství 235U pro zahájení neřízené štěpné reakce a ze kterého vyplývala reálnost sestavení vojensky použitelné jaderné zbraně.
Další výzkum jaderného štěpení ukázal, že existují dvě cesty k jaderné zbrani. První znamenala vyrobit dostatečné množství uranu 235U, které postačí k nastartování neřízené štěpné reakce, tedy nižší desítky kilogramů. V přírodě dostupný uran je směs izotopů, ve které je 235U zastoupen asi 0,7%, zbytek - přes 99%, je především izotop 238U. Separace 235U je možná pouze fyzikálními prostředky, založenými na nepatrně odlišné hmotnosti jednotlivých izotopů. Druhá cesta spočívala ve výrobě umělého prvku nazvaného plutonium, přesněji jeho izotopu 239Pu, který má požadovanou štěpitelnost. K tomu je zapotřebí ozáření uranu 238U neutrony, při kterém vznikne nejdříve umělý prvek neptunium, který se dále přemění na 239Pu. Oddělit potřebný izotop 239Pu z takovéto směsi již lze chemickou cestou, protože se jedná o různé prvky. Dostatečně silný zdroj neutronů ale mohl poskytnout pouze jaderný reaktor, který samozřejmě k dispozici nebyl a bylo nutné ho vyvinout od začátku.
Po nástupu Hitlera k moci emigrovala řada špičkových německých fyziků, někteří do Velké Británie, další do USA. Přesto zůstala v Německu řada vynikajících fyziků, kteří měli dostatek teoretických poznatků ke zhotovení jaderné zbraně, což by mělo pro protivníky třetí říše katastrofální důsledky v očekávaném válečném konfliktu. Někteří vědci, kteří působili v USA, proto cítili potřebu o tomto riziku informovat vrcholné státní představitele. Úkolu se ujmuli Leo Szilard, Eugene Wigner a Albert Einstein, kteří sepsali v srpnu 1939 dopis, ve kterém varovali presidenta USA před nacistickým jaderným programem. Výslovně v něm uváděli zdroje uranu v okupovaném Československu a také informovali o skutečnosti, že Německo zastavilo jeho vývoz. Dopis se po jistých potížích do rukou presidenta Roosevelta dostal a znamenal předěl v přístupu US administrativy k jaderné zbrani. Přestože se v té době stále jednalo o ryze teoretické úvahy nepodložené jakýmkoliv praktickým výstupem pochopil president Roosevelt, že program jaderné zbraně je nutné podpořit i za cenu, že bude vázat obrovské množství zdrojů lidských, materiálních i finančních, které budou chybět jinde.
Část 2. viewtopic.php?t=10857
Část 3. viewtopic.php?p=465066#p465066
Část 4. viewtopic.php?t=10876
Zdroje:
Kruh se uzavírá, Edwin P. Hoyt, vydalo Naše Vojsko 2022, ISBN 978-80-206-1425-4
Jaderné zbraně, Vladimír Hnatowicz, vydalo Naše Vojsko 2024, ISBN 978-80-206-2024-8
https://is.muni.cz/th/mjiyf/Cisar_BP.pdf
https://utf.mff.cuni.cz/~podolsky/Ejemc ... AEFDR.html
https://cs.wikipedia.org/wiki/Atomov%C3 ... kibomb.jpg
https://www.handelsblatt.com/technik/fo ... 14950.html
https://cs.wikipedia.org/wiki/Uran_%28prvek%29
http://www.unbekannter-bergbau.de/inhal ... chacht.htm