Co to jest bomba atomowa? To potężna broń uwalniająca w ułamku sekundy ogromną energię. Pierwsza zdetonowana bomba atomowa – Little Boy – miała moc odpowiadającą wybuchowi 15 tys. ton (kiloton) trotylu. „Little Boy” ważył cztery tony, jednak sam ładunek wybuchowy to zaledwie nieco ponad 60 kg uranu.

Gigantyczna moc bomby atomowej zostaje uwolniona w wyniku reakcji jądrowej. Jak wskazuje nazwa, to reakcja dotycząca jądra atomowego. W „zwykłych” reakcjach chemicznych udział biorą elektrony krążące wokół atomowego jądra. Reakcja jądrowa oznacza przemiany, jakim podlega samo jądro atomu. Niezależnie od jej rodzaju reakcja taka generuje znacznie więcej energii.

Na czym polega rozszczepienie jądra atomowego?

Jądro atomowe składa się z naładowanych dodatnio protonów i obojętnych neutronów. Czym cięższy pierwiastek, tym jego jądro składa się z większej liczby protonów i neutronów. Wiążą je ze sobą potężne siły. Jednak w pewnych okolicznościach mogą one zostać przezwyciężone. 

Jeśli np. w jądra izotopu uranu 235 albo plutonu 239 uderzy neutron, rozpadną się one na mniejsze części. W procesie zostanie wydzielona ogromna ilość energii cieplnej i promieniowania gamma. Oraz kolejne neutrony. 

Przyjmijmy, że opisany wyżej proces zachodzi w materiale o dużej gęstości. Jeśli wokół znajduje się więcej jąder atomowych, istnieje prawdopodobieństwo, że uwolniony neutron trafi w kolejne jądro i je rozbije. W ten sposób zostanie zainicjowana reakcja łańcuchowa. Jej efektem będzie wybuch jądrowy o potężnej mocy. 

Dlaczego w bombie atomowej stosuje się izotopy uranu i plutonu?

Co to jest izotop? Każdy pierwiastek ma w jądrze taką samą ilość protonów. W przypadku uranu jest to 92 (i tyle wynosi jego liczba atomowa). Jednak ten sam pierwiastek może różnić się nieco liczbą neutronów w jądrze. Wówczas mówimy o izotopach pierwiastka, czyli jego „odmianach” o innej liczbie neutronów.

Rudy uranu najczęściej składają się z izotopu uranu 238. Nie nadaje się on do produkcji bomby. Gdyby strzelić w niego neutronem, uran 238 pochłonąłby go, zamieniając się w uran 239. Naukowcy pracujący nad pierwszą bombą atomową w Los Alamos musieli więc zaopatrzyć się w inny izotop. To uran 235, którego jądro łatwiej ulega rozszczepieniu i emituje przy tym więcej neutronów. Nie była to prosta sprawa, gdyż uran 235 stanowi tylko 0,7 proc. całego uranu.

Jeśli chodzi o pluton, jego „najlepszym” – z punktu widzenia konstrukcji bomby – izotopem jest pluton 239.

Skąd się bierze charakterystyczny grzyb po wybuchu bomby atomowej? 

Co się dzieje w czasie wybuchu bomby? Wydzielane są ogromne ilości ciepła – temperatura wewnątrz bomby sięga milionów stopni. Powstaje ogromna kula ognia, które może wywołać gigantyczne pożary, zdolne zmieść z powierzchni ziemi wszystko, co się na niej znajduje. Powstałe w wyniku eksplozji prądy konwekcyjne zasysają do kuli pył, ziemię, fragmenty bomby itp. Ciepłe powietrze unosi cały ten materiał i tak powstaje charakterystyczna dla wybuchu atomowego chmura w kształcie grzyba. Rezultatem wybuchu jest również fala uderzeniowa rozchodząca się we wszystkich kierunkach od epicentrum. Może ona zmieść nawet budynki. 

Oprócz tego w eksplozji emitowane jest promieniowanie gamma. Promieniowanie jonizujące jest śmiertelnie niebezpieczne i zabójcze w promieniu nawet kilometra–dwóch od epicentrum (w zależności od siły wybuchu). Niebezpieczne są również pozostałości w postaci opadu promieniotwórczego. To radioaktywne sadza i pył, które mogą być przenoszone przez prądy powietrza nawet na ogromne odległości. 

Gdzie zbudowano pierwszą bombę atomową?

W Los Alamos w Nowym Meksyku. W czasie II wojny światowej Amerykanie założyli tam tajny ośrodek naukowy, który realizował tzw. Projekt Manhattan. Jego celem było wyprodukowanie – szybciej niż Trzecia Rzesza – pierwszej bomby atomowej. Od strony naukowej operacją zarządzał fizyk Robert Oppenheimer, ochrzczony później „ojcem bomby atomowej”. Całe przedsięwzięcie zostało opisane w książce Kaia Birda i Marina J. Sherwina, którą w zeszłym roku na duże ekrany przeniósł Christopher Nolan.

Prace nad bombą trwały kilka lat. Pierwszy naziemny test pod kryptonimem Trinity przeprowadzono 16 lipca 1945 r., a więc już po kapitulacji Trzeciej Rzeszy i zakończeniu wojny w Europie. Materiałem rozszczepialnym w próbnej bombie, nazywanej „Gadżetem” (Gadget), był pluton 239. O 5:29 rano „Gadżet” wybuchnął z siłą, którą oszacowano na ok. 20 kiloton trotylu. Obserwowało to aż 425 osób – wojskowych i naukowców – ze schronów zbudowanych dziesięć kilometrów od miejsca detonacji. Po wybuchu pozostał 40-metrowy krater, zaś grzyb atomowy miał 12 km wysokości. 

Ile bomb atomowych zostało użytych?

Po sukcesie Trinity Amerykanie zdecydowali się wykorzystać bombę atomową na wojnie. Zrobili to dwukrotnie. Pierwsza bomba atomowa, „Little Boy”, została zrzucona 6 sierpnia 1945 roku na Hiroszimę. Drugą – „Fat Mana” – zdetonowano trzy dni później nad Nagasaki. Obie spowodowały gigantyczne zniszczenia i od razu zabiły łącznie 150 tys. ludzi. Kolejne tysiące zmarły później na skutek choroby popromiennej i innych schorzeń wywołanych radioaktywnym skażeniem środowiska. Skutki zrzucenia bomb atomowych na Japonię były tak tragiczne, że od 1945 r. nikt nigdy nie użył tej broni na polu bitwy.

„Little Boy” i „Fat Man” różniły się od siebie konstrukcyjnie. Pierwsza była bombą uranową wykorzystującą tzw. metodę działa. Zakłada ona, że materiał rozszczepialny układany jest obok siebie w porcjach. Konwencjonalny ładunek wybuchowy łączy je, tak że materiał osiąga masę krytyczną i zaczyna zachodzić reakcja łańcuchowa. "Mały chłopiec" miał niedużą wydajność. Bomba zawierała ponad 60 kg uranu 235, jednak rozszczepieniu uległ niecały kilogram. 

„Fat Man” był bombą plutonową: zastosowanym w niej materiałem rozszczepialnym był pluton 239. W tej bombie zastosowano metodę implozyjną. Kula plutonu została otoczona materiałem wybuchowym, który ścisnął ją, tak że plutonowe jądro zostało skompresowane i zaczęła w nim zachodzić reakcja jądrowa. Wybuch Fat Mana miał siłę ok. 21 kiloton. Zniszczone zostało ok. 40 proc. Nagasaki.

USA przygotowywały jeszcze jedną bombę plutonową, która miała spaść na Tokio. Jednak Japonia ogłosiła kapitulację kilka dni po ataku na Nagasaki. W efekcie plutonowa kula, która miała stać się bombą, została wykorzystana do badań. Zyskała potem ponury rozgłos jako tzw. rdzeń demona.

Po drugiej wojnie próby atomowe wykonało wiele krajów. Poza USA był to Związek Radziecki, Wielka Brytania, Francja, Chiny, Indie, Pakistan i w 2006 r. Korea Północna. 

Źródła: Brittanica, Atomic Heritage Foundation, The Conversation, Wikipedia.