Wyścig zbrojeń jądrowych Szymon Sokół. Od Adama i Ewy ● 1896 – odkrycie promieniotwórczości (Henri Becquerel) ● 1917 – pierwsza sztuczna reakcja jądrowa.

Prezentacja na temat: "Wyścig zbrojeń jądrowych Szymon Sokół. Od Adama i Ewy ● 1896 – odkrycie promieniotwórczości (Henri Becquerel) ● 1917 – pierwsza sztuczna reakcja jądrowa."— Zapis prezentacji:

1 Wyścig zbrojeń jądrowych Szymon Sokół

2 Od Adama i Ewy ● 1896 – odkrycie promieniotwórczości (Henri Becquerel) ● 1917 – pierwsza sztuczna reakcja jądrowa (Ernest Rutherford)

3 Od Adama i Ewy ● 1932 – pierwsza całkowicie sztuczna reakcja jądrowa (John Cockroft, Ernest Walton)

4 Od Adama i Ewy ● 1932 – odkrycie neutronu (sir James Chadwick) ● 1933 – koncept reakcji łańcuchowej (Leó Szilárd)

5 Rozszczepienie ● 17.12.1938 – rozszczepienie uranu (Otto Hahn, Fritz Strassman) ● 1939 – interpretacja wyników Hahna (Lise Meitner, Otto Robert Frisch)

6 Rozszczepienie ● U235 bombardowany neutronami termicznymi (powolnymi) rozpada się na np. Kr92 i Ba141, produkując 3 neutrony i sporo energii ● Neutrony rozszczepiają kolejne jądra U235 ● Produkty rozszczepienia są zwykle wysoce radioaktywne (krótki okres półrozpadu)

7 „Reakcja łańcuchowa” ● Meitner -> Bohr -> Rosenfeld -> Fermi ● Wyniki Hahna powtórzone w kilkunastu laboratoriach z początkiem 1939 ● 08.1939 – list Einsteina (Szilárd, Teller, Wigner) do Roosevelta

8 List Einsteina „A single bomb of this type, carried by boat and exploded in a port, might very well destroy the whole port together with some of the surrounding territory”

9 Władza w ręce komitetów ● Roosevelt powołuje Advisory Committee on Uranium (przew. Lyman Briggs, 21.10.1939 – pierwsze posiedzenie) ● 03.1940 - Frisch-Peierls memorandum (oszacowanie masy krytycznej U235 na poziomie 1-2 funtów) ● 10.04.1940 - 15.07.1941: MAUD Committee w UK (Thompson, Blackett, Chadwick, Cockroft, Moon, Oliphant)

10 "A nuclear bomb is inevitable" ● Sir James Chadwick, odkrywca neutronu: „I realised that a nuclear bomb was not only possible, it was inevitable. I had then to start taking sleeping pills.” ● 9.10.1941 - Vannevar Bush (dyrektor Office of Scientific Research and Development) dostarcza końcowy raport komitetu MAUD Rooseveltowi ● 18.12.1941- Projekt S-1

11 Manhattan Project ● 08.1942 – utworzenie Manhattan Engineering District (w Army Corps of Engineers); dow. płk. Leslie Groves (budowniczy Pentagonu) ● Gen. bryg. Groves uruchamia ośrodek produkcyjny w Oak Ridge („Site X”) i badawczy w Los Alamos („Site Y”) ● 26.09.1942 – Manhattan Project otrzymuje najwyższy priorytet

12 Manhattan Project ● 15.10.1942 - Groves mianuje Roberta Oppenheimera kierownikiem naukowym w Los Alamos

13 Dwie drogi do bomby ● 26.02.1941 – odkrycie plutonu (Glenn Seaborg, Arthur Wahl) ● U-235 – otrzymywany z rudy (tlenku) uranu w procesie wzbogacania (oddzielania od U-238) ● Pu-239 – otrzymywany z U-238 przez bombardowanie neutronami produkowanymi z użyciem cyklotronu lub w reaktorze jądrowym („breeder”)

14 Chicago Pile One ● 1938 – Enrico Fermi otrzymuje Nagrodę Nobla i emigruje do USA (Columbia Univ.) ● 1940 – 6000$ od Uranium Committee ● 04.1942 - budowa CP-1 w Chicago Univ. Metallurgical Lab (Fermi, Whittaker, Zinn) pod widownią stadionu Stagg Field

15 Chicago Pile One ● 6m wysokości, 6.5m średnicy ● 5.6t uranu metalicznego ● 36.6t tlenku uranu ● 350t grafitu wysokiej czystości (moderatora) ● Moc 0.5W ● koszt 1mln$ ● „Kwadratowy balon” Goodyeara

16 Chicago Pile One ● 2.12.1942, 15:53 – CP-1 pracuje przez 33 min.; wiadomość dla Manhattan Project: „The Italian navigator has landed in the new world... The natives were very friendly”

17 Oak Ridge ● 18.02.1943 – w Oak Ridge rusza budowa Y- 12, instalacji do wzbogacania uranu przez separację elektromagnetyczną w tzw. calutronach (pobór mocy: 7% całej produkcji USA)

18 Oak Ridge ● S-50 – instalacja wzbogacania uranu metodą dyfucji cieczy ● K-25 – instalacja wzbogacania uranu metodą dyfucji gazowej; największy (wtedy) budynek świata (800x300m), 12000 pracowników, koszt 500mln $ ● 4.11.1943 – uruchomienie X-10 – reaktora powielającego do produkcji plutonu

19 Fabryka plutonu ● 1942 – utworzenie Site W w Hanford: koszt 223mln$, 554 budynki wzniesione do 1945 ● 3 reaktory powielające (breeders) i 3 instalacje przetwarzania plutonu (250m długości) ● 26.09.1944 – rozpoczęcie produkcji plutonu (reaktor B: 200t uranu, 1200t grafitu, 250MW, 6kg plutonu/miesiąc)

20 Manhattan Project ● Łączny koszt – 1800 mln $ ● 150000 pracowników ● 30 ośrodków ● Od 1.1.1947 - Atomic Energy Commission

21 Projekt bomby ● Dwa warianty - „gun-type” i „implosion” ● Kwestia masy krytycznej (15kg dla U-235, 10kg dla Pu- 239) ● Reflektor neutronowy redukuje masę krytyczną Pu- 239 do 5kg

22 Trinity ● 16.07.1945, 05:29:45, Alamagordo - pierwszy wybuch jądrowy; bomba znana jako „the gadget”, 7.5kg Pu-239, ~19kT TNT

23 „It worked” If the radiance of a thousand suns were to burst into the sky, that would be like the splendor of the Mighty One — I am become Death, the shatterer of Worlds.

24 Thin Man ● Zarzucony wariant – plutonowa „gun-type” ok. 5,5m długości ● Aktywność plutonu była zbyt wysoka (z powodu domieszki Pu-240) i spowodowałaby „fizzle” - niepełną eksplozję ● Nazwa – Robert Serber

25 Little Boy ● Bomba „gun-type”, 36+24 kg uranu (80% U-235), zaledwie 0.7kg uległo rozszczepieniu ● 4000kg wagi, 3m długości ● 6.08.1945, 8:15 – zrzucona na Hiroszimę z B-29 „Enola Gay” (płk. Paul Warfield Tibbets) ● ~15 kT TNT, 70-80 tys. zabitych

26 Fat Man ● Bomba typu implozyjnego, 6.2kg plutonu ● 2.3m dł., 1.5m średnicy, 4630kg wagi ● 9.08.1945, 11:01 – zrzucona na Nagasaki (zamiast na Kokurę) z B-29 „Bockscar” (płk. Charles W. Sweeney) ● ~21kT TNT, 40-70 tys. zabitych

27 Projekty niemieckie ● Kaiser-Wilhelm Institute – Werner Heisenberg, Carl Friedrich von Weizsäcker ● Heereswaffenamt Forschungsstelle E – Kurt Diebner, Paul Harteck, Erich Bagge, Manfred von Ardenne ● Kriegsmarine (napęd jądrowy dla U-bootów) - Otto Haxel

28 Haigerloch ● Eksperyment B8 – niemiecki reaktor (Walther Gerlach)

29 Projekty niemieckie ● Karl Erich Schumann, kierownik działu badawczego Heereswaffenamt + Walter Trinks, autor rozprawy o reakcjach termojądrowych ● Zagadka Ohrdruf - rzekomy test nuklearny w marcu 1945 (Rainer Karlsch „Hitlers Bombe”); brak dowodów

30 Ciężka woda ● Niemcy zdyskwalifikowali grafit jako moderator (z powodu zanieczyszczenia borem) – stąd ich zapotrzebowanie na ciężką wodę (D 2 O), produkt uboczny elektrolizy ● Norsk Hydro w Vemork, Norwegia – główny producent (12 ton rocznie) ● 1940 – Fryderyk Joliot-Curie sprowadza ponad 160l ciężkiej wody z Vemork do Paryża; w maju 1940 współpracownicy Joliota ewakuują się do Anglii wraz z ciężką wodą

31 Ciężka woda ● 1942 – brytyjska próba desantu desantu na Vemork, nieudana ● 1943 – brytyjscy komandosi i norweski ruch oporu wysadzają elektrolizery w Vemork ● 1943/44 – kolejne naloty USAAF na Vemork ● Próba ewakuacji do Niemiec i zatopienie promu „Hydro” przez Knuta Haukelida

32 Koniec Wunderwaffe ● Operacja Alsos (Groves -> grove -> gr. Alsos) – przejęcie niemieckich zasobów nuklearnych ● Operacja Epsilon - internowanie niemieckich fizyków jądrowych w Farm Hall: Erich Bagge, Kurt Diebner, Walther Gerlach, Otto Hahn, Paul Harteck, Werner Heisenberg, Horst Korsching, Max von Laue, Carl Friedrich von Weizsäcker, Karl Wirtz

33 Koniec Wunderwaffe ● Próba ewakuacji technologii do Japonii na pokładzie U-234 ● Poddał się USS Sutton 10.05.1945 ● Hideo Tomonaga i Genzo Shoji popełnili samobójstwo ● Przejęto m.in. 550kg tlenku uranu

34 Genshi bakudan ● Yoshio Nishina – projekt armii ● Bunsaku Arakatsu – F-Go, projekt floty ● Uran ze złóż w Korei Płn. ● Hipoteza o teście w Konan (ob. Hungnam) 12.08.1945

35 Tube Alloys ● Tube Alloys – kryptonim brytyjskiego projektu nuklearnego ● 19.08.1943 – Quebec Agreement: pełna wymiana informacji między UK, Kanadą i USA, wcielenie projektu Tube Alloys do Manhattan Project ● 1.08.1946 - Atomic Energy Act (McMahon Act): całkowite utajnienie badań jądrowych, w tym przed sojusznikami

36 HER ● „We've got to have it and it's got to have a bloody Union Jack on it.” (Ernest Bevin, minister spraw zagranicznych) ● 1947-1952 – High Explosive Research; kierownik: William George Penney, uczestnik projektu Manhattan, naoczny świadek eksplozji w Nagasaki

37 Igor Wasiliewicz ● 1942 – Gieorgij Flerow informuje Stalina o utajnieniu badań jądrowych w USA ● 1943 – NKWD przejęło kopię raportu MAUD; Stalin polecił uruchomienie projektu pod bezpośrednim nadzorem Berii; kierownikiem mianował Igora Kurczatowa

38 Los Arzamas ● 1945 – ośrodek w Sarowie (przemianowanym na Arzamas-16): Igor Kurczatow, Jakow Zeldowicz, kierownik naukowy: Juli Charyton (do 1992)

39 Atomowi szpiedzy ● Paweł Sudopłatow – szef wywiadu zagranicznego NKWD i dyrektor d/s wywiadu w Komitecie Energii Atomowej (kierowanym przez Berię)

40 Ludzie Sudopłatowa ● Klaus Fuchs – niemiecki komunista, uczestnik Tube Alloys i projektu Manhattan; szpieg w latach 1947-49, w 1950 skazany na 14 lat, w 1960 zwolniony, wyemigrował do NRD ● Theodore Hall (Theodore Alvin Holtzberg) – najmłodszy uczestnik Manhattan Project; przekazał Rosjanom plany Fat Mana, nigdy nie był sądzony

41 Ludzie Sudopłatowa ● Julius i Ethel Rosenbergowie – skazani i straceni w 1953, na podstawie danych projektu VENONA (przechwytywania szyfrogramów radzieckich) oraz zeznań brata Ethel Davida Greenglassa, pracownika Los Alamos (skazany na 15 lat).

42 F-1 ● 25.12.1946 - pierwszy radziecki reaktor uruchomiony przez Kurczatowa w Moskwie ● Moc 10W, później 24kW ● 50 lat później wciąż funkcjonował bez wymiany paliwa!

43 Tajne miasta ● W latach 1946-1957 kolejne 9 zamkniętych i wymazanych z map miast: ● Sverdlovsk-44Novouralsk ● Chelyabinsk-40 Ozyorsk ● Sverdlovsk-45Lesnoy ● Tomsk-7 Seversk ● Krasnoyarsk-26Zheleznogorsk ● Zlatoust-36 Tryokhgorny ● Penza-19 Zarechny ● Krasnoyarsk-45Zelenogorsk ● Chelyabinsk-70 Snezhinsk

44 Первая молния ● 29.08.1949 – pierwszy rosyjski test jądrowy w Semipałatyńsku (w USA znany jako Joe-1); bomba lotnicza RDS-1 (Россия делает сама?)

45 Operation Crossroads ● Pierwszy powojenne testy jądrowe – atol Bikini (Wyspy Marshalla) ● 1.07.1946 – Crossroads Able, bomba lotnicza ● 25.07.1946 – Crossroads Baker, eksplozja podwodna ● Materiał dokumentalny z testu Baker w filmie „Dr. Strangelove” ● Strój kąpielowy „bikini”

46 Operation Ranger ● 1951 - odpowiedź na radziecką bombę i na wybuch wojny koreańskiej ● Wypróbowano bomby Mk4 i Mk6 ● W tym samym roku operacje Greenhouse, Buster-Jangle, Tumbler- Snapper – ogółem 23 testy

47 Operation Ivy ● Największa rozszczepieniowa bomba jądrowa – Mk18 (test Ivy King); 60kg prawie czystego U-235; ok. 500kT

48 Bomba termojądrowa ● W klasycznej bombie jądrowej fizyka ogranicza maksymalną energię wybuchu – nie można po prostu dołożyć więcej materiału rozszczepialnego, bo nie weźmie udziału w reakcji ● Bomba termojądrowa wykorzystuje reakcję syntezy lekkich jąder, dającą o wiele więcej energii z kilograma

49 „Super” ● Edward Teller już w ramach projektu Manhattan proponował budowę bomby wykorzystującej syntezę (super bomb), ale Bethe i Oppenheimer uznali to za niewykonalne ● Pierwszy projekt Tellera (1946) był niewypałem

50 Ulam ● W 1951 Stanisław Ulam (uczeń Banacha, kuzyn Lema) koryguje obliczenia Tellera ● Powstaje nowy projekt bomby, określany jako „Teller-Ulam design”

51 Ulam ● W późniejszych latach Teller przypisał sobie całą zasługę, bagatelizując wkład Ulama ● Hans Bethe (laureat Nobla w 1939 za wyjaśnienie mechanizmu syntezy termojądrowej w gwiazdach): "After the H-bomb was made, reporters started to call Teller the father of the H-bomb. For the sake of history, I think it is more precise to say that Ulam is the father, because he provided the seed, and Teller is the mother, because he remained with the child. As for me, I guess I am the midwife."

52 Teller-Ulam design ● Pierwszy stopień: „zwykła” bomba rozszczepieniowa ● Drugi stopień: ciekły deuter lub mieszanina deuteru i trytu; ulega syntezie ● „Tamper”: warstwa U-238 pomiędzy pierwszym i drugim stopniem; ulega rozszczepieniu pod wpływem neutronów prędkich wytworzonych przez drugi stopień („fast fission”)

53 Ivy Mike ● Pierwsza konstrukcja wg nowego projektu: „the sausage”: całkowita masa 80t, w tym 5t U-238 i 22t chłodzenia, bomba TX-5 jako pierwszy stopień, drugi stopień – ciekły deuter ● 1.11.1952 – test Ivy Mike: 10.4Mt, całkowite zniszczenie wyspy Elugelab w atolu Eniwetok

54 Слойка ● „Pierwsza idea” Andrieja Sacharowa - koncepcja wielowarstwowa (cлойка); bomba trochę termojądrowa ;-) ● 12.08.1953 – test „Joe-4”, bomba RDS-6s; ~400kT ● W odróżnieniu od „Sausage”, RDS- 6s mogła być użyta bojowo, ale koncept Sacharowa nie skalował się

55 Upshot-Knothole ● 25.05.1953 – operacja Upshot- Knothole, test Grable: pierwszy nuklearny pocisk artyleryjski (Mk- 9: 280mm, ~360kg; działo „Atomic Annie” ważyło 85t) ● Strzał na odległość 10km (max. 32km); ~15kT ● 18.04.1953 - test Badger: TX-16, zminiaturyzowany „Sausage” (<4t); zaledwie 23kT

56 Operation Castle ● Operacja Castle – seria testów zmodyfikowanego projektu Tellera-Ulama; deuterek litu jest ciałem stałym, nie wymaga chłodzenia ● Trzy największe testy amerykańskie były częścią tej operacji (Ivy Mike był czwartym) ● Wszystkie testy przeprowadzono na atolu Bikini

57 Castle Bravo ● 28.02.1954 - Castle Bravo; bomba SHRIMP – ok. 11t, przewidywana energia 6Mt TNT ● Rzeczywista energia – 15Mt TNT (w tym tamper 10Mt) ● „Bonus trytowy” - Li-7 bombardowany prędkimi neutronami zamienia się w H-3 (tryt), który bierze udział w syntezie termojądrowej

58 Castle Bravo ● Największy test jądrowy USA (siódmy na świecie) ● Grzyb osiągnął 40km wysokości, 100km średnicy ● Krater średnicy 2km, 80m głębokości ● Przez 11h ewakuacja bunkra kontrolnego była niemożliwa z powodu opadu

59 Castle Bravo ● Wiele osób zostało napromieniowanych: ● personel amerykański ● ponad 150 tubylców Wysp Marshalla (w odległości 180km) ● załoga japońskiego trawlera „Daigo Fukuryu Maru” (Szczęśliwy Smok 5) ● Jeden z członków japońskiej załogi zmarł

60 Castle Romeo ● 26.03.1954 - Castle Romeo; bomba Runt I (później Mk-17) – ok. 7t, przewidywana energia 4Mt TNT ● Rzeczywista energia – 11Mt TNT ● Pierwszy test na barce, w obawie, że w tym tempie skończą się wyspy...

61 Castle Yankee ● 4.05.1954 - Castle Yankee; Runt II (później Mk-24) – ok. 20t, przewidywana energia 9.5Mt TNT (już po Castle Bravo) ● Rzeczywista energia – 13.5Mt (drugi test amerykański)

62 RDS-37 ● „Druga idea” Sacharowa (podpowiedziana przez Witalija Ginzburga) – użycie deuterku litu ● „Trzecia idea” Sacharowa (podpowiedziana przez Dawidenkę) – rozdzielenie pierwszego i drugiego stopnia (jak w pomyśle Ulama) ● 22.11.1955 – RDS-37; ~1.6Mt; pierwsza prawdziwa radziecka bomba wodorowa

63 Operation Redwing ● 1956; ogółem 17 testów, w tym: ● Cherokee – pierwszy zrzut lotniczy bomby termojądrowej (z B-52, bomba o masie <4t) ● Zuni – pierwsza bomba trójstopniowa (3.5Mt), prototyp późniejszej Mk-41 (25Mt, największa amerykańska bomba) ● Blackfoot – bomba 8kt o masie zaledwie 60kg ● Dakota – 1.1Mt, prototyp głowicy W-28 używanej do 1990 ● Navajo - „czysta” bomba (4.5Mt, 95% z syntezy)

64 Inne testy ● Operation Plumbbob - 1957; Nevada; ogółem 29 testów, w tym pierwsze testy podziemne i balonowe ● Operation Hardtack I – 1958, Bikini; ogółem 35 testów, w tym Poplar – bomba TX-41, 9Mt, piąty co do wielkości test amerykański ● Operation Hardtack II – 1958, Nevada; 37 testów, w tym głowica XW-51 Davy Crockett ważąca zaledwie 16kg

65 Inne testy ● 1958-1961 dwustronne moratorium na testy jądrowe ● Operation Nougat – 1961/62, Nevada; 44 testy ● Operation Dominic – 1962, Christmas Island; 36 testów, w tym głowic odpalanych z okrętów podwodnych ● Operation Storax/Sun Beam/Roller Coaster – 1963-63, Nevada; testy zastosowań cywilnych, m.in. Sedan i Plowshare

66 Царь-бомба ● „Iwan” - największa bomba świata: 27t, 8m długości, 2m średnicy, planowana energia 100Mt ● 30.10.1961 – test na Nowej Ziemi: zrzut z 10km z Tu-95 na spadochronie, detonacja na 4km ● Tamper z Pb - moc obniżona do ~50-60 Mt („wybiłaby okna w Moskwie”), 97% z syntezy ● Błysk widziany z 1000km, fala uderzeniowa sięgnęła Finlandii

67 Inne testy ● 5.08.1963 – układ o zakazie testów atmosferycznych; odtąd wyłącznie testy podziemne aż do 23.09.1992 ● Od 2.10.1992 jednostronne moratorium na testy ● W sumie USA przeprowadziło 1054 testy jądrowe (wg oficjalnych danych) z 2042 przeprowadzonych na całym świecie

68 Wielka Brytania ● 3.10.1952 – „Operation Hurricane”, test jądrowy na pokładzie HMS Plym u wybrzeży Trimouille Island, w-y Monte Bello, Australia; ~25kt

69 Wielka Brytania ● 1954-67 – Penney kieruje Atomic Weapons Research Establishment ● 8.11.1957 – test Grapple X: pierwsza brytyjska bomba termojądrowa (1.8Mt) ● Po 1958 testy wspólnie z USA w Nevadzie

70 Francja ● Pierwszy reaktor w 1948 (Fryderyk Joliot-Curie) ● Pierwszy test jądrowy „Gerboise Bleue” (Blue Gerbil) w Algerii w 1960; ~60kt ● Pierwszy test termojądrowy na atolu Fangataufa w 1968; ~2.6Mt ● Inne testy jądrowe na atolu Mururoa (łącznie 206)

71 Chiny ● Pierwszy test jądrowy 16.10.1964, „565”, 22kt (U-235, z braku plutonu) ● Pierwszy test termojądrowy, „Test no. 6”, 17.06.1967, 3.3Mt ● W sumie 45 testów, ostatni w 1996

72 Indie ● Pierwszy reaktor w 1960 (CIRUS zbudowany z pomocą Kanady, UK i USA) ● Pierwszy test jądrowy 18.05.1974, „Smiling Buddha”, ~12kt ● Pierwszy test termojądrowy 17.06.1967, „Shakti”, zaledwie 45kt ● W sumie 45 testów, ostatni w 1996 ● Raja Ramanna, dyrektor Bhabha Atomic Research Center ● Rajagopala Chidambaram, kierownik projektu

73 Inne kraje ● Bronią jądrową (ale nie termojądrową) dysponują Izrael (nie potwierdza), Pakistan (od 1998), Korea Północna (od 9.10.2006) – żaden z tych krajów nie podpisał układu o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej ● RPA posiadała broń jądrową (7szt.) w latach 82-91, ale przeprowadziła rozbrojenie pod nadzorem IAEA ● Kilka innych krajów ma lub może mieć możliwość stworzenia własnej broni jądrowej