nukleární bomba

Foto: TheDigitalArtist/Pixabay

Otázka výroby energie ve hvězdách podnítila ve 30. letech 20. století celou generaci mladých fyziků, kteří začali pracovat v této oblasti a zkoumali základy kvantové a jaderné fyziky, píše Natural Sciences. Jejich zkušenosti a metodologie byly zásadní pro projekt Manhattan, který usnadnil rychlý vývoj atomové bomby.

Zkušenosti a poznatky získané z Projektu Manhattan pak po válce přešly zpět do jaderné astrofyziky a vedly k jejímu dalšímu rozvoji. Tento článek je motivován otázkou, která byla vznesena ve filmu Oppenheimer, který se ptá, zda „bomba může zapálit atmosféru?“. Hledání odpovědi vyžaduje úzkou intelektuální výměnu mezi fyzikou atomové bomby a fyzikou hoření hvězd a právě tato výměna je tématem tohoto příspěvku.

Klíčové obavy, které vyslovil teoretický fyzik Edward Teller na náborové schůzce v Kalifornii, spočívaly v tom, že by se reakce mohla stát trvalou, jako je tomu na Slunci.

„Teller se obával, že proces detonace štěpné bomby by mohl zahrnovat rychlé lokální zahřátí atmosféry, při kterém,“ nastiňuje nový dokument na toto téma, „by kvůli možnému nedostatku chladicí schopnosti mohla teplota stoupnout natolik, že by se jádra dusíku 14N v atmosféře mohla spojit mezi sebou nebo s jinými lehkými složkami atmosféry, jako je vodík 1H, uhlík 12C nebo kyslík 16O.“

V rámci projektu Manhattan na to přišli přední fyzikové té doby. V roce 1942 se Oppenheimer vydal vlakem za Arthurem Comptonem, nositelem Nobelovy ceny a odborníkem na radiační fyziku, aby se pokusil získat odpovědi. Nebo alespoň nejlepší odpovědi dostupné bez experimentálních dat (odpálení velké bomby a zjištění, zda planeta vzplane).

Compton si na toto setkání vzpomněl i po letech a hovořil o Oppenheimerových obavách.

„Jádra vodíku,“ vysvětlil Arthur Compton v roce 1959 časopisu American Weekly, „jsou nestabilní a mohou se spojit v jádra helia s velkým uvolněním energie, jako se to děje na Slunci. K odpálení takové reakce by byla zapotřebí velmi vysoká teplota, ale nebyla by právě nesmírně vysoká teplota atomové bomby tím, co je zapotřebí k výbuchu vodíku?“

Existovala také možnost, že by se totéž mohlo stát v oceánech.

„A když vodík, pak co ten, který je součástí mořské vody? Nemohl by výbuch atomové bomby vyvolat explozi samotného oceánu? Ani to nebylo vše, čeho se Oppenheimer obával. Dusík ve vzduchu je také nestabilní, i když v menší míře. Nemohl by být také odpálen atomovým výbuchem v atmosféře?“

To by samozřejmě válku sice ukončilo, ale až příliš trvale, vzhledem k tomu, že by při vzniklé reakci zahynuli muži, ženy i ryby.

„Byla by to největší katastrofa,“ pokračoval Compton. „Lepší přijmout otroctví nacistů, než riskovat, že se nad lidstvem zatáhne poslední opona.“

Compton však Oppenheimerovi řekl, že by k ní v atmosférických podmínkách nedošlo. Ochlazení zářením by bylo vždy příliš rychlé na to, aby se taková reakce udržela, jak později napsal Teller ve zprávě utajované až do roku 1979.

„Ztráty energie zářením vždy převyšují zisky způsobené reakcemi,“ napsal ve zprávě a dodal: „Dosažení takových teplot je nemožné, pokud se nepoužijí štěpné nebo termonukleární bomby, které výrazně převyšují bomby, o nichž se nyní uvažuje.“

Otrávení atmosféry

Na základě experimentálních údajů, včetně testů, při nichž byly kovány „zakázané“ kvazikrystaly, nyní víme, že trvalé reakce v oceánech a atmosféře nejsou vyvolány jadernými výbuchy. Jak však upozorňuje nový článek, jehož autory jsou Michael Wiescher a Karlheinz Langanke, původní týmy přehlédly klíčovou reakci. Ačkoli se vzhledem k hojnému výskytu dusíku v atmosféře nejvíce zabývaly reakcí 14N, neuvažovaly o reakci 14N(n,p)14C, při níž vzniká 14C v hojném množství.

„Špička radiouhlíku v naší atmosféře rychle klesá, protože tento dlouhotrvající izotop uhlíku je absorbován rostlinami prostřednictvím uhlíkového cyklu. V důsledku toho se stává součástí všech biologických materiálů po tisíce let,“ uzavírá tým. „Tento radiokarbon zůstává v našich tělech a slouží jako trvalá připomínka lidské arogance vedoucí k vývoji jaderných zbraní, před kterými chtěl Oppenheimer varovat.“

---

Zdroje:

• 1 Johnson M. Jak Oppenheimer zvážil pravděpodobnost, že test atomové bomby ukončí Zemi. Zpřístupněno 22. července 2023.https://www.washingtonpost.com/science/2023/07/22/oppenheimer-manhattan-project-history-atomic-bomb-test/Google Scholar
• 2 Neumann T.  Je to stále pokrok nebo katastrofa.Der Spiegel, 22. července 2023. Google Scholar
• 3 Compton AH , Allison SK . Rentgenové záření v teorii a experimentu . D. Van Nostrand Company, Inc; 1935. Google Scholar
• 4 Huisman D , Huisman H . Setkání Arthura Holly Comptona a J. Roberta Oppenheimera ve státním parku Otsego Lake v červenci 1942. Michigan History Magazine. 2010 .Google Scholar
• 5 Konopinski EJ , Marvin C , Teller E. Zapálení atmosféry jadernými bombami. Los Alamos National Laboratory , LA-602, duben 1946. (odtajněno 1979) .Google Scholar
• 6 von Weizsäcker CF . Atomkerne, Grundlagen and Anwendungen ihrer Theorie . Akademische Verlagsgesellschaft; 1937: 163-166 . _ _Google Scholar
• 7 Gamow G . Ke kvantové teorii atomového jádra . J Phys A. 1928 ; 51 : 204-212 . _ _CASGoogle Scholar
• 8 Teller E , Ulam S . Heterokatalytické detonace — hydrodynamické čočky a radiační zrcadla. Los Alamos National Laboratory, LAMS-1225 Weapon Data, březen 1951. (Částečně odtajněno 1981) .Google Scholar
• 9 Percy W , Bridgman z H . Oppenheimerův mentor jako vysokoškolský student a nositel Nobelovy ceny z roku 1946 napsal v dopise: „Pokud bomba exploduje v oceánu, vodík se může přeměnit na helium s astronomickým uvolněním energie,“ citoval Alex Wellerstein, „Amerika na atomové křižovatce“. “. The New Yorker , 25. července 2016 .Google Scholar
• 10 Buck P . Bomba — Konec světa. The American Weekly (8. března 1959) .Google Scholar
• 11 Dudley HC . Konečná katastrofa . Bull Atomic Sci . 1975 ; 31 ( 9 ) : 21-24 . _PohledWeb of Science®Google Scholar
• 12 Eddington AS. Vnitřní složení hvězd. Příroda. 1920 ; 106 ( 2653 ) : 14-20. PohledGoogle Scholar