In augustus 1945 maakten kernbommen een einde aan de Tweede Wereldoorlog door Hiroshima en Nagasaki van de kaart te vegen. Daarmee kwam een miljarden dollars en roebels verslindende technologische wedloop op gang. Weinig wapens hebben de geschiedenis zo beïnvloed als de atoombom. En de bouw ervan was een enorm gevecht tegen de tijd en de elementen.

Terwijl Hitler vanaf 1933 eerst Duitsland en vervolgens het grootste deel van Europa in zijn greep kreeg, kwam er een enorme stroom vluchtelingen op gang. Onder hen waren invloedrijke mensen; wetenschappers die onheilspellend nieuws meebrachten. Nazi-Duitsland deed aan nucleair onderzoek en dat zou weleens kunnen leiden tot een nieuw wapen met een ongekende vernietigende kracht.

In de Verenigde Staten werd maar bar weinig met die informatie gedaan. Amerika was niet betrokken bij de oorlog en wilde dat graag zo houden. Toen schreef Albert Einstein een brief aan president Franklin Delano Roosevelt: “Gedurende de laatste vier maanden is het door het werk van Joliot in Frankrijk en Fermi en Szilard in Amerika waarschijnlijk geworden dat het mogelijk wordt nucleaire kettingreacties te starten in een grote hoeveelheid uranium, waardoor enorme krachten en grote hoeveelheden radiumachtige elementen gegenereerd worden. (…) Het nieuwe fenomeen kan ook leiden tot de constructie van bommen, en het is denkbaar, doch veel minder zeker, dat extreem krachtige bommen van een nieuw type gebouwd kunnen worden.”

Lees ook:

• Waarom hadden de Nazi’s geen atoombom ontwikkeld?
• Is er geoefend voor de aanvallen op Hiroshima en Nagasaki?
• VPRO 2DOC: Hiroshima

Frontale aanval

Ondanks het feit dat Roosevelt een paar commissies aan het werk zette en 300.000 dollar ter beschikking stelde, schoot het onderzoek nauwelijks op. Pas eind 1941, toen de Japanners Pearl Harbor hadden aangevallen en de Amerikanen ineens bij de Tweede Wereldoorlog betrokken waren geraakt, kwam het project in een stroomversnelling. Inmiddels was duidelijk geworden dat een atoombom meer dan alleen theoretisch geneuzel was. En onderzoek had verder uitgewezen dat twee splijtstoffen erg geschikt waren voor een atoombom: de zeldzame uranium-isotoop U-235, en plutonium, een pas ontdekt element waar men nog maar bitter weinig vanaf wist.

Er waren sowieso meer vragen dan antwoorden. Hoeveel splijtstof er bijvoorbeeld nodig was; hoe de 0,7 procent U-235 te scheiden van de massa U-238-isotopen waaruit uranium opgebouwd is; of hoe het bloedlinke spul in een bom verwerkt kon worden die pas ontplofte op het moment dat dat de bedoeling was.

Maar men raakte er meer en meer van doordrongen dat de atoombom weleens de beslissende factor in de oorlog kon zijn. En dat elke dag vertraging er eentje te veel was.

Zo kwam het Manhattanproject langzaam op stoom. Omdat over vrijwel elke stap in het productieproces nog zoveel onduidelijkheid bestond, besloot de projectleider, brigadegeneraal Leslie Groves, het groots aan te pakken met “een frontale aanval op elk wetenschappelijk front”. Is niet duidelijk of plutonium of U-235 het eerst in voldoende hoeveelheden te produceren is? Dan proberen we gewoon allebei. Weten we niet precies welke methode om uranium te scheiden de beste is? Dan doen we ze alle drie. En dus werden er, terwijl de belangrijkste apparatuur nog ontwikkeld moest worden, enorme fabrieken gebouwd. Een ervan, een zogenoemde gaseous diffusion plant, zou uranium omzetten in uraniumhexafluoridegas (UF6), dat vervolgens via kilometerslange pijpleidingen door steeds kleinere filters gejaagd werd. Een goed idee, maar de problemen stapelden zich snel op.

Terwijl metselaars de eerste muren optrokken, moesten onmisbare onderdelen zoals filters en pompen nog helemaal ontwikkeld worden. UF6 is ontzettend corrosief, zodat er een manier gevonden moest worden om de pijpleidingen van een beschermende laag te voorzien. En dat alles mocht niet het kleinste haarscheurtje vertonen, omdat dat binnen de kortste tijd tot een serieus lek uit zou groeien.

Eenmaal in gebruik ging de fabriek (codenaam: K-25) evenveel stroom verbruiken als de stad Boston. Daarvoor was een eigen energiecentrale nodig, maar omdat de pompen voor de fabriek nog in ontwikkeling waren, wist niemand welke frequentie elektriciteit de centrale moest gaan produceren. Uiteindelijk werd een extra prijzige uitvoering gebouwd die alle frequenties kon leveren. Een andere fabriek (Y-12), die het uranium op elektromagnetische wijze kon scheiden, moest flinke hoeveelheden koelwater uit een nabijgelegen rivier pompen.

Maar op de vraag of dat water ongezuiverd kon worden gebruikt, had niemand een antwoord. Groves maakte 10 miljoen dollar vrij om een waterzuiveringsinstallatie te bouwen. (Achteraf bleek het weggegooid geld te zijn.) En zo modderde men met de moed der wanhoop door. Enorme hoeveelheden schaarse grondstoffen werden aan de oorlogsindustrie onttrokken en miljoenen manuren en dollars werden ingezet. Dat alles met maar één doel: een paar kilo zuiver, splijtbaar materiaal.

Kritische massa

Met al die duizenden mensen die aan het Manhattanproject werkten, was beveiliging een flink probleem. Slechts heel weinig betrokkenen wisten alle details. Geheimhouding was ook een van de redenen om alle mensen die direct aan de ontwikkeling van de bom zouden werken, op één plek bij elkaar te zetten. Groves en natuurkundige Robert Oppenheimer, de leider van het team dat de bom daadwerkelijk moest bouwen, vonden in november 1942 een jongensschool in de woestijn bij Los Alamos (New Mexico) die daar erg geschikt voor leek. De eigenaren werden uitgekocht en rond de oude barakken verrezen al gauw nieuwe (geprefabriceerde) gebouwen.

Zelfs aan de bouw van de bom werd min of meer ‘blind’ begonnen. Er rouleerden dan wel allerlei theorieën over hoe een atoombom zou kunnen werken, maar zekerheden waren dun gezaaid. Er was zelfs geen overeenstemming over het aantal mensen dat voor de ontwikkeling van het nieuwe wapen nodig was.

Sommigen dachten dat een man of twintig de klus met een maand of drie hard doorwerken wel konden klaren. Anderen meenden dat een paar honderd mensen en een ontwikkelingstijd van een jaar dichterbij de waarheid kwam. Het werd uiteindelijk ruim twee jaar werk; op het hoogtepunt waren er bijna 6000 mensen bij betrokken. Onder hen de beste en meest eigenwijze wetenschappers ter wereld, door Groves beschreven als “de geweldigste verzameling prima donna’s die ooit op één plek samengebracht is.”

Ook in Los Alamos werd op twee paarden gewed: één ontwerp voor de bom was gebaseerd op plutonium en eentje op U-235 (‘verrijkt’ of beter gezegd ‘gezuiverd’ uranium). Van beide was bekend dat een explosie ontstond als de gevreesde kritische massa werd bereikt. Maar hoeveel daarvoor nodig was, wist niemand. En al helemaal niet hoe groot de bom zou worden en of er wel een vliegtuig bestond dat groot genoeg was om het ding naar het doelwit te vervoeren.

Uiteindelijk borrelden twee concepten naar de oppervlakte: een bom op basis van de gun method en eentje die uitging van een implosie. Bij dat laatste, een idee van de jonge wetenschapper Seth Neddermeyer, zouden twee halve bollen plutonium gebruikt worden die samen net geen kritische massa vormden. Door eromheen gelijktijdig explosieven (TNT-ladingen) af te laten gaan, werden ze samengeperst tot één bal. Er kwam een kettingreactie op gang en miljarden plutoniumkernen zouden gesplitst worden, met een ongekend krachtige explosie als gevolg.

De gun method was wat minder verfijnd. Die bom zou grofweg bestaan uit een afgezaagde kanonsloop met daarin twee stukken uranium (plutonium bleek voor deze methode niet geschikt). Het ene stuk (the projectile) werd daarbij met behulp van explosieven in het tweede stuk (the target) geschoten, waardoor de kritische massa gevormd werd.

De grote finale

Beide methodes kenden zo hun problemen. Neddermeyers ontwerp zou bijvoorbeeld alleen maar werken als de oppervlakte van de plutoniumbol van alle kanten tegelijk en met evenveel kracht samengeperst werd. Maar een TNT-explosie veroorzaakt schokgolven. Het verschil is vaak slechts een paar miljoensten van een seconde, maar dat was genoeg om de kernreactie te laten mislukken. Het probleem werd uiteindelijk opgelost door ‘lenzen’ te gebruiken. Die focussen de schokgolven ongeveer op dezelfde manier als optische lenzen dat met licht doen.

Ondertussen was het april 1945 geworden. K-25 en Y-12 (totale kosten: ruim 1 miljard dollar) hadden nog steeds niet voldoende U-235 geleverd om een bom mee te kunnen bouwen. Pas in juni, toen K-25 nog wat meer filters gekregen had en iemand op het briljante idee was gekomen om Y-12 met het nog niet zo zuivere uranium uit K-25 te ‘voeden’, begon het ergens op te lijken. Een maand later kon er net voldoende U-235 voor één bom naar Los Alamos worden gestuurd. Vrijwel tegelijkertijd (half juli 1945) werd het eerste, in een kern reactor geproduceerde plutonium geleverd. Omdat er domweg niet genoeg U-235 beschikbaar was om een testbom te bouwen, besloot Oppenheimer alleen een proef met een plutoniumbom te doen, waarbij een derde van alle plutonium ter wereld letterlijk in één klap verbruikt zou worden.

Op papier was er geen enkele reden waarom deze bom, bijgenaamd The Gadget, niet zou exploderen. Op 16 juli 1945 werd het bewijs geleverd. Verslaggever William Laurence van The New York Times maakte de allereerste atoomproef op de Trinity Test Site mee: “Het was de grote finale van een machtige symfonie van de elementen; fascinerend en beangstigend, bemoedigend en bedrukkend, onheilspellend, vernietigend, vol van beloften en angstige voorgevoelens. De tijd stond stil. De ruimte trok zich samen tot een speldenprik. Het was alsof de aarde zich geopend had en de lucht gespleten was.”

Drie weken later, op 6 augustus 1945, om 8.15 uur lokale tijd, gingen de bomluiken van de B-29 Enola Gay open en begon de uraniumbom Little Boy zijn 53 seconden durende val richting Hiroshima.

Dit artikel ‘De geboorte van de bom’ staat ook in De Tweede Wereldoorlog-special van KIJK.

Openingsbeeld: Rue des Archives/PVDE/Hollandse Hoogte

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!