Little Boy i Fat Man – pierwsze bomby atomowe

 

 

W początkowym okresie funkcjonowania laboratoriów Los Alamos, tj. wiosną 1943 r., zgromadzeni tam naukowcy i technicy, po przejściu cyklu wykładów, które miały wprowadzić ich w zagadnienia teoretyczne, przystąpili do realizacji projektu – budowy bomby atomowej. Z przyjętych założeń wynikało, że sercem bomby (rdzeniem) powinna być kula metalicznego uranu U-235 lub plutonu Pu-239, otoczona grubą warstwą reflektora, wykonanego z materiału dobrze odbijającego neutrony. W materiałach tych może rozwijać się lawinowa reakcja rozszczepienia, gdy masa ładunku przekroczy masę krytyczną. Masę krytyczną uranu U-235 wstępnie szacowano na 15 kg, a plutonu Pu-239 na 5 kg. Wyzwolenie wielkiej ilości energii w bardzo krótkim czasie, czyli wybuch, wymaga jednak zgromadzenia materiału rozszczepialnego w ilości kilkakrotnie przekraczającej masę krytyczną. Z tego warunku wynikał podstawowy problem konstrukcyjny – jak złożyć taki rdzeń, aby żaden z jego komponentów nie przekraczał masy krytycznej. Drugim, nie mniej ważnym, była możliwość detonacji przedwczesnej (tzw. predetonacji), tj. zapoczątkowania reakcji łańcuchowej przed osiągnięciem najdogodniejszej konfiguracji, czyli przed całkowitym zestawieniem rdzenia. Predetonację mogły wywołać neutrony pochodzenia zewnętrznego lub generowane spontanicznie w rdzeniu albo materiałach stanowiących korpus ładunku. Energię wyzwalaną w detonacji przedwczesnej oceniano najwyżej na kilkadziesiąt ton TNT2. By wywołać wybuch jądrowy o dużej sile, tj. kilka-kilkadziesiąt kiloton TNT należało błyskawicznie zestawić rdzeń, wprowadzić do niego neutrony, zapoczątkowujące reakcję łańcuchową i przytrzymać rdzeń w stanie nadkrytycznym jak najdłużej. Ponieważ materiały rozszczepialne, ze względu na niezwykle trudny, skomplikowany i czasochłonny proces otrzymywania były bardzo cenne, ładunek atomowy musiał być skonstruowany również w taki sposób, aby zapewnić możliwie największą jego sprawność – użyć jak najmniej materiału aktywnego i wykorzystać go najbardziej efektywnie.