Próba Trinity

16 lipca 1945 roku o godzinie 5.29.45 czasu lokalnego (Mountain War Time) na pustyni Jornada del Muerto w Nowym Meksyku nastąpiła pierwsza w historii eksplozja jądrowa. Na szczycie trzydziestometrowej stalowej wieży zdetonowano ładunek nazywany przez jego twórców po prostu „Gadget” („urządzenie”) – implozyjną bombę z rdzeniem z plutonu, prototyp bomby, którą trzy tygodnie później miano zrzucić na Nagasaki. Próbę, nazwaną kryptonimem Trinity, przeprowadziła armia Stanów Zjednoczonych w ramach Projektu Manhattan, a obserwowało ją kilkuset naukowców, żołnierzy i techników, w tym dyrektor laboratorium w Los Alamos Robert Oppenheimer i szef całego przedsięwzięcia gen. Leslie Groves.

Kroniki wojny zwykle umieszczają próbę „w Alamogordo”. To skrót: miejsce wybuchu leżało w północnej części poligonu bombowego Alamogordo (Alamogordo Bombing and Gunnery Range), w hrabstwie Socorro, około 56 kilometrów na południowy wschód od miasta Socorro i znacznie dalej od samego Alamogordo. Tydzień przed próbą, 9 lipca, poligon przemianowano na White Sands Proving Ground – dziś to White Sands Missile Range.

Dlaczego plutonową bombę trzeba było wypróbować

Program, który 18 czerwca 1942 roku przekazano armii jako Projekt Manhattan, a we wrześniu tego roku powierzono Grovesowi, szedł od początku dwiema drogami. Pierwszą był rzadki izotop uranu, uran-235, oddzielany od naturalnego uranu w gigantycznych zakładach w Oak Ridge w Tennessee. Drugą – pluton, pierwiastek wytwarzany sztucznie w reaktorach. Możliwość jego produkcji otworzyła pierwsza kontrolowana reakcja łańcuchowa, którą zespół Enrico Fermiego uzyskał w Chicago 2 grudnia 1942 roku; od jesieni 1944 roku uruchamiano kolejne z trzech reaktorów zakładów Hanford Engineer Works w stanie Waszyngton, a pierwszy pluton trafił stamtąd do Los Alamos na początku 1945 roku. To te same zakłady, których pracę w marcu 1945 roku na krótko przerwał japoński balon.

Dla uranu-235 konstruktorzy z Los Alamos mieli prostą i pewną metodę „działa”: jeden podkrytyczny kawałek materiału wystrzeliwano w drugi, tworząc masę nadkrytyczną. Bombę tego typu, później nazwaną Little Boy, uznano za tak niezawodną, że nigdy jej nie testowano. Tę samą metodę planowano zastosować do plutonu (projekt „Thin Man”), ale w 1944 roku Emilio Segrè wykazał, że pluton z reaktorów zawiera domieszkę izotopu pluton-240, który ulega samorzutnemu rozszczepieniu tysiące razy częściej niż pluton-239. Wolne neutrony zapoczątkowałyby reakcję za wcześnie, zanim masa krytyczna w pełni by się utworzyła – bomba „wypaliłaby” z ułamkiem przewidzianej mocy. W lipcu 1944 roku z projektu „Thin Man” zrezygnowano.

Jedynym wyjściem była implozja: kulę plutonu otaczała warstwa materiału wybuchowego, którego symetryczna detonacja miała ścisnąć metal do stanu nadkrytycznego w ciągu milionowych części sekundy. Pomysł wysunął fizyk Seth Neddermeyer, a w wykonalną konstrukcję zamienili go m.in. John von Neumann, który obliczył kształt fali uderzeniowej, i chemik George Kistiakowsky, odpowiedzialny za „soczewki” wybuchowe. Laboratorium w Los Alamos przebudowano w sierpniu 1944 roku właśnie pod ten problem. Nikt jednak nie mógł być pewny, że zawiłe zjawisko zadziała w praktyce – stąd decyzja, by przed użyciem bojowym zdetonować jeden ładunek doświadczalnie.

Przygotowania na „Szlaku Umarłego”

Kierownictwo próby Oppenheimer powierzył w marcu 1944 roku Kennethowi Bainbridge’owi, fizykowi z Harvardu. Spośród ośmiu rozważanych miejsc 7 września 1944 roku wybrano płaską, bezwodną dolinę Jornada del Muerto („Szlak Umarłego”), nazwaną tak przez hiszpańskich podróżników, w obrębie poligonu, który rząd przejął już w 1942 roku. Jedynymi zabudowaniami w pobliżu były opuszczone domy rancza McDonaldów. Pochodzenie kryptonimu „Trinity” nie jest pewne; zwykle przypisuje się go Oppenheimerowi, który po latach wspominał, że myślał o wierszach religijnych Johna Donne’a.

Na pustyni wyrósł obóz dla kilkuset ludzi, sieć dróg, linie telefoniczne i bunkry pomiarowe. Trzy schrony obserwacyjne stanęły 10 000 jardów (ok. 9,1 km) na północ, zachód i południe od wieży; południowy, S-10 000, był stanowiskiem dowodzenia. Na wypadek, gdyby implozja zawiodła, zbudowano „Jumbo” – stalowy pojemnik o masie ponad 200 ton, który miał zatrzymać rozrzucony pluton i pozwolić go odzyskać. Gdy dostarczono go w maju 1945 roku, reaktory w Hanford produkowały już tyle plutonu, że uznano, iż starczy go na drugą próbę, a pojemnik zniekształciłby pomiary. Jumbo nie użyto; ustawiony około 700 metrów od wieży przetrwał wybuch.

7 maja 1945 roku przeprowadzono próbę generalną: zdetonowano około stu ton zwykłego materiału wybuchowego z domieszką radioaktywnych izotopów, by sprawdzić przyrządy i procedury. Właściwy ładunek składano w pierwszej połowie lipca. 13 lipca w sypialni domu McDonaldów, zamienionej w „czysty pokój”, zespół z udziałem Louisa Slotina umieścił w dwóch półkulach plutonowego rdzenia o masie 6,19 kg inicjator neutronowy z polonu i berylu („Urchin”). Rdzeń otoczono płaszczem z naturalnego uranu i ponad dwiema tonami materiału wybuchowego ułożonego w 32 soczewki. 14 lipca „Gadget” wciągnięto na szczyt wieży.

Termin wyznaczała polityka. Najlepszą pogodę meteorolodzy przewidywali na 18–21 lipca, ale prezydent Harry Truman chciał znać wynik przed rozmowami z Józefem Stalinem i Winstonem Churchillem w Poczdamie, więc wybrano 16 lipca – najwcześniejszy dzień, w którym gotowe były wszystkie części. Groves uprzedził gubernatora Nowego Meksyku, że w razie katastrofy może być konieczne wprowadzenie stanu wojennego w południowo-zachodniej części stanu. Wieczorem 15 lipca siedmioosobowa grupa z Bainbridge’em i Kistiakowskym uzbroiła ładunek.

Rachunki niepewności były szerokie. Teoretycy z Los Alamos przewidywali od 5 do 10 kiloton trotylu. W zakładach między uczonymi Edward Teller obstawiał 45 kiloton, a Isidor Isaac Rabi, który przyszedł ostatni, wziął jedyną wolną liczbę – 18 kiloton – i, jak się okazało, wygrał. Fermi na pół żartem przyjmował zakłady, czy wybuch zapali atmosferę; obliczenia wykluczały to już wcześniej, ale część wartowników poprosiła o zwolnienie z posterunku. Bainbridge bał się czego innego: że nic się nie stanie i będzie musiał wejść na wieżę, by sprawdzić niewypał.

5.29.45

Detonację zaplanowano na 4.00, ale nad pustynią przeszła burza z deszczem i wyładowaniami. Po korzystnej prognozie o 4.45 o 5.10 fizyk Samuel Allison zaczął odliczanie ostatnich dwudziestu minut. Oppenheimer czekał w schronie S-10 000 razem z gen. bryg. Thomasem Farrellem, zastępcą Grovesa; sam Groves był w obozie głównym, około 16 kilometrów od wieży, gdzie znajdował się także Fermi. Grupa zaproszonych gości – m.in. Vannevar Bush, James Conant, Rabi i Brytyjczyk James Chadwick – obserwowała próbę ze wzgórza Compania Hill, około 32 kilometrów na północny zachód. Wszyscy dostali przyciemnione szkła i polecenie, by leżeć twarzą od wybuchu.

O 5.29.45 niebo rozjaśniło światło, które świadkowie opisywali jako jaśniejsze od południowego słońca; okoliczne góry przez kilka sekund były widoczne z ostrością, jakiej nikt dotąd nie oglądał. Kula ognia przeszła od bieli przez żółć i pomarańcz do czerwieni, a potem wzniosła się, ciągnąc za sobą słup pyłu. Fala uderzeniowa dotarła do obozu po około 40 sekundach, a jej huk słyszano i odczuwano ponad 160 kilometrów od poligonu. Chmura w kształcie grzyba urosła do wysokości około 12 kilometrów. Stalowa wieża wyparowała. Pod nią powstał płytki lej o szerokości około 80 metrów, a piasek pustyni stopił się w zielonkawe, lekko radioaktywne szkło, nazwane później trynitytem.

Fermi zmierzył siłę wybuchu najprostszym sposobem. Gdy dotarła do niego fala uderzeniowa, wypuścił z ręki skrawki papieru i na podstawie tego, jak daleko zostały przesunięte, oszacował moc na około 10 kiloton trotylu. Analiza radiochemiczna próbek gleby, zebranych przez wysłane do leja ołowiem wyłożone czołgi M4 Sherman, dała wynik około 18,6 kiloton. Późniejsze oceny różnią się; zwykle podaje się około 20–21 kiloton, a reanaliza danych opublikowana w 2021 roku podniosła tę wartość do 24,8 kiloton (±2). Moc „Gadgetu” przekroczyła więc dwu-, a nawet czterokrotnie przewidywania teoretyków z Los Alamos.

Reakcje świadków przeszły do historii, choć wiele z nich znamy z późniejszych relacji. Kistiakowsky miał powiedzieć, że był to widok najbliższy końcowi świata. Bainbridge, według własnego wspomnienia, rzucił do Oppenheimera: „Teraz wszyscy jesteśmy sukinsynami”. Farrell pisał w raporcie dla Grovesa o „blasku, jakiego nie da się opisać”, a Rabi zapamiętał krok Oppenheimera, gdy ten wysiadał z samochodu – porównał go po latach do kroku bohatera westernu „W samo południe”. Najsłynniejsze zdanie pochodzi od samego Oppenheimera, ale z wywiadu udzielonego telewizji NBC w 1965 roku: wspominał wtedy, że przyszedł mu na myśl wers z hinduskiej Bhagawadgity – „Stałem się Śmiercią, niszczycielem światów”. Nie ma współczesnego zapisu, że wypowiedział je na głos na pustyni.

Wybuch magazynu amunicji

Błysk widziano w promieniu kilkuset kilometrów, więc tajemnicy nie dało się utrzymać bez oficjalnego wyjaśnienia. Dowództwo bazy lotniczej Alamogordo wydało jeszcze tego samego dnia przygotowany zawczasu komunikat: na terenie poligonu wybuchł „odległy magazyn amunicji, zawierający znaczną ilość materiałów wybuchowych i pirotechnicznych”, nikt nie zginął ani nie został ranny, a szkody poza samym magazynem są znikome. Większość z dziesiątków tysięcy pracowników Projektu Manhattan nie wiedziała, nad czym naprawdę pracuje. Na pustyni był natomiast dziennikarz „New York Timesa” William L. Laurence, którego Groves przydzielił do projektu, by przygotował teksty na dzień, w którym bombę ujawni się światu.

Tajemnica była dziurawa w innym miejscu, niż obawiał się kontrwywiad. W Los Alamos pracował w brytyjskiej misji naukowej – udział Brytyjczyków w projekcie przesądziło porozumienie zawarte na konferencji w Quebecu w sierpniu 1943 roku – fizyk Klaus Fuchs, który przekazywał wywiadowi radzieckiemu szczegóły konstrukcji implozyjnej. Według późniejszych ustaleń Moskwa znała ogólną budowę „Gadgetu” jeszcze przed próbą.

Opad i „downwinders”

Chmura radioaktywna popłynęła na północny wschód. Groves miał przygotowane plany ewakuacji okolicznych miejscowości, ale z nich nie skorzystano i mieszkańców nikt nie ostrzegł. Najsilniejszy opad poza zamkniętym terenem odnotowano na płaskowyżu Chupadera Mesa, około 48 kilometrów od wieży, gdzie biały pył osiadł na bydle; zwierzęta miały poparzenia skóry i odbarwioną sierść, a armia odkupiła od ranczerów 88 sztuk do obserwacji. Według powojennych norm ochrony radiologicznej, opracowanych częściowo na podstawie danych z Trinity, ludzi z najbardziej narażonych terenów trzeba by ewakuować.

Skutki zdrowotne dla mieszkańców basenu Tularosa i okolicznych hrabstw, w dużej części ubogich społeczności latynoskich i indiańskich, pozostają przedmiotem sporu. Rekonstrukcja dawek, opublikowana w 2020 roku pod auspicjami amerykańskiego Narodowego Instytutu Raka, wskazała pięć najbardziej skażonych hrabstw Nowego Meksyku: Guadalupe, Lincoln, San Miguel, Socorro i Torrance. Organizacje miejscowych „downwinders” („ludzi z wiatru”), m.in. Tularosa Basin Downwinders Consortium, przez dziesięciolecia domagały się objęcia ich ustawą o odszkodowaniach dla ofiar napromieniowania z 1990 roku (Radiation Exposure Compensation Act), która dotyczyła tylko ofiar późniejszych prób w Nevadzie. Kongres rozszerzył ją na mieszkańców Nowego Meksyku dopiero w lipcu 2025 roku; pierwsze wypłaty nastąpiły w 2026 roku.

Wiadomość w Poczdamie

Truman przybył do Niemiec 15 lipca i zamieszkał w willi w Babelsbergu pod Poczdamem. Wieczorem 16 lipca sekretarz wojny Henry Stimson otrzymał od swojego zastępcy George’a Harrisona zaszyfrowany telegram: „Operowano dziś rano. Diagnoza jeszcze niepełna, ale wyniki wydają się zadowalające i już przekraczają oczekiwania”. Stimson od razu przekazał ją prezydentowi i sekretarzowi stanu Jamesowi Byrnesowi; następnego dnia poinformował Churchilla. 18 lipca przyszła druga depesza – „mały chłopiec jest równie krzepki jak jego starszy brat”, a blask w oczach „lekarza” byłby widoczny z Waszyngtonu aż po posiadłość Stimsona na Long Island – szyfrowany sposób powiedzenia, jak jasny był wybuch. 21 lipca kurier przywiózł szczegółowy raport Grovesa, który Stimson odczytał Trumanowi. Według notatek Stimsona prezydent był nim „ogromnie podbudowany”, a Churchill, który zapoznał się z raportem dzień później, miał zauważyć, że Truman po jego lekturze zachowywał się wobec Stalina jak inny człowiek.

Wiadomość z Nowego Meksyku zmieniła rachunek Amerykanów. Jeszcze w Jałcie zabiegali o przystąpienie ZSRR do wojny z Japonią; teraz Truman i Byrnes zaczęli liczyć, że wojna może się skończyć, zanim Armia Czerwona zdąży wkroczyć do Mandżurii. Dla samego przebiegu konferencji znaczenie miało także to, że bomba przestała być obietnicą naukowców, a stała się bronią o znanej mocy.

Miejsce w wojnie

Trinity potwierdziła, że działa trudniejsza z dwóch konstrukcji, a więc że Stany Zjednoczone mogą produkować bomby z plutonu z Hanford, nie czekając na powolną separację uranu-235. Tego samego ranka, 16 lipca, z San Francisco wypłynął krążownik USS „Indianapolis”, wiozący elementy bomby uranowej i uranowy „pocisk” na wyspę Tinian w Marianach, gdzie bazowała grupa bombowców B-29 przygotowana do ataku jądrowego; dowodził nim kmdr Charles McVay. Na Tinian trafił również drugi plutonowy rdzeń, przeznaczony dla bomby typu Fat Man. 24 lipca Truman powiedział Stalinowi o „nowej broni o niezwykłej sile niszczącej”, a 25 lipca dowództwo armii wydało rozkaz użycia bomb przeciwko Japonii po 3 sierpnia, gdy tylko pozwoli pogoda. Dane z Trinity posłużyły do ustalenia wysokości wybuchu nad Hiroszimą (6 sierpnia) i Nagasaki (9 sierpnia).

Spór o to, czy użycie bomby było konieczne, czy Japonia skapitulowałaby bez niego i czy wcześniej należało ją zademonstrować, zaczął się jeszcze przed Trinity – wśród uczonych z Chicago, którzy w czerwcu 1945 roku podpisali tzw. raport Francka – i trwa do dziś. Jedni historycy podkreślają przewidywane straty inwazji na Japonię, inni wskazują na wagę radzieckiego przystąpienia do wojny i na względy polityczne wobec Moskwy.

Trinity była zarazem początkiem ery jądrowej. ZSRR, który dzięki Fuchsowi i innym źródłom znał konstrukcję „Gadgetu”, przyspieszył własny program i w sierpniu 1949 roku zdetonował w Kazachstanie ładunek wzorowany na amerykańskim. W 1965 roku miejsce próby, z kamiennym obeliskiem w punkcie zerowym, uznano za narodowy zabytek historyczny Stanów Zjednoczonych. Jak przypominali po latach jej uczestnicy, wielu z nich poczuło na pustyni jednocześnie ulgę i grozę – ulgę, że lata pracy nie poszły na marne, i grozę wobec tego, co stworzyli.