Þegar menn uppgötvuðu rafeindina og atómkjarnann kringum aldamótin 1900 varð ljóst að atómið var ekki smæsta eining efnis eins og áður hafði verið talið, heldur væri það í raun kljúfanlegt. Í takmörkuðu afstæðiskenningunni (e. theory of special relativity) sem Einstein setti fram árið 1905, fólst meðal annars að úr litlu magni af massa mætti losa gríðarmikla orku. Á fjórða áratug 20. aldar beindust rannsóknir síðan í vaxandi mæli að þeirri orku sem losa mætti úr kjarna atóma, það er kjarnorku.
Fyrsta kjarnorkusprengja heimsins var smíðuð af Bandaríkjamönnum í seinni heimsstyrjöldinni. Nokkrir eðlisfræðingar fengu Albert Einstein til að skrifa undir bréf til Franklin D. Roosevelts, þáverandi Bandaríkjaforseta, um hernaðarlegt mikilvægi slíkrar sprengju og mögulega ógn af þess konar vopni í höndum Þjóðverja. Fyrsta fjárveiting til verkefnisins sem kennt var við Manhattan (e. Manhattan project) fékkst árið 1939 og var 6.000 Bandaríkjadalir.
J. Robert Oppenheimer (1904-1967).
Haustið 1941 hófst bein þátttaka Bandaríkjanna í síðari heimsstyrjöldinni og var þá ákveðið að veita allt það fjármagn til þróunar kjarnorkusprengjunnar sem nauðsynlegt var talið. Nokkrar framleiðsluaðferðir höfðu verið í athugun, en árið 1942 var afráðið að velja ekki milli aðferða heldur leggja fram nægilegt fjármagn til að þróa þær allar og láta á það reyna hver myndi reynast best. Fram til ársins 1943 unnu vísindamenn enn aðallega að kenningasmíði og afmörkuðum tilraunum með geislavirk efni og aðferðir. Árið 1943 var loks stofnuð rannsóknarstofa um “verkefni Y”, undir stjórn bandaríska eðlisfræðingsins J. Robert Oppenheimers, þar sem vísindamenn og verkfræðingar unnu að hönnun og smíði raunverulegs vopns. Hvort tveggja þurfti til, vísindavit og verkvit, ásamt skipulagningu og ógrynni fjármagns.
Tafir á verkefninu voru talsverðar og ljóst varð að stríðinu í Evrópu yrði lokið áður en nothæf sprengja yrði tilbúin. Skotmarkið sem hafði upphaflega verið Þýskaland færðist því til Japans.
Hinn 16. júlí 1945 var fyrsta kjarnorkusprengjan sprengd í tilraunaskyni, 193 km suður af borginni Albuquerque í New Mexico í Bandaríkjunum. Verkefnið var nefnt „Trinity” eða „Heilög þrenning” og sprengjan sjálf var kölluð „The Gadget” eða „Græjan”. Orkan sem losnaði í tilraunasprengingunni jafngildir orkulosun frá 21.000 tonnum af TNT sprengiefni. Hafði þá verkefnið, sem upphaflega voru lagðir 6.000 dalir til, kostað 2.000.000.000 dali (tvo milljarða dala), sem hefði samsvarað um 20 milljörðum dala árið 2004.
Hinn 16. júlí 1945 var fyrsta kjarnorkusprengjan sprengd í tilraunaskyni. Verkefnið var nefnt „Trinity” eða „Heilög þrenning” og sprengjan sjálf var kölluð „The Gadget” eða “Græjan”.
Í ágúst 1945 var kjarnorkusprengjum varpað á japönsku borgirnar Híróshíma, 6. ágúst, og Nagasakí, 9. ágúst. Sprengjan sem sleppt var á Híróshíma var kölluð „Litli strákur” eða „Little Boy”. Sú sem sprakk í Nagasakí var nefnd „Feiti maður”, „Fat Man”. Þeirri sprengju átti upphaflega að sleppa á borgina Kokura. Flugmaðurinn sá hins vegar ekki borgina vegna veðurskilyrða og var honum því beint að varaskotmarkinu Nagasakí. Alls létust í sprengingunum tveimur um 210.000 manns fyrir lok árs, ýmist í sprengingunni eða síðar af völdum geislunar. Geislun hefur síðan fellt enn fleiri.
„Little Boy" („Litli strákur") sem sprengd var í Híróshíma var úransprengja.
„The Gadget” og „Fat Man” voru báðar plútonsprengjur gerðar úr plútoni-239, en „Little Boy” var hins vegar annars eðlis og var gerð úr úrani-235 (U-235). Úransprengjan notaði svokallað „byssu” gangverk til að safna saman réttum massa, eða markmassa (e. critical mass), af U-235. Ákveðnum massa af U-235, svokallaðri „byssukúlu”, var skotið í annan massa af U-235 og saman náðu þeir markmassa sem aftur olli mikilli sprengingu. Ekki var hægt að nota sama gangverk í plútonsprengjuna þar sem „byssukúlu” kveikjan hefði verið of hæg. Lausnin sem var fundin byggðist á svokölluðu hruni (e. implosion). Hvel af kleyfu (e. fissile) efni utan um plútonkjarna var látið falla um sjálft sig þegar fjölmargar hvellhettur sprungu samtímis. Þannig myndaðist mikill þrýstingur inn á við á plútonkjarnann sem þannig náði markmassa og sprenging varð í kjölfarið.
„Fat Man" („Feiti maðurinn") sem sprengd var í Nagasakí var plútonsprengja.
Þjóðverjar og Japanar gerðu tilraunir með kjarnorku til vopnasmíði meðan á styrjöldinni stóð en tóku málið ekki föstum tökum og komust hvorugir fram úr tilraunastigi.
Bretar unnu einnig að rannsóknum á kjarnorku, en það voru einmitt tveir breskir vísindamenn, þeir Otto Frisch og Rudolf Peierls, sem fyrstir sýndu fram á með vísindalegum rökstuðningi að smíða mætti meiri háttar vopn með hjálp kjarnorku. Í kjölfarið var MAUD-nefndinni komið á fót, en henni var ætlað að rannsaka möguleikana á að búa til kjarnorkuvopn. MAUD-nefndin gaf út tvær skýrslur 15. júlí 1941, þar sem önnur fjallaði um notkun úrans til að búa til sprengju og hin um möguleikann á að nota úran sem orkugjafa. Það voru einmitt skýrslur MAUD-nefndarinnar sem komu af stað samstarfi Breta og Bandaríkjamanna við smíði kjarnavopna. Bretar hættu fljótt við eigin tilraunir og studdu þess í stað við Bandaríkjamenn með fjármagni og mannafla. Breskir vísindamenn sem tóku þátt í undirbúningi og smíði bandarísku sprengjunnar flýttu svo fyrir þróun sprengjunnar í Bretlandi eftir stríð, en fyrsta tilraunasprenging Breta fór fram 3. október 1952.
Sovétmenn stunduðu kjarnorkurannsóknir fyrir stríð, en þær rannsóknir töfðust við innrás Þjóðverja í landið í júní 1941. Vísindamaðurinn Georgy N. Flerov benti svo Jósef Stalín á, árið 1942, að engin umræða hefði átt sér stað í vestrænum fjölmiðlum um kjarnaklofnun um nokkurt skeið og að þetta benti til þess að rannsóknirnar færu nú fram með leynd. Í kjölfarið hófst vinna við smíði kjarnorkusprengju í Sovétríkjunum undir handleiðslu vísindamannsins Igor Kurchatov. Hluti af uppgötvunum Sovétmanna byggðist á upplýsingum fengnum frá njósnurum sem voru hluti af starfshópi Manhattan-verkefnisins. Plútonsprengjan „Fyrsta eldingin” eða „First Lightning” var fyrsta tilraunasprengja Sovétmanna og var hún sprengd 29. ágúst 1949, fjórum árum eftir lok heimsstyrjaldarinnar. Í kjölfarið fylgdi kalda stríðið og vopnakapphlaupið milli Sovétríkjanna og Bandaríkjanna.
Frakkar sprengdu fyrstu tilraunasprengju sína 13. febrúar 1960 í Sahara-eyðimörkinni. Kínverjar sprengdu tilraunasprengju fyrst í október 1964 og Indverjar 18. maí 1974. Pakistan, Ísrael, Suður-Afríka, Argentína, Brasilía, Suður-Kórea og Taívan eru einnig talin búa yfir þekkingu og efni til að smíða kjarnorkusprengjur þótt óvíst sé hvort þær hafi verið gerðar þar.
Kjarnorkusprengjan er ekki uppfinning eins manns eða fárra manna eins og til dæmis gufuvélin eða ljósaperan, heldur koma vísinda- og tæknistörf fjölmargra manna þar við sögu, allar götur frá því um aldamótin 1900. Auk þess hefðu vísindin ein dugað skammt til þess að sprengjan yrði að veruleika, heldur þurftu öflug ríki að vera reiðubúin að veita ógrynni fjár til framleiðslunnar eins og fram kemur hér á undan.
Nánari upplýsingar má finna undir eftirfarandi tenglum:
Þorsteinn Vilhjálmsson og Margrét Björk Sigurðardóttir. „Hver fann upp kjarnorkusprengjuna?“ Vísindavefurinn, 19. desember 2005. Sótt 20. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=5497.
Þorsteinn Vilhjálmsson og Margrét Björk Sigurðardóttir. (2005, 19. desember). Hver fann upp kjarnorkusprengjuna? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=5497
Þorsteinn Vilhjálmsson og Margrét Björk Sigurðardóttir. „Hver fann upp kjarnorkusprengjuna?“ Vísindavefurinn. 19. des. 2005. Vefsíða. 20. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=5497>.
Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.
Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar
um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að
svara öllum spurningum.
Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að
svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki
nægileg deili á sér.
Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.
Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!
Sólin
Rís 05:36 • sest 21:19
Tunglið
Rís 16:44 • Sest 05:50
Flóð
Árdegis: 04:37 • Síðdegis: 17:05
Fjara
Árdegis: 10:57 • Síðdegis: 23:09
