Warum hat es so lange gedauert, bis eine Armee von Physikern die Atombombe realisiert hat, obwohl es theoretisch ziemlich einfach erscheint?

WIE Sie sagten, als das Manhattan-Projekt ernsthaft begann, waren die Grundprinzipien sehr klar. Die lange benötigte Entwicklungszeit war überwiegend technischen Hürden geschuldet, nicht überwiegend mangelnden physikalischen Kenntnissen:

1. Ein relativ kleines Problem war der Mangel an Rechenleistung, der die Entwicklung von Modellen behinderte, die kritische Massen und auch die Hydrodynamik der Explosion selbst vorhersagen würden. Letzteres bestimmt, wie schnell die potenzielle Bombe auseinanderbricht und so die Reaktion löscht. Dieses Problem wurde einfach durch die Entwicklung einfacher analytischer Modelle für symmetrische Systeme überwunden, die in ihrer Form nicht zu sehr von der endgültigen Bombe abwichen;

2. Das erste große Problem war die Reinigung von Uran, um es ausreichend anzureichern, um eine Kettenreaktion zu ermöglichen - nur$^{235}{\rm U}$ist spaltbar. Es gab keine aktuellen Technologien, die Isotope in der erforderlichen Größenordnung trennen konnten, und diese mussten so ziemlich von Grund auf neu entwickelt werden.

3. Das zweite große Problem, sobald genügend Plutonium zur Hand war (Plutonium lässt sich chemisch relativ leicht von abgebranntem Uranbrennstoff trennen), war das Vorhandensein von Plutonium$^{241}{\rm Pu}$. Es gab keine praktikable Technologie zum Entfernen dieser "Verunreinigung".$^{241}{\rm Pu}$ist hochgradig radioaktiv, und wenn es in einer waffenähnlichen Waffe vorhanden ist (was unvermeidlich ist), werden seine Zerfallsprodukte die nukleare Kettenreaktion viel zu früh auslösen, wenn die unterkritischen Massen zusammengestoßen werden, es sei denn, dies geschieht mit verblüffend hoher Geschwindigkeit. Die potenzielle Bombe bläst sich somit schnell auseinander und löscht die Reaktion. Zuerst wurde das "große Mann"-Design der Bombe ausprobiert, von dem die Forscher dachten, dass es lang genug sei, um die unterkritische Schnecke genug zu beschleunigen, um die kritische Masse schnell genug zusammenzubauen. Dies erwies sich jedoch zumindest für eine Bombe, die von einem Flugzeug geliefert werden könnte, als nicht praktikabel. Die einzige Alternative, die die kritische Masse schnell genug aufbauen konnte, war die Implosionsidee, aber dazu muss das Plutonium extrem gleichmäßig komprimiert werden, sonst wölbt sich der zerkleinerte Kern seitlich heraus und die Kritikalität wird nicht erreicht. Bei der Verwendung von Sprengstoffen zur Erzeugung perfekt kugelförmiger Schockwellen war eine enorme Menge an Technologie erforderlich. das war noch nie zuvor gemacht worden.

4. Alle oben genannten Technologien erforderten die Entwicklung grundlegend neuer Messtechnologien, damit experimentelle Daten gesammelt werden konnten. Neue fotografische Hochgeschwindigkeitstechniken mussten entwickelt werden (siehe zum Beispiel die Rapatronic-Technologie ) und Messelektronik für die Bandbreite im nahen GHz-Bereich. Beides gab es vor dem Projekt nicht.

Man könnte diese Situation mit so etwas wie dem heutigen Streben nach einer nachhaltigen Fusionsreaktion und den enormen technologischen Problemen vergleichen, die sie mit sich bringt. Die grundlegende Physik ist vollkommen klar und die Hürden sind rein technologischer Natur.

Denken Sie daran, dass dies damals alles völliges Neuland für sie war. Sie arbeiteten mit Materialien, von denen sie wussten, dass sie sie alle hätten töten können, wenn sie es falsch gemacht hätten. Sie hatten nicht den Vorteil der Rückschau, den wir jetzt haben.

Und es mag so aussehen, als würde es nur zwei Massen zusammenschlagen, aber sie haben eine unglaublich komplexe Bombe gebaut, was bedeutet, dass sie sorgfältig geplant und mit Materialien gebaut werden musste, die es vorher nicht gab. Sie möchten nicht, dass das Ding losgeht, während Sie versuchen, es in das Flugzeug oder mitten im Flug zu laden. Mit dieser Logik könnten wir sagen, dass beim Bau eines Turms nur Material übereinander gestapelt wird, aber wie viel Sie planen und entwerfen, bestimmt, ob es sich nur um einen hohen Haufen aus Metall und Beton handelt, der jederzeit herunterfallen könnte, oder um einen zuverlässigen Wolkenkratzer in dem Menschen leben und arbeiten.