Venttipommarin tarina alkaa nurinkurisesti Yhdysvalloista. Hrustsevin Neuvostoliitto oli suuruudenpäivissään, ja uskoi ennen kaikkea ydinohjuksiinsa strategisena arsenaalina (siinä määrin, että Neuvostoliitossa strategiset ohjusjoukot olivat oma, maa-, meri- ja ilmavoimiin rinnastettava puolustushaaransa). Amerikkalaisten mittava yliäänipommittajien kehitys kuitenkin osoitti, että konekonseptissa oli potentiaalia. Neuvostoliittolaiset suunnittelutoimistot siis esittelivät omat konseptinsa kolminkertaiseen äänennopeuteen yltävistä pommikoneista 1961, joista Suhoin T-4 valittiin jatkokehitykseen 1964. Koneen, joka oli selvästi pienempi kuin amerikkalaisten strateginen XB-70 Valkyrie, täysikokoinen malli rakennettiin 1966. Se muistutti kovasti Tu-144:ää: kaksoisdeltasiipi, etucanardit ja neljä jälkipolttavaa suoraa suihkumoottoria kiilamaisessa ryppäässä ohuen, nuolimaisen rungon alla.
Yliäänipommittajan suunnittelu oli kuitenkin yhtä vaativaa kuin yliäänimatkustajakoneen. Siipiprofiileja tutkittiin asentamalla erilaisia siipiä Suhoi Su-9 –torjuntahävittäjien runkoihin, canardeja eli pieniä ohjaavia etusiipiä taas tutkittiin Su-7 –hävittäjillä. Lentokelpoiseksi rakennettu prototyyppi 101 valmistuikin vasta vuoden 1971 lopulla. Sitä varten kehitettiin paljon uutta huipputekniikkaa, kuten nelinkertaisesti varmistettu fly-by-wire-järkestelmä, automaattinen tehonsäätö, 280 barin hydraulijärjestelmä, ja turbopumppuinen polttoainejärjestelmä. Uutta tuotantotekniikkaa Neuvostoliitossa edustuvat automatisoidut läpihitsaus – ja uppolankahitsauslaitteet sekä titaaniseosten etsaus. Yksipaisuntaiset suorat Kolesov RD36 –moottorit olivat idässä ensimmäisiä, jotka oli tarkoitettu jatkuvaan yliäänilentoon ilman jälkipolttotehoa. Tu-144:n tapaan siinä oli laskeutuva nokkakartio kiitoradan tähystämistä varten laskeutumisvaiheessa, matkalennossa se nostettiin suoraksi ja konetta lennettiin mittareiden varassa. Monimutkainen kone oli pakko rakentaa automaattisten järjestelmien varaan, sillä sen miehistö oli rajoitettu kahteen.
Käytännössä Suhoi T-4 oli vähintään yhtä kunnianhimoinen kuin Tu-144. Nelimoottorisena pitkälle automatisoituna Mach 3:n pommikoneena se oli vähintään yhtä kallis ja raskas käyttää ja ylläpitää, kuin läntiset kolmen Machin vastineensa Valkyrie ja Blackbird, ja vaati niiden lailla erikoispolttoaineen, jolla oli alhainen höyrynpaine. Samoin sen rakenteen oli oltava titaania ja kuumalujaa nikkeliterästä. Fysiikan lait olivat samat myös Neuvostoliitossa. T-4 jäi yhdeksi lentäväksi ja toiseksi järjestelmäprototyypiksi, kun Tupolev esitteli raskaan taktisen Tu-22- pommikoneensa seuraajaksi paljon suorituskykyisemmän, käytännössä kokonaan uuden koneen Tu-22M. Se oli paljon käytännöllisempi, kustannustehokkaampi ja vähemmän kunnianhimoinen.
Suhoi T-4
Amerikkalaisten tavoin Neuvostoliitto kuitenkin jatkoi edelleen raskaan yliäänipommittajan kehitystä. Ilmatorjuntaohjusten kehitys oli tehnyt yliäänipommittamisesta riskialtista, kun nopeus ja korkeus eivät enää taanneet suojaa. Siksi kolminkertaista äänennopeutta ja sen mukanaan tuomia vaikeita ratkaisuja ei enää nähty välttämättömiksi. Pommikoneen oli oltava joustavampi ja kyettävä myös matalalentopenetraatioon, mikä vaati uutta teknologiaa. Sitä tarjosi muuttuvageometrinen siipi, joka oli 60- ja 70-lukujen taitteessa kuuminta hottia. Sillä saatiin muutettua siiven nuolikulmaa vastaamaan lentotilaa eri korkeuksissa ja nopeuksissa. Suora siipi tuottaa hitaassa lennossa paljon nostetta, mikä pitää sakkausnopeuden matalana, jyrkällä siipikulmalla taas saadaan suurissa nopeuksissa nostettua siiven kriittistä Mach-lukua, missä virtaus paikoin ylittää äänennopeuden ja muodostaa shokkiaaltoja. Muuttuvageometrisellä siivellä varustettu lentokone pystyi toimimaan joustavasti eri lentotiloissa, ja se oli tärkeimpiä syitä, miksi Tu-22M otettiin innokkaasti käyttöön (samaan aikaan maailmalla kehitettiin koko joukko muuttuvageometrisiä hävittäjiä ja rynnäkkökoneita). Tästä syystä neuvostoliittolaiset suunnittelijat käyttivät aika järjestään kääntyvää nuolikulmaa, kun uusi pommittajaprojekti alkoi marraskuussa 1967.
Suhoin T-4MS:ää pidettiin liian monimutkaisena uudeksi pommikoneeksi. Mjasishevin M-20 oli lupaavin, mutta suunnittelutoimistolla ei ollut resursseja näin vaativan koneen saattamiseksi tuotantokuntoon. Siksi jatkokehitysvaiheeseen valittiin 1972 Tupolevin suunnitelma 160. Ilmailun sukupolvi oli vaihtumassa, ja jälleen kerran valtava määrä uutta teknologiaa oli kehitettävä. Tu-160:n täysikokoinen staattinen koemalli saatiinkin valmiiksi vasta 1977, ja lentokuntoinen prototyyppi neljä vuotta myöhemmin.
Se oli talvinen päivä Zhukovskin lentokentällä Moskovan liepeillä, joulukuun 18. 1981. Turbiinien kimakka ujellus viilsi korvia, kun prototyyppi 70-01 rullasi kiitotien päähän. Ohivirtaavat moottorit tekivät viillosta tuhannen kosken kuohut, kun kierrokset kiihtyivät lentoonlähtöteholle, ja valtava massa ilmaa kiihtyi moottoreiden läpi. Maa vapisi dinosaurusmehun syöksyessä jälkipolttimiin, ja niin itäblokin taivaalle nousi Douhetin viimeinen dinosaurus.
Tu-160 on vähintään yhtä täynnä modernia huipputekniikkaa kuin T-4 oli. Svengaavan 60-luvun tilalla oli nyt 70-luvun koneellisesta discoboogiesta alkava siirtymä 80-luvun neukkuteknoon. Silmiinpistävin piirre lienee sen muuttuvageometrinen nuolisiipi, jolla liikkuu 20 asteen lasku- ja nousuasetuksen, 35 asteen matkalentokulman ja 65 asteen yliäänikulman välillä. Yhtä silmiinpistävä on sen siivenjuuri, jota ei oikeastaan ole, vaan runko sulautuu soljuvasti solakaksi siiveksi kuin nainen alumiinista taottu.
Siivet ovat paitsi taittuvia, myös itse täynnä liikkuvia osia: neliosaiset etureunasolakot, kolmiosaiset kaksiaukkoiset jättöreunalaipat, kärkiosan ohjaussiivekkeet ja hyvin erikoinen osa: pienoissiipi, joka taittuu siiven ”kainaloon” alhaisilla nuolikulmilla täyttäen siihen muuten muodostuvan aukon. Se myös kiertyy pystyasentoon siiven ollessa yliääniasennossa, toimien pienoissiipiaitana. Myös pyrstö on erikoinen: Korkeusvakaajat ovat samalla korkeussiivekkeitä, jotka voivat liikkua keskenään eri suuntiin toimien pituusakselia ohjaavina siivekkeinä, sillä siipien siivekkeitä käytetään vain siiven laskuasussa. Sivuvakaaja taas on kiinteä ristipyrstön puoliväliin saakka: korkeusvakaajan yläpuolinen osa liikkuu kokonaan yhtenä kappaleena toimien peräsimenä.
Siivet yliääniasennossa - ei kuitenkaan yliääniasussa, sillä ilmatankkauskikkeli on ulkona. Huomaa kainalolaipat.
Siipikondomien alla ovat pareittain ohivirtaavat kolmipaisuntaiset Kuznetsov NK-32:t. Niiden kolmivaiheinen puhallin, viisivaiheinen keskipaineahdin ja 7-vaiheinen korkeapaineahdin ruokkivat liekkikehää, missä krematoitunut kerosiini syöksyy kömynä yksivaiheisten korkea- ja keskipaine- ja kaksivaiheisen matalapaineturbiinin läpi jälkipolttosuuttimesta ulos. Moottoripareissa on moottorien välissä palomuuri, jonka jatkeena on ilmanottokanavassa jakaja, jossa on automaattisesti säätyvät ilmansyötön säätörampit. Menetelmä muistuttaa hieman Concorden säätyvää ilmanottoa, mutta on yksinkertaisempi, käyttäen vain yhtä säätöramppia. Kuznetsov on yliäänikoneelle hyvin moderni moottori: kolmipaisuntaisen moottorin eri ahto- ja turbiinivaiheet toimivat kukin omalla optimaalisella kierroslukualueellaan. Ohivirtaussuhde on maltillinen 1,4:1, millä saavutetaan taloudellinen matkalentoteho, mutta myös hyvä ylisooninen hyötysuhde. Kokonaispainesuhde 28,4:1 on hyvää 80-luvun keskitasoa. Ohivirtauksen ansiosta muhkea 137 kN työntövoima muuttuu jälkipoltolla traumaattiseksi 245 kN, sillä jälkipoltin saa happirikasta ilmaa ohivirtauskanavasta.
Asekuorma on yhtä muhkea. Kahdessa pommikuilussa on yhteensä 12 ripustunta pyörivissä revolvereissa Kh-55-risteilyohjuksille. Samoihin ripustimiin voidaan myös ripustaa 24 kevyempää Kh15 –rynnäkköohjusta. Teoriassa sen pommilasti voisi olla 40 tonnia pommeja. Kantama on vakuuttava 12 600 kilometriä, minkä ohella Tu-160 on lähes kaikkien muiden strategisten pommikoneiden lailla ilmatankattava.
Avioniikka oli kovinta ja läkähdyttävintä rautaa mitä työn paratiisi saattoi tuottaa. Obzor-K –navigointi-ja tähtäintutka, Sopka-maastonseurantatutka optinen videotähtäinlaite OPB-15T, inertia-tähtikolmiomittausnavigointijärjestelmä K-042 liukuvalla karttanäytöllä, risteilyohjuksen navigointi- ja laukaisulaite Sprut-SM, sekä tavanomainen patteristo radioita, omakonetunnistimia, tutkanhäirintälähettimiä, tutkavaroittimia, silpun, ja soihdunheittimiä ja transpondereita.
Henkisen edeltäjä T-4:n tapaan myös monimutkainen ohjausjärjestelmä on nelinkertainen, nyt täysin digitaalinen fly-by-wire. Se on laajasti hajautettu, ja sisältää yhteensä satakunta erilaista mikroprosessoria. Niiden lisäksi koneessa on neljä biologista prosessoria, eli ohjaaja, perämies, suunnistaja/aseupseeri sekä suunnistaja/vastatoimiupseeri. Miehistö istuu rinnakkain ja peräkkäin kuin autossa ikään, kaikilla on Zvezda K-36 –nolla-nolla-heittoistuimet (ne voidaan laukaista nollakorkeudessa ja –nopeudessa) ja ohjaajilla hävittäjätyyliset ohjaussauvat. Mittaristo sentään on klassiseen sosialistisen realismin tyyliin analoginen.
Neuvostoliitossa linjoiltaan joutsenkaulaunen ja valkoista ydinräjähdyksen fotonipilveä heijastavaa maalikerrosta kantava Tu-160 kantaa lempinimeä Белый лебедь, Belij Lebed, valkoinen joutsen, NATO tuntee sen koodinimellä Blackjack. Lentäjiä tyyppikoulutetaan Tu-160:een samalla Tu-134UBL:llä, kuin Tu-22M3:een.
Tu-160 ja Tu-22M3
Kone oli niin huippumoderni, että ymmärrettävästi sen operationaalinen kypsyys sai luvan ässehtiä aina huhtikuuhun 1987 saakka. 32 konetta oli kokoonpantu, kun sosialismi heitti lusikan nurkkaan. Näistä 19 oli Ukrainassa, joka piti koneet itsenäistyttyään. Koneet pääosin lojuivat hangaareissa, sillä Ukrainalla ei ollut varoja eikä halua ylläpitää strategista lennostoa. 1999 NATO:n pommittaessa Serbiaa Venäjä havahtui, ja lunasti 8 jotenkuten lentokuntoista konetta Ukrainalta, ja kuittasi kauppahinnan Ukrainan maakaasuveloista kolmen Tu-95MS:n ohella. Villeimmissä hahmotelmissaan Tupolev 90-luvulla kaavaili Burlak-järjestelmää, missä Tu-160 olisi ollut pienten kantorakettien lentävä laukaisualusta.
On ironista, että Neuvostoliiton kovin sotarauta saavutti operatiivisen kypsyyden Venäjällä vasta 18 vuotta myöhemmin, syystalvella 2005. Toimintakykyisten koneiden määräksi arvioitiin 16 vuonna 2015. Putinin Venäjä lennättää niitä ahkerasti länsimaiden lähistöllä jatkaen neukkuaikaista ohjuspartioperinnettä. Venäjän strategisessa arsenaalissa on täysi triadi Tupoleveja, joilla pokerinaama pelaa yhden miehen venttiään.
V-pommittajien tarina alkaa siitä, mihin toinen maailmansota ja Manhattan-projekti jäivät. Atomipommit olivat saaneet palaneen maailman vapisemaan, ja Royal Air Forcella oli käsissään tuhansien mäntämoottoripommittajien laivasto, joka uhkasi ruostua lähivuosina käsiin, sillä maailma oli yhtaikaa vyörynyt atomiepookin lisäksi suihkuaikaan. Sotalaatu oli siis korvattava seuraavalla vuosikymmenellä, sillä suihkuhävittäjät pääsivät sellaisiin korkeuksiin ja nopeuksiin, että ne olisivat raadelleet vanhentuneet mäntämoottoripommittajat taivaalta. Samoin massiiviset pommittajalautat ja mattopommitusstrategia jäisivät historian lehdille havisemaan: atomiaika oli douhetismin korkein loisto, missä yhdellä pommilla voitiin lakaista kartalta kokonainen kaupunki. Seuraavan pommittajasukupolven tuli siis olla kovaa ja korkealla lentävä reaktiohirviö.
Ilmailuministeriö siis määritti uudelle pommikonesukupolvelle tuotespesifikaation B.35/46. Sen merkittävin haaste oli vaadittu lakikorkeus 15 200 metriä; näin korkealle suihkuhävittäjätkään eivät pienten siipiensä ja rajallisen työntövoimansa vuoksi yleensä päässeet, ja mikäli pääsisivätkin, niiden sakkausnopeus oli lähes yhtä suuri kuin maksiminopeus, eivätkä ne voineet juuri liikehtiä tuliasemaan, saati ampua sakkaamatta. Niistä olisi tullut omien tykkiensä rekyylien uhreja. Samasta syystä uusiin pommikoneisiin ei tulisi edes pyrstöampujaa. Paperit lähetettiin kaikille Britannian lentokonetehtaille, ja vapunaattona 1947 niiltä pyydettiin vastausluonnokset. Saman vuoden kesällä ilmailuministeriö päätti käyttää useampaa lähestymistapaa. Olihan korvattavia konetyyppejäkin koko joukko, ja suihkulentämisen aerodynamiikka vielä sangen tuntematon tieteenala. Siipiprofiilit olivatkin aikalaisekseen erikoisia: puolikuusiipinen Handley-Page HP.80, ja deltasiipinen Avro 698.
Kumpikin oli radikaalia uutta teknologiaa ja siksi riskialtista kehittää. Siksi ilmailuministeriö kiinnostui myös Vickersin mallista 660, joka oli nuolisiipinen pommikone ja kahta muuta konetta vähemmän kunnianhimoinen, eikä kyennyt yhtä suureen lakikorkeuteen. Se kuitenkin oli varmempi ja edullisempi projekti aikana, jolloin liikuttiin kokonaan uudessa fysiikassa. Ilmailuministeriö näytti siis vihreää valoa myös Vickers 660:lle, jolle Vickers-Armstrong antoi soinnikkaan nimen Valiant. Lokakuussa 1952 ilmailuministeriö päätti käyttää koko pommikonesukupolven nimistössä alliteraatiota, soinnikkuutta: HP.80:stä tuli Handley-Page Victor, ja Avro 698:sta Avro Vulcan. Sukupolvi tunnettiin siksi nimellä V Force – V-pommittajat.
Avro 698 oli aluksi oikeastaan lentävä siipi tietyillä rajauksilla: sillä oli siivestä eteenpäin työntyvä runko-osa, ja sivuvakaaja kummassakin siivenkärjessä. Ilmailuministeriön tiukan painorajoituksen ( 45 000 kg) takia tämä oli välttämätöntä, sillä näin voitiin eliminoida koneesta painava pyrstörakenne, sillä jyrkkä nuolikulma ja deltasiipi lisäävät koneen pitkittäisvakavuutta, ja siivenkärjissä pienet sivuvakaajat pääsivät puremaan häiriöttömään ilmavirtaan. Samoin kärkiväliä voitiin lyhentää, mikä kevensi siipisalkoa (sen on kannettava koko siiven nostovoiman aiheuttama momentti, mistä johtuen kuormitus on pitkällä kärkivälillä siiven tyvessä suuri, ja lyhentämällä kärkiväliä momentti vastaavasti pienenee). Näin kone keveni, sillä yksi deltasiiven parhaita puolia on sen suuri pinta-ala, millä voidaan tuottaa suuri määrä nostetta.
Runkoa oli pakko kasvattaa, sillä ensimmäisen sukupolven atomipommit olivat ylimassiivisia: 24 primitiivistä yksikköä (7,31 m) pitkä, halkaisijaltaan 1,524 m eli 5 jalkaa eli Suomen raideleveyden verran, ja massaltaan 4,5 tonnia. Siksi moottorit upotettiin siipeen rungon molemmin puolin pareittain, ja sivuvakaajat siirrettiin yhdeksi suuremmaksi yksiköksi rungon takapäähän. Kun runko kasvoi, voitiin siipeä ohentaa, sillä sinne ei tarvinnut enää mahduttaa pommikuiluja.
Deltasiipi oli kaikille jokseenkin uutta. Ei tiedetty, miten sillä lennettiin. Siksi Avro aloitti prototyyppivaiheen rakentamalla 1/3 –kokoisen koekoneen malli 707. Sen voimanlähteenä oli yksi Rolls Royce Derwent (Gloster Meteorin moottori), sentrifugikompressorinen yksivaiheinen suora suihkumoottori, joka tuotti vaatimattomat 9 kN työntövoimaa. 707 myskäistiin taivaalle syyskuun neljäntenä 1949, mutta jo pari viikkoa myöhemmin, 30. syyskuuta, 707 syöksyi maahan vieden mukanaan koelentäjä ”Red” Eslerin. Vei koko vuoden, ennenkuin seuraava koekone, Avro 707B, nousi siivilleen 6. syyskuuta 1950. Sen siipikulmaa oltiin jyrkennetty 51 asteeseen ja nokkatelinettä korotettu, sillä deltasiipi vaatii nousuissa ja laskuissa jyrkkää kohtauskulmaa voidakseen luoda yläpinnalleen alipainevortekseja, mitkä pitävät sen taivaalla. Siiven yli kulkevan ilman nopeutta nimittäin hallitsee virtauksen normaalikomponentti, ja normaalikomponentin nopeus kasvaa siipikulman jyrkentyessä. Siksi deltasiipi sakkaa jo suhteellisen korkeassa nopeudessa, ellei sen yläpinnalle luoda alipainetta nostamalla kohtauskulmaa. Ilmiötä voisi kansantajuisesti kuvata imukupin kaltaiseksi.
Vulcanin prototyypit ja Avro 707:t Farnbörössä 1953.
707B oli tarkoitettu tutkimaan deltasiiven ominaisuuksia lasku- ja nousukiidoissa, eli hitaasti ja matalalla. 707A oli saman koneen korkealla ja kovaa lentävä painos. 707:ssä oli tähän asti ollut ilmanotto ohjaamon takana, sillä oltiin tutkittu lähinnä sen siipeä, mutta 707A:ssa ilmanotto siirrettiin siivenjuureen, rungon ja siiven kainaloon joka toimi kuin käänteinen kainalopieru. Näin ilmanotto pääsi irti ohjaamokuplan tuottamasta turbulenssista, ja imi suoraa, häiriötöntä ilmavirtaa. Yhteensä Avro 707-variantteja rakennettiin viisi konetta, joista jäljellä oli nyt neljä.
Avrolla oli nyt tutkimusdata, joten varsinaisen pommikoneen suunnittelu saattoi tarkentua. Suoraryntäinen deltasiipi sai sisäänsä neljä Rolls Royce Avonia, joissa 15-vaiheinen (!) aksiaaliahdin myski korkeapaineista ilmaa kehäkannukammioon 68 kiloa sekunnissa, mistä ilman polttama kerosiini syöksyi kaksivaiheiseen aksiaaliturbiiniin ajaen ahtovaihetta, ja syösyi edelleen ulos tuottaen 29 kilonewtonia työntövoimaa. Tyypin 698 prototyyppi VX770 myskäisi itsensä taivaalle elokuun kolmantenakymmenentenä 1952, jolloin Avro Vulcanin taivaannousu jätti jälkeensä sankan pilven taivaan kömyä, ja liudan repivän äänen rikkomia tehtaan ikkunoita. Seuraavassa kuussa VX770 vietiin Farnborough´n lentonäytökseen, missä se veti suuren deltasiipensä voimin melkein pystysuoria nousukulmia.
Seuraava protoyyppi, VX777, nousi siivilleen syyskuussa 1953. Siinä oli nyt Bristol Olympukset, maailman ensimmäiset kaksipaisuntaiset aksiaalisuihkumoottorit. Niiden kuusivaiheiset matala- ja kahdeksanvaiheiset korkeapaineahtimet syöksivät ilmaa kehäkannukammion kymmeneen leikkiputkeen, mistä liekin kömy syöksyi ajamaan yksivaiheista korkeapaine- ja kaksivaiheista matalapaineturbiinia. Taivaan kömyn seasta ne repivät 43 kilonewtonia työntövoimaa.
Tällä koneella lähestyttiin jo äänivallia, missä Vulcan alkoi osoittaa hyvin epätoivottavaa ominaisuutta romauttaa nokkansa syöksyasentoon lähestyttäessä siiven kriittistä Mach-lukua, missä osa ilmavirrasta alkaa jo ylittää äänennopeuden. Siksi siipeen suunniteltiin etureunaan pullistuma. Näin normaalikomponentti hidastui hieman, ja lisäksi siipeen rakennettiin vorteksigeneraattoreina toimiva V-reunoja yläpinnalle, mitä oltiin jo kokeiltu toisella 707A-koekoneella. Koneeseen myös asennettiin automaattinen trimmijärjestelmä, joka piti konetta jatkuvasti korkeassa kohtauskulmassa, ja siksi lentääkseen vaakalentoa ohjaajan piti hieman työntää sauvaa (tämä ei ole mitenkään harvinaista: monet hävittäjälentäjät trimmasivat toisessa maailmansodassa koneensa näin voidakseen tehdä nopean pystynousun joutuessaan yllätetyksi). Vulcanin tuotanto käynnistyi, ja ensimmäinen sarjatuotantovariantti B.1 nousi siivilleen syyskuussa 1955 (tosin vielä suoralla siivellä, pullistettu siipi tuli seuraaviin koneisiin. Myös tämä XA889 muokattiin pulleasiipiseksi myöhemmin). Palveluskäyttö alkoi syyskuussa 1956.
Sarjatuotantokoneissa oli voimakkaammat Olympukset, ensin 49 kN 101:t ja sittemmin 53 kN 102:t. Vulcanit myös maalattiin valkoisiksi heijastamaan atomipommin fotonipilveä poispäin. Vulcania kehitettiin edelleen, ja sille kehitettiin edelleen pullistetumpi ja takareunastaan venytetty siipiprofiili, millä saavutettiin vielä suurempi lakikorkeus. Tärkeänä lisänä Vulcaniin lisättiin ilmatankkauslaitteet (Vulcanin toimintasäde oli noin 4000 kilometriä, strategisessa mielessä vaatimaton, vaikkakin Euroopan sotanäyttämöllä sinänsä jokseenkin riittävä, se oli operationaalisesti kankea). Niihin myös asennettiin häirintälaitteita vihollisen ilmatorjuntaa vastaan, ja koska Neuvostoliitto kehitti hyvällä tahdilla ilmatorjuntaohjuksiaan, seuraavaan versioon tuli myös Blue Steel-ydinohjuksen laukaisulaitteet, sillä ohjus voitiin laukaista S-75 Dvinan kantaman ulkopuolelta. Tämä päivitetty versio tunnettiin nimellä B.2, ja se ensilensi syyskuussa 1958.
Kehitystyö oli niin aktiivista, että vasta 12. tuotantokone, XH558, toimitettiin RAF:lle heinäkuussa 1960 (näistä koneista 10 tosin päivitettiin lopulliseen standardiin, lukuunottamatta levennettyjä ilmanottoja 11. koneesta eteenpäin). Vulcanit myös pitävät lentoonlähtötehoilla omintakeista ääntä, Waddon aaltoa, kun ilmanottoihin syöksyvä ilma muodostaa seisovan aallon. Nelimoottorisessa Vulcanissa se kuulostaa aivan tuomiopäivän pasuunoilta, ja oli omiaan ydinasepelotteena palvelevalle pommikoneelle. Vulcan oli jylhä näky, ja varmasti tunnetuin brittiläinen sodanjälkeinen sotakone: se sai pääroolin elokuvassa Thunderball (James Bond – Pallosalama) vuonna 1965.
Vulcan XH506. Kuvakaappaus elokuvasta Pallosalama.
Vuonna 1966 Vulcan palveli myös sangen erikoisessa roolissa: koealustana Rolls Royce/SNECMA Olympus 593 -moottorille. Se oli hirvein murhakulli, mikä matkustajakoneeseen koskaan laitettaisiin, yliäänisen karniisideltasiipisen Concorden voimanlähde. Deltasiipinen Vulcan sopi sen koelentokoneeksi kuin nenärähmä ovenkahvaan.
Vulcan XA903 Olympus 593 ripustettuna pommikuilun alle. Luukku ohjaamon alla simuloi Concorden pitkää ilmanottotunnelia.
Ydinpommittajana Vulcan oli osa Britannian ainoaa ydinasepelotetta 50-luvun alkupuolelta vuoteen 1968, jolloin Royal Navy sai ensimmäiset ballistiset ydinsukellusveneensä. Tässä roolissa Vulcan kantoi aluksi vapaasti putoavia ydinpommeja, ensimmäisenä Blue Danube ( Tonava kaunoinen; tosin kyseessä oli Rainbow-koodi, jossa jokainen projekti nimettiin värin ja sattumanvaraisen substantiivin mukaan), joka oli ensimmäinen Britannian käyttämä ydinasemalle, imploosiotyyppinen uraani-235/plutonium-239 –seoksinen 10-12 kilotonnin möliskö, mikä muistutti jokseenkin Nagasakiin pudotettua Fat Mania rakenteeltaan (lukuunottamatta uraaniseostusta, jota käytettiin laskemaan plutoniumkonsentraatiota ja täten ehkäisemään predetonaatiota laukaisuvaiheessa – U-235 on paljon vähemmän herkkää spontaanille fissiolle kuin Pu-239).
Ensimmäiset Blue Danubet toimitettiin RAF:lle syyskuussa 1953, ja niitä seurasi 1962 kehittyneempi versio Red Beard, joka käytti samaa seosfissiomateriaalia ja imploosioperiaatetta, mutta oli huomattavasti paremmin optimoitu: pommin massa oli enää noin 800 kiloa ja pituus 3,66 metriä, se vastasi mitoiltaan lentokonetorpedoa. Tämä pommi olikin tarpeen, sillä ilmatorjuntaohjusten uhka oli jo huumaava: Gary Powersin ohjaama U-2 –vakoilukone oltiin ammuttu alas jo vapunpäivänä 1960, ja kylmä sota kuumeni joulukinkun lailla. Koko V-pommittajalaivaston rooli määriteltiin uudestaan: ne eivät voineet enää luottaa lentokorkeuteensa, missä ne olisivat istuvia sorsia tutkille ja ilmatorjuntaohjuksille. Niiden piti siirtyä matalalentopenetraatioon, missä ne lähestyivät kohdetta tutkakatveessa matalalla, ponnahtaa ylös vasta aivan kohteen lähettyvillä, ja kaarrossa heittää atomipomminsa ballistiselle lentoradalle maaliinsa. Tätä varten niihin asennettiin erityiset tähtäintietokoneet (LABS-järjestelmä) lentoratalaskentaa varten. Julminta lastia, mitä Vulcan koskaan kantoi, oli kuitenkin Violet Club.
Violetin auringon valtakunta
Britannia ja muut liittolaiset oli suljettu ulos USA:n atomitutkimuksesta Harry S Trumanin vuoden 1946 atomienergialailla, vaikka brittien Tube Alloys-ohjelma oli ollut merkittävä lisäys varsinkin Manhattan-projektin alkuvaiheessa. Britit ottivat tämän suurella pettymyksellä vastaan, ja aloittivat oman atomipommiprojektinsa.
Koska Britannia joutui huolimatta merkittävästä osallistumisestaan Manhattan-projektiin kehittämään ydinkärkensä itse, se jäi useita vuosia jälkijunaan. UK laukaisi ensimmäisen atomipomminsa 3. lokakuuta 1952, ja ensimmäisen operationaalisen Blue Danube –ydinaseensa 14. lokakuuta 1953. Silloin olivat USA ja Neuvostoliitto jo koelaukaisseet omat fuusiopomminsa, joiden voimakkuus oli noin satakertainen 1. sukupolven fissiopommeihin verrattuna. Britannia oli edelleen suljettuna USA:n ydinaseohjelman ulkopuolelle, joten myös vetypommit jouduttiin kehittämään omin voimin.
Britit tiesivät tähän menevän lähemmäs vuosikymmenen, koska jopa pommien peruskonstruktioiden tieteellinen vertailu oli tekemättä, joten megatonniluokkaan oli päästävä yksinkertaisemmalla tavalla. Koska britit olivat laskelmoineet ydinsodan käytävän suurella määrällä 10-15 kilotonnin fissiopommeja, oli ydinaseohjelma mitoitettu tuottamaan 800 tämän kokoluokan pommia eli noin 50 tonnia plutonium-239:ää.
Fuusiopommit kuitenkin tarvitsevat vain pienen fissiopommin sytyttimekseen tuottamaan riittävän paineen ja lämpötilan, mutta varsinaista tuhovoimaa tältä osalta pommia ei edellytetä. Siksi vetypommin starttipanokseksi riittää nippa nappa kriittinen massa fissiiliä materiaalia, mikä vähensi plutoniumin tai korkearikaisteisen uraanin tarvetta. Briteillä oli siis jäämässä käsiin ylimäärä suurella rahalla ja vaivalla ydinasekelpoiseksi rikastettua uraania (plutonium on suht yksinkertaista ja halvempaa erotella kemiallisesti ydinjätteestä, ja sen luominen ydinreaktoreissa on helpompaa kuin vaivalloinen uraanin korkearikastus), mikä ei miellyttänyt puolustusministeriötä. Lisäksi megatonniluokan ase oli rakennettava pian, jotta Britannia voisi säilyttää asemansa suurvaltana, joten ratkaisu oli suoraviivainen: kun kansakoulun matikka ei riitä lujuuslaskentaan, lisätään raudan vahvuutta. Britit yksinkertaisesti skaalasivat toimivaa fissiopommia suuremmaksi lisäämällä uraanipallon kokoa.
Lisäksi imploosiopommin halkaisijaa rajoitti vaatimus sen mahtumisesta Blue Streak-ydinohjuksen kärkeen. Tämä oli käytännössä pakko tehdä pienentämällä räjähdelinssijärjestelmän halkaisijaa, mikä alensi sen tuottamaa kriittistä painetta, mikä taas vaati uraanin rikkaampaa ylimäärää pommissa jotta se varmasti laukeaisi ydinräjähdyksenä. Uraanin määrää kasvatettiin siis rajatta, kunnes eteen tuli luonnollinen ongelma: uraanin massa yhdessä kappaleessa, ontossa imploosiopallossa kasvoi lähelle kriittistä massaa – itse asiassa yli kaksi kertaa suuremmaksi. Uraani-235:n kriittinen massa on noin 50 kg, ja tässä pommissa – jolle oli annettu runollinen Rainbow-koodi Yellow Sun ( tai alunperin, kun sama pommiydin asennettiin Blue Danuben massiivisempaan pommirunkoon, Violet Club) – U-235:ttä oli lähes 120 kg.
Yellow Sun. Pommi on tarkoituksella tylppäkärkinen, sillä se sekä hidasti sitä että helpotti barometrin toimintaa.
Tämä itsessään ei ole sinänsä poikkeuksellista. Atomipommissa fissiilin materian massa voi ylittää kriittisen massan sinänsä reilustikin. Pommin ennenaikainen laukeaminen on estetty pitämällä fissiili materiaali joko kahdessa alikriittisessä massassa, tai yhtenä kappaleena alikriittisessä tiheydessä. Violet Clubin ydinkärjen – Rainbow-koodiltaan Green Grassin – tapauksessa ongelman loi sen rakenne: ahtausongelmien vuoksi massiivinen pommi jouduttiin rakentamaan hyvin tiivisrakenteiseksi, joten sen imploosiopallo oli yhtä kappaletta, hyvin suuri halkaisijaltaan, ja ennenkaikkea kuoripaksuudeltaan ohut, jotta pienennetty räjähdelinssipatteri jaksoi puristaa sen kriittiseen tiheyteen ja jotta ytimen tiheys pysyi alikriittisenä. Sytytysjärjestelmän rakenteen tiiviyden takia imploosiopallon puolikkaita ei myöskään voitu rakentaa irrotettaviksi. Ohutkuorinen, massaltaan reilusti ylikriittinen ontto pallo korkearikasteista uraania siis makasi räjähdelinssien ympäröimänä edelleen ohutkuorisessa Blue Danuben aerodynaamisessa pommikuoressa.
Ohut uraanipallo oli kaikkea muuta kuin iskunkestävä. Jos pommi putoaisi ripustimestaan maahan, tai jos halli missä sitä säilytettäisiin romahtaisi tulipalossa, oli suuri vaara että uraani lysähtäisi kasaan iskun voimasta ja kriittinen tiheys ylittyisi paikallisesti. Pommin suuren räjähdysvoiman – noin 400 kilotonnia – takia pienikin karkaaminen neutronivuon tiheydessä ydinhumahduksen puolelle saattaisi johtaa useiden kilotonnien räjähdykseen sytytysjärjestelmästä riippumatta.
Britit ratkaisivat ongelman tavalla, jolla sen voi ratkaista vain väärällä puolella tietä ajava. Uraanipallon pohjaan porattiin pieni reikä, josta kaadettiin sisään 133 000 viiden millin laakerinkuulaa, jotka estivät onttoa uraanipalloa romahtamasta kasaan. Niiden kaatoreikä tukittiin kumisella pussilla, jota RAF:n asemestarit kutsuivat kuvaavasti pessaariksi.
Violet Clubin varmistin - valtava mälli laakerinkuulia.
Pommi viritettiin pommin ollessa ripustimessaan ja pommikoneen ollessa valmis lähtöön irrottamalla kumipussi, jolloin laakerinkuulat valuivat painovoimaisesti ulos. Tämä oli sangen hidasta puuhaa, mikä vei hyvissäkin olosuhteissa puoli tuntia. Kylmällä ilmalla se ei välttämättä onnistunut lainkaan, sillä kuulat jäätyivät kiinni, joten Violet Clubiin asennettiin sähkölämmittimet, jotka kävivät pommikoneen sähköjärjestelmän virralla. Kun kuulat oli laskettu ulos, pommi oli suoraan laukeamiskelpoinen. Tästä syystä pommikone ei voinut enää laskeutua noustuaan Violet Club uumenissaan, sillä mahdollisessa pakkolaskussa pommi räjähtäisi osateholla – pommi oli pakko pudottaa, ja vaikka sen sytytinjärjestelmää ei viritettäisi, se räjähtäisi osateholla osuessaan maahan tai mereen. Se oli siis kelvoton ydinasepäivystäjänä lentävän pommikoneen aseeksi. Kun vielä sen saattaminen laukaisukuntoon kesti puolesta kahteen tuntia, se oli käyttökelvoton myös valmiuspäivystäjän aseeksi. Ennen kaikkea, jos sitä jouduttaisiin käyttämään, sen kanssa oli lennettävä syvälle Neuvostoliiton ilmapuolustuksen sisään helvetin kyytiä, pompattava kohteen äärellä taivaalle, pudotettava pommi ja rukoiltava jyrkässä liu’ussa kaasuvivut hätäteholla parasta, sillä jos ryssät eivät ampuisi Vulcania alas, 400 kilotonnin ydinpommin gargantuaanisella paineaallolla olisi hyvä tilaisuus tehdä se - ja paineaalto liikkui äänennopeudella, Vulcan ääntä hitaammin. Violet Clubin kanssa paluuta ei kirjaimellisesti ollut. Se oli menolippu helvettiin.
RAF erikseen määräsi, että pommit oli säilytettävä ylösalaisin, jotteivät kuulat pääsisi valumaan ulos imploosioytimistä. Tämäkin kauhunhetki koettiin 1960, kun hangaarissa päivystävän Avro Vulcanin alta kuului pahaenteinen kolahdus ja selkäpiitä riipivää ropinaa. Mekaanikot katselivat sydän kurkussaan eivätkä olleet varmoja kuuluiko ääni heidän housuistaan, kun laakerinkuulat ropisivat ripulin lailla ydinpommin ytimestä hangaarin lattialle peittäen kumitulpan, joka lojui lattialla ilkkuen pilkallisesti kuin kusinen kortsu, jota liian innokas poika rullaisi takaisin käteensä sielu pettymystä täynnä, ja se mikä sen päästä putoaisi, olisi kuin varpusenkyynel. Vaadittiin maailman rohkeimmat miehet laskemaan pommi alas ripustimesta käyttäen herkempää kättä kuin huomaamatta tamponia paikaltaan kaula-aukon kautta varastava salainen ihailija, kääntämään tonnien painoinen möliskö ympäri ja tiputtelemaan laakerinkuulat yksitellen takaisin.
Violet Club lienee sekä vaarallisin että käyttökelvottomin ydinase, mikä koskaan on rakennettu. Se lienee ainoa murhakulli, jota ei koskaan olisi pitänyt rakentaa. Niitä toimitettiin viisi kappaletta RAF:lle 1958-59, ja ne poistettiin käytöstä 1960.
Pallosalama
Sekä Violet Clubin että muut gravitaatiopommit jyräsi käytössä Blue Steel-ohjus. Se oli massiivinen 7 700 kg painava ja 10,7 metriä pitkä mörkö, joka ammuttiin V-pommittajan pommikuilusta kohteeseensa melkein tuhannen kilometrin päähän, kaukaa ilmatorjuntaohjusten ulottuvilta. Sen ydinkärkenä käytettiin 1,8 megatonnin Red Snow-vetypommia, joka oli omaa sukua amerikkalainen W28. Brittien fuusiopommikoe, operaatio Grapple (tarkemmin koe Grapple X), nimittäin 1,8 megatonnin voimallaan osoitti, että briteillä oli joka tapauksessa hallussaan vetypommin teknologia. Nyt oli käytännössä turhaa pitää brittejä ydinteknologian kärjen ulkopuolella, sillä heillä oli jo teknologia käytössään. Sen sijaan oli parempi, jos Violet Club haudattaisiin kaikessa hiljaisuudessa, ja annettaisiin heille suoraan oikean, ammattilaisten suunnitteleman vetypommin piirustukset.
Blue Steel
USA ja UK solmivat keskenään keskinäisen puolustussopimuksen 4. elokuuta 1958, millä USA avasi Britannialle pääsyn kaikkein edistyksellisimpään teknologiaansa, vetypommiin ja sukellusveneiden ydinohjusohjelmiin.Vastineeksi Britannia avasi omat arkistonsa amerikkalaisille, ja toimitti itselleen ylimääräistä korkearikasteista uraania Amerikkaan, ja välitti omien joukkojensa käyttöön amerikkalaisia taktisia ydinaseita NATO:n maajoukkojen ytimessä, Länsi-Saksassa.
Vulcaneista tuli siis lentäviä ohjusalustoja 1963, mutta tämäkään vaihe ei kestänyt kauaa. Blue Steel vaati nimittäin pitkällisen laukaisuvalmistelun ennen lentoa, ja sen moottorit olivat epäluotettavia Bristol Siddeley Stentor- nestepolttoaineraketteja. Sen korkeaseoksisen vetyperoksidipolttoaineen (H2O2 ) käsittely oli sangen haastavaa. Lisäksi Vulcanit olisivat joutuneet ampumaan niitä matalalta, mikä söi suuresti niiden kantamaa. Blue Steel vedettiin ongelmallisena käytöstä 1970.
Vulcanin viimeiseksi ydinaseeksi jäi aiemmat graviaatiopommit korvaava gravitaatiopommi, WE.177. Sen ydinkärki oli amerikkalainen W59, jota käytettiin myös mannertenvälisissä Minuteman-ohjuksissa. Sen teho oli noin megatonni, mutta britit käyttivät hieman hillitympiä 200 ja 450 kilotonnin variantteja, sekä laivasto 0,5 tai 10 kilotonnin ydinsyvyyspommiversiota. Sen tarkoitus oli oikeastaan olla välivaihe kunnes Polaris-ydinohjukset saataisiin täyteen taisteluvalmiuteen, mutta WE 177 oli sen verran kustannustehokas ydinase, että se pidettiin käytössä. Lisäksi myöhemmin Polaris-ohjelmasta Chevaline-harhamaalien tieltä poistetut kolmannet kärjet muutettiin WE.177C-pommeiksi. WE.177:t tulivat käyttöön syyskuussa 1966, ja niistä tuli pisimpään palvellut brittiläinen ydinpommi: ne palvelivat vuoteen 1998 saakka, jolloin ne purettiin ja Britannian ydinasepäivystys siirtyi tykkänään ydinsukellusveneiden harteille.
Tapahtui koiran vuonna
Ydinpommittaja ei koskaan päätynyt suorittamaan rooliaan. Sen sijaan se sai maistaa sotaa Falklandilla keväällä koiran vuonna 1982. Se tapahtui viime hetkillä: Vulcan oli viimeinen V-pommittajista, joka oli enää palveluskäytössä pommikoneena (Valiant oli hylätty jo 1965, kun kävi ilmi ettei sen rakenne kestänyt matalalentopenetraatioden rasituksia; Victor oli siirretty ilmatankkeriksi), ja viimeiset kolme laivuetta oli jo päätetty lakkauttaa saman vuoden kesällä. Ne lähinnä tappoivat aikaa NATO:n ydinasepäivystäjinä Waddingtonin lentotukikohdassa, kun Argentiinan sotilasjuntta ryhtyi pelaamaan uhkapeliä ja miehitti Falklandinsaaret 2. huhtikuuta 1982.
Rautarouva Margaret Thatcher katsoi bluffin ja hallitus päätti vallata saaret takaisin. Oli ilmiselvää, että homma oli pääasiassa laivaston heiniä, sillä saaret ovat...saaria. RAF:lla ei ollut lentokonetta, jonka kantama olisi riittänyt Falklandille mistään tukikohdasta, manner-Argentiinasta puhumattakaan. V Force oli kuitenkin RAF:n ässä hihassa tässä pokerinaamojen pelissä: Victorit olivat alunperin pommikoneita, joten niissä itsessään oli ilmatankkausputket. Uudessa ilmatankkerin roolissaan ne kykenivät siis tankkkaamaan paitsi maan ainoaa pommikonetta Vulcania, myös toisiaan. Koneita alettiin lennättää kiireen vilkkaa Falklandia lähimmälle lentokentälle Ascensionsaarelle. Alkoi operaatio Black Buck.
Vulcan ja Lockheed C-130 Ascensionilla 1982.
Homma oli kiireistä. Vulcanien ilmatankkauslaitteet oli jo ehditty deaktivoida, joten ne reaktivoitiin kiireeesti. Niihin asennettiin pitkää merilentoa varten uusi navigointijärjestelmä ja perutuille Skybolt-ydinohjuksille tarkoitettuihin ripustimiin asennettiin AN/ALQ-101 –tutkanhäirintälähettimet, ja jo poistettu tavanomaisten pommien viritysjärjestelmä piti palauttaa.Sotakuntoon viritetyt koneet siirtolennettiin ilmatankkereiden tuella Acensionille, ja ensimmäinen Black Buck-lento lähti matkaan vapunaattona 1982.
6300 kilometrin pommituslento suuntaansa vaati valtavasti voimia. Siihen otti osaa kaikkiaan kaksi Vulcania (toinen oli varakone, joka palasi kun varsinainen hyökkäyskone oli ilmatankattu ensimmäisen kerran) ja huimat 15 Victor-tankkeria. Täydessä pommi-ja polttoainelastissa, ylimääräinen ELSO-upseeri kyydissään ja tuore yöpommitusmaalikerros yllään Vulcanit olivat ylipainoisia Ascensionin kuumassa ja siksi harvassa ilmassa. Rolls Royce Olympus 301:t viritettiin ajamaan 103 % kierrosluvun hätäteholla, jotta koneet ylipäätään saatiin taivaalle. Jerikon pasuunat yltyivät raskaan metallin myrskyksi jumalten vuorella kiskoessaan Vulcaneita irti maasta, ja kiitoradat peitti pimenevää iltaa synkempi taivaan kömy. Pisin koskaan lennetty sotalento alkoi.
Se oli suuri menestys. Monimutkainen ja kaikkiaan 18 ilmatankkausta käsittänyt operaatio tuli argentiinalaisille täytenä yllätyksenä vappuyönä. Pimeällä taivaalla syttyi säteiden sota: Vulcanin H2S-tutka lukittui saaren tunnettuihin karttapisteisiin, ja tutkanhäirintälähettimet sekoittivat Stanleyn lentokentän ilmatorjuntatykkien maalinhakututkat. Vulcan ujelsi kentän yli 3000 metrissä ja automaattinen pommitusjärjestelmä pudotti 21 pommin ryöpyn kiitoradan yli. Niistä yksi osui suoraan kiitorataan, repien siihen valtavan kraaterin, ja näin esti lopullisesti argentiinalaisten Mirage III-hävittäjiä käyttämästä kiitorataa, joka alunperinkin oli niille liian lyhyt. Näin ilmaherruuden siirtyminen briteille käytännössä sinetöitiin (joskin se osoittautui kyseenalaiseksi: Argentiinan ilmavoimat ja laivasto ylsivät saarille mantereelta nippa nappa A-4 Skyhawk- ja Mirage 5- rynnäkkökoneilla, aiheuttaen Royal Navylle raskaita tappioita). BBC julisti sotalennon suureksi menestykseksi jo ennen yhdenkään koneen paluuta Ascensionille.
Black Buck-lentojen ilmatankkauksen vuokaavio.
Kaikkiaan Black Buck-lentoja suoritettiin viisi, joista kahdella Vulcanit kantoivat amerikkalaisia Shrike-tutkantorjuntaohjuksia, joilla tuhottiin yksi Stanleyn Skyguard-tutkista. Jälkimmäisellä lennolla 3. kesäkuuta Vulcan XM597:n ilmatankkausputki irtosi paluumatkalla, kun se oli käyttänyt kaksi neljästä siipien alle ripustetuista Shrike-ohjuksistaan. Se ei millään pääsisi takaisin Ascensionille, joten päällikkö teki ainoan mahdollisen ja rohkean tempun: käänsi koneen hätälaskuun Rio de Janeiroon. Toinen ohjuksista ammuttiin matkalla mereen, mutta toisen sytytys jäi suutariksi eikä se irronnut ripustimesta. Vulcanin oli pakko laskeutua sotalennolta puolueettomaan maahan aseistettuna. Tapauksessa oli kovat ainekset vakavaan diplomaattiseen selkkaukseen, sillä siipeen hirttäytynyt ohjus osoitti amerikkalaisten tukevan brittejä, vaikka muodollisesti he pysyivät puolueettomina (sekä Britannia että Argentiina olivat amerikkalaisten liittolaisia). Brasilialaiset, joita sekä argentiinalaiset että amerikkalaiset painostivat, internoivat koneen ja miehistön, jotka vapautettiin viikkoa myöhemmin sillä ehdolla, etteivät kummatkaan saisi osallistua enää sotatoimiin. Näin tehtiin: XM597 miehistöineen palasi Ascensionin kautta Britanniaan. Ohjus takavarikoitiin vähin äänin.
Black Buck –lentoja tehtiin vielä yksi, heikoin tuloksin, kunnes Argentiina antautui 14. kesäkuuta 1982. Falklandin sota oli päättynyt. Se oli vaatinut 900 miehen hengen.
Falkland päätti myös pommikoneen uran. Tai ei aivan: Handley Page Victor jatkoi yhä tankkerina, mutta Falklandin operaatiot olivat syöneet hälyttävän määrän elinkaaritunteja, joten kuusi Vulcania muutettiin ilmatankkerimalliksi Vulcan K.2 tilapäisratkaisuksi, kunnes Vickers VC10- ja Lockheed TriStar- matkustajakoneiden ilmatankkausversiot saatiin palvelukseen 1980-luvun puolivälissä, sillä tankkerikoneiden tarve kävi yhä polttavammaksi. Koska Vulcania ylläpidettiin yhä tässä roolissa, myös osa pommikonevarianteista B.2 pidettiin operatiivisina aina 1984 saakka. Vulcanin tarina oli päättynyt uljaana, vaikka kone yritettiin kuohia monta kertaa.
Tai ei vieläkään aivan. Ensimmäinen sarjatuotanto-B.2 , XH558, lensi nimittäin näytöskoneena vuoteen 2015 saakka. 55 vuotta lentänyt kone maadoitettiin viimeistä kertaa, sillä sen ylläpitoon ei ole enää varoja, tyyppihyväksyntää, ja mikä tärkeintä, tietotaitoa. Moottorit ja arkaaiset järjestelmät oli ajettu loppuun, ja niin viimeinen Vulcan suljettiin museohangaarin kevytmetallisarkofagiin.
Tarinamme alkaa Berliinin rautatieasemalta
lohikäärmeen vuonna 1832. Preussilainen ammattiupseeri ja sotateoreetikko Carl von Clausewitz julkaisi
postuumisti tunnetuimman teoksensa Vom Kriege, ”Sodankäynnistä”. Kirjassaan von
Clausewitz kuvaa absoluuttisen sodankäynnin käsitettä: tilannetta, jossa
kansakunnan ainoa tehtävä on sodankäynti ja sen voittaminen, eikä siinä tunneta
mitään rajoitteita. Tästä epäsuorasti seuraa se, että jokainen kansakunnan
jäsen on osallinen sodankäynnissä, vaikkei olisi sotilas tai edes
sotateollisuuden palveluksessa. Absoluuttinen sodankäynti on tilanne, missä
sota ei voi kehittyä enää syvemmäksi sodaksi.
Von Clausewitzin mukaan absoluuttinen sodankäynti on kuitenkin teoreettinen
käsite, sillä todellisuudessa lähes aina ihmiset ja kansat kuitenkin
rajoittavat sodankäyntiään. Hyvin harvoin sodan käytännön päämäärä on
vihollisen täydellinen tuho, vaan sodalla on jokin muu, käytännöllisempi
tavoite.Antiikin suuret valtakunnat
hävittivät muita heimoja lähinnä vakiinnuttaakseen voimansa tai kostoretkillä,
ja tätäkin tehtiin suhteellisen harvoin verrattuna siihen, miten yleistä
sotiminen oli. Varsinainen päämäärä se ei ollut.
Kun ihmisen vuosisata syttyi auringonnousuunsa, syttyi sodista suurin. Suuret
miehistötehtaat syöksivätaina vain
lisää leijonia aasien johdettaviksi suurten tehtaiden tykkien ruuaksi. Maahan
hukkuneiden yllä leijui pilvien imperiumi, eikä teollinen sodankäynti suonut
kuoleville rukousta. Maanosia maalattiin uudelleen verellä ja raudalla.
Pilvien valtakunnastaan käsin maailmaa
katselivat myös Peter Strasser, Paul Behncke ja Alfred von Tirpitz. He olivat lukeneet Clausewitzinsa: Tirpitzin mukaan ”menestystä ei
mitata vain viholliselle aiheutetussa vahingossa, vaan myös kyvyssä nakertaa
vihollisen päättäväisyyttä käydä sotaa”. Parhaiten Zeppelinien käyttö
strategiseen pommitukseen henkilöitynee kuitenkin kapteeni Peter
Strasseriin, jonka julma teutoninen olemus ja vielä teutonisemmat kommentit
kuvaavat uuden sodankäyntitavan julmaa luonnetta: ”He sanovat meitä
vauvantappajiksi...nykyaikaisessa sodassa ei ole siviilejä. Tämä on totaalista
sotaa. Totaalinen sota on pitkälti viimeinen askel ennen
absoluuttista sodankäyntiä, ja siitä pidemmälle on vaikea käytännössä enää
ottaa seuraavaa askelta. Pian kuitenkin osoittautui, että se oli mahdollista.
Ensimmäisen maailmansodan strateginen pommitus oli
kuitenkin lopulta sangen vaatimatonta. Sota vaati 20 miljoonaa sielua. Niistä Zeppeliinit vaativat 557 ja
Gothat 835, Ranskan ja Britannian pommitus Saksassa 768. Strateginen pommitus
herätti lähinnä psykologisen kauhuvaikutuksen, ja sitoi briteiltä Lontoon
ilmapuolustukseen yli 10 000 miestä sekä satoja tykkejä ja hävittäjiä.
Sodan päätyttyä italialainen ammattisotilas Giulio Douhet, joka oli kiihkeästi ajanut laajaa strategista pommitusta
jo sodan aikana, kirjoitti aiheesta kirjan Il dominio dell' aria (Ilmojen herruus) vuonna 1921. Douhet vie teoksessaan
ajatuksen totaalisesta sodasta huomattavasti lähemmäs absoluuttista sotaa, kuin
ensimmäisessä maailmansodassa oltiin tehty. Hänen mukaansa vihollisen
moraalinen selkäranka oli murrettava kaupunkien massamaisella hävityksellä ja
siviiliuhrien suurella määrällä. 1920-luvulla ei tunnettu myrkkykaasuja
voimakkaampia joukkotuhoaseita, joten Douhet ehdotti niiden massamaista käyttöä
raskaista suuren kantaman pommikoneista sodan ratkaisemiseksi. Doktriinin
ytimessä oli, ettei pommikoneiden torjunta olisi käytännössä mahdollista, mikä
1920-luvulla oli jossain määrin totta kaksi- ja useampimoottoristen
lentokoneiden kehittyessä yksimoottorisia nopeammin ja monipuolisemmin. Se myös
alleviivasi sitä, miten tällainen sodankäynnin muoto kohdistui
puolustuskyvyttömään maaliin.
Douhet ei ollut ainoa ilmastrategiateoreetikko 1920-luvulla. Amerikkalaiset
strategit, kuten Billy Mitchell ja Harold L. George, kannattivat
strategisen pommituksen doktriiniksi pommittaa hyvässä näkyvyydessä korkealta
täsmäiskuin vihollisen infrastruktuuria, kuten liikenteen solmukohtia ja
teollisuutta. Näin vihollinen menettäisi kyvyn ylläpitää sodankäyntiä ja
joutuisi siksi luopumaan siitä.
Douhetismin ja amerikkalaisten välissä oli brittiläinen Hugh Trenchard, jonka doktriini oli
valikoitu massapommitus, jossa kohteina olisivat vain tärkeimmät teollisuuskaupungit,
ja vihollisen siviiliväestö vaatisi hallitustaan antautumaan koska kaupunkien
ja teollisuuden tuho johtaisi elintason romahdukseen ja massaköyhyyteen. Se
kuitenkin jakoi Douhetin kanssa ajatuksen moraalisen selkärangan murtamisesta
terroripommituksilla. Amerikkalaisten kantava ajatus taas oli, että sodankäynti
oli muuttunut luonteeltaan hyvin teolliseksi, ja vaati siksi runsaasti
tarvikkeita, varaosia, polttoainetta ja uusia tuotteita. Tuhoamalla niiden
tuotanto ja logistiikka voitaisiin moderni sodankäynti tehdä lähes
mahdottomaksi, ja täten vihollinen ajettua teknologisesti vähintään sukupolven
alakynteen.
Kaikille yhteistä oli suurten pommikoneiden massamainen
käyttö, ja että niiden torjunta olisi käytännössä mahdotonta. Brittiläinen
douhetismin kannattaja Stanley Baldwin
kiteytti tämän kuuluisassa puheessaan 1932 brittiparlamentissa, jossa hän
julisti pommikoneen pääsevän aina läpi,
ja että tulevaisuuden sodat ratkaistaisiin polttamalla vihollisen naisia ja
lapsia nopeammin, kuin tämä ehtisi.
Douhet tuskin käsitti, millä tavalla hänen teoriansa saattoi toteutua, mutta
olisi varmasti tarttunut siihen, jos se olisi ollut saatavilla.
MANHATTANIN PIKAJUNA
1800-luvun jälkipuolisko oli paitsi voimakkaan teollistumisen, myös klassisen
fysiikan kulta-aikaa. Wilhelm Conrad
Röntgen havaitsi eräänä syksyinä iltapäivänä 1895, että jotkut hänen
mineraalinäytteistään hohtivat aavemaista valoa, kun katodisädeputki oli
päällä. Katodisädeputki oli pahviin koteloitu, joten sen lähettämä katodisäteily
(eli beetasäteily – nopeita elektroneja) ei voinut saada mineraaleja
fluoresoimaan. Asetellessaan erilaisia materiaaleja katodisädeputken ja
mineraalien väliin, hän näki oman luurankonsa varjon lankeavan fluoresoivalla bariumplatinasyanidilla
BaPt(CN)4 pinnoitetulla pahvilevyllä. Hän oli
löytänyt uuden säteilyn lajin, röntgensäteilyn. Kukaan ei tuolloin vielä
tarkkaan tiennyt, mitä se oli: 300 PHz ja 30 EHz taajuudella värähteleviä
fotoneja.
Röntgenin kuva vaimonsa Annan kädestä 1895, ensimmäinen röntgenkuva.
Henri Becquerel tutki seuraavana vuonna, oliko Röntgenin säteilyllä ja tiettyjen
metallisuolojen fosforenssilla yhteyttä. Hän havaitsi, että uraanisuolot saivat
valokuvauslevyt tummumaan itsessään, ilman, että niitä oli altistettu
katodisädeputkelle. Niiden täytyi siis itse aiheuttaa se. Niiden oli
lähetettävä säteilyä, joka toimi samalla tavalla kuin Röntgenin säteily.
Becquerel kokeili useita eri uraanin suoloja, ja kaikki aiheuttivat saman
tuloksen. Valokuvauslevy tummui. Sen oli oltava siis uraaniatomin ominaisuus.
Luonnonuraanista 99, 27 % on isotooppia U-238. Se alfahajoaa 4,47 miljardin
vuoden puoliintumisajalla thoriumin isotoopiksi 234. Monen muun alfahajoavan
isotoopin lailla tässä hajoamisessa syntynyt tytärydin Th-234 jää 23% todennäköisyydellä
virittyneeseen tilaan, ja purkaa sen suuritaajuisena fotonina – gammasäteilynä.
Koska fotoni on lepomassaton hiukkanen, tässä gammapurkauksessa thoriumin
isotooppi eli massaluku ei muutu, vaan se purkaa protoniensa
potentiaalienergiaa. Tämä tapahtuu 0,37 nanosekunnissa itse alfahajoamisen jälkeen
ja tuottaa 50 keV energiaa, mistä syystä uraanin hajoamisketju on jo
alkupäässään sekä alfa- että gammasäteilijä.
Tätä ei tiedetty vielä 1896, mutta Becquerelin havaitseman tummuminen valokuvauslevyssä oli tämän gammasäteilyn aiheuttamaa. Becquerelin oppilas Marie Curie taas havaitsi toriumin säteilevän vieläkin
voimakkaammin, kuin uraanin. Ilmiö ei siis ollut uraanin yksinoikeus, vaan se
oli läsnä joissain muissakin alkuaineissa. Juuri Curie käytti sanaa radioaktiivisuus
kuvaamaan uraanin ja toriumin aktiivisuutta. Curie myös löysi 1897 uraanin
hajoamissarjasta uuden alkuaineen, jonka nimesi kotimaansa mukaan poloniumiksi.
Pian, 1898, Curie ja miehensä Pierre
löysivät myös toisen uuden alkuaineen, radiumin.
Marie Curie
Sillä välin Britanniassa fyysikko Joseph John Thomson tutki keväällä 1897 itse katodisädeputkea. Hän
laittoi putken toiselle puolelle positiivisesti ja toiselle negatiivisesti
varatun metallilevyn, sekä magneetin edelleen molemmin puolin putkea. Putken
pää oli maalattu fluoresoivalla maalilla, jonka hehkun siirtymästä Thomson
pystyi havaitsemaan, että säde kääntyi kohti positiivisesti varattua puolta –
suihkun oli siis oltava negatiivisesti varattu. Magneettikentän muutosta
mittaamalla hän taas kykeni mittaamaan sitä poikkeuttavan hiukkasen massan.
Tulos oli järisyttävä: hiukkasen massa oli 1/2000 osaa keveimmän tunnetun
atomin, vedyn massasta. Thomson kokeili eri materiaaleja putken katodina, ja
tulos oli aina sama. Hänen löytämänsä hiukkasen oli siis oltava
alkeishiukkanen, joka oli osa kaikkia alkuaineita. Atomi ei ollutkaan atomos, jakamaton. Thomson oli löytänyt elektronin.
Thomsonin oppilas Ernest
Rutherford taas keskittyi Curien havaitsemaan radioaktiivisuuteen. Hän kokeili säteilyn
läpäisevyyttä kokeilemalla eri väliaineita, ja havaitsi sen poikkeavan
merkittävästi. Ei väliaineen, vaan säteilylähteen mukaan. Säteilyä oli siis
oltava useampaa kuin yhtä lajia, ja Rutherford käytti niistä kreikankielisten
aakkosten kahta ensimmäistä aakkosta, alfa ja beta. Hän myös mittasi
toriumnäytteen emittoiman kaasun (radon) säteilyn ionisoiman ilman
virranjohtavuutta, ja havaitsi kaikissa näytteissään sen puoliintuvan samassa
ajassa näytteen koosta riippumatta. Rutherford oli määrittänyt puoliintumisajan(aika oli noin yksi
minuutti – Rutherfordin mittaama puoliintumisaika oli siis todennäköisesti
torium-232:n hajoamistuotteena aktiniumin, jälleen thoriumin ja lopulta
radiumin kautta syntyvää radon-220:aa, jonka puoliintumisaika on 55 sekuntia).
Thomsonin atomimalli, rusinapulla.
Thomson oli päätellyt löytämiensä elektronien olevan positiivisesti varatun
atomiytimen pinnalla leijuvia negatiivisia hiukkasia. Rutherfordin koe, missä
ohutta kultalevyä pommitettiin alfahiukkasilla kuitenkin selvitti 1909, että
atomiydin on suurimmaksi osaksi tyhjää – elektronit kiertävät tiheää
atomiydintä suhteellisen kaukaisilla kiertoradoilla. Kulta-atomi on suuri ja
raskas, joten jos se olisi suuri pulla, jonka pinnalla elektronit velloisivat
rusinoina, alfahiukkaset käyttäytyisivät kaikki keskenään samalla tavalla.
Pieni määrä alfahiukkasia kuitenkin sirosi eli kimposi takaisin hyvin jyrkällä
kulmalla. Atomin keskellä oli siis oltava jotain erittäin tiheää, raskasta ja
positiivisesti varautunutta (sillä positiivinen varaus hylkii positiivisesti
varautunutta alfahiukkasta), mihin ne törmäsivät, vaikka pääsivät suurimmalta
osaltaan kulkemaan häiriintymättä läpi. Atomin massa oli siis sijaittava lähes
kokonaan sen ytimessä.
Rutherfordin atomimalli.
Rutherfordin atomimallia tarkensi Niels Bohr 1913, joka selitti kvanttifysiikan keinoin vedyn
spektriviivat. Bohrin mukaan atomi emittoi valoa vain, kun elektroni siirtyi
ulommalta kiertoradalta sisemmälle – siis purki kvanttimekaanisen
potentiaalienergiansa valokvanttina, fotonina. Tällä valokvantilla oli
elektronin asemaenergian suuruinen energia, mikä määräsi sen aallonpituuden. Bohr
myös kvantittumisen kautta selitti, miksi elektroni ei menettänyt energiaansa
pyöriessään vinhaa kyytiä ytimen ympäri kuin undulaatti betonimyllyssä: sen
kiertoliike on oikeastaan osa elektronin aalto-hiukkasdualismia, eli se
muodostaa kuorellaan seisovan aallon, eikä siis periaatteessa liiku. Tällöin se
ei myöskään hukkaa energiaa vaikka varattuna hiukkasena liikkuukin
sähkökentässä, ja samasta syystä kullekin atomiorbitaalille eli elektronien
kiertoratakuorelle mahtuu rajallinen määrä elektroneja.
Atomimalli tarkentui jälleen 1932, kun James Chadwick tutki Walter Bocken sekä Frédéricja Irène
Joliot-Curien (kyllä: Marie Curien tytär) kokeita, missä berylliumia
pommitettiin poloniumlähteen emittoimalla alfasäteilyllä. Beryllium lähetti
itse tämän pommituksen seurauksena säteilyä, joka irrotti parafiinivahakalvon
vetyatomeista protoneja, joiden energiaksi mitattiin 5,3 MeV. Säteilyä
pidettiin aluksi suuritaajuisena gammana, mutta irronneiden protonien energia
oli niin suuri, että gammasäteilyn välittäjähiukkasen, fotonin, olisi tullut
omata 50 MeV energiaa. Se olisi paljon enemmän kuin mitä oltiin mitattu, joten
Chadwick päätteli, että alfapommitus sai berylliumin emittoimaan ytimestään
varauksettoman, suurimassaisen hiukkasen. Se myös selittäisi, miksi esimerkiksi
heliumin järjestysluvuksi tiedettiin 2 mutta sen massaluvuksi oltiin mitattu 4.
Berylliymin emissiolla ei nimittäin havaittu mitään sähkömagneettista
vaikutusta, eli sen oli oltava varaukseton.
Bohrin atomimalli.
Chadwick pommitti itse berylliymin säteilyllä eri
kohdeaineita, kuten typpeä, happea, heliumia ja argonia. Irronneiden protonien
energia oli edelleen aivan liikaa ollakseen fotonien aiheuttamaa, samaten
reaktiopoikkipinta-ala oli kertaluokkia suurempi, kuin mihin pienet ja
lepomassattomat fotonit kykenivät. Berylliumin oli siis emittoitava massaltaan
ja halkaisijaltaan suuri hiukkanen, jolla ei ollut sähkövarausta. Seuraavaksi
Chadwick pommitti alfasäteilyllä booria ja mittasi sen emittoimien neutraalien
hiukkasten vaikutusta typpikaasuun, sillä sekä typen että boorin atomien massa
oltiin mitattu tarkasti. Näin Chadwick pystyi mittaamaan hiukkasten
liikemäärän. Seuraavaksi hän pommitti
säteilyllä vetyä, joka molekyylin massaksi tiedettiin kaksi protonia ja kaksi
elektronia, ja mittasi irronneen protonin nopeuden. Olettaen törmäyksen täysin
kimmottomaksi hän tiesi nyt hiukkasen nopeuden ennen törmäystä, ja yhtälössä
oli enää yksi tuntematon, joten tuntemattoman arvoksi Chadwick pystyi laskemaan
938 ± 1,8 MeV (arvoksi on myöhemmin mitattu 939,57 MeV). Chadwick oli löytänyt
ja määrittänyt neutronin.
Kukaan ei vielä tiennyt mitä tarkkaan ottaen tapahtui. Alfasäteily, eli raskaamman ytimen hajotessaan emittoima nopea heliumatomi (2 protonia + 2 neutronia) fuusioitui beryllium-9 -ytimen (4 protonia + 5 neutronia) kanssa alfakaappausreaktiona: berylliumin vahva vuorovaikutusvoima sieppasi heliumytimen, jolloin järjestysluku kasvoi kahdella ja massaluku neljällä, ja tuloksena oli hiili-13 (6 protonia +7 neutronia), joka sinänsä on vakaa isotooppi. Atomi kuitenkin jäi hyvin ylivirittyneeseen energiatilaan, minkä se purki sekunnin miljardisosassa emittoimalla neutronin, ja jäljelle jäi hiili-12. Kokonaisreaktio oli siis He-4 + Be-9 -> C-12 + n.
Chadwick sai löydöstään fysiikan Nobelin 1935. Kun
neutroni nyt oli löydetty, sillä haluttiin pommittaa kaikkea, ja katsoa mihin
se johtaa. Enrico Fermi rytkytti
neutroneilla uraania 1934, ja tuotti jotain mitä luuli uraania
raskaammaksi alkuaineeksi. Uraanin pommitus nimittäin tuotti spektrin
alfahiukkasia, protoneja, ja ennenkaikkea betahiukkasia. Betahiukkanen on nopea
elektroni (tai positroni), joka syntyy neutronin muuttuessa protoniksi, joten
Fermi päätteli löytäneensä epäsuorasti uraania raskaamman alkuaineen.
Radioaktiivisten hajoamisten määrä ja laadun variaatio oli kuitenkin
selittämätön, eikä uutta alkuainetta onnistuttu eristämään. Kemisti Ida Noddack esitti, että ehkä uraani ei
ollutkaan absorboinut neutronia ja muuttunut raskaammaksi, vaan hajonnut.
Noddack ei kuitenkaan pyrkinyt sen tarkemmin selittämään ajatustaan, eikä
Fermikään.
Sen selitti 1938 Lise
Meitner.Otto Hahn ja Fritz Strassmann olivat pommittaneet
uraania neutroneilla, ja havainneet hajoamistuotteiden seassa bariumia. Uraanin
järjestysluku on 92 ja bariumin 56, eikä mikään tunnettu hajoamissarja voinut
selittää näin kevyen alkuaineen olemassaoloa. Kemisti Hahn ei kyennyt
selittämään ilmiötä, ja kirjoitti havainnostaan fyysikko Meitnerille.
Meitner ässehti asiaa siskonpoikansa Otto Frischin
kanssa, joka oli joululomalla Niels Bohrin instituutista. Meitner pohti, että
voisiko uraani absorboida ytimeensä neutronin siten, että uraaniytimen
poikkileikkaus enää olisikaan pallomainen, vaan pisaramallinen – kuten George
Gamov ja Bohr olivat aikaisemmin pohtineet -mikä johtaisi sen käyttäytymiseen epäkeskon tavoin.
Klassisen fysiikan tavoin myös hiukkasfysiikassa
epäkeskon kappaleen hyrrävoimat saavat sen leviämään pitkin maisemaa. Meitner
laski, että epäkeskon uraaniytimen haljetessa Hahnin kuvaamiksi
hajoamistuotteiksi, tytärytimet hylkisivät toisiaan noin 200 MeV energialla.
Energiaa ei termodynamiikan ensimmäisen pääsäännön mukaan voida luoda tyhjästä
eikä hävittää minnekään, joten tämän hylkimisenergian oli tultava jostain.
Meitner laski, että kahdella tytärytimellä oli noin 1/5 protonin massaa
vähemmän yhteismassaa (massakato tulee ytimen sidosenergiasta) kuin
uraaniatomilla, mistä taas Albert Einsteinin kaavalla E=mc2
tulokseksi tulee noin 200 MeV. Meitner oli selittänyt ja nimennyt fission.
Fissio.
RADIUMTYTÖT JA HIUKKASTEN TORAHAMPAAT
Curie on myös vanhentunut aktiivisuuden yksikkö: se
vastaa yhden puhdistetun radium-226 –gramman aktiivisuutta. Yhdessä grammassa
puhdasta radium-226:tta tapahtuu 37 miljardia hajoamistapahtumaa sekunnissa,
mikä on siis yksi curie. Yleisimmin käytetty yksikkö on becquerel, 1 hajoaminen
sekunnissa. Uraanin isotooppien aktiivisuudet ovat 231 000 becquerelia
grammaa kohti U-235:llä ja 12,4 bq/g U-238:lla. Koska luonnonuraani on seos eri
isotooppeja, on sen aktiivisuus 25 400 bq/g. Radium-226 on siis 1,456
miljoonaa kertaa aktiivisempaa kuin uraani.
Aktiivisuutensa ansiosta radon-222:ksi alfahajoava radium
on erittäin hyvä säteilylähde. Kuten Röntgen oli havainnut, säteily voi
tietyissä olosuhteissa aiheuttaa fluoressenssi-ilmiön osuessaan sopivaan väliaineeseen,
missä se virittää väliaineatomin elektronin, joka purkaa energiatilansa
fotonina palatessaan alemmalle kiertoradalleen. Sinkkisulfidin (ZnS) havaittiin
olevan tällainen väliaine, ja hyvin aktiivisen radiumin tanakka rummutus sai
sen hohtamaan tasaisesti ja kirkkaasti. Siitä keksittiin siis tehdä
rannekellojen itsevalaisevia viisareita.
Yhdysvalloissa alan pioneeri oli United States Radium Corporation, joka toi
markkinoille radiumaktivoidun, fluoresoivan maalin, UnDarkin. Ohuiden viisarien maalaaminen kalliilla maalilla oli
tarkkaa työtä, joten työhön palkatut nuoret tytöt määrättiin kostuttamaan ohuet
pensselit huulillaan, jotta harjakset pysyivät tiukasti nipussa ja pensselin
kärki pysyi terävänä. Samalla he saivat radiummaalia huuliinsa, ja ennen pitkää,
syvemmälle elimistöönsä.
Radium on saman II ryhmän alkuaine, kuin kalsium. Siksi se käyttäytyy
kemiallisesti samalla tavalla, ja kehon aineenvaihdunnassa luun kalsiumatomi
voi korvautua radiumatomilla. Näin keho varastoi itseensä voimakasta alfasäteilijää,
joka lähetti alfahiukkasensa, nopeat heliumytimet, suoraan kehon sisältä. Ne
ovat erittäin voimakkaasti ionisoivia hiukkasia, erinomaisia katkomaan
molekyylien välisiä sidoksia soluissa. Erityisesti tämä näkyi suussa ja
leuassa, missä radiumin pitoisuus pysyi jatkuvasti korkeana. Radiumtyttöjen
hampaat alkoivat pudota, leukaluu mennä kuolioon, ja heillä alkoi esiintyä
leukemiaa ja anemiaa. Ensimmäinen oikeusjuttu nostettiin 1925, mutta US Radium
Company palkkasi juristeja ja lääkäreitä todistamaan, että naisten vaivat eivät
johtuneet radiumista. Kesti vielä kaksi vuotta, ennenkuin radiumtytöt
onnistuivat löytämään juristin ajamaan kannettaan, mikä johti sopimukseen ennen
tuomiota 1928. Sen mukaan radiumtytöt saivat yhteisen 10 000 dollarin
korvauksen, ja 600 dollaria vuodessa kukin loppuelämänsä ajan.
Viimeinen radiumtytöistä kuoli 1930, kaksi vuotta myöhemmin.
Säteily oli näyttänyt tappajaluonteensa. Sen seurauksiin
kuolivat myös Marie Curie ja mahdollisesti myös Wilhelm Röntgen ja Henri
Becquerel. Siihen kuoli myöhemmin, 1956, myös Curien tytär Irène. Luontoäiti on häijy ämmä, ja siksi se soveltui strategisen
pommituksen piiaksi.
POSTIJUNA
MANHATTANILLE
Kun fissio oli löydetty ja selitetty, pohdittiin
luonnollisesti fissioreaktion kiihdyttämistä, sillä se vapautti paljon energiaa.
Jos alkuaine ei fissiossa ainoastaan hajoaisi tytärytimiksi vaan emittoisi myös
neutronin, se halkaisisi toisen ytimen samalla tavalla. Jos neutroneja
vapautuisi enemmän kuin yksi, reaktio kiihtyisi itsestään.Jos se kiihtyisi hallitsemattomasti, kaikki
uraaniytimen sidosenergia vapautuisi käytännössä kertarysäyksellä. Koska yksi
mooli on yhden vetygramman (järjestys- ja massaluku on 1) sisältämien atomien
lukumäärä, yhdessä grammassa uraanin isotooppia 235 on Avogadron luku jaettuna
massaluvulla eli 6,022*1023 / 235 = 2,56 * 1021 atomia,
jotka kaikki vapauttaisivat 200 MeV eli 3,20435*10-11 joulea
energiaa, eli yksi gramma uraania tuottaisi 8,21131*1010 eli 82 gigajoulen
mällin. Se on energiamäärä, joka on 19 tonnissa trinitrotolueenia C6H2(CH3)(NO2)3.
Siitä voisi siis rakentaa hirvittävän suuren pommin.
Fissioketjureaktio
Tähän mennessä Euroopassa oltiin jo näytelty toisen
maailmansodan esinäytös, Espanjan sisällissota. Tässä kenraaliharjoituksessa
käytettiin strategista pommitusta, Douhetin terroripommitusstrategiaa,
kuuluisimmin Guernican pommituksessa. Hitlerin Legion Condor pieksi
baskikaupunkia huhtikuussa 1937 moderneilla pommikoneilla, Do 17:llä, He
111:llä ja Savoia-Marchetti 79:llä. Francon joukot valtasivat pehmitetyn
kaupungin, ja tämä vain lisäsi hiiliä fasistiblokin ahjoihin.
Albert Einstein ja Leo
Szilárd eivät olleet ensimmäisiä, jotka ajattelivat atomipommin mahdollisuutta,
mutta 1939 Euroopassa elettiin jo kiihkeitä lopunajan merkkejä. Uudelleenvarustautuva Saksa oli aloittanut
vähemmistöjen keskitysleirittämisen Dachaussa jo 1933. Hitlerin Saksa oli
anneksoinut Österbaumin ja Tsekkoslovakian länsimaiden hiljaisella
hyväksynnällä 1938. Kun vielä fissio oltiin havaittu Saksassa ja kakkuloita
piteli käsissään Nobel-palkittu Werner Heisenberg, ei ollut mahdoton ajatus että belliregentissä
natsi-Saksassa ajatus toteutettaisiin ensiksi. Siksi Einstein ja Szilárd
kirjoittivat kirjeen elokuun toisena 1939 Yhdysvaltain presidentti Franklin Delano Rooseveltille, että
atomitutkimus oli saanut uuden käänteen, siitä voitiin rakentaa hirveä pommi ja
Saksassa saatettiin olla jyvällä siitä, miten se tehtiin. Tästä alkaa
Manhattan-projektin tarina.
Albert Einstein. Toisin kuin usein luullaan, Einstein ei osallistunut Manhattan-projektiin, vaan kannusti Rooseveltia tekemään sen ennenkuin Hitler ehtisi.
Franklin Delano Roosevelt käynnisti
uraanineuvostokomitean, joka pian päätyi tulokseen, että uraanin fissiolla
olisi mahdollista rakentaa tällainen pommi, ja se oli mahdollista myös
käytännössä, ja että hallituksen oli erittäin suositeltavaa hankkia ainakin 50
tonnia uraanioksidia ja neljä tonnia grafiittia. Ohjelmalle myönnettiin ensi
kertaa julkista rahoitusta -6000 dollaria – ensimmäisen koelaitteen, eli Fermin-Szilárdin pinon, rakentamiseen.
Rahat käytettiin lähinnä grafiitin ostamiseen hiiliyhtiöiltä, sillä Einstein ja
Szilárd olivat päätelleet jo aiemmin, että neutronin tuli menettää liike-energiaa
voidakseen tarttua uraaniytimeen ja tehdäkseen siitä epäkeskon. He olivat
havainneet, että vesi väliaineena kyllä hidasti neutroneita, mutta sillä oli
myös paha tapa absorboida niitä. Mitä kevyempään aineeseen neutroni törmää,
sitä paremmin se menettää liikemääräänsä, koska törmäyksen voi silloin ajatella
klassisen dynamiikan tavoin kimmoisena – eli törmäyksenä, missä liikemäärää
siirtyy törmääjältä törmättävään. Szilardin ja Fermin oli siis keksittävä
mahdollisimman kevyt alkuaine, joka ei kuitenkaan absorboisi neutronia. Lähin
käytännön esimerkki oli alkuaine numero 6, hiili. Pino rakennettiin itseään
ylläpitävän ketjureaktion tutkimiseen, pommina se ei voinut mitenkään toimia.
Sillä välin Kaliforniassa, Berkeleyn
yliopistossa keväällä 1940 Edwin McMillan
ja Philip Abelson tutkivat uraania
syklotronissa, hiukkaskiihdyttimessä. Neutroneilla örnötetty uraaninäyte
lähetti kahta beetahajoamisen puoliintumisaikaa: 23 minuuttia ja 2,3 päivää. 23
minuuttia tunnistettiin uraani-239:ksi, mutta toinen oli tuntematon. Jos uraani
oli beetahajonnut, kyseessä voisi olla uusi alkuaine 93, ja lopulta kokeet
kemiallisilla reaktioilla osoittivat, että näyte ei käyttäytynyt minkään
tunnetun alkuaineen tavalla ja muistutti eniten uraania. Samalla jaksollinen
järjestelmä meni osin uusiksi (1945 lisättiin aktinoidien ryhmä), sillä sen
mukaan ennustettiin alkuaineen 93 käyttäytyvän rheniumin tavoin.McMillan ja
Abelson olivat löytäneet neptuniumin,
joka nimettiin Neptunus-planeetan mukaan, kuten uraani oli nimetty Uranuksen
mukaan.
Neptunium kuitenkin beetahajosi itsessään 2,3 päivän puoliintumisajalla, eli
järjestysluku muuttui jälleen kerran yhdellä massaluvun pysyessä samana.
McMillanin kokeissa sitä ei kyetty havaitsemaan, sillä näyte oli liian pieni. Glenn T. Seaborg örnötti deuteronipommituksella
(deuterium on vedyn raskas isotooppi H-2) 16 MeV energialla luonnonuraania Berkeleyn
syklotronissa, jolloin U-238 korvasi yhden neutroneistaan vedyn protonilla,
jolloin sen järjestysluku nousi yhdellä. Seurannut Np-238 ässehtii 2,12 päivän
puoliintumisajalla beeta- hajoamisella, jolloin yksi neutroni
muuttuu protoniksi ja emittoi nopean elektronin. Järjestysluku nousi jälleen
yhdellä, ja beetahajonnut tuote eristettiin kaliumpersulfaatilla K2S2O8,
sillä se hapetti hajoamistuotteen muttei muita reaktioyhtälön tuotteita.
Hajoamistuote oli alfahajoava 90 vuoden puoliintumisajalla, joten se oli helppo
tunnistaa ja eristää liuoksesta sen säteilyprofiilia seuraamalla. Seaborg oli
löytänyt plutoniumin isotoopin 238
(Pluto oli Neptunusta seuraava planeetta; se oltiin löydetty 1930).
Glenn T. Seaborg
Seuraavaksi Seaborg pommitti uraanin
isotooppia 238 neutroneilla. Fermin ajatusten mukaisesti vuorovaikutustodennäköisyys
kasvoi käyttämällä neutronihidastinta (parafiinivahaa), jolloin neutroni ei
liian nopeana vain kimmonnut uraanista, vaan myskäisi tiensä ytimeen, jolloin
massaluku nousi yhdellä, ja syntyi U-239. Se beetahajosi neptunium-239:ksi ja
edelleen plutonium-239:ksi. Koe oli oikeastaan sama, kuin McMillanin, mutta
hidastimen käyttö tehosti neutroniabsorptiota merkittävästi.
Tämän jälkeen Seaborg pommitti neutroneilla nyt tuottamaansa plutonium-239:ää,
ja se läpikävi fission. Seaborg toisti kokeen uraani-235:llä, jonka tiedettiin
olevan fissioituva. Myös se halkesi, mutta noin puolet hitaammin kuin plutonium.
Syntyi heti ajatus käyttää uraanin kontrolloitua fissiota plutoniumin
tuottamiseen, josta edelleen voitaisiin rakentaa pommi. Anhiton syklotroni ei
kyennyt tuottamaan edes riittäviä määriä perinteisiin fyysisten ja kemiallisten
ominaisuuksien määrittämiseen, joten Fermin-Szilárdin pino nousi arvoon
arvaamattomaan.
Pommiin arveltiin vaadittavan kymmenisen tonnia luonnonuraania tai noin puolet
tästä plutoniumia, mutta tämä muuttui, kun isotooppien hyvin erilainen fissioituvuus (kyky haljeta, fissioitua,
neutroniabsorption vuoksi) ja fissiiliys (kyky
jatkaa ketjureaktiota, eli emittoida useampi kuin yksi neutroni jokaisessa
fissiossa) alettiin ymmärtää. Britanniassa paikallisen atomitutkimusryhmän, Tube Alloysin Otto Frisch ja Rudolf Peierls laskivat maaliskuussa
1940, että vaadittava määrä uraani-235:ttä olisi vain muutama kilo (jopa 600
grammaa; tämä tosin johtui väärin määritetystä U-235:n fissiopoikkipinta-alan
arvosta, joka oli laskettu kymmenen kertaa liian suureksi. He tiesivät, että
suureet olivat lähinnä hyviä arvauksia, ja päättelivät että noin 10 kiloa olisi
käytännöllinen pommin ytimen massa). Tämä löytö mullisti koko ajatuksen
atomipommista: sen ei tarvinnut olla vihollissatamaan ajettu itsemurhalaiva,
vaan oli mahdollista kehittää siitä lentopommi. Ennenkaikkea se tapahtuisi myös
nopeilla neutroneilla; niitä ei tarvinnut hidastaa (korkearikasteisessa U-235:ssä neutroneilla ei kertakaikkiaan ole muuta vaihtoehtoa kuin törmätä lopulta fissiiliin uraaniin. Lisäksi U-238 on herkempi absorboimaan nopeita neutroneita, joten sen puuttuessa neutronivuo ei vaimentunut). Britit tiesivät, että
Saksassa tutkittiin uraania, asialla ei ollut kuka tahansa tenttinsä prujannut
teekkarin nilkki vaan Werner Heisenberg,
ja että anneksoidussa Tsekkoslovakiassa oli hyvälaatuista uraanimalmia tuottava
kaivos. Nyt atomipommin realiteetti iski kasvoille kuin sukallinen ohrapuuroa,
ja Churchillin kabinetti polkaisi pystyyn MAUD-komitean (nimi tuli Niels Bohrin
epäselvästä sähkeestä, missä hän viittasi taloudenhoitajaansa Maud Rayhyn). Pommi piti saada
aikaiseksi ennenkuin Hitler saisi. Brittitutkimus olikin tässä vaiheessa
amerikkalaisia edellä, niin vaatimattomat resurssit uraanineuvostokomitealla
oli.
¡VOLARE!
Roosevelt lisäsi vauhtia rattaisiin, ja
MAUD-komitean raporttien pohjalta alettiin todella suunnitella uraanin
massamaista rikastamista puhtaaksi isotoopiksi 235. Tässä vaiheessa
uraanikomitea muuttui toimeenpanevaksi
(uraani)komiteaksiS-1, jonka
teoreettisen tutkimuksen johtoon asetettiin Enrico Fermi ja
isotooppiseparaation johtoon Harold Urey. Arthur
”sironta” Compton taas raportoi MAUD-komitean tuloksista, että U-235:ttä
tarvittaisiin jotain 2 ja 100 kg väliltä yhteen pommiin, ja että tähän
vaadittaisiin 50-100 miljoonaa dollaria. Pian tämän jälkeen Japani hyökkäsi
Pearl Harboriin, ja USA oli toisessa maailmansodassa. Ohjelma sai nyt todella vauhtia alleen, ja
taloudelliset resurssit muuttuivat muutaman askeleen kautta lähes rajattomiksi.
Pommin rakentamiseen oli edelleen kaksi tietä, uraani ja plutonium. Uraanin
haasteena oli isotooppirikastus (luonnonuraanista vain 0,7 % on U-235:ttä) ja
plutoniumin taas sen synnyttäminen atomimiilussa (Uraanin isotoopista 238).
Jälkimmäinen työ nakitettiin Chicagon yliopiston metallurgiseen laboratorioon. Sinne siirrettiin myös Enrico Fermi ja Glenn
Seaborg. Atomimiilua, Fermin-Szilárdin pinoa, alettiin kasata yliopiston
kössihalliin. Plutoniumpinon lisäksi kolmea eri uraanin rikastustapaa –
kaasudiffuusoria, sentrifugia ja sähkömagneettista erotinta – päätettiin
käyttää ja jatkokehittää, sillä kukaan ei tiennyt, millä niistä saataisiin
paras saanto ja tehtäisiinkö pommi uraanista vai plutoniumista. Keväällä 1942
projekti siirrettiin armeijan pioneerijoukkojen hallintaan. Homman sai eversti James C. Marshall, joka lähes
välittömästi nimesi johtamansa osaston Manhattanin pioneeripiiriksi (ManhattanEngineer District) salaussyistä, kuten britit olivat nimenneetoman tutkimuksen putkilejeeringiksi ja
epämääräisesti MAUD-komiteaksi.
Epäonnistumisen todennäköisyys on
tunnetusti suuri, kun kyvytön neuvoo halutonta tekemään tarpeetonta.
Marshallilla, kuten juuri kellään ammattiupseerilla, ei ollut
luonnontieteellistä koulutusta. LisäksiMarshall esimiehineen halusi liikkua varovaisesti heille
tuntemattoman projektin parissa, jolla vieläpä oli siviilitieteellinen luonne,
ja niin tärkeiden materiaalien ja infrastruktuurin hankkiminen takkuili. Syksyyn
mennessä armeijakin päätyi sille kannalle, että toimiin oli saatava enemmän
pontta, ja Marshallin tilalle nimettiin pioneerijoukkojen eversti Leslie R. Groves, joka oli
koulutukseltaan insinööri. Groves hankki välittömästi tutkijoiden suositteleman
tontin Tennesseen Oak Ridgestä, määräsi toimittamaan Manhattan-projektille
(miksi Manhattanin pioneeripiiriä nyt jo kutsuttiin) kaikki sen tarvitsemat tarvikkeet ja siirsi sen päämajan
pääkaupunki Washingtoniin. Julius Robert
Oppenheimer ehdotti Grovesille, että tutkimustyön pääresurssit
keskitettäisiin yhteen, syrjäiseen paikkaan, mikä olisi tehokkuus- ja
turvallisuussyistä järkevintä. Grovesin määräyksestä pian perustettiinkin Los Alamosin laboratorio. Groves myös
totesi, että uraanin rikastukseen ei voitu käyttää kaikkia ehdotettuja
menetelmiä yhtäaikaa, vaan vuoden loppuun mennessä niistä olisi valittava
lupaavin ja keskityttävä siihen. Tutkijoiden myös tulisi siirtyä
laboratorioistaan kehitystyöhön, ja mutkia jouduttaisiin vetämään suoriksi.
Groves myös ylennettiin prikaatikenraaliksi, ja hän taas nimitti Oppenheimerin
tutkimuslaitoksen johtoon.
Julius Robert Oppenheimer
Syrjäiseksi paikaksi valittiin poikakoulun
tontti Uuden Meksikon Jemezvuorilla, ja laboratorioprojektille annettiin
mielikuvituksellinen nimi projekti Y. Se tunnettiin kuitenkin paremmin koulun
nimellä Los Alamos. Laitoksen johtajana Oppenheimer vakuutti Grovesin siitä,
että laboratorio tulisi pitää siviililaitoksena (vaikkakin armeijan
hallitsemana), sillä tutkijoista ei olisi jäykkään sotilaalliseen organisaatioon
eikä heitä voitu sellaiseen houkutella, eikä teoreettisilla fyysikoilla
ylipäätään ollut kolmannenminkään valtakunnan upseerin pätevyyttä. Tieteellinen työ myös
vaatisi vapaata ideoiden, tietojen ja ajatusten vaihtoa, mikä ei
sotilasorganisaatiossa ollut mahdollista. Groves suostui tähän, ja niin Los
Alamosiin nousi oikea norsunluutorneista koottu uudisraivaajakylä: sinne rahdattiin
hiukkaskiihdyttimiä, van der Graffin generaattoreita, Cockcroft-Waltonin
generaattoreita, syklotroneja ynnä muuta 1940-luvun high techiä. Majoituskanta
olikin sitten askeettisempi: laudoista koottuja rivitaloja hiililiedellä,
vesipumppujen teho ei tahtonut riittää kotitaloustarpeisiin ja sähkön käyttöä
oli säännösteltävä. Rakennustyöt alkoivat joulukuussa 1942, ja vuoden 1943
loppuun mennessä Los Alamosissa oli Manhattan-projektin henkilöstöä 3500 ja
vuoden 1945 loppuun mennessä 8200 päätä, joista neljällä oli fysiikan Nobel
(Bohr, Chadwick, Fermi ja Isidor Rabi).
Sellaista aivotrustia ei oltu nähty sitten Platonin bakkanaalien.
SE SUURI SEPARAATTORI
Talven 1942 koittaessa oli edelleen myös
auki, että tulisiko pommi rakentaa uraani-235:llä vai plutonium-239:llä.
Molemmissa oli valtavat haasteensa, uraani vaatisi erittäin korkeaa
rikastusastetta (U-238 vain syö neutroneja ja fissioituu, muttei vapauta
neutroneja jatkamaan ketjureaktiota) tavalla, mitä oltu koskaan kokeiltu, ja
plutonium piti polttaa neutronipommituksessa uraanin isotooppi 238:sta. Groves nimitti
isotooppiongelmaa tutkimaan MIT:n Warren Lewisin, jonka raportti esitti
kaasudiffuusorin nostamista tutkimus- ja kehitystyön kärkeen. Sähkömagneettisen
separaattorin tutkintaa suositeltiin jatkettavaksi, mutta alemmalla
prioriteetillä – se ei todennäköisesti pystyisi tuottamaan suuria määriä
U-235:ttä, mutta sillä saatiin nopeasti pieniä näytteitä koetarkoituksiin.
Presidentti Roosevelt hyväksyi suunnitelman, jonka mukaan Manhattan-projekti
rakentaisi kaasudiffuusorin, täysikokoisen Fermin-Szilárdin pinon sekä
keskikokoisen sähkömagneettisen erottimen. Rahoitusta se sai 500 miljoonaa
dollaria.
Uraanitutkimus johti Oak Ridgeen, Tenneseehen. Uraanin sähkömagneettinen erotus perustui
siihen, että kevyempi isotooppi U-235 taipuisi magneettikentässä jyrkemmin kuin
U-238. Vastaavasti kaasudiffuusio perustui siihen, että kevyempi U-235 pääsisi
helpommin läpi reikämuureista. Oak Ridgeen rakennettiin siis kaksi laitosta,
sähköerotinlaitos Y-12 ja
kaasudiffuusorilaitos K-25. Projekti
oli massiivinen: Clinton Engineering
Worksiksi nimettyä laitosta rakentamassa oli suurimmillaan 75 000
känsäkouraa.
Sähköerotin eli kalutroni on oikeastaan massaspektrometri. Siinä uraani ionisoidaan
jotta sitä voidaan kiihdyttää sähkökentällä ja sen lentorataa taivuttaa
magneettikentällä. Varautunut hiukkanen, eli ioni nimittäin liikkuu magneettikentässä
vastakkaisesti varattua napaa kohti. Koska hiukkasilla myös on klassisen
fysiikan mukainen massa ja siten myös inertia, raskaampi isotooppi 238 taipuu
suuremmalla kaarresäteellä kuin kevyempi isotooppi 235, ja näin ionisäteet
osuivat eri paikkoihin kohtiolevyssä. Kuitenkin juuri ionisoitumisen eli
sähkövarauksen vuoksi isotooppikasat alkoivat nopeasti hajaantua, sillä
samannapaisesti varautuneet hiukkaset hylkivät toisiaan, ja tämän vuoksi
sähkömagneettinen erottelu ei voi rikastaa kuin hyvin pieniä määriä kerrallaan.
Ainoa tapa lisätä tuottoa oli rakentaa valtava määrä kalutroneja toimimaan
rinnakkain: niitä rakennettiin noin kaksi tuhatta, mihin vaadittiin mm.
85 000 elektroniputkea ja 4500 tonnia kuparia (sähkönjohtavuus 5,96*106
S/m), joka oli kriittinen sotamateriaali ja josta oli huutava pula. Siksi se
päätettiin korvata hopealla, mitä ei sotatoimissa tarvittu, mutta millä oli
vielä parempi sähkönjohtokyky (6,3*106 S/m), ja hopeaa vaadittiin
vain magneettien käämeiksi – se ei siis kulunut prosessissa. USA:n
valtionvarainministeriö tyhjensi maan hopeavarannot, 14 700 tonnia hopeaa,
arvoltaan yli miljardi dollaria, mikä sulatettiin, valettiin, vedettiin 12 m
mittaisiksi nauhoiksi ja vedettiin kalutronien käämitykseksi.
Kaasudiffuusorissa taas uraani on muokattu
luonnon uraanioksideista fluorivetyhapolla HF uraaniheksafluoridiksi UF6,
joka sublimoituu kaasuksi suhteellisen matalassa lämpötilassa 56,5 °C.
Lisäksi fluori esiintyy vain yhtenä isotooppina 19F, joten ainoa
mahdollinen massaero yhdisteessä syntyy uraanin isotoopeista. Kaasu pumpataan
suuressa paineessa säiliöön, jossa on seinää vasten puoliläpäisevä kalvo, ja
kaksi matalapaineista poistoputkea, reunalla rikastetun ja keskellä köyhdytetyn
kaasun. Kevyempi U-235 nimittäin liikkuu nopeammin pienemmän inertiansa
ansiosta, ja tulee todennäköisemmin kosketuksiin säiliön seinämien ja edelleen
puoliläpäisevän kalvon (nikkeliä tai alumiinia, reikäkoko noin 25 nm) kanssa kuin
raskaampi U-238, sillä kaasujen molekyylit värähtelevät aina. Kalvon läpi siis
liikkuu, diffundoituu,
tilastollisesti enemmän U-235:ttä sisältävää uraaniheksafluoridia, mutta ero on
vähäinen – onhan isotooppien välisessä massassa eroa vain noin 1 %. Siksi näitä
säiliöitä, diffuusoreita, täytyy kytkeä suuri määrä kaskadiksi eli sarjaan,
missä kunkin diffuusorin rikastetun kaasun poistoputki on kytketty seuraavan
diffuusorin syöttöaukoksi ja köyhdytetyn kaasun taas edellisen vaiheen
syöttöpumppuun. Yhteensä vaiheita saattaa olla sarjaankytkettynä tuhansia.
Kun isotooppirikastamoita vielä myskettiin pystyyn, Chicagon metallurgisessa
laboratoriossa (Met Lab) oltiin
kasattu yliopiston kössihalliin Fermin-Szilárdin pino Chicago Pile 1. Tähän kokoon oltiin kasattu tiilipalikoista luolamiehen
piirtämäksi palloksi 330 tonnia ultrapuhdistettua grafiittia, viisi tonnia
pelkistettyä uraania ja 41 tonnia uraanioksidia. Kukaan ei tiennyt, miten
ydinreaktori edes tulisi rakentaa, saati käyttää, joten makarooni ja maguaari
joutuivat keksimään koko hökötyksen. Alkajaisiksi he päättelivät, että uraani
tulisi panostaa hidastinpatteriin tasaisesti laskostamisen sijaan paikallisesti
kerääntyneinä möykkyinä, jotta neutronivuon tiheys kasvaisi eikä U-238
parasiittisesti söisi yhtä suurta määrää neutroneita, kuin tasaisessa
jakaumassa. Kyse oli nimenomaan pinosta, missä grafiitti- ja uraanitiilet
vuorottelivat. Rakenteen keskellä kulki reiät kolmelle kadmiumtangolle, jotka
voimakkaina neutroniabsorbaattoreina toimivat säätösauvoina. Pinon rakentaminen
oli tarkkaa puuhaa, sillä tutkijoiden oli valvottava neutronivuon tiheyttä –
oli vaarana, että reaktorista tulisi vahingossa kriittinen, eli fissioreaktiota
itsestään ylläpitävä sitä kasattaessa, sillä kukaan ei tiennyt tarkkaan
millainen polttoaine-hidastinpanoksen tulisi olla. Neutronivuon tiheyttä
tarkkailemalla voitiin kuitenkin pian poissulkea tällainen lopputulos, ja
päinvastoin kun vuo hitaasti tiheni sitä mukaa kun pino kasvoi, se lähestyi kriittistä
pistettä. Tällöin säätösauvat laskettiin pinon sisään, ja sen kasaaminen
suoritettiin loppuun.
Pinolle tehtiin kriittisyyskoe, missä
kaksi sauvaa vedettiin ulos. Toinen asetettiin syöksymään sisään reaktoriin
automaattisesti, kun kriittisyys ylitti tietyn tason, toinen ripustettiin hätäseis-kytkimeksi
köysitaljan varaan, jolloin se putoaisi painovoimaisesti sisään, kun köysi
katkaistaisiin kirveellä. Kolmatta sauvaa käytettiin käsin. Sitä vedettiin ulos
hitaasti, pykälä kerrallaan, ja tarkkailtiin hyvin tarkasti neutronivuota. Se
tiheni tihenemistään, mutta saavutti aina tietyn tason, missä se pysyi. Fissio
oli siis käynnissä, muttei ollut saavuttanut kriittisyyttä – se kävi
vakioteholla, ja kun otetaan huomioon uraanin hajoamistuotteiden viivästetty
hajoaminen ja neutronituotto, uraanin itsensä fissio ei ollut vielä itseään
ylläpitävää. Kun säätösauvaa vedettiin lisää ulospäin, saavutettiin piste,
missä Fermi lopulta mittasi neutronivuon lähtevän hitaasti kiihtymään sen ensin
hypättyä säätösauvan vetämistä vastaavalle tasolle. Oli joulukuun toinen 1942,
ja niin syttyi Chicagossa maailman ensimmäinen atomimiilu.
Antamalla uraanin ässehtiä
grafiittihidasteen keskellä ja örnöttämällä hidastinsauvoja kyettiin
geigermittareilla tarkkailemaan neutronivuota ja määrittämään reaktion k-arvo, fissiossa syntyvien neutronien
määrä (miinus hävikki hidastimeen, epäpuhtauksiin ja pakenemiseen). Tulokseksi
saatiin k = 1,0006. Minkäänlaista säteily- tai muutakaan suojausta ei ollut,
lukuunottamatta suorakaiteen muotoista kumisäkkiä hökötyksen ympärillä, sillä
se pidettiin tiukasti hiilidioksidikaasussa. Tämä ei ollut ongelma, sillä
reaktori kävi erittäin matalalla teholla - noin ½ wattia – ja anteeksi on
helpompi saada kuin lupa. Fermi ei kertonut Chicagon yliopistolle rakentavansa
helvetinkonetta keskelle USA:n toiseksi suurinta kaupunkia.
CP-1 oli kuitenkin koelaitos, jolla
lähinnä tutkittiin olosuhteita, missä voitiin saavuttaa kriittisyys ja
mitattiin k-arvo. Sitä seurasi pian
tuotantokelpoinen reaktori, ja Leslie Groves piti aikaa tärkeämpänä kuin rahaa.
Siksi Manhattan-projekti tutki rinnakkain erilaisia reaktorityyppejä,
hidastimia ja niiden jäähdytysmenetelmiä. Ilmajäähdytteinen oli nopein
rakentaa, ja siitä voitaisiin suhteellisen helposti siirtyä
heliumjäähdytteiseen, joten Oak Ridgeen alettiin rakentaa helmikuussa 1943
betonibunkkeriin ilmajäähdytteistä grafiittireaktoria X-10. Sen grafiittilohkossa oli satoja putkia, joihin työnnettiin luonnonuraanipellettejä
alumiinikanistereissa (alumiini on hyvä lämmönjohde, muttei juurikaan absorboi
neutroneita). Putkiin työnnettiin pikkuhiljaa uusia kanistereita ässehtimään
otsapinnalta, jolloin putken toisesta päästä putoili vesialtaaseen kriittisessä
fissiossa örnötettyjä tölkkejä. Niiden annettiin muhia muutama viikko
tytärytimien hajoamisketjuja – reaktorin jälkilämpöä – kunnes ne vedettiin
vedenalaista kanavaa pitkin ulos ja edelleen kemialliseen
separaattorilaitokseen, missä etäkäytetyillä työkaluilla kanisterit avattiin ja
plutonium separoitiin uraanista. 7,3 metriä kanttiinsa oleva kuutio oli
ilmajäähdytteinen, mitä ylläpidettiin suurilla puhaltimilla, ja ulosvirtaava
ilma suodatettiin paperisuodattimilla ja edelleen 61-metrisestä piipusta ulos.
X-10 saavutti kriittisyyden 4. marraskuuta 1943. Se kävi 500 kW teholla, ja
tuotti kuun loppuun mennessä 500 mg plutoniumia, joka erotettiin
polttoainepelletistä vismuttifosfaatilla BiPO4.
Oak Ridgen X-10 oli vielä pilottilaitos,
jolla tutkittiin plutoniumtuotannon toimintatapoja ja teknologiaa. Seuraavaksi
piti rakentaa teollisen mittakaavan reaktori ja plutoniumin erottelulaitos. Oak
Ridge soveltui tarkoitukseen kehnohkosti, sillä se oli turvallisuusmielessä
epämiellyttävän lähellä – noin 40 kilometrin päässä - Knoxvillen 100 000
asukkaan kaupunkia, eikä alueen infrastruktuuri taipunut toisen suurlaitoksen
tarpeisiin. Jo rikastamoiden ja pilottilaitosten rakentaminen kaikkine tilpehööreineen
vaati kymmenientuhansien ihmisten työpanosta, ja operointi lähes saman verran,
ja ennenkaikkea Tennesseen sähköverkosta olisi loppunut mehu kesken. Groves ja
Oak Ridgen laitoksia operoiva DuPont-yhtiö päättivät siksi rakentaa kokonaan
uuden laitoksen Hanfordiin Washingtonin osavaltioon, missä asutus oli harvaa,
mutta Columbiajoen voimalaitokset takasivat vakaan sähkönsaannin.
Vesijäähdytteisen Hanfordin B-reaktorin
(ensimmäisen kaikkiaan kolmesta) maanrakennustyöt alkoivat 27. elokuuta 1943,
ja 1200 tonnin painoinen möliskö 1000 tonnin painoisine 200 mm
valurautasuojarakennuksineen alkoi kohota Kalliovuorille. 13. syyskuuta 1944
Enrico Fermi myskäisi ensimmäisen alumiinikuorisen uraanitölkin reaktorin
uumeniin. Keskiyöllä syyskuun 27. se kävi jo suuremmalla teholla kuin X-10,
mutta teho alkoi selittämättömästi laskea kolme tuntia myöhemmin, kunnes fissio
lakkasi tykkänään 28. päivän illalla. Seuraavana aamuna reaktio lähti uudelleen
käyntiin, saavutti edellispäivän lukemat, ja sammui jälleen.
Uraani-235:n fissiossa 3,3 % halkeamisista
tuottaa tytärytimeksi telluuri-135:n, joka beeta-miinuspuoliintuu 19 sekunnissa
jodi-135:ksi, joka edelleen beetahajoaa 6,6 h puoliintumisajalla xenon-135:ksi.
Lisäksi 3,1 % fissioituvasta uraanista tuottaa suoraan jodi-135:ttä ja 0,25%
xenon-135:ttä (eli kokonaisosuus fissiotuotteista on 6,3 %). Xe-135 on
erinomainen neutroniabsorbaattori, sillä sillä on suuri efektiivinen
poikkipinta-ala (2,6 miljoonaa barnia; U-235:n arvo on 507 barnia, eli ero on
5128-kertainen). Siksi sen kertyminen reaktoriytimeen johtaa fissiotehon
laskuun, kun Xe-135 sitoo ketjureaktion kannalta välttämättömän neutronivuon
kriittisyysrajan alapuolelle. Matalatehoisissa CP-1:ssä ja X-10:ssä sen
vaikutus jää käytännössä matalan konsentraation takia olemattomaksi, mutta
Hanford B:n tehon pikkuhiljaa kasvaessa se saavutti tilan, missä xenonpitoisuus
saavutti suhteellisen maksimiarvonsa ja veti neutronivuon tiheyden
kriittisyysrajan alle. Xe-135 kuitenkin myös puoliintuu 9,2 tunnissa
cesium-135:ksi, joten yön aikana käytännössä kylmillään ässehtivä reaktori
lähti jälleen örnöttämään, sillä fission katkettua uutta xenonia ei enää
syntynyt. Ketjureaktion saavutettua jälleen edellispäiväisen tasapainotilan
ilmiö toistui, ja reaktori jäi oskilloimaan tämän tehotason ja tyhjäkäynnin
välille. Hanfordin reaktori B oli kokenut xenonmyrkytyksen.
Xenonmyrkytys. Reaktoritehon lakatessa xenonin synty hajoamisketjussa jatkuu, mutta sen "Palaminen" pois neutronivuossa päättyy. Näinollen reaktiivisuus on vastavaiheessa xenonpitoisuuden kanssa.
Tilanteen pelastivat DuPontin insinöörit,
jotka olivat ylimitoittaneet reaktorin kanavoinnin, sillä sen käynnistyttyä
siihen ei voinut radioaktiivisuuden takia enää kajota, joten rakenteessa oltiin
pelattu varman päälle. Ylimääräisiin kanaviin ängettiin lisää uraanitölkkejä,
joilla reaktorin teho saatiin nostettua niin korkeaksi, että Xe-135 ”paloi”
pois, sillä se kuluu absorboidessaan neutroneita ja muuttuu Xe-136:ksi, joka
taas ei helposti absorboi uusia neutroneita, sillä sen reaktiopoikkipinta-ala
on paljon pienempi (0,26 barnia, eli 0,26*10-28 m2. Barni
kuvannee todennäköisyyttä osua ladon seinään sen sisäpuolelta). Reaktio
saavutti uuden tasapainotilan korkeammalla tehotasolla, ja niin ensimmäiset
neutroneilla muhitetut polttoainemukit pukattiin ulos reaktorista joulupäivänä
1944. Ne pukattiin edelleen sarjaan kemiallisia erotusaltaita
vismuttifosfaattikäsittelyyn. Joulukuussa 1944 myös D-reaktori myskäistiin
kriittiseksi helmikuussa 1945, ja plutoniumnitraattikuljetukset Los Alamosiin alkoivat.
¡HILADO!
Samaan aikaan Oak Ridgessä oltiin saatu
uraanin rikastusprosessi ruotuun. Siihen myös lisättiin uusi prosessi, terminen
erotin S-50. Se ei erikoista kyllä
ollut Manhattan-projektin peruja, vaan laivaston jo 1940 aloittama tutkimus jonka
sen johtaja, fyysikko Philip Abelson
oli saanut hiottua tuotantovalmiiksi kevättalvella 1944, jolloin siihen
tutustunut Julius Robert Oppenheimer
esitti kenraali Grovesille teollisen mittakaavan laitoksen rakentamista Oak
Ridgeen. Terminen separaattori käyttää hyväkseen termoforeesia, ilmiötä, missä
lämpötilaeron (gradientin) läsnäollessa
raskas kaasu pyrkii konsentroitumaan kylmälle pinnalle, ja kevyt vastaavasti
kuumalle. Koska lämpölaajenemisilmiön vuoksi kuumempi kaasu myös on kevyempää,
tämä johtaa raskaamman kaasun rikastumiseen korkean astian pohjalle. Abelsonin
separaattorissa oli koottu pystyyn kolme sisäkkäistä putkea, joista sisimmässä
nikkeliteräksisessä putkessa virtasi höyryä 282 °C lämpötilassa ja 690
kPa paineella. Sen ympärille vedetyssä kupariputkessa kulki uraaniheksafluoridia,
ja uloimmassa teräsputkessa taas vettä
68 °C lämpötilassa.
Groves hyväksyi suunnitelman ja antoi sen toteutukseen aikaa 4 kuukautta. Se
oli kunnianhimoista, sillä Ablesonin laivastolle rakentamassa koelaitoksessa
oli 100 putkea, ja Oak Ridgeen piti pystyttää 2142. Rakennustyöt alkoivat kesäkuussa
1944, ja jo lokakuussa ensimmäiset näytteet, 4,8 kg 0,852 % U-235:ttä,
rykäistiin putkista ulos. Koko patteri oli käytössä maaliskuuhun 1945 mennessä,
jolloin saanto oli 5770 kg. Maaliskuussa 1945 myös päätettiin kytkeä kaikki eri
tuotantolaitokset sarjaan: Luonnonuraani kulki termiseen separaattoriin S-50,
missä sen U-235-pitoisuus nostettiin 0,71 %:stä 0,89%:iin. Se syötettiin kaasudiffuusoriin
K-25, missä rikastusaste nousi noin 23 %:iin. K-25:n tuotto syötettiin
sähköerotin Y-12:een, ja tuloksena oli 90 % rikastusasteen uraanin isotooppia
235.
Paino-ongelmia
1943 uraanin sekundääristen, eli fissiossa
vapautuvien, neutronien määräksi tiedettiin keskimäärin 2,2. Plutoniumin
ominaisuudet sensijaan olivat vielä avoinna, sekundääristen neutronien lisäksi
erityisesti reaktiopoikkipinta-ala. Avoinna oli myös kriittinen massa, pienin mahdollinen massa missä fissiili materia
ylläpitää itsessään kiihtyvää ketjureaktiota, eli sen kriittisyys on suurempi
kuin 1. Lisäksi sen piti olla myös efektiivisesti
kriittinen, eli että se ehtisi vapauttaa gargantuaanisen määrän energiaa ennenkuin
tämä energian vapautuminen itsessään hajottaisi massan levälleen pitkin
maisemaa, ennenaikainen detonaatio eli tila, joka tunnetaan nimellä nuclear fizzle eli ydinhumahdus. Sen klassisen fysiikan analogia on kemiallisen
räjähdysaineen räjähdysnopeuden jääminen alle 2000 m/s raja-arvon, jolloin detonaation sijaan puhutaan deflagraatiosta eli humahduksesta,
räjähtävästä palamisesta.
Mikä tahansa määrä fissiiliä materiaalia
taas ei läpikäy fissioketjureaktiota, sillä suuressa määrässä fissiilejä atomeja
on fissiossa vapautuneella neutronilla suurempi todennäköisyys törmätä uuteen
fissiiliin atomiin kuin pienessä. Kriittisen massan yläpuolella tämä
todennäköisyys on noin 100 %, ja massaa voidaan pienentää lisäämällä
pommiytimen ympärille neutroniheijastin, joka heijastaa ytimestä paenneet
neutronit takaisin ytimeen, nostamalla fissiilin materiaalin puhtautta,
muuttamalla kappaleen pinta-ala-tilavuussuhdetta suuremmaksi tai nostamalla
ytimen (efektiivistä) tiheyttä.
Kriittinen massa myös saneli pommin
rakenteen. Sen tuli olla erillään pommia kannettaessa, mutta yhdessä voidakseen
laueta. Yksinkertaisin tapa toteuttaa tämä on tehdä pommin ydin kahdesta
massaltaan alikriittisestä osasta, joiden summa ylittää kriittisen massan
tietyllä marginaalilla. Ne tulisi ampua yhteen suurella nopeudella, jotta
spontaanin fission kiihtyvä neutronivuo ei ehtisi kappaleiden lähestyessä
toisiaan aiheuttaa humahdusta. Tunnettujen muuttujien valossa tällainen, tykkityyppinen, pommirakenne sopi
korkearikasteiselle uraani-235:lle, mutta plutonium oli vaikeampi tapaus.
Plutoniumia tuotetaan örnöttämällä
luonnonuraania hidastetuilla neutroneilla ydinreaktorissa sen rikkaasta
osuudesta uraania 238. Kun tässä prosessissa syntyy plutonium-239:ää, se on
koko ajan tässä samassa hidastettujen neutronien vuossa, missä Pu-239 on
jatkuvassa neutronipommituksessa itsekin, ja sen absorboidessa neutronin on sillä
noin ¾ todennäköisyys hajota fissiossa tai ¼ todennäköisyys pitää tämä aarre
itsellään, muuttua plutoniumin isotoopiksi 240. Pu-240 taas on 11363 kertaa
alttiimpi spontaanille fissiolle, kuin Pu-239. Se siis simahtaa itsestään 11363
kertaa todennäköisemmin, mikä riittää ylläpitämään pientä neutronivuota
plutoniummällissä. Se riittäisi humauttamaan reaktiotasapainon ylikriittiseksi
niiden millisekuntien aikana kappaleiden lähestyessä toisiaan, ennenkuin
efektiivisesti kriittinen massa olisi kasassa.
Plutoniumpommi oli siis rakennettava imploosiotyyppiseksi (”Fat Man”;
tykkityyppinen ”Thin Man”
unohdettiin): sen kriittinen massa olisi onttona pallona, jota ympäröivät
vuorottelevat kiilat hidasta ja nopeaa kemiallista räjähdettä. Nämä räjähdelinssit
kohdistettiin kaikki pallon origoon ja ajastettiin sytytyslangoillaan
laukeamaan samalla hetkellä, jolloin räjähdelinssien valtava paine musertaisi
plutoniumin yhteen kasaan, missä neutroneilla ei ollut mitään muuta tietä, kuin
törmätä plutoniumatomeihin, ja seuraisi hallitsematon fissio. Kun Los
Alamosissa saatiin mitattua Pu-239:n reaktiopoikkipinta-alaksi 781 barnia ja
kriittiseksi massaksi 9,685 kg, voitiin pommi suunnitella laukaisukuntoon. Plutoniumin
kiderakenteista deltafaasi, eli pintakeskeinen kuutiollinen kide on tihein,
joten metallurgia suositti sen käyttöä. Kuten teräksen vastaava austeniittifaasi
stabiloidaan nikkelillä, plutonium seostettiin galliumilla (1 massaprosentti)
kiderakenteen säilyttämiseksi jäähtymiskäyrää pitkin. Plutoniumista kuumapuristettiin
kaksi puolipalloa, jotka passivoitiin nikkelipinnoituksella.
Puolipallojen väliin asetettiin pommin sytytystulppa, ontto kullalla
pinnoitettu beryllium-9-pallo, jonka ympärille vedettiin polonium-210:sta valmistettu
holkki, joka taas ympäröitiin beryllium-9-holkilla, joka oli jälleen kullalla
pinnoitettu. Näiden ympärillä on itse ontto plutoniumpallo, jota ympäröi
luonnonuraanista veistetty massiivinen (111 kg) vaippa, jonka tehtävä on toimia
lähinnä hidastimena – siis klassisen fysiikan merkeissä hidastaa inertiallaan
plutoniumin lentämistä ulos fission käynnistyessä. Lisäksi U-238 on
fissoituvaa, muttei fissiiliä – neutronivuossa sekin fissioituu, vaikkei
ylläpidäkään ketjureaktiota. Uraanikuoren pinnalla on boorivaippa, joka toimii
neutronikaivona, sitoo spontaanin fission vapauttamat neutronit, jotteivat ne
pääse etenemään räjähdelinssien vetyyn ja palaamaan hidastuneina takaisin – se on
siis jälleen yksi mekanismi estämässä predetonaatiota. Boorivaipan ympärillä
ovat huolellisesti suunnitellut ja valmistetut heksogeeni- ja trinitrotolueenilinssit.
Pommin räjähdelinssit musertavat koko
rakenteen yhtä pistettä kohti, jolloin polonium ja beryllium pääsevät
kontaktiin toistensa kanssa. Po-210 on voimakas alfasäteilijä (puoliintumisaika
138 päivää), ja rakenteen romahtaessa ohuet kultakalvot ratkeavat päästäen
alfahiukkaset berylliumiin, joka tekee eräänlaisen fuusion – alfakaappauksen.
Be-9 sieppaa alfahiukkasen, ja muuttuu hiili-12:ksi, ja emittoi ylimääräisen
neutronin. Nyt kasaan romahtavan pommin ytimessä on aggressiivinen neutronilähde,
ja neutronivuo ylikriittisessä plutoniumissa on rikkaampi kuin teekkari
tilipäivänä.
Uraanipommin rakenne lyötiin lukkoon helmikuussa 1945, ja sen toiminnasta
oltiin täysin varmoja; koelaukaisua ei tarvittaisi. Plutoniumpommin kohdalla
tilanne oli edelleen mutkikkaampi: imploosiorakenne oli monimutkainen eikä sen
toiminnasta voitu olla täysin varmoja. Reaktorit kuitenkin tuottivat
plutoniumia hyvää tahtia, paljon nopeammin kuin uraani-235:ttä ehdittiin
rikastaa. Oli siis varaa tehdä koeräjäytys, Trinity.
PYHÄ KOLMINAISUUS
Oppenheimer valitsi koepaikaksi Jornada
del Muerton, pommikoneiden maalialueen 340 kilometriä etelään Los Alamosista; ”Kuolleiden
päivämatka” oli nimenä enteellinen. Paikalle rakennettiin räjäytystornin
lisäksi mittava mittalaitepatteristo, jota koeponnistettiin räjäyttämällä 81
tonnia trinotrotolueenin ja heksogeenin (O2N2CH2)3 seosta toukokuun seitsemäntenä 1945.
Perjantaina 13. heinäkuuta imploosiopommi sytytysjärjestelmineen koottiin ja
nostettiin 30-metrisen tornin huipulle. 5:30 aamulla 15. heinäkuuta 1945 sytyttimen
virtapiiri sulkeutui, räjähdelinssit detonoivat, plutonium sulki sytytystulpan
inertiallaan kuristajan kouriinsa, ja neutronivuo kiihtyi nanosekunneissa
alkeishiukkasten hirmumyrskyksi. Ja niin alkoi atomiaika, kun Uuden Meksikon
autiomaassa syttyi raskaan metallin myrsky.
Trinity
Aamuyö välähti valkoisen valon vaippaan,
kun se sanomaton kirkkaus joka ulos loisti syöksyi fissiopuurosta taivaalle.
Pommia pidellyt 30-metrinen torni vaporisoitui millisekunneissa, fission
suunnaton voima sulatti 300 metrin päähän saakka aavikon hiekkapohjan, joka oli
jähmettyessään muuttuva tykkänään uudeksi mineraaliksi, trinitiitiksi. Näyttösuojissa 10 kilometrin päässä silminnäkijät
tunsivat valon polttavan kuin avatun uunin luukusta. Valon valtameren
vaimentuessa kirkkaanoranssi valopallo kohosi kohti taivaita muuttuen
pikkuhiljaa oranssiksi, sitten violetin verhon peittoon ionisoituneen ilman
purkaessa varauksensa. Tulipallo veti perässään valtavaa savupilaria, joka
muuttui suureksi valkoiseksi sieneksi ja työnsi edellään renkaanmuotoisen aukon
pilviin. Kaikki tapahtui täydessä hiljaisuudessa, sillä äänellä kesti 40
sekuntia edetä näyttösuojaan. Saapuessaan se heitti hatut päästä ja kuului mahtavana
ukkosena 160 kilometrin päähän. Oppenheimer katsoi majesteetillista näytelmää
mykistyneenä. Myöhemmin hän kertoi ajatelleensa tuolloin erästä hindujen pyhää
kirjaa, Bhagavad Gitaa: ”Jos
tuhannen auringon säteet räjähtäisivät kerralla taivaalle, se olisi kuin
mahtavan loisto..” ja toista kohtaa : ”Nyt minusta on tullut Kuolema,
maailmojen tuhoaja”.
Giulio Douhetin haamu oli saanut
rakkaimpansa. Yhdysvaltain presidentti Harry S Truman kertoi Potsdamin konferenssissa
viikkoa myöhemmin Josif Stalinille, että hänellä oli käytössään pommi, jolla
voisi kerralla lakaista maan päältä kokonaisen kaupungin. Liittoutuneet
allekirjoittivat 26. heinäkuuta Potsdamin julistuksen, jossa he vaativat
Japanin ehdotonta antautumista, tai sitä uhkaisi nopea ja syvä tuho.
Japani pyysi Neuvostoliittoa toimimaan
välittäjänä Japanin omille rauhanpyrkimyksille, jotka sinänsä hyväksyivät
asevoimien täyden antautumisen, mutta vaati takeita keisarillisen monarkian
jatkumisesta. Lisäksi Japanin armeija painosti hallitustaan ja vaati taistelua loppuun asti, eikä
Japanin kansa välttämättä hyväksyisi rauhanehtoja – olihan se pidetty salassa
tilanteen toivottomuudesta, vaikka tiesikin sodan sujuvan huonosti. Asia ylipäätään
eteni vain, koska keisari Hirohito ajoi sitä arvovallallaan. Japani ei siis
vastannut julistukseen, ja Neuvostoliitto pysyi itse täysin vaiti niin Japanin
kuin USA:n suuntaan, joten USA katsoi Japanin hylänneen julistuksen, ja 5.
elokuuta 509. lentorykmentti Tinianin saarella vastaanotti määräyksen n:o 35. Se
oli valtuutettu vapauttamaan ydintuulen puhaltamaan ikiunihiekkamyrskyn
japanilaisten silmille.
Se oli kuulas
aamuyö, elokuun kuudes kukon vuonna 1945. Kellon lähestyessä puolta kolmea
Tinianin saarella pohjois-Mariaaneilla rauhallisen yön rikkoi ryske ja pauke.
Karkea kolina yltyi muutamissa sekunneissa vielä karkeammaksi murinaksi.
Kahdeksantoistasylinterinen Duplex Cyclone heräsi käyntiin B-29 –pommikoneen
oikean siiven alla. Pian yön täytti toisen, kolmannen ja neljännenkin mörön
örinä. Se jatkui vain hetken, sillä moottorit kaipasivat käynnistyttyään
ahnaasti jäähdytysilmaa, joten ohjaaja Paul Tibbets aloitti heti
rullaamisen kiitoradalle. Öljyt saisivat luvan lämmetä ja lentomekaanikko tehdä
tarkistuksensa nousukiidossa. Nokan osoittaessa kiitorataa pitkin
hän käänsi kaasuvivut auki, ja ruiskutuspumput tekivät karkeasta korinasta
pehmeää, mutta raivoisaa kehräämistä kuin virkaintoisella kissalla. 8 800
hevosvoimaa repi 60-tonnista pommikonetta taivaalle, ja niin kello 2:45 alkoi
kaikkien aikojen verisin lento.
Maali koneen
nokassa oli vielä kosteaa. Tibbets oli määrännyt ilmavoimien mortin maalaamaan
siihen äitinsä, Enola Gay Tibbetsin etunimet. Nimi oli sangen ironinen, sillä
edes eversti Tibbets itse tuskin oli käsittänyt, mitä Enola Gay kantoi
uumenissaan. Tämän äidin kehdossa uinui Little Boy, neljä ja puoli tonnia
atomipommia, josta 64 kiloa oli uraanin isotooppia 235. Tykkityyppinen pommi
ampuisi kaksi massaltaan alikriittistä uraanikappaletta, pallon ja
vastaanvankokoisen kupin, yhteen ylikriittiseksi kappaleeksi. Juuri B-29:n
moottoriongelmien takia pommin sytytinjärjestelmä asennettiin vasta lennossa.
Enola Gay ylitti Iwo Jiman ennen kuutta aamulla, ja sen seuraan liittyi kaksi
muuta B-29:ää, jotka oli varustettu mittalaittein tarkkailemaan pommin
vaikutuksia. Kaikki kolme konetta lensivät mudoostelmassa kohti Japania, minne
oli niiden edeltä lentänyt kolme säätiedustelulaittein varusteltua B-29:ää.
Vasta seuraavien parin tunnin aikana selviäisi, lentäisikö Enola Gay
Hiroshiman, Kokuran vai Nagasakin ylle. Kello 07:09 Enola Gay sai radioviestin,
jonka mukaan Hiroshiman yllä taivas oli poutainen. Muodostelma kääntyi sitä
kohti.
Se oli kirkas
aamu, kuudes elokuuta kukon vuonna 1945. Hiroshiman kaupungin
pommitussireenit olivat soineet ennen seitsemää yhden pommikoneen lentäessä
kaupungin yli. Yön pommitukset olivat ottaneet kohteekseen muita Japanin
kaupunkeja, ja kun uusia koneita ei näkynyt tutkassa, sireenit antoivat vaara
ohi-merkin kello 07:09. Kaupunki alkoi herätä arkisiin askareisiinsa.
Raitiovaunut kulkivat, miehet matkasivat töihinsä, lapset myivät heille
tupakkaa, postikortteja tai mitä nyt vain kykenivätkään kodeissaan väkertämään
myytäväksi maassa, jossa vuosien sotimisen jälkeen oli pulaa kaikesta. Aurinko
paistoi ja lämmin päivä nousi nousemistaan kaupungin ylle, joka oli
säästynyt pommituksilta koko sodan ajan. Kun kolme pommikonetta seurasi yhtä,
jo tunti sitten mennyttä konetta, ei kukaan kiinnittänyt niihin juuri huomiota.
Tutka näki ne klo 8:00, ja radioasemat esittivät kehotuksen siirtyä
pommisuojaan, mutta kukaan ei pitänyt kolmea konetta uhkana.
Kello oli 08:09, kun Tibbets aloitti pommihyökkäyksen, ja luovutti koneen
ohjaimet pommittaja majuri Ferebeelle. Hän otti pommitustähtäimen kohteeksi
Aioin sillan keskellä kaupunkia, ja kun tähtäinristikko oli sillan kohdalla
kello 8:15, hän painoi pommin laukaisinta. Gargantuaaninen pommikone hyppäsi
kolme metriä pommin irrotessa ripustimesta. Little Boy syöksyi jarruvarjon
varassa 9000 metriä, kunnes saavutti asetettu 600 metrin korkeuden, missä
sytytysjärjestelmän ilmanpainemittari kytki sytyttimen virtapiirin. 24 voltin tasavirtapiikki
eteni kolmeen merivoimien tykistön sähkönalliin, jotka laukaisivat neljä kiloa
kordiittia. Uraanikuula syöksyi uraanikuppiin, kriittinen massa ylittyi, ja
neutronivuon tiheys kasvoi hallitsemattomaan uraanin fissioon. Ja niin
Hiroshiman kaupungin yllä syttyi raskaan metallin myrsky.
Se oli suuri
aamu, kirkkaan valon juhla. Tuhannen auringon valo välähti kaupungin yllä. Se
kirjaimellisesti oli sitä. Se poltti kaiken paljaan ihon karrelle, ja naisten
kukkamekkojen kuviot varjokuvina heidän ihoonsa. Valon kirkkaus poltti
Sumitomo-pankin portailla istuvan ihmisen varjon pysyvästi kiinni portaisiin.
Se myös hitsasi sillankaiteiden varjot asvalttiin. Suoraan pommin alapuolella,
hyposentrumissa, lämpötila ylitti 3000 Celsiusastetta, atomipommiytimen
ympärillä vallitsi miljoonia asteita. Valon perässä seurasi atomipommin
paineaalto, räjähdyksen paineen tieltään puhaltaman ilman rintama, ja tästä
eteenpäin kaikki on klassisen fysiikan korutonta tarinaa.
Syy siihen, miksi atomipommi halutaan räjäyttää maanpinnan yläpuolella, on
käyttää sen energiaa tuhon aikaansaamiseksi. Maan pinnalla räjähtävä pommi
vaporisoisi maata aivan turhaan, kun ylhäällä räjähtävä pommi tuottaa
energiallaan paineaaltoa. Aalto etenee sinänsä vakionopeudella kaikkiin
suuntiin, mutta se heijastuu maasta takaisin – edelleen kehämäisesti hajoten.
Koska äänennopeus ilmassa on vakio, näille aalloille tulee kulma, joissa tietty
räjäytyskorkeus johtaa ylhäältä alaviistoon etenevän ja alhaalta yläviistoon
heijastuvan aallon kohtaamiseen, konstruktiiviseen interferenssiin.
Aallot yhdistyivät, joten paineaallon voimakkuus kasvoi. Se eteni pitkin
Hiroshimaa lähes äänennopeudella, repien puurakenteisen kaupungin seinät
mukaansa. Puunsäleet ja naulat silpoivat valon sokeisemat asukkaat, ja tiilinen,
jo valopilven puusosistaan sytyttämä katto romahti heidän päällensä. Paineaalto
sammutti tulen hetkeksi, mutta pian seurasi tulipallo, karanneen fission
miljooniin asteisiin kuumentaman kaasun aalto.
Tämä nainen oli elosssa kuvan ottohetkellä. Kasvojen palovammojen hirvittävyyttä ei voi sanoin kuvailla. Kuva: HBO.
Tulipallo etenee paineen ja inertian funktiona maahan, missä se alkaa levitä
rengasmaisesti. Etäisyyden kasvaessa paine eli lämpötila myös laskevat, ja
hehkuva tulirengas jäähtyy näkyvään muotoon. Nyt syntyy myös suurelle
räjähdykselle tyypillinen sienipilvi, kun ylipaineaaltoja seuraa alipaineen
vyöhyke, mikä ilmee maan tomua taivaalle. Alipaineen tilalle syöksyvä ilmakehän
staattinen paine luo keskelle jälleen konstruktiivisen interferenssin, ja
keskeltä nousee korkea painepilari täynnä kaikkea sitä, minkä pommi juuri
korvensi. Se nousee ylemmäs, missä paineaalto alkaa hajaantua
matalapaineisempaan ilmaan, ja jäähtyä. Kun torni hidastuu ja hajaantuu
kärjessään, muodostuu sienipilvi. Tulipallo myös maata pitkin kiitäessään
välittää siihen lämpöenergiaansa, sillä voidakseen sen jäähtyä pitää maan
kuumeta. Viimeistään tämä sytytti kaiken, mikä vain syttyvissä oli.
Noin 20 minuuttia atomidetonaation jälkeen tulipalot yltyivät tulimyrskyksi.
Tulipalot synnyttävät pluumin kuumaa palokaasuaan ylleen, ja imevät viileää
ilmaa ympäriltään. Kuuma nouseva kaasu synnyttää alipaineen taakseen, minne
samalta korkeudelta ja ylempää syöksyy viileää, tiheää ja ennenkaikkea
happirikasta ilmaa. Kaupunki muuttui tohisevaksi ahjoksi, kun ilmavirrat
yhdistyivät.
Ahjoa oli
mahdoton sammuttaa. Valon valtameri, paineaalto ja tulipallo ahmaisivat yli
70 000 sielua muutaman sekunnin aikana. 90 % Hiroshiman lääkäreistä ja
sairaanhoitajista oli kaupungin keskustassa, jonka tilalla oli nyt aavaksi
maaksi silattu liekkien valtameri. Pommi oli pudotettu Aion silta tähtäimessä,
mutta tuuli ehti ajaa sitä 240 metriä koilliseen, lähes suoraan Shiman
sairaalan päälle. Se, mikä ei vaporisoitunut säteilypommityksessa, murskautui
ilmavasaran lyödessä höyryvasaran voimalla. Sairaalan tukipylväätkin upposivat
syvälle maahan.
Eloonjääneet
raahustivat palavasta kaupungista ulos, useimmat hirvittävästi palaneina ja
silpoutuneina. Heidän päälleen alkoi sataa mustaa sadetta, kun sienipilvi
jäähtyi, ja sen mukana noussut vesihöyry tiivistyi noen ja radiopartikkelien
ympärille. Se oli ainoaa vettä ,mitä tarjolla oli, joten korventuneet joivat
sitä ahnaasti. Samalla he myrkyttivät itsensä, sillä uraani ja useimmat sen
hajoamistuotteista ovat alfahajoavia. Nopeat heliumytimet
ovat voimakkaasti ionisoivia eli kaikkein tehokkaimpia katkomaan biologiselle
elämälle tärkeitä orgaanisia sidoksia, ja ennenkaikkea alfahiukkasia emittoi
valtava määrä uraanin hajoamistuotteita, jotka on helppo vetää henkeen tai
juoda veden mukana. Tämä alfapommitus korvensi kymmeniätuhansia, jotka olivat
juuri heränneet katselemaan lähietäisyydeltä hirvittävintä väkivaltanäytelmää,
mikä kahdennellakymmenennellä vuosisadalla oli tarjota.
Pommia
seuranneiden muutaman kuukauden sisällä kuoli yhtä monta, kuin elokuun
kuudentena. Tarkkaa lukua ei tiedä kukaan, sillä niin monet ja heidän paperinsa
katosivat niin atomi- kuin terroripommituksissa. Tulipallon ahmimien ja
paineaallon silpomien lisäksi on valtava määrä näihin vammoihin seuraavien
viikkojen aikana kuolleita, ja tähän joukkoon sekoittuvat säteilysairauteen
kuolleet, joiden elintoiminnot vain haihtuvat. Rehellinen arvio on
Little Boyn vaatineen 150 000 sielua. Niitä satoja tuhansia,
jotka eivät atomipommeihin kuolleet, kutsuttiin Japanissa nimellä Hibakusha - pommin koskettamat.
Useimpien vammat saatiin hoidettua vasta 60-luvulla, eivätkä kaikki parantuneet
koskaan. Jos silpominen, myrkyttyminen ja polttaminen ydininfernossa ei
riittänyt, heitä katsottiin parhaaksi syrjiä Japanin tappion symbolina. He
olivat likaisia. Tieteen suurimman keksinnön saastuttamia. Heitä oli kohdannut
raskaan metallin myrsky.
Nagasakin pommin aiheuttamat vammat Taniguchi Sumiterun selässä tammikuussa 1946
Kolme päivää myöhemmin sama kohtalo odotti Nagasakia, tällä
kertaa imploosiotyyppisellä plutoniumpommilla. Tuhannen auringon valtakunta oli vallannut nousevan auringon valtakunnan. Tämä oli jo argumentti, joka ei
sietänyt vastaansanomista. Samalla se vapautti hallituksen vaikeasta
arvovaltalukosta: sen ei tarvinnut enää selittää armeijalle ja kansalle, miksi
antautumiselle ei kertakaikkiaan ollut vaihtoehtoja. Keisari Hirohito teki jotain
ennenkuulumatonta: piti koko kansalle radiopuheen 15. elokuuta 1945. Japani oli
hyväksynyt Potsdamin julistuksen, ehdottoman antautumisen (tosin yhdellä
ehdolla: keisarin oli säilyttävä koskemattomana. Tähän suostuttiin). 2.
syyskuuta nouseva aurinko laski, kun taistelulaiva USS Missouri lipui Tokionlahdelle, ja japanilaiset diplomaatit
astuivat kannelle allekirjoittamaan antautumispöytäkirjan.
Toinen maailmansota oli päättynyt. Se oli vaatinut 75 miljoonaa
sielua.
DEMONIYDIN
Elokuun 13. Los Alamosissa koottiin kolmas
plutoniumydin (Harry S Truman puhe, jossa hän uhkasi tuhota japanilaisen
kaupungin joka viikko antautumiseen saakka oli bluffia – Nagasakin muuttuessa
ydintuulen hiiltämäksi erämaaksi hänellä ei ollut kolmatta pommia). Se
oltaisiin voitu toimittaa Los Alamosista aikaisintaan 4 päivää myöhemmin, mutta
Japani antautui jo kaksi päivää myöhemmin. Kolmatta ydintä ei siis tarvittu
akuutisti, joten sitä käytettiin kriittisyyskokeisiin Los Alamosissa.
Koottu, Rufukseksi nimetty atomipommiydin oli hyvin lähellä kriittisyyttä: sen
k-arvo oli todennäköisesti noin 0.95, eli 100 neutroniemissiota vapautti 95
uutta neutronia. Nuori fyysikko Harry Daghlian kokosi ytimen ympärille
volframkarbiditiiliä, jotka ovat neutroniheijastimia, näin pikkuhiljaa
kiihdyttäen fissiota kohti kriittisyysrajaa, missä jokaista neutroniemissiota
seuraa yksi vapautunut neutroni. Elokuun 21. 1945 Daglian oli koonnut tiiliä jo
neljä kerrosta, kun geigermittari räsähti asetetulla kriittisyysrajalla.
Daghlian säikähti ja pudotti tiilen käsistään. Se putosi suoraan plutoniumytimen
päälle, jolloin neutronivuo heijastui ylikriittiseksi – itse asiassa kärkkäästi
ylikriittiseksi, jolloin se ollut enää riippuvainen viivästyneistä
neutroneista, jotka vapautuvat uraanin fissiosarjassa alempana. Fissioreaktio
kiihtyi heti useita magnitudeja, ja ydin olisi lopulta sulanut vapauttamansa
lämpöenergian vaikutuksesta ja valunut lattialle neutroniheijastimen
ulottumattomiin jäähtyäkseen kuvottavaksi plutoniumlaavaksi, mutta Daghlian
tempaisi heti volframitiilen pallon päältä lattialle. Hän sai sinä aikana noin
200 radia neutroneita ja 100 radia gammaa, eli yhteensä 6,1 Sievertin
säteilyannoksen. 5 Sv annosta pidetään säteilymyrkytyksen LD50-annoksena, joten
Daghlianin mahdollisuudet olivat heikot. 25 päivää kärsittyään Daghlian kuoli
todennäköisesti ensimmäisenä tarkasti dokumentoituna akuutin säteilysairauden
uhrina (hän teki kriittisyyskoetta, joten säteilymittarit olivat päällä koko
ajan).
Daghlianin oikea käsi, jolla hän oli heittänyt volframitiilen lattialle.
Rufus ei sulanut, koska Daglian oli
heittänyt volframitiilen sen päältä. Se jäi Los Alamosin laboratorioon, missä
sillä keväällä 1946 toinen fyysikko Louis Slotin ryhmineen teki samanlaisia kokeita.
Ytimen ympärille oli nyt rakennettu turvajärjestely, missä irtonaisia tiiliä ei
käsitelty, vaan pallon päälle laskettiin berylliumkupua, jonka alle
plutoniumpallon kehälle oli asetettu prikkoja, jotka estivät kupua laskeutumasta
niin alas, että sen heijastama neutronivuo olisi ylittänyt kriittisyysrajan. Slotin,
todellinen cowboytiedemies, joka työpaikallaan pukeutui lähes aina
cowboybootseihin, -hattuun ja farkkuihin, ei moisesta välittänyt. Hän piteli
toisella kädellään heijastinkupua, toisella ruuvitalttaa, joka piti kuvun
muutaman sentin irti ytimestä, kuunnellen geigermittarin rätinää ja säädellen
fissionopeutta. Slotin toisti tempun ainakin tusina kertaa tarkkailijoiden järkytykseksi,
ja Enrico Fermi varoitti tiukasti Slotinia, että tämä olisi kuollut vuodessa,
jos jatkaisi temppuiluaan. Richard Feynman kutsui tapaa nukkuvan lohikäärmeen hännän kutitteluksi.
Fermi oli oikeassa. Toukokuun 21. koiran vuonna 1946
Soltinin käsi lipesi, ja ruuvitaltta taittui. Berylliumkupu putosi pari tuumaa
plutoniumpallon päälle, ja sininen valo täytti huoneen ilman ionisoituessa
säteilypommituksessa. Slotin vippasi ruuvimeisselikädellään kuvun lattialle,
valo katosi ja fissio päättyi, mutta Soltin tiesi jo kuolleensa. ”No, se oli
sitten siinä”, loihe 35-vuotias Slotin lausumahan. Slotinin maallinen tomumaja
suojasi useimpia huoneessa olleita, mutta hän itse sai noin 1000 radia neutronisäteilyä
ja 110 radia gammaa – yhteensä siis noin 51 sievertiä. Se oli suurin koskaan
saatu säteilyannos, ja akuuttiin vomissioon vajoava Slotin kiidätettiin
sairaalaan. Mies oli sekavassa tilassa, eikä ole varmuutta johtuiko tämä
akuutista säteilymyrkytyksestä vai siitä järkytyksestä, että Slotin tiesi miten
tuskallisesti tulisi kuolemaan lähipäivien aikana – hän tiesi hyvin, mitä
Daghlianille oli käynyt.
Slotinin ruuvimeisselitemppu.
Aamuun mennessä Slotin oli sangen
hyvinvoivan oloinen. Tämä oli kuitenkin vain suvantovaihe, kävelevän haamun
päivä. Akuutit oireet olivat lakanneet, mutta säteilypommituksen korventamat
solut ja niiden katkenneet DNA-ketjut alkoivat romahtaa. Slotinin vasen käsi,
joka oli ollut lähinnä ydintä, alkoi pistellä voimakkaasti. Vähitellen se muuttui
siniseksi ja siihen alkoi kasvaa suuria rakkuloita. Viidentenä päivänä Slotinin
veren valkosolujen määrä romahti, ja mies oli tuskissaan. Luuydin oli kuollut. Slotin muuttui uniseksi, ja kärsi kovista
vatsakivuista sekä hyvin rajusta ripulista. Lääkäreiden mukaan hänen
sisäelimensä olivat saaneet eräänlaisen laajan, kolmiulotteisen palovamman.
Seitsemäntenä päivänä mies oli täysin sekavassa tilassa, huulet muuttuivat
siniseksi ja keho alkoi lakata toimimasta kauttaaltaan. Suolisto halvaantui, ja
koko iho punoitti. Hän vajosi koomaan, ja 30. toukokuuta 1946 35-vuotias Louis
Alexander Slotin potkaisi tyhjää. Rufus oli vaatinut toisen uhrinsa.
Nyt kriittisyyskokeet ydinpommiytimillä laboratoriossa kiellettiin kokonaan. Kokeiden
suorittamiseen rakennettiin TV-kameroiden avulla kauko-ohjattu automatiikka,
jota käytettiin suojabunkkerista neljännesmailin päästä. Oak Ridgen laboratorio
ei enää sallinut cowboytiedemiesten elkeitä. Rufus sai uuden nimen Demon
Core, Paholaisydin, ja koska
se oli saastunut fissiotuotteista, se sulatettiin puhdistettavaksi ja
käytettäväksi uudelleen uusissa ydinkärjissä. On sangen ironista, että se
nimettiin näin dramaattisesti sen vaadittua kaksi sielua, kun leppoisasti
nimetyt Little Boy ja Fat Man olivat vaatineet satoja
tuhansia.
Douhetin ja von Clausewitzin teoriat
olivat toteutuneet. Maailma oli astunut uuteen aikakauteen, atomiepookkiin, missä strategisen
pommituksen teoriat saattoivat toteutua ennenäkemättömällä tavalla. Tämä
epookki johti uuteen maailmantilaan, jäätyneeseen konfliktiin, joka ohjasi
seuraavan sukupolven koko elämää.
