Bu mətn Atomun hekayəsi məqaləsinin davamıdır.
Niels Bohr (nils bor) atomun quruluşu haqqında mükəmmələ yaxın modeli qurduqdan sonra, Einstein ilə görüşüb, elmi işlərini ona göstərmək üçün, İngiltərədən gəmi ilə ABŞ-a doğru yola çıxır. Həmçinin, siyasi fikirlərinə görə və əcdadlarının yəhudi olması səbəbiylə, Bohr, doğma ölkəsi olan Danimarkanı, Hitlerin işğalı zamanı tərk etmək məcburiyyətində qalır. İrqçi Nazi rejimindən qaçan, bir digər yəhudi əsilli – Einstein, artıq 1933-cü ildən bəri Amerikanın New Jersey ştatında, Princeton Universitetində dərs deyirdi. Bohrun məsləhəti ilə, Lisa Meitner, uranın neytron bombardmanı əsnasında çıxan enerji miqdarının hədsiz çox olduğunu hesablayır. Meitner, bu nəticələri Otto Hahn və Fritz Strassmann ilə paylaşır və onlar uran fizyonu ilə əlaqəli elmi məqalə yazırlar. Bu məqalə, “Alman Elmi Dərgisində” yayımlansa da, bir çox avropalı alim uran atomunun parçalana biləcəyini hələ də qəbul etmək istəmir. Enrico Fermi də, həyat yoldaşı Lara Ferminin yəhudi əsilli olmasını ciddi səbəb görərək və bundan qorxaraq, İtaliyadan, yəni o dövrün irqçi Mussolini rejimindən Amerikaya köçmək qərarı alır. Amerikada toplanan avropalı alimlər bir araya gəlib, uraniumun parçalanmasını daha dərindən öyrənirlər. 1938-ci ildə, neytron bombardmanı ilə yeni radioaktiv izotoplar sintez etdiyi üçün, Enrico Fermiyə fizika Nobel mükafatı verilir.
1939-un yayı yaxınlaşırdı. Amerikadaki alimlər Nazi Almaniyasının törədə biləcəklərindən narahat idi. Fermi də, bu narahatlığı paylaşır və Vaşinqtondakı general Leslie Groovesla görüşərək, Hitlerin tezliklə atom bombası hazırlatdıra biləcəyi xəbərini çatdırır. Atom bombasının kimyəvi bombalardan yüzlərlə qat daha güclü partlayacağını izah etməyə çalışsa da, Grooves onu ciddiyə almır. Fermi həm də ingilis dilində çox zəif danışırdı deyə, Grooves onu yaxşı başa düşməmişdi. Bundan sonra, iki macar alim – Leo Szilard və Eugene Wegner, həmin ərəfələrdə yetərincə məhşur olmuş Einsteinə, ABŞ prezidenti Franklin Rooseveltə məktub yazmasını təklif edirlər. Məktubu həmin macar alimlər yazır, Einstein isə imzalayır. Məktubda deyilir: “Enrico Fermi və Leo Szilardın atom parçalanması ilə bağlı araşdırmaları, məni, uran elementinin böyük ölçüdə enerji potensialına sahib olması haqqında düşündürür. Bu enerji yaxın zamanda əldə oluna bilər. Uranın artıq ölçüsünü alıb, nüvə zənciri reaksiyasını quraşdıra bilər və bunun nəticəsində böyük güc əmələ gətirə bilərik. Hətta, daha sonra, atom bombası da qura bilərik… Dünya tarixində ilk dəfə, insanoğlu günəş enerjisi resursundan istifadə etmədən, enerji daşıyan sistem təsis edəcək” (2 Avqust, 1939-cu il). Roosevelt məktubu oxuduqdan dərhal sonra, bir sıra alimi özündə cəmləyən “Uran Komitəsi”nin qurulması qərarını verir.
İkinci dünya müharibəsi, 1 Sentyabr, 1939-cu ildə başlayır. Fermi, həmin vaxt, New York ştatında, təyin olunduğu Columbia Universitetində, araşdırmalarına davam edirdi. Fermiylə birlikdə çalışan Leo Szilard, nüvə zənciri reaksiyasını qurmaq üçün, uran-neytron bombardmanı eksperimentinə qrafit əlavə etmə təklifini edir. Fermi, daha öncə, su və parafinlə etdiyi neytron bombardmanında, artıq miqdarda neytronların, sudakı və yaxud parafindəki hidrogenlər tərəfindən udulmasını və bununla da, neytron itkisinə məruz qalındığını anlamışdı. Bu ondan qaynaqlanır ki, neytron və hidrogenin (protonun) ölçüləri bir-birinə olduqca yaxındır. Qrafit isə, heksaqonal karbon atomlarının geometrik quruluşuna görə, neytronların sürətini sadəcə azaldacaqdı. Lakin, Szilard və Fermi qrafiti test edərkən, neytronların yenə azaldığının fərqinə varır. Bunu, içində neytron uducu maddə ilə əlaqələndirib, qrafiti analiz edirlər və nəticədə, istehsal olunan qrafitin tərkibində bor elementinin olduğunu tapırlar. Bor, önəmli ölçüdə neytron udma özəlliyinə sahibdir. Bundan sonra, fabriklərə “boron-free” (bor qatqısız) qrafit istehsal etməyi tapşırırlar. Bu kiçik, amma önəmli kəşf bəlkə də, II-ci dünya müharibəsinə ciddi təsir edəcək amil idi, çünki, Hitlerin atom bombası layihəsində çalışan və ilk dəfə uranın neytron ilə nüvə parçalanmasını göstərən alim – Otto Hahn, atom bombası hazırlanması zamanı qrafiti test etmiş və onun neytron moderatoru olmasını uyğun görməmişdir. Bu hadisə, almanların effektiv atom bombası hazırlanması prosesini xeyli dərəcədə ləngidmiş, ABŞ-ın isə II-ci dünya müharibəsini sonlandırmasına qədər aparıb çıxarmışdır.
Fermi “Nüvə Reaktor”u quraşdırma planı üzərində araşdırmalara başlayır. İlkin tərtibə görə, “Columbia nüvə bombası” adlanan, 6 x 6 x 6 qat, kub formasında, 150 sm uzunluğunda olan reaktorun, üstdən və altdan ilk qatı qrafit olmalı, 2-ci və 5-ci qatları cüzi miqdarda uran və qrafit qarışımı təşkil etməli, ortadakı 2 qat isə sadəcə saf urandan ibarət olmalı idi.
Fermi, Arthur Compton (1927-ci ildə parçacığın bir növ elektormaqnetik şüalanma funksiyasını, yəni Compton effektini kəşf etdiyi üçün, fizikadan Nobel mükafatı ilə təltif olunmuş alim) və yanında çalışan 3 yardımçı tələbə, saf uraniumla, qrafit qarışıq uranium qatlarının aralarına Cd (kadmium) çubuqlarını doldurur. Fermi, tələbələrinə, çubuğu 30 sm çölə doğru çəkməyi göstəriş verir. Nəticə dəyişməz qalınca, 30 sm daha çəkməyi istəyir və bu zaman Geiger-hesablayıcısı radioaktivliyi saymağa başlayır. Çubuğun ucuna gəldiyi an (150 sm çəkildiyi zaman), nüvə zənciri reaksiyası başlamış olur. Arthur Compton və 3 yardımçı tələbə, dünyada ilk dəfə baş tutan, nüvə zənciri reaksiyasına şahid olurlar. Daha sonra, Compton, Harvard Universiteti rektoru James Conantı bu işlərdən xəbərdar edərək, prezidentə çatdırmasını istəyir. Conantla Compton arasında maraqlı bir telefon görüşməsi baş tutur:
Compton: Sizə maraqlı ola bilər ki, italiyan kapitan yeni dünyada enibdir artıq.
Connant: Ciddisiniz? Xalqlar dostluq içində idilər?
Compton: Hərkəs çox rahat və xoşbəxt bir şəkildə eniş edibdir.
Bu cür sirli üslubda danışmaq, işin nə qədər ciddi və məxfi olduğunun göstəricisi idi. Amerikada yaşayan almanların sayı, digər xalqlara görə üstünlük təşkil edirdi və hökümət, almanların, atom bombası araşdırmasından xəbər tuta biləcəklərindən çox qorxurdu. Hətta, bir ara ABŞ-da, almanlar çevriliş edəcək kimi şayiələr gəzirdi. Bunun üçün, başda alimlər olmaqla, insanlar ciddi nəzarət altında idi.
6 Dekabr, 1941-ci il. Yaponiyanın dəniz qüvvələri, ABŞ-ın Pearl Limanını bombalayır və cavab olaraq, ABŞ Yaponiyaya qarşı müharibə elan etdiyi xəbərini yayır. Yaponiyanın müttəfiqləri – Almaniya və İtaliya da ABŞ-a qarşı müharibə elan edirlər. Prezident Roosevelt, nüvə araşdırması üçün, on milyonlarla dollar vəsait ayırır. Professor Arthur Compton bütün ABŞ-ın nüvə araşdırma rəhbəri təyin olunur. Leslie Groves, hərbi əməliyyatları genişləndirmək məqsədilə, “Manhattan layihəsi”ni qurur və Robert J. Oppenheimeri elmi rəhbər təyin edir. Bu layihəyə görə, planlı şəkildə çalışmalar edərək, tezliklə, güclü nüvə silahı hazırlanmalı idi. Bütün nüvə araşdırması aparan alimlər Çikaqo Universitetinə dəvət olunur. Fermi, Columbia Universitetindəki quraşdırdığı ilk nüvə reaktorunu daha da böyütmək məqsədilə, Çikaqoya köçür. Nəticədə, layihənin adı “Çikaqo nüvə bombası” adlanır. Bu dəfə, ölçülər qat-qat böyükdür – 10 m x 20 m x 9 m quruluşunda olan, çəkisi daha çox olan qrafit və uran daşıyan bu bomba, 57 qatdan ibarət idi. Çalışdıqları yerin adı “Metallurgiya Laboratoriyası” adlanırdı ki, heç kəs bu bölgəyə şübhə ilə yanaşmasın. Bu laboratoriyaya Fermi və köməkçiləri xaric heçkəs buraxılmırdı, hətta onların həyat yoldaşları belə. 2 Dekabr 1942-ci ildə, “Çikaqo nüvə bombası” layihəsi yekunlaşır və Fermi nüvə zənciri reaksiyasını bir daha test edərək, güclü enerji ayrılmasının şahidi olur. Bu zaman, zəncir reaksiyasını dayandırmaq üçün kadmium çubuqlarını, uraniumla qrafit arasındaki boşluqlara doldururlar*.
*Qeyd – 1986-cı ildəki Çernobıl qəzasında, yüksək cərəyan dalğalanmalarından qaynaqlanan yanğın sırasında, reaktordakı qrafitə çatan istilik enerjisi, uran – neytron bombardmanı, yəni, nüvə zəncir reaksiyasının anidən başlamasına təkan verib. İstilik hərarəti həddindən artıq olduğu üçün, kadmium çubuqları reaktora dola bilməyib və nəticədə radioaktiv partlayış baş verib. Kadmium çubuqları yüksək hərarətlərdə faydasız olur.
Müharibə planlarının bir digər layihəsi olan “Üç məxfi şəhər” (Three secret cities) adlı elmi araşdırmaya sürətlə keçid edilir. Layihəyə, hərbi əməliyyatların tərkibində yer alan, Manhattan layihəsinin bir hissəsi kimi, general Leslie Groves tərəfindən ciddi şəkildə nəzarət edilirdi. Groves, üç fərqli ştatda böyük ərazilər satın alaraq, nüvə reaksiyaları araşdırmalarına şərait yaratmışdı.
Birinci məxfi şəhər – Oak Ridge
Kod adı “Clinton Mühəndisliyi” olan, bu məxfi şəhər, Tennessee ştatında yerləşir. Tennessee çayının yanında yerləşən Oak Ridge, uran zənginləşdirməsi missiyasını yerinə yetirəcəkdi. Bu iş çərçivəsində çalışan araşdırmaçılar, uran-238 izotoponun nüvə zənciri reaksiyasına daxil olduğunu, lakin neytron-bombardmanı zamanı parçalanmadığını müşahidə edirlər. Əvəzində isə uran-235 izotopunun netyronla reaksiyası nüvə parçalanma prosesini təmin edirdi. Beləliklə, təbiətdə toplam uranium miqdarının 99.3 % təşkil edən uran-238 izotopu atom bombası üçün faydasız olacaqdı. Bunun üçün də, geriyə qalan 0.7 % həcmindaki uran-235 daha da çoxaldılmalıydı. “Clinton Mühəndisliyi” uran-235 zənginləşdirilməsini iki üsulla edəcəkdi: a) filtr istifadə edərək, uran izotopları qarışımından, uran-235 izotopunu ayırmaq; b) elektromaqnitdən istifadə etmək və sürət fərqinə əsaslanaraq, uran-235 izotopunu zənginləşdirilmək.
Bu fabrikdə yüzlərlə metr uzunluğunda borulardan istifadə olunmuşdu. Yenicə kəşf olunmuş teflondan (politetrafloroetilen) isə, boruları sıx şəkildə bir-birinə bağlamaq üçün istifadə edilmişdi. Teflon, həm də, boruları, istifadə ediləcək UF6 məhlulunun korroziyasından qoruyacaqdı. İlkin olaraq, çalışanlar uran metalını sulfat turşusunda həll edirlər. Ondan sonra, məhlula flor ionu əlavə edib, qaz halındakı UF6 maddəsini əldə edirlər (99.3 % 238UF6 + 0.7 % 235UF6). Daha sonra, iki izotoplu maddə qarışığını, boruya effuziya edərək, ayırırlar. Bu zənginləşdirmə prosesi, maddələrdəki kütlə fərqinə və daha az kütləyə sahib maddənin daha sürətlə effuziya etmə qabilliyətinə görə baş verir (Graham qanunu). Beləliklə, 0.7 % faizlik 235UF6 maddəsi, sonda, ~75 %-lik 235UF6 maddəsinə çevrilir. Uran-235 zənginləşdirilməsi bitdikdən sonra, 235UF6, bomba hazırlanmasındaki növbəti mərhələlər üçün, digər məxfi şəhərlərə göndərilir.
Günümüzdəki kütlə spektroskopiyasının da çalışdığı prinsiplə – elektromaqnitlə iki fərqli kütləli maddəni ayırmaq fikri ortaya atılır. Lakin, iri həcmdə uran-235 əldə etmək üçün, çox böyük elektromaqnitə ehtiyac var idi. 1939-cu ildə, Kalifornianın Berkeley Laboratoriyasında çalışan Ernest Lawrence siklotronu kəşf edir və uran zənginləşdirilməsi üçün ilk addımı atır. Siklotronun çalışması üçün, maqnit olaraq Cu (mis) məftillərini istifadə etmək ən ağıllı ideya idi, amma, müharibə vaxtı bütün mis məftilləri əsgərlərin telefonla əlaqə saxlaması üçün yerə döşənmişdi. Fe (dəmir) də yaxşı fikir idi, ancaq, effektiv maqnit düzəltmək üçün onun özəyini çıxarıb, məftil düzəltmək çətin olacaqdı. Lawrence siklotronu, Leslie Groves vasitəsi ilə “Clinton Mühəndisliyi”nə göndərir. Maqnit məsələsi isə, Xəzinə Nazirliyindən 1.5 ton çəkisində Ag (gümüş) borc alınıb, Oak Ridge-da əridilib, məftil hazırlanaraq həll edilir (Müharibə bitdikdən sonra, alimlər, gümüşü Xəzinə Nazirliyinə geri qaytarırlar).
İknci məxfi şəhər – Washington
Berkeley Laboratoriyasında araşdırma aparan 12 alim – Ernest Lawrence, Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, Owen Chamberlain, Emilio G. Segrè, Donald A. Glaser, Melvin Calvin, Luis W. Alvarez, Yuan T. Lee, Steven Chu, George F. Smoot və Saul Perlmutter, uran-238 izotopundan neytron bombardmanı zamanı, qısa ömürlü uran-239 izotopunun əmələ gəldiyini kəçf edirlər. Alimlər, həmçinin, Uran-239 izotopundan, ß-şüalanması nəticəsində, Np-un (neptunium), Np-dan isə, ß-şüalanması nəticəsində, Pu (plutonium) elementinin əmələ gəldiyini kəşf edirlər. Beləcə, illər sonra, uran-238 izotopunun nüvə zənciri reaksiyasına girməməsi ilə bağlı olan yanlış fikir təqzib edilir. Həmçinin, alimlər nüvə zənciri reaksiyaları ilə, astatin, plutonium, kurium, amerisium, berkelium, kalifornium, eynşteynium, fermium, mendelevium, nobelium, lavrensium, dubnium, siborgium və texnesiumu, radioaktiv izotop hallarında sintez edib, kəşf edirlər. 239Pu da 235U kimi neytron bombardmanı zamanı fizyon reaksiya əmələ gətirib, böyük enerji açığa çıxarır. Plutonium, hətta, urandan daha radioaktiv olub, neytron-bombardmanı sırasında dəfələrlə böyük partlayışa səbəb olacaq potensiala sahibdir.
Şəkil 5. Uran-239 izotopunun nüvə zənciri reaksiyası. Plutonium-239, atom bombasında istifadə olunan digər maddədir (Müəllifin əlyazısından).
Bu özəlliklərinə görə, ikinci məxfi şəhər Plutonium-239 sintez etməli idi. Leslie Groves sırf bunun üçün, Vaşinqtonda, Columbia çayının yanında Hanford və Richland adlı iki böyük ərazi satın alır. Ferminin Chicago nüvə reaktorunun, 1 plutonium atom bombası hazırlaması üçün 70 min il vaxt lazım idi. Ona görə də, bu əraziyə 3 nəhəng nüvə reaktoru inşa edilir və ərazidə yaşayan insanlar təxliyə edilir. Şəhərin kod adı isə “Hanford Mühəndislik İşləri” adlanır. Maksimum elektrik gücündə çalışan nüvə reaktorlarını Columbia çayının suyu ilə soyudurdular. Ətrafa radioaktivlik yayılmasın deyə, reaktorların ətrafını beton divarlarla hasarlamışdılar. Bu əraziyə, çalışanlardan başqa, heç kəs buraxılmırdı. Hətta, alimlərin poçt ilə sifariş etdiyi əşyalar belə, xüsusi icazə ilə əraziyə buraxılırdı. Bu hekayəni isə, dövlət qulluqçusu olan tək bir jurnalist sonradan dərc edir.
Alimlər plutonium və digər radioaktiv elementlər haqqında ciddi araşdırmalar da edirdilər. Hədəf, plutoniumun üç il ərzində yetəri qədər sintez olunması idi.
Üçüncü məxfi şəhər – Los Alamos
Uran-235 və Pluton-239 maddələri toplanandan sonra, növbəti mərhələ atom bombasını qurub, test etmək olacaqdı. Bunun üçün, New Mexico ştatı çox uyğun idi, çünki ərazi səhralardan ibarət idi. Üçüncü məxfi şəhərin kod adı “Trinity” idi. Atom bombasının partlaması üçün, minimum lazımi kütlə olan kritik kütlə, nüvə reaktorunda kürə şəklində yerləşdirilməli idi. Kritik kütlədən daha az miqdardakı uran neytronla reaksiyaya girmir, sürətli neytronların kürədən çıxmasına səbəb olurdu. Yetərli miqdarda uran isə, böyük kürə şəklində olduğu üçün, neytronlar uran divarları ilə reaksiyaya girə bilirdi. Uran zənginləşdirməsi sırasında, az saflıqda uran-235 izotopu əldə olunarsa, kritik kütlə arta bilirdi. Partlayışdan qorunmaq üçün, plutonium və ya uran, kritik kütlədən daha az miqdarda reaktorda saxlanmalıydı. Həmçinin, neytronla radioaktiv element bir-birilərindən aralı olmalı idi. Nəzəri analizlərdən sonra, “Üç məxfi şəhər” planını idarə edən, “Manhattan Layihəsi”nin elmi rəhbəri – Robert Oppenheimer, eyni zamanda Niels Bohr və Enrico Fermi, 16 İyul 1945-cı ildə, dünyada ilk dəfə olaraq atom bombası partladır. Rio Grande çayının yaxınlığında yerləşən Los Alamos şəhərindən 400 km uzaqlıqdakı səhrada dərin bir çuxur əmələ gəlir. Diametri 1 km-ə yaxın ərazinin torpağı əriyərək yararsız hala düşür. Test uğurla sonlanır.
6 Avqust 1945-ci il – Hiroşimada 15 kiloton “Little Boy” adlı uran-235 atom bombası partladılır. Şəhər mərkəzini tamamilə sıradan çıxaran bu hadisə, əhalinin üçdə bir hissəsinə yaxın, yəni 120 min adamı öldürür. Geriyə qalan minlərlə adam isə mutasiyaya uğrayır, xərçəng xəstləyinə tutulur və yaxud orqanlarından birini itirir.
3 gün keçdikdən sonra, 9 Avqust 1945-cı ildə, sabaha yaxın, Naqasakidə, 45 kiloton çəkisindəki “Fat Man” adlı, plutonium-239 atom bombası partladılır. Hiroshima bombasından üç-qat daha ağır və urandan daha radioaktiv, plutonium bombasını şəhərin tam mərkəzinə düşürməyi tutdura bilməyən pilot, 80 min insanın ölümünə səbəb olur.
Nagasaki və Hiroşima bugün.
Mənbələr:
- Akbulut, U. (2013). Developments of Chemistry. [Mühazirə].
- Anderson, H. L., Fermi, E., & Szilard, L. (1939). Neutron production and absorption in uranium. Physical Review, 56(3), 84-253.
- Bohr, N., & Wheeler, J. A. (1939). The mechanism of nuclear fission. Physical Review, 56(5), 257-293.
- Curie, E. (2001). Marie Curie: A biography. New York, NY: Da Capo Press.
- Heilbron, J. L., & Seidel, R. W. (1989). Lawrence and his laboratory: A history of the Lawrence Berkeley laboratory (Cild 1). University of California Press.
- Herken, G. (2014). The winning weapon: The atomic bomb in the cold war, 1945-1950. Princeton University Press.
- Stimson, L. H., Truman, H. S. (1947). The Decision to Use the Atomic bomb. Bulletin of the Atomic Scientists, 3(2), 33-67.
Redaktə etdi: Nərmin Abbasova, Balaqardaş Bəşirov, Sadiq Niftullayev
