Atombomberna
★★»Fat Man» var en plutoniumbomb och hade en sprängkraft på 21 kiloton trotyl. »Little Boy» var en uranbaserad bomb med en sprängkraft på 12 kiloton trotyl.
ingendera principen för att åstadkomma en kärnreaktion i stor skala – med uran eller plutonium – ännu var praktiskt bevisad och att metoderna för att utvinna de klyvbara materialen fortfarande bara fanns på laboratorienivå, såg man sig tvingad att satsa i full skala på båda alternativen. De produktionsanläggningar för uranisotopen
som snabbt såg dagens ljus var enorma eftersom de måste rymma tusentals separationsenheter – förädlingen i varje steg var bara bråkdelar av en procent. I delstaten Tennessee byggdes efterhand fyra anläggningar: två för magnetseparation, en för gasdiffusion och en – motvilligt eftersom principen utvecklats utanför Manhattanprojektet av marinen – för värmediffusion. Svårigheterna och förseningarna var många – enheterna i den första fabriken för magnetseparation fick byggas om sedan deras kylolja förorenats så att man fick ständiga kortslutningar. I modern tid har höghastighetscentrifuger gjort isotopseparationen betydligt enklare.
En första fullskalig kärnreaktor stod färdig i Chicago hösten 1942. Den laddades med naturligt uran i stavar, omväxlande med element av ren grafit som moderatorer (som skulle bromsa neutronerna så att de kunde fångas in av uranatomernas kärnor). För att reglera neutronproduktionen i reaktorn användes kontrollstavar av kadmium, som kunde dras in och ur reaktorn. Denna anläggning gick kritisk i november och bekräftade därmed att uranklyvning och kontrollerade kedjereaktioner var möjliga i stor skala.
Vid Columbiafloden i delstaten Washington uppfördes tre grafitmodererade kärnreaktorer enbart för att tillverka plutonium. Miljöhänsyn var inte att tänka på och strålsäkerhet hade man bara ett löst begrepp om inom hela Manhattanprojektet. Här stötte man på oförutsedda svårigheter när den första reaktorn gick kritisk. Efter ett antal timmar avtog neutronflödet och reaktorn »dog». Efter ytterligare ett antal timmar, medan man förtvivlat försökte klara ut vad som hänt, vaknade reaktorn på nytt till liv av sig själv och gick upp i full effekt. Därefter upprepades nedstängningen och återuppvaknandet på nytt, gång på gång om man lät processen fortgå.
Vad som hänt var att kortlivade radioaktiva sönderfallsprodukter absorberade neutronstrålningen så att kärnklyvningen avstannade. När dessa produkter sönderföll vidare avtog absorptionen och klyvningsprocessen kom igång igen. Lyckligtvis kunde reaktorerna snabbt modifieras på plats så att problemet eliminerades. Deras bestrålade bränsleelement omsattes snabbt och innehöll en liten andel plutonium som kunde utvinnas på kemisk väg. Den korta bestrålningstiden krävdes för att minimera halten av den skadliga isotopen Detta är för övrigt en avgörande skillnad mellan en reaktor ägnad åt plutoniumproduktion och en avsedd för kraftproduktion. I den sistnämnda byts bränslestavarna bara när deras förbrukats, vilket tar fem till sex år.
De båda vägarna att utveckla ett vapen fortgick simultant och båda blev klara 1945. Uranbomben »Little Boy» var en enkel konstruktion där en kort kanon sköt en i botten förstärkt cylindrisk projektil, öppen i nosen, bestående av inkapslade ringar av över en plugg uppbyggd av mindre ringar av Tillsammans bildade de med marginal en kritisk massa som omgavs av en fördämning av stål och wolframkarbid samt fyra initiatorer. Bomben ansågs vara så tillförlitlig att den inte behövde testas. Dess nackdel låg i att den var mycket ineffektiv – bara 1,5 procent av det som fanns i laddningen förbrukades vid kärnklyvningen. Resten förgasades och blev till radioaktivt nedfall. Orsaken till det låga utnyttjandet av uranet
var att laddningen redan tidigt när kedjereaktionen kommit igång expanderade så att massan blev subkritisk och kärnklyvningen avbröts. Den lilla stålfördämningen kunde inte nämnvärt påverka detta.
Plutoniumbomben »Fat man» erbjöd däremot tekniska svårigheter på en helt annan nivå. Själva materialet plutonium var svårt att arbeta med, både på grund av dess egenskaper som metall (självantändande i luft, varierande täthet beroende av temperatur) och nödvändiga arbetsskyddshänsyn (plutonium avger alfapartiklar som är hälsofarliga om de kommer in i kroppen). När laddningen skulle initieras måste den bringas till kritisk massa extremt snabbt. Enda sättet att åstadkomma detta var genom att bomben komprimerades kraftigt i initieringsögonblicket.
Bomben gavs därför en utformning som ett klot med tre olika lager. Ytterst fanns ett system med så kallade explosiva linser, bestående av snabba respektive långsamma sprängämnen (över två ton), som symmetriskt fokuserade explosionskraften inåt mot laddningens centrum. Därefter kom ett ihåligt klot med naturligt uran, vars syfte var att dels jämna ut och överföra explosionskraften vidare mot centrum på laddningen, dels reflektera neutroner tillbaka in mot detta centrum och slutligen att genom sin massa fungera som en fördämning och fördröja
plutoniumladdningen expansion under kärnklyvningen. Därmed kunde man vinna tid för flera klyvningsgenerationer och få ett betydligt bättre utnyttjande av det klyvbara materialet. Däremot deltog inte uranet i själva kärnklyvningsprocessen – det skulle komma med senare vapenkonstruktioner. Innerst fanns sedan själva plutoniet, utformat som ett ihåligt klot av mindre än kritisk massa.
Vid den våldsamma kompressionen skulle dess atomer packas så tätt att massan blev kritisk. I mitten på plutoniumklotet fanns slutligen initiatorn, som skulle svara för den inledande »duschen» av neutroner.
Bland de svårigheter man mötte under bombens utveckling fanns främst utformningen av skalet med de explosiva linserna. Så sent som några månader före det första fullskaleprovet började konstruktörerna tro att man skulle lyckas, men somliga tvivlade i det längsta på att kompressionen skulle fungera. För att ett explosivämne av vad slag det vara må ska kunna bli ett vapen krävs att det ska kunna ges en form, inkapsling och säkrings-/ utlösningssystem som kan transporteras av en för uppgiften anpassad och tillräckligt kvalificerad vapenbärare – vid denna tidpunkt ett bombplan.
Lyckligtvis hade flygplanstillverkaren Boeing redan 1938 på uppmaning av det amerikanska arméflyget börjat skissa på bombplanskonstruktioner som hade tryckkabin som gemensam nämnare. Man var därför väl förberedd när arméflyget i december 1939 återkom med en formell beställning på utvecklingen av ett »superbombplan» som skulle bli den historiska Boeing B-29 Superfortress.
I augusti 1940 lade Boeing fram ett förslag på det nya planet som resulterade i en beställning
av utveckling och tillverkning av två prototyper. Arbetet från konstruktion till färdigt provflygplan tog bara 25 månader. Flygvapnets intresse för flygplanet var så stort att man redan vid tidpunkten för den första provflygningen hade beställt inte mindre än 1 664 exemplar av planet. Denna brådska skulle visa sig vara högst olycklig och försena planets inträde i operativ tjänst mer än vad man möjligen tjänade på den snabba produktionsstarten.
Jungfruflygningen ägde rum i september 1942 och upplevdes mycket positiv. Emellertid dröjde det inte länge innan ett fundamentalt fel med överhettade motorer visade sig. Det ledde bland annat till att den andra prototypen kraschade i februari 1943. Provflygningsprogrammet fortsatte och modifieringar i motorkylningen minskade för ögonblicket brandrisken.
I september 1943 började serieproduktionen. Dock krävde planets talrika brister omgående modifieringar och ombyggnader av färdiga plan. Detta medförde stora leveransförseningar som i sin tur ställde alla planer på organiserande av nya bombflygdivisioner, systematisk utbildning av besättningar och operativ insats av planet på huvudet. De första operativa flygdivisionerna med B-29:or kunde inte ställas upp förrän under sommaren 1944.
Samtidigt började man närma sig den första provsprängningen av ett kärnvapen: Trinitytestet. Om urankärnladdningens funktion var man så övertygad att något fullskaleprov inte ansågs nödvändigt. För plutoniumladdningen var läget ett annat. Även om dess funktion rent kärnfysiskt ansågs säkerställd, innehöll laddningen en mängd nya tekniska lösningar där bara vissa kunde prövas i förväg. Därför planerades från början ett komplett test med en laddning av denna typ. Tiden var också knapp – man ville från militärt och politiskt håll använda det nya vapnet för att tvinga Japan till kapitulation både före den planerade landstigningen på det japanska hemlandet och innan Sovjet hade inträtt i kriget mot Japan och kunde göra anspråk på en egen ockupationszon (som i Tyskland).
Faktum är att komponenterna till de två första operativa bomberna började transporteras till bombflygbasen på ön Tinian i Marianerna redan innan Trinitytestet utförts – så knappa var tidsmarginalerna. Försöket skulle också om möjligt utföras i tid så att ett lyckat resultat skulle kunna imponera på Sovjetledaren Josef Stalin under toppmötet i Potsdam i juli 1945. Denne var dock genom framgångsrikt spionage tämligen väl underrättad om hur Manhattanprojektet fortskred.
Provet förbereddes under svår tidspress. För att få försöksladdningen klar fick man improvisera. När det visade sig att vissa av dess specialgjutna sprängladdningssektioner innehöll luftfickor borrade man försiktigt hål genom sprängämnet och hällde in extra doser. Några dagar före försöket utfördes en motsvarande sprängning av en attrapp, komplett så när som på själva plutoniumladdningen. Mätningar angav att den nödvändiga symmetriska kompressionen av fördämningen och plutonium inte skulle gå att åstadkomma, vilket väckte allmän bestörtning innan det visade sig att slutsatsen berodde på ett mätfel. Ett envist rykte att en kärnladdningsinitiering skulle få atmosfärens kväve att klyvas i en kedjereaktion och bränna
upp hela jordklotet fick på nytt vederläggas. Under den sista natten före försöket, när laddningen hade hissats upp i toppen på provtornet och kopplats upp för fjärrinitiering om några timmar, passerade en lokal åskstorm med blixtar och regn bara en mil därifrån och utsatte försöket för ett hot man inte alls hade beaktat vid dess utformning.
Försöket med historiens första kärnladdning genomfördes slutligen någon timme före gryningen den 16 juli 1945, på ett stort skjutfält i New Mexicos öken. Det innebar att mänsklighetens
inträde i atomåldern med allt vad det skulle innebära på gott och ont markerades i ett många hundra meter stort eldklot som under ett ögonblick badade den karga öknen i ett onaturligt blåvitt ljus.
Lättnaden över framgången var stor – det rörde sig ju faktiskt om ett prov av största betydelse för det fortfarande pågående kriget, inte bara ett vetenskapligt och tekniskt försök. Oppenheimer lär bara kort ha konstaterat att »den fungerade», men skulle senare beskriva sina känslor med det inledande citatet ur hinduismens heliga skrift.
B-29:an hade tidigt utpekats som den enda tänkbara bäraren av det nya vapnet. Projektets ledning hade – något skämtsamt – hotat chefen för arméflyget med att om inte B-29:an blev färdig i tid skulle man istället använda den brittiska Lancasterbombaren! Anpassningen av ett mindre antal B-29:or till den externa utformningen av de nya bomberna började stegvis redan 1943 med ombyggnad av bombrummen och bombens upphängningsoch fällningsmekanism, där man blev tvungen att använda en brittisk lösning.
När detaljkonstruktionen av kärnvapnen fått fast form i början på 1945 fanns underlag för en fortsatt modifiering av de B-29:or som skulle kunna bära de nya vapnen: bombrumsanpassning, installation av elektronisk utrustning för statuskontroll och osäkrande av bomben, samt operatörsplats för detta. Allt under kodnamnet »Silverplate».
En insats av det nya vapnet mot mål i Japan, som nu var en praktisk möjlighet, hade i flera månader varit föremål för en intensiv diskussion i de högsta vetenskapliga och militära kretsarna. Man diskuterade det lämpliga i att alls använda detta nya vapen och vilken typ av mål det i så fall