ROZDZIAŁ 1Wykradzenie ognia bogom
Naprawdę istnieją tylko atomy i próżnia,
a słodycz i gorycz, ciepło i barwy są umowne;
mniema się i wyobraża, że istnieją postrzegane własności,
a istnieją tylko atomy i próżnia
(tłum. S. Swieżawski), Demokryt, ok. 460-370 r. p.n.e.
Wyobraźmy sobie, że mamy winogrono. Zamiast je rozgnieść na wino, kroimy je na pół nieprawdopodobnie ostrym nożem. Teraz wyobraźmy sobie, że bierzemy jedną z tych połówek i kroimy ją na pół, i tak dalej. Po kilkunastu cięciach mamy kawałeczek winogrona mniejszy niż ziarenko piasku.
Teraz wyobraźmy sobie, że kroimy dalej. Po kilkunastu kolejnych ruchach nasz plasterek byłby cienki jak ludzki włos. Kolejny tuzin płatków byłby wielkości czerwonej krwinki. Jeszcze siedem plasterków i byłby wielkości bakterii.
Gdybyśmy dali radę przeciąć nasze winogrono aż 80 razy, napotkalibyśmy najmniejszą jednostkę zwykłej materii, z której zbudowany jest nasz świat. Starożytny grecki filozof Demokryt nazwał nasz niewiarygodnie mały kawałek winogrona ?????? - atomos - co oznacza, w sumie stosownie, "nie do przecięcia". W tym duchu nazwaliśmy go podobnie - atomem.
Atomy są malutkie. Jeśli przeskalujemy winogrono do wielkości Ziemi, jego atomy będą mniej więcej wielkości winogron. Oznacza to, że w nawet najmniejszych rzeczach znajduje się bardzo wiele atomów. Na przykład w naszych winogronach jest tyle atomów, ile gwiazd w obserwowalnym wszechświecie.
Demokryt i jego współcześni nie mogli wiedzieć, że atomy naprawdę istnieją. Nie było na to fizycznego dowodu - były przedmiotem filozoficznych rozważań, natchnionego trafnego przypuszczenia. Ale w ciągu ostatnich dwóch stuleci badań naukowych mogliśmy je dobrze poznać.
Wiemy na przykład, że atomy w naszych winogronach są otoczone przez rozmyte chmury elektronów - trafnie nazwane, ponieważ są naładowane elektrycznie. Te naładowane chmury powodują powstanie siły elektrycznej, która wiąże atomy ze sobą i reguluje ich interakcje. Gałąź nauki opisująca i prognozująca te elektryczne burze znana jest jako chemia.
Ale załóżmy, że uważamy nasze wysiłki za niedokończone. Co by się stało, gdybyśmy dalej kroili nasze winogrona? Stwierdzilibyśmy, że Demokryt, choć genialny, nie do końca miał rację. Nasz atom, daleki od bycia "atomosem" - nie do przecięcia - można by było dalej dzielić. W końcu - nieuchronnie - byśmy go rozszczepili.
Głęboko w elektronowym obłoku znajdziemy gęsty rdzeń materii zwany jądrem. Potrzeba było 80 plastrów, aby pociąć nasze winogrono do rozmiaru atomu; potrzeba kolejnych 45, aby pociąć nasz atom do rozmiaru jądra, ponieważ jądro jest 20 tysięcy razy mniejsze niż atom jako całość.
Co więc znajdziemy w przestrzeni między elektronami a jądrem? Powietrza byśmy nie znaleźli, bo samo powietrze składa się z atomów. Odpowiedź brzmi - nic. Okazuje się, że atomy składają się głównie z pustej przestrzeni. Świat jest w większości pusty. To myśl, która sprawia, że mój mózg zaczyna się gotować.
Teraz wyobraźmy sobie, że przekroiliśmy nasze winogrono jeszcze kilka razy. Co wtedy? Odkrylibyśmy, że nasze jądro składa się z protonów i neutronów. Gałąź nauki, która opisuje te subatomowe cząstki i interakcje między nimi, nazywa się fizyką jądrową. (Moglibyśmy pójść dalej i podzielić nasze protony i neutrony na kwarki... ale musimy się gdzieś zatrzymać). Podobnie jak elektrony, protony mają ładunek elektryczny. Ale o ile elektrony są naładowane ujemnie, protony są naładowane dodatnio. Mówi się, że przeciwieństwa się przyciągają i chociaż niekoniecznie jest to prawdą w przypadku ludzi, jest prawdą w przypadku ładunków elektrycznych. Ładunki przeciwne przyciągają się, a takie same ładunki się odpychają. Siły elektryczne między elektronami naładowanymi ujemnie a protonami o ładunku dodatnim utrzymują je razem.
Neutrony, jak sama nazwa wskazuje, są elektrycznie obojętne. Nie zawierają żadnego ładunku.
Krojenie naszego jądra atomowego jest bardzo męczące. Siły elektryczne wiążą elektrony z jądrem, siły jądrowe zaś zlepiają samo jądro. A te siły są znacznie silniejsze niż ich elektryczne odpowiedniki. Są wystarczająco potężne, aby przezwyciężyć wzajemne elektryczne odpychanie protonów i utrzymać jądro w stabilnym stanie. Te połączone siły atomowe sprawiają, że świat - w większości pusty - wydaje się solidny.
Atomy występują w 118 odmianach chemicznych zwanych pierwiastkami. Każdy pierwiastek jest zdefiniowany przez liczbę protonów w jego jądrze, według której chemicy układają pierwiastki w układzie okresowym. Na przykład: wodór, pierwiastek numer 1, zawsze ma 1 proton w jądrze, a więc zajmuje pierwszy kafelek; platyna, pierwiastek numer 78, zawsze ma 78 protonów w swoim jądrze, a więc zajmuje 78 kafelek; i tak dalej.
Nagrodzony Nagrodą Nobla fizyk Ernest Rutherford podobno kiedyś zażartował, że "cała nauka poza fizyką to kolekcjonowanie znaczków". Cóż, jeśli to prawda, to układ okresowy jest najlepszą kolekcją znaczków ludzkości.
Układ okresowy sprowadza złożoność świata - winogrona, góry, galaktyki - do 118 pierwiastków chemicznych
Na Ziemi występuje 88 naturalnie występujących pierwiastków[II]. Nasze winogrono składa się przede wszystkim z sześciu pierwiastków: wodoru, węgla, azotu i tlenu oraz odrobiny potasu, wapnia i kilku innych metali. Powietrze jest mieszaniną składającą się głównie z trzech: azotu, tlenu i argonu. Woda jest związkiem zaledwie dwóch: wodoru i tlenu. Diament to kryształ składający się tylko z jednego pierwiastka - węgla.
Pozostałe 30 pierwiastków w układzie okresowym nie występuje w naturze. Są to pierwiastki syntetyczne, które istnieją tylko dlatego, że my, ludzie, je stworzyliśmy: albo sklejając ze sobą istniejące jądra, albo je rozdzielając.
No cóż, mimo że zachwycam się układem okresowym, ma on pewną poważną wadę. Opowiada tylko połowę historii, ponieważ nie bierze pod uwagę neutronów.
Neutrony mają prawie taką samą masę jak protony (są zaledwie o 0,1% cięższe), a gdy zmieni się ich liczba w jądrze atomu, zmieni się też jego masa. Atomy tego samego pierwiastka z różną liczbą neutronów nazywamy izotopami. Słowo "izotop" jest kolejnym ukłonem w stronę Demokryta: pochodzi od starożytnego greckiego słowa ???? - "isos" - oznaczającego to samo, a ????? - "topos" - oznaczającego miejsce. Izotopy zajmują to samo miejsce w układzie okresowym, ponieważ są tym samym pierwiastkiem.
Istnieje 118 pierwiastków, lecz izotopów są tysiące. Na przykład węgiel ma ich trzy: węgiel-12, węgiel-13 i węgiel-14[III]. Każdy atom węgla ma z definicji 6 protonów, lecz jego izotopy mają różną liczbę neutronów. Liczba występująca po nazwie pierwiastka - liczba masowa atomu - jest po prostu sumą protonów i neutronów. Atomy węgla-12 mają 6 protonów i 6 neutronów, atomy węgla-13 mają 6 protonów i 7 neutronów, a atomy węgla-14 mają 6 protonów i 8 neutronów.
Zważywszy na ich obojętność elektryczną, neutrony nie mają wpływu na chemiczny charakter atomu. Różne izotopy pierwiastka są doppelgängerami o identycznych właściwościach chemicznych, dlatego chemicy zwykle radzą sobie bez zwracania na nie uwagi.
Ale nie w fizyce jądrowej. Neutrony mają ogromne znaczenie, ponieważ wpływają na jądrowy charakter atomu. Izotopy tego samego pierwiastka często mają różne właściwości jądrowe, na przykład zdolność do radioaktywnego rozpadu lub rozszczepienia się na dwie części i uwalniania ogromnej ilości energii.
A po zastanowieniu się nad tymi rzeczami nie możemy zapomnieć o ponownym złożeniu naszego jądra, złożeniu naszych atomów z powrotem do kupy i odbudowaniu naszych winogron. Wtedy zasłużymy na kieliszek wina.
Pochmurny tydzień w Paryżu
PONIEDZIAŁEK, 24 lutego 1896 roku
Francuski fizyk Henri Becquerel eksperymentuje z uranem - pierwiastkiem numer 92 - odziedziczonym po ojcu. Używa go, aby lepiej zrozumieć fosforescencję - ciekawe zjawisko, w którym substancja pozornie "ładuje się" w świetle słonecznym i powoli promieniuje energią w formie niesamowitej poświaty.
Eksperyment Becquerela był prosty - owinął płytę fotograficzną grubym papierem, na wierzch wysypał uran i wystawił na słońce na kilka godzin. Gruby papier zatrzymał światło słoneczne docierające do płyty, ale kiedy uczony wywołał zdjęcie, pojawił się mglisty obraz uranu. Atomy uranu wydają się absorbować energię ze Słońca i reemitować promienie z wystarczającą jaskrawością, aby świecić przez nieprzezroczysty papier. Jakie to osobliwe[2].
Dwa dni później Becquerel przygotował drugi eksperyment. Owinął kolejną płytę fotograficzną grubym papierem, posypał wierzch większą ilością uranu i wystawił ją na ... ale nie. Niebo było zachmurzone. Ponieważ brakowało światła słonecznego do "naładowania" uranu, zakończył eksperyment. Pokonany, schował papier fotograficzny - uran i wszystko - do ciemnej czeluści szuflady biurka, w oczekiwaniu na kolejny słoneczny dzień. Chmury ciężko wisiały nad Paryżem przez resztę tygodnia. Czwartek ... szary. Piątek ... wciąż szary. Sobota nie była lepsza. Do niedzieli cierpliwość Becquerela była już na wyczerpaniu. Wyciągnął rzeczy do eksperymentu z szuflady i, mimo wszystko, wywołał fotografię. Nie spodziewał się, że coś zobaczy... Ale nagle, tak wyraźnie, jakby jednak zostawił płytę w jasnym słońcu, widzi mglisty obraz uranu[3]. Jak to możliwe? Skąd się wzięły promienie, skoro uran leżał w całkowitej ciemności?
Odpowiedź jest nieunikniona - atomy uranu nie czerpią energii ze Słońca. Energia była w nich przez cały czas. Jest nieodłącznie związana z samym uranem i jest wystarczająco silna, aby przeświecać przez gruby papier i pokrywać mgiełką płyty fotograficzne. Wieść o odkryciu elektryzuje społeczność naukową.
Dwa lata po odkryciu Becquerela niemiecki chemik Gerhard Carl Schmidt i polsko-francuska chemiczka Marie Skłodowska-Curie niezależnie znajdują inny pierwiastek, który zachowuje się tak samo - tor (pierwiastek numer 90)[4]. Tor, podobnie jak uran, emituje energię do swojego otoczenia bez zewnętrznego bodźca. Zjawisko to jest tak niezwykłe, że nie istnieje żadne słowo, które by je opisało. Skłodowska-Curie ukuwa nowy termin - radioaktywność.
W ciągu 2 lat Marie Skłodowska-Curie i jej mąż Pierre odkrywają dwa kolejne pierwiastki promieniotwórcze. Jeden z nich (pierwiastek numer 84) nazwali polonem na cześć ojczyzny Marii, Polski. Drugi (pierwiastek numer 88) jest tak radioaktywny, że świeci w ciemności, więc nazywają go radem od łacińskiego radius, co oznacza "promień światła". W 1903 roku zostają pierwszym małżeństwem, które zdobyło Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, dzieląc ją z Becquerelem.
W 1911 roku Marie Skłodowska-Curie zdobyła drugą Nagrodę Nobla - tym razem w dziedzinie chemii - za odkrycie polonu i radu. (Pierre zmarł tragicznie w 1906 roku pod kołami powozu, a Komitet Noblowski nie przyznaje nagród pośmiertnie). Skłodowska-Curie jest, jak do tej pory, jedyną osobą, która zdobyła Nagrodę Nobla w dwóch odrębnych dziedzinach. Nie miała pojęcia, że odkrycia jej i Pierre'a zapoczątkują rewolucję naukową, która wywróci do góry nogami nasze rozumienie rzeczywistości materialnej.
Łatwe jak ?, ?, ?
Dziś wiemy, że radioaktywność występuje w różnych odmianach. Najpowszechniejsze typy to te, z którymi spotykam się najczęściej w moim laboratorium: promieniowanie alfa, beta i gamma, w zależności od tego, jak łatwo przechodzą przez materię. Ich nazwy są kolejnym ukłonem w stronę Demokryta.
Różne pierwiastki promieniotwórcze - a dokładniej różne izotopy promieniotwórcze - emitują różne rodzaje promieniowania. Na przykład wszystkie naturalnie występujące izotopy uranu emitują promieniowanie alfa; podobnie jak polon i rad Skłodowskiej-Curie. Jednocześnie naturalnie występujący potas-40, który zawiera 1 na 10 tysięcy wszystkich atomów potasu na Ziemi[5], emituje promieniowanie beta i gamma. Winogrona i wszystko inne, co zawiera potas, na przykład banany, ziemniaki i materiały budowlane, są zatem odrobinkę radioaktywne.
Atomy, które ulegają rozpadowi radioaktywnemu, mają w swoich jądrach zbyt wiele lub zbyt mało neutronów. Są niestabilne. Promieniują energię spontanicznie poprzez rozpad promieniotwórczy, żeby odzyskać równowagę. Promieniowanie to, niczym artyleria w skali atomowej, niesie ze sobą ogromną energię.
Ale okazuje się, że promieniowania alfa i beta wcale nie są "promieniami". To cząsteczki, małe fragmenty atomów.
Cząsteczki alfa są masywne i energiczne. Są to masywne gromady składające się z pary protonów i pary neutronów połączonych ze sobą. Oznacza to, że cząstki alfa są w rzeczywistości jądrami helowymi, pozbawionymi tylko towarzyszących im elektronów, które sprawiłyby, że stałyby się pełnoprawnymi atomami. Są wystrzeliwane jak kule armatnie z macierzystych jąder z prędkością niemal 50 milionów kilometrów na godzinę i przekazują swoją energię do otoczenia, gdy zderzają się z innymi atomami.
Rozpad alfa zasadniczo zmienia naturę atomu. Atom macierzysty traci 2 protony i 2 neutrony, a to znaczy, że jego liczba masowa zmniejsza się o 4. Ale najistotniejsze jest to, że po stracie pary protonów jego liczba atomowa zmniejsza się o 2. Oznacza to, że staje się on nowym pierwiastkiem. Atomy promieniotwórcze naturalnie przekształcają się z jednego pierwiastka w drugi, bez ingerencji człowieka. Po wystrzeleniu cząstki alfa atom macierzysty przesuwa się o 2 pola w dół układu okresowego. Gdy uran (pierwiastek numer 92) ulega rozpadowi alfa, staje się torem (pierwiastek numer 90); gdy tor ulega rozpadowi alfa, zmienia się w rad (pierwiastek numer 88); gdy rad ulega rozpadowi alfa, przemienia się w radon (pierwiastek numer 86); i tak dalej. Kaskada przebiega długim łańcuchem, od jednego izotopu radioaktywnego do drugiego. W końcu napotyka izotop nieradioaktywny i w tym momencie kaskada się zatrzymuje. W przypadku uranu łańcuch przebiega kaskadowo aż do pierwiastka o numerze 82, czyli do ołowiu.
Spontaniczna transformacja jednego pierwiastka w drugi dodaje warstwę złożoności do pracy w laboratorium jądrowym. Moi koledzy z laboratorium i ja jesteśmy świadomi, że nasze próbki zmieniają swoją chemiczną naturę w sposób ciągły; to, co dziś postawimy na półce, jutro nie będzie takie samo.
Ponieważ są tak "przysadziste", cząstki alfa nie docierają zbyt daleko przed zatrzymaniem. Rozbijają się o inne atomy i szybko tracą energię. Z łatwością blokuje je cienka kartka papieru czy wierzchnia warstwa skóry. Nawet "warstwa" powietrza szerokości palca wystarczy, aby zatrzymać intensywny strumień cząstek alfa.
Z kolei cząsteczki beta są żywotne i ważą bardzo mało. Nie są to skupiska protonów i neutronów, lecz zwinne elektrony, bardziej przypominające pociski karabinu niż kule armatnie - cząstki alfa. Osiągają prędkość zbliżoną do prędkości światła i rozpraszają swoją energię daleko i szeroko, gdy mijają pobliskie atomy. Cząstki beta mogą przechodzić przez kilka metrów powietrza, a do ich zatrzymania potrzebna jest gruba warstwa tworzywa sztucznego lub cienka blacha.
Podobnie jak rozpad alfa, rozpad beta zmienia naturę atomu macierzystego. Jeden z jego neutronów zamienia się w proton; oznacza to, że liczba masowa atomu pozostaje taka sama, ale jego liczba atomowa wzrasta o 1. Tak więc, podobnie jak w przypadku rozpadu alfa, staje się on nowym pierwiastkiem. Po wystrzeleniu cząstki beta atom macierzysty przesuwa się o 1 pole w górę układu okresowego. Gdy radioaktywny potas (pierwiastek numer 19) ulega rozpadowi beta, staje się wapniem (pierwiastek numer 20); gdy radioaktywny węgiel (pierwiastek numer 6) przechodzi rozpad beta, staje się azotem (pierwiastek numer 7); i tak dalej[IV].
Promieniowanie gamma jest najdziwniejsze z całej trójki. Tworzą je promienie, a nie cząstki. Promienie gamma to pojedyncze błyski światła, choć to światło, leżące daleko w spektrum elektromagnetycznym, jest niewidoczne dla naszych oczu. Podróżują z prędkością światła i niosą ogromną energię, a zatrzymuje je tylko zderzenie czołowe z jądrem atomu. Ponieważ atomy w głównej mierze są puste, promienie gamma z łatwością przenikają przez materię. Aby je zablokować, potrzeba czegoś w rodzaju grubej ściany z ołowiu lub gęstego betonu. Sheldon Allman[V] miał rację w swoim fantastycznonaukowofolkowym kawałku z lat 60. pt. "Radioactive Mama": "Cóż, twoje pocałunki odczuwam na wiele sposobów, czuję, że przechodzą przeze mnie, wszystkie te promienie gamma" (tłum. A. Adamczyk-Karwowska). Rozpad gamma nie zmienia natury atomu macierzystego. Atom po prostu pozbywa się nadmiaru energii.
Czasami włączam mój detektor promieniowania i wybucha on refrenem cyknięć z powodu promieniowania beta i gamma pochodzącego z próbki leżącej metr dalej. Pewnego razu próbka po drugiej stronie laboratorium wprawiła mój detektor w szaloną galopadę cyknięć. Spojrzałem na mojego kolegę z laboratorium. "Tak, ten jest ostry" - powiedział. Jednak w naszych laboratoriach poziom ekspozycji jest nieszkodliwy. Poza tym dobrze sobie radzimy z blokowaniem cząstek beta arkuszami aluminium. A jeśli chodzi o promienie gamma, nie dają one rady ołowianym cegłom, które układamy wokół próbek.
Alchemia
Każdy, kto próbował wyciąć pojedynczy atom z winogrona, szybko zrozumie, że nie można dostać się do wnętrza atomów za pomocą zwykłych środków, ponieważ zwykłe rzeczy - takie jak noże - same są zrobione z atomów. Niezwykła wnikliwość wymaga niezwykłego narzędzia - promieniowania.
Nowozelandzki fizyk sir Ernest Rutherford jest pamiętany przez historię jako "ojciec fizyki jądrowej", chociaż, jak na ironię, zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1908 roku. Odkrył jądro atomowe, dołożył się do "kolekcji znaczków", dodając 86 kafelek do układu okresowego (radon) i sklasyfikował radioaktywność Becquerela na cząstki alfa, cząstki beta i promienie gamma. Wyprowadził również matematyczne podstawy rozpadu radioaktywnego.
W 1919 roku Rutherford rozpoczął ostrzeliwanie atomów azotu cząstkami alfa. Zauważył coś dziwnego. Czasami cząstka alfa uderzała w jądro atomu, a kiedy tak się działo, niszczyła siły jądrowe sklejające jądro azotu. Małe kawałki zostały odstrzelone w trakcie zderzenia. Rutherford nazwał te fragmenty atomowe protonami i w ten sposób dodał proton do swojego i tak już imponującego repertuaru odkryć[6]. Wybijając protony z jąder azotu, Rutherford może nie do końca rozszczepił atom, ale zrobił pierwszy ważny krok w tym kierunku.
Ale co się stało z jego cząsteczkami alfa po czołowym zderzeniu z jądrem? Znalezienie odpowiedzi zajęło brytyjskiemu fizykowi eksperymentalnemu Patrickowi Blackettowi 6 lat. W 1925 roku Blackett podążył śladami Rutherforda i bombardował cząstkami alfa atomy azotu. (W 1948 roku Blackett zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki). Odkrył, że cząstki alfa nie odbijały się od jądra po zderzeniu. Łączyły się z nim[7].
Azot to pierwiastek numer 7. Połączenie go z cząstką alfa dodaje 2 kolejne protony; utrata protonu podczas wybuchu zabiera 1. To daje 7, plus 2, minus 1. Nie jest to już pierwiastek numer 7, lecz pierwiastek numer 8 - tlen.
Dzięki przekształcaniu azotu w tlen Rutherford i Blackett zmieniali na życzenie podstawową naturę atomu. Przeprowadzili w ten sposób pierwsze reakcje jądrowe wywołane przez człowieka, osiągnęli pozornie niemożliwe i spełnili marzenie alchemika o zamianie jednego pierwiastka w inny, chociaż nie przekształcili zwykłego ołowiu w lśniące złoto.
To właśnie sprawia, że reakcje jądrowe znacznie różnią się od reakcji chemicznych. W reakcjach chemicznych - na przykład podczas spalania metanu - atomy są po prostu przetasowywane do nowych konfiguracji; węgiel i wodór w metanie (CH4) reagują z tlenem (O2) w powietrzu, tworząc dwutlenek węgla (CO2) i wodę (H2O). Atomy przed reakcją są takie same jak po niej. Są w innej kolejności, ale same w sobie nie ulegają zmianie.
Jednak w reakcjach jądrowych atomy nie są tylko przetasowywane. Atomy się zmieniają.
Rozszczepienie atomów
Bombardowanie jądra atomu cząstkami alfa to trudna sprawa. Zarówno jądro, jak i cząstki alfa są naładowane dodatnio, a ich wzajemne odpychanie nasila się, gdy zbliża się cząstka alfa. Pole elektryczne otaczające jądro odchyla kurs cząstek alfa. Większość z nich skręca i chybi całkowicie, a odpychanie jest tak silne, że niektóre wykonują obrót o 180° i wracają, skąd przybyły. Tylko od czasu do czasu uderzają w gęste jądro, co wywołuje reakcję jądrową.
Ale istnieje łatwiejszy sposób, aby dostać się do wnętrza atomu - można wystrzeliwać w niego neutrony. Dzięki swej obojętności neutrony płyną w kierunku naładowanych jąder bez zakłóceń siłami elektrycznymi. To właśnie z tym włoski fizyk Enrico Fermi zaczął eksperymentować w 1934 roku. Fermi i jego koledzy z Uniwersytetu Rzymskiego bombardowali neutronami atomy w nadziei na wytworzenie nowych pierwiastków, choć ich celem nie był azot. Chcieli uzyskać uran znajdujący się na drugim końcu układu okresowego.
Uran w sposób naturalny emituje cząstki alfa. Po tym jak Fermi zbombardował uran neutronami, odkrył, że zaczęła się także emisja promieniowania beta. Oznaczało to, że jego próbka nie była już tylko uranem, co udowodniło, że Fermi zapoczątkował reakcję jądrową i stworzył nowy izotop. Ale którego pierwiastka? Skrupulatne i długotrwałe testy nie zdołały tego sprawdzić. Żaden pierwiastek sąsiadujący w układzie okresowym z uranem nie pasował do chemii, którą ujrzał Fermi[8].
Ponadto właściwości promieniowania beta wskazywały na obecność więcej niż jednego nowego izotopu. Fermi i jego koledzy nie stworzyli nowego izotopu - stworzyli nowe izotopy (w liczbie mnogiej). Byli tym całkowicie oszołomieni.
Cztery lata później niemieccy chemicy Otto Hahn i Fritz Strassmann powtórzyli eksperymenty Fermiego na Uniwersytecie Berlińskim. Oni również wykryli zbieraninę radioaktywnych izotopów w swoim uranie po tym, jak zbombardowali go neutronami.
Jeden z nich zidentyfikowano jako bar. Bar! Uran jest pierwiastkiem numer 92, bar jest pierwiastkiem numer 56. To różnica 36 protonów! W tamtym czasie uważano, że niemożliwe jest wytrącenie z jądra atomu więcej niż kilku protonów naraz, ponieważ siły jądrowe łączące je ze sobą są tak silne. Jak udało im się znokautować 36? To przecież było niemożliwe. Ich niedowierzanie wyraźnie widać w artykule, który złożyli do "Naturwissenschaften"[VI] 22 grudnia 1938 roku:
(...) nie możemy jeszcze podjąć tak drastycznego kroku, który jest sprzeczny z wszelkimi wcześniejszymi doświadczeniami w fizyce jądrowej. Być może zaistniało wiele niezwykłych zbiegów okoliczności, które dały nam fałszywe wskazania[9].
Nie wiedząc, w jaki sposób wytworzyli bar, poszukali pomocy u swojej przyjaciółki i koleżanki Lise Meitner.
Meitner została profesorem fizyki na Uniwersytecie Berlińskim w 1926 roku. Wraz z Hahnem i Strassmannem bombardowała uran neutronami, do momentu, gdy wojska Adolfa Hitlera wkroczyły do Austrii i zaanektowały ją w 1938 roku. Meitner, która była Austriaczką żydowskiego pochodzenia, straciła ochronę wynikającą z obywatelstwa austriackiego. Z pomocą Hahna w lipcu 1938 roku jako uchodźczyni przedostała się przez granicę niemiecką do Holandii[10].
Meitner i jej siostrzeniec (również fizyk) Otto Frisch spędzili Boże Narodzenie 1938 roku skupieni na pozornie "niemożliwym" barze. Zanim 6 stycznia wydrukowano pracę Hahna i Strassmanna, Meitner i Frisch rozwiązali problem. Odpowiedź uderzyła ich niczym słynne jabłko Newtona.
Tak jak przeciwne ładunki przyciągają się, tak takie same ładunki odpychają się wzajemnie. Elektryczne siły odpychania między protonami w jądrze atomu nieustannie próbują wysadzić je w powietrze. Ale siły przyciągania w jądrze są znacznie silniejsze niż siły elektryczne. Przeważają nad przeciwstawianiem się odpychających się wzajemnie protonów i utrzymują w ten sposób jądro w stabilizacji.
Siły jądrowe działają jednak tylko na małych odległościach. Można o nich myśleć jak o kleju - protony i neutrony muszą się praktycznie dotykać, aby trzymać się razem. Jednocześnie siły elektryczne działają na duże odległości - można o nich myśleć jak o magnesach, które pchają i ciągną, mimo że są oddzielone przestrzenią.
Meitner i Frisch wizualizowali jądro uranu nie jako sferę stałą, ale jako kroplę cieczy. "Kropla" jądrowa, wzburzona uderzającym neutronem, zaczyna się trząść. W trakcie jednej z takich fluktuacji jądro ulega wydłużeniu. Jest to punkt bez powrotu - dwa końce wydłużonej kropli są zbyt daleko od siebie, aby siły jądrowe mogły je ściągnąć z powrotem; odpychające siły elektryczne chwytają górną część i rozciągają ją jeszcze bardziej. Protony i neutrony na każdym końcu rozciągniętej kropli jądrowej są jednak wciągane razem w swoiste bańki przez przyciągające siły jądrowe. Jądro zaczyna przypominać hantel. Dwie bańki jeszcze bardziej się odpychają. Łącznik między nimi staje się coraz cieńszy i cieńszy, aż ... pęka.
Jądro uranu dzieli się na dwie części.
W miejsce uranu pojawia się para mniejszych jąder. Fragmenty, z których każdy ma jakąś część protonów uranu, zajmują zupełnie inne części układu okresowego. Uran nie rozpada się dokładnie na pół; jest to rozpad asymetryczny. Jednym z nich może być na przykład bar (liczba atomowa 56), w którym to przypadku drugim byłby krypton (liczba atomowa 36)[VII]. Duet barowo-kryptonowy to tylko jedna z wielu możliwych par.
Hahn i Strassmann użyli neutronów do rozszczepienia atomu. Meitner i Frisch odkryli, w jaki sposób to się dzieje i po raz pierwszy użyli nazwy do opisania tego zjawiska - rozszczepienie jądrowe[11].
Jądro uranu po uderzeniu neutronu rozszczepia się na dwa mniejsze jądra
E = mc 2
Wspominając moment, w którym on i Meitner doznali objawienia, Frisch powiedział: "Wtedy Lise Meitner podążała innym tokiem myślenia i twierdziła, że jeśli naprawdę uda się utworzyć dwa takie fragmenty, zostaną one rozdzielone z wielką energią"[12]. Meitner miała rację. Po pęknięciu jądra rozszczepione fragmenty są zbyt daleko od siebie, aby ulec przyciąganiu przez siły jądrowe, lecz są na tyle blisko, aby poczuć wzajemne odpychanie sił elektrycznych. Napędzane takimi samymi ładunkami elektrycznymi oba fragmenty oddalają się od siebie z prędkością około 13 tysięcy kilometrów na sekundę. Z taką prędkością lot na Księżyc i z powrotem trwałby około minuty.
Za wkład Meitner w naszą wiedzę na temat rozszczepienia pierwiastek numer 109 - meitner - został nazwany na jej cześć. Ale skąd pochodzi ta energia? Albert Einstein - którego nazwiskiem nazwano pierwiastek numer 99, einstein - wyjaśnia:
Wyobraźmy sobie staroświecką wagę szalkową. Z niewiarygodną ostrożnością umieszczamy pojedynczy atom uranu na jednej z szalek patelni. Na drugiej umieszczamy parę fragmentów rozszczepienia.
Z zapartym tchem obserwujemy, jak waga powoli przechyla się na korzyść uranu. Okazuje się, że atom uranu jest cięższy niż fragmenty, na które się rozpada. Traci masę podczas rozszczepienia.
Ale gdzie podziewa się ta brakująca masa? Słynne równanie Einsteina - E = mc2 - mówi nam, że masę (m, w kilogramach) można przekształcić w energię (E, w dżulach) i odwrotnie. Kurs wymiany, c2, jest kwadratem prędkości światła (w metrach na sekundę). Nasza zaginiona masa wcale by nie "zaginęła". Zamieniłaby się po prostu w energię.
Analizując wyniki na naszej wadze, stwierdzilibyśmy, że różnica w masie wyniosła około 0,0000000000000000000000000004 kilogramów (27 zer). Nie jest to dużo. Ale w równaniu E = mc2 otrzymujemy ogromną ilość E z niewielkiej ilości m, ponieważ wartość liczbowa naszego kursu wymiany c2 jest przeogromna: 89 875 517 873 681 764.
Podstawienie naszych m i c2 do równania Einsteina daje E = 0,00000000003 dżuli (dziesięć zer). Łatwo pogubić się w absurdalnej liczbie zer, więc wyrażamy ten wybuch energii w jednostkach elektronowoltów, w którym to przypadku oznacza to 200 milionów[13].
Nie jest to dużo energii per se - to 3000 razy mniej energii niż jest przenoszone przez pojedynczego komara w locie - ale jest to astronomiczna ilość energii dla pojedynczego atomu. W jednym gramie uranu znajduje się 25 biliardów (25 000 000 000 000 000 000) atomów!
Dla porównania, reakcje chemiczne - takie jak spalanie węgla i gazu - zazwyczaj uwalniają kilka elektronowoltów na atom.
W jednym gramie uranu jest tyle energii jądrowej, co energii chemicznej w ponad tonie węgla. Innymi słowy - jeśli zasilimy typową żarówkę przy użyciu 1 grama węgla, energii starczy na niecałe 15 minut; jeśli w pełni wykorzystamy 1 gram uranu, żarówka będzie świecić przez 30 lat[14]. Paliwo jądrowe, w porównaniu z paliwem chemicznym, jest klasą samą w sobie.
Reakcje łańcuchowe
Fragmenty rozszczepienia nie są jedynymi rzeczami, które się pojawiają po rozpadzie atomu uranu na dwie części. Wydalane są również neutrony, zwykle w parach lub trójkach. A w obecności innych atomów uranu te wolne neutrony są jak iskra na stóg siana.
Kiedy iskra neutronowa zderza się z innym atomem uranu, wywołuje kolejną reakcję rozszczepienia. Generuje to więcej iskier neutronowych. Następnie te iskry wywołują rozszczepienie w innych atomach uranu, tworząc w ten sposób jeszcze więcej iskier neutronowych. Ta pętla pozytywnego sprzężenia zwrotnego powoduje reakcję łańcuchową rozszczepienia, która, gdy się rozpocznie, sama się podtrzymuje. Jedno rozszczepienie szybko staje się wieloma.
Ważną liczbą używaną do opisania tej propagacji neutronów jest wartość k, czyli średnia liczba neutronów z rozszczepienia, które wywołają kolejną. Wartość liczbowa k decyduje o tym, czy reakcja łańcuchowa zakończy się cichym kwileniem, wybuchem czy stabilnym spaleniem.
Niektóre iskry neutronowe są pochłaniane przez inne atomy. Niektóre w ogóle nie trafiają w inne atomy uranu. Jeśli wystarczająco dużo z nich spotka taki los, to k będzie mniejsze niż 1, a nasza reakcja łańcuchowa będzie reakcją podkrytyczną.
Reakcje łańcuchowe, w których k jest większe niż 1, podlegają regułom wzrostu wykładniczego. Każde rozszczepienie spowoduje więcej niż jedno kolejne rozszczepienie. Niewielka liczba rozszczepień staje się liczna w niewielkiej liczbie ogniw, a nasza reakcja łańcuchowa jest reakcją nadkrytyczną.
Krzywe neutronów przy różnych wartościach k
Aby zilustrować moc wzrostu wykładniczego, umówmy się, że k równa się 2 (liczba ogniw podwaja się za każdym razem). Liczba rozszczepień szybko wymyka się spod kontroli: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048...
Po 20 ogniwach jest ich ponad milion, po 40 - ponad bilion. Po 266 ogniwach w obserwowalnym wszechświecie zabraknie atomów. To, co zaczyna się jako pojedyncza iskra neutronowa, może zmienić się w ogniową burzę.
Jeśli wartość k jest równa 1, to nasza reakcja łańcuchowa znajduje się w strefie Złotowłosej. Średnio każde rozszczepienie wywołuje jedno kolejne. W tym ustalonym stanie nasza reakcja łańcuchowa jest reakcją krytyczną.
Bomba A (bomba atomowa)
Fizycy doszli do wniosku, że jeśli wywołają nadkrytyczną jądrową reakcję łańcuchową, wg wzoru E = mc2 i matematycznego wzrostu wykładniczego szybko uwolnią się ogromne ilości energii. Urządzenia, które szybko uwalniają energię, nazywane są "bombami".
Bomba, która czerpałaby swoją siłę wybuchu z rozszczepienia jądrowego, byłaby nowym rodzajem broni. Byłaby to bomba atomowa. Coś takiego nigdy dotąd nie pojawiło się w arsenale żadnego kraju. Konwencjonalne bomby, czerpiące energię z reakcji chemicznych, to ledwie "szepty" w porównaniu do bomby atomowej.
Groźba wybuchu II wojny światowej nadciągającej do Europy wywołała przerażenie fizyków świadomych istnienia nowego rodzaju broni. Latem 1939 roku na biurku prezydenta Stanów Zjednoczonych Franklina D. Roosevelta pojawił się list, napisany przez Einsteina i kolegę fizyka Leo Szilárda, z ponurym ostrzeżeniem:
... może stać się możliwe zapoczątkowanie łańcuchowej reakcji jądrowej w dużej masie uranu, przez co uwolnione zostaną ogromne ilości energii i duże ilości nowych pierwiastków podobnych do radu[15].
Krok od reakcji łańcuchowej do bomby atomowej nie wydawał się ogromnym skokiem koncepcyjnym:
... i można sobie wyobrazić, ... że w ten sposób można skonstruować niezwykle potężne bomby nowego typu.
W teorii było to możliwe. Dlaczego zatem nie w praktyce? Zaniepokojony Roosevelt powołał komisję, której zadaniem było badanie właściwości jądrowych uranu. Jeśli takie urządzenie mogło być zbudowane, ważne było, aby nazistowskie Niemcy nie były pierwsze. Z czasem ta komisja przekształciła się w Projekt Manhattan[16].
Ale do 1939 roku tylko niewielka liczba atomów została rozczepiona podczas skrupulatnie kontrolowanych eksperymentów chemicznych. Skalowanie eksperymentu do wywołania ogromnych reakcji łańcuchowych, w których k przekraczałoby 1, było czysto hipotetyczne. W tym miejscu do naszej historii wkracza włoski fizyk Enrico Fermi.
Nadkrytyczność
Fermi otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1938 roku za pracę nad bombardowaniem uranu neutronami. W połowie grudnia wziął udział w ceremonii wręczenia nagród w Sztokholmie i wykorzystał tę podróż jako szansę na ucieczkę z coraz bardziej antysemickich i sprzymierzonych z nazistami Włoch Benito Mussoliniego; jego żona, Laura, była Żydówką. Wraz z rodziną schronił się w USA, dokąd przybył zaledwie kilka tygodni przed tym, jak informacja o rozszczepieniu jądra atomu pojawiła się w prasie naukowej[17]. Na swoim nowym stanowisku na Uniwersytecie w Chicago Fermi prowadził badania mające na celu wywołanie łańcuchowej reakcji jądrowej w pierwszym reaktorze nuklearnym na świecie.
Ale Fermi miał problem - neutrony "rodzą" szybko. Kiedy jądra uranu się rozpadają, neutrony uwalniają się na zewnątrz z prędkością około 20 tysięcy kilometrów na sekundę, wystarczająco szybko, aby okrążyć Ziemię w ciągu 2 sekund[18]. Przy tak gigantycznych prędkościach neutrony mają tendencję do chybiania swoich celów. Są niczym kule świstające obok rozproszonych magnesów na lodówkę, bez najmniejszego przyciągania. Tylko niewielki ich ułamek bierze udział w rozszczepieniu jądrowym, a reakcja łańcuchowa rozwija się w kierunku podkrytyczności.
Aby zwiększyć prawdopodobieństwo, że neutron zderzy się i wejdzie w interakcję z jądrem, należy go spowolnić, czyli moderować. Nieco wolniejszy neutron może zostać przyciągnięty przez siły jądrowe. To stawia nas w sytuacji sprzecznej z intuicją, gdzie im wolniej porusza się neutron, tym większe prawdopodobieństwo, że spowoduje rozszczepienie. Powolne neutrony dają reakcje łańcuchowe z większą energią.
Aby spowolnić swoje rozpędzone neutrony, Fermi przepuścił je przez mineralną formę węgla - grafit. Ten materiał był tani, łatwo go było zdobyć i oczyścić w ogromnych ilościach.
Ostatecznie reaktor Fermiego składał się z 350 ton grafitu i 36 ton uranu. Więcej grafitu oznaczało wolniejsze neutrony; więcej uranu oznaczało więcej celów dla tych neutronów. Jedynym miejscem wystarczająco obszernym, aby pomieścić urządzenie, było stare boisko do squasha za trybunami uniwersyteckiego boiska piłkarskiego[19].
Budowa reaktora zaczęła się 6 listopada 1942 roku. Fermi i jego współpracownicy pracowali bez przerwy. A to była wyczerpująca praca. Każdy śliski blok grafitowy ważył 10 kilogramów, a było ich tysiące. Zostały ręcznie wycięte i ułożone, jeden na drugim, w skomplikowaną siatkę wymyśloną przez Fermiego. Za najbardziej wydajny kształt ostatecznej struktury uznano sferę, a naukowcy postarali się stworzyć jak najbardziej zbliżoną formę za pomocą dużych, kątowych bloków konstrukcyjnych.
Reaktor zbudowany był z naprzemiennych warstw: warstwa składająca się tylko grafitu, następnie dwie warstwy grafitu przeplatane bryłkami uranu. Fermi obliczył, że reaktor stanie się nadkrytyczny po ułożeniu 57 warstw[20].
Wraz z rozbudową reaktora rosło również drewniane rusztowanie, które go podtrzymywało. Całość wyglądała - i nie mówię tego lekceważąco - dość chałupniczo. Ale w pewnym sensie to było chałupnictwo. Była to zupełnie nowa technologia tworzona z wykorzystaniem raczkującej nauki. Zespół pisał instrukcję obsługi na bieżąco.
Trzeba było również wziąć pod uwagę bezpieczeństwo. Co się stanie, jeśli reakcja łańcuchowa wymknie się spod kontroli? Fermi, jak zwykle, miał plan.
Pierwiastki absorbujące neutrony bez rozszczepienia są nazywane truciznami neutronowymi. Eliminują neutrony z reakcji łańcuchowej, odcinając w ten sposób ogniwa i obniżając wartość k. Jest to niepożądane, jeśli reaktor ma w zamierzeniu osiągnąć stan krytyczny; naukowcy zajmujący się energią jądrową do dziś ciężko pracują, aby wyeliminować trucizny neutronowe ze swoich materiałów reaktorowych. Ale jeśli potrzebna jest celowa absorbcja neutronów, to trucizny są niezwykle przydatne. Jeśli są wsuwane do reaktora, k się zmniejsza, a reaktor zostaje wygaszony.
Jako trucizny neutronowej Fermi użył kadmu. Nie zastosowano go jednak w formie precyzyjnych prętów, które można znaleźć w nowoczesnym reaktorze jądrowym. Był on w arkuszach przybitych gwoździami do trzyipółmetrowych drewnianych desek. Deski z trucizną zostały wepchnięte ręcznie w szczeliny biegnące poziomo w blokach grafitowych, aby kontrolować przepływ neutronów. To było dość prostackie, ... ale zadziałało.
Przez reaktor biegły też szczeliny pionowe. Deski z trucizną neutronową, zawieszone na linie, opadłyby automatycznie, gdyby strumień neutronów wspiął się zbyt wysoko, i wygasiłyby reaktor.
W ramach wsparcia automatycznego wygaszenia fizyk Norman Hilberry został zaopatrzony w siekierę. Później wspomniał: "Zostałem zaprowadzony do barierki pomostu, dostałem dobrze naostrzony topór strażacki i dowiedziałem się, że "jeśli pręty bezpieczeństwa nie zadziałają, mam przeciąć tę linę"[21].
A jako plan C zgromadzono trzyosobowy "oddział samobójców". Miał stać na szczycie reaktora z wiadrami roztworu kadmu, gotowymi do wylania go na reaktor i wyłączenia go w przypadku niesprawności wszystkich innych mechanizmów awaryjnych. Dowódca oddziału, fizyk Samuel Allison, upierał się później, że to jego mięśnie, a nie mózg, zakwalifikowały go do tego zespołu "ostatniej szansy"[22].
W chłodną noc 1 grudnia ułożono 57. warstwę grafitu. Fermi stanął przed swoim arcydziełem. Nad nim unosił się grafitowy sferoid składający się z bloków - promiennie czarny, wysoki na 6 metrów i szeroki na niemal 8 metrów w najszerszym miejscu.
2 grudnia 1942 roku. Fermi wraz z kolegami obserwują, jak Chicago Pile-1 - pierwszy reaktor jądrowy - osiąga stan krytyczny, co stało się początkiem Ery Atomowej. Oddział samobójców widoczny jest na szczycie reaktora. Ilustracja udostępniona dzięki uprzejmości US National Archives nad Record Administration/Science Photo Library
Następnego ranka Fermi i 48 jego kolegów zebrało się na trybunie kortu do squasha[23]. To był ten moment. Podróż, która zaczęła się 46 lat wcześniej, kiedy Becquerel odkrył radioaktywność pod pochmurnym paryskim niebem, miała być początkiem nowej ery.
Fermi nakazał elektryczne wycofanie desek z truciznami z reaktora. Cyk..., cyk..., cyk: cykanie detektorów neutronów stało się trochę bardziej rozedrgane. Ale wartość k była mniejsza niż 1. Stan krytyczny nie został osiągnięty.
Wtedy Fermi nakazał wycofanie przedostatniej zatrutej deski - zwanej "Suwakiem" (ang. Zip). Hilberry stał przy wyciągającej go linie z siekierą w ręku, na wszelki wypadek detektory neutronów zaczęły bzyczeć jak rój os. Jedyną rzeczą stojącą na drodze krytyczności była ostatnia deska. Fermi polecił 35-letniemu fizykowi George'owi Weilowi wysuwać ją z reaktora, centymetr po centymetrze.
"Podciągnij ją na 4 metry, George".
Przez 5 wyczerpujących godzin Weil coraz bardziej wyciągał ostatnią deskę. Za każdym razem k było coraz bliższe wartości 1. Cykanie stało się bardziej szalone. Oczy Fermiego przesuwały się z jednej tarczy na drugą, jego mózg wirował, gdy palce przesuwały suwak z kości słoniowej. Przy każdym szturchnięciu deski sprawdzał przepływ strumienia neutronów z wcześniejszymi obliczeniami. Wszystko szło dokładnie tak, jak przewidział.
"Wysuń ją o 15 centymetrów" - zawołał Fermi z balkonu. Weil zrobił, co mu kazano.
Aż wreszcie padła ostatnia komenda. "Wyciągnij jeszcze 30 centymetrów".
Reaktor ożył. Gorączkowe cykanie neutronów zmieniło się w jednostajne cccccc. Reakcja łańcuchowa podtrzymywała się sama; k wynosiło 1,0006. Nadkrytyczność. "Stos osiągnął stan krytyczny" - oznajmił Fermi z uśmiechem. Była 15:49 w środę, 2 grudnia 1942 roku[24]. Był to świt Ery Atomowej.
Ogromny reaktor generował pół wata mocy, ledwo wystarczającej do migotania żarówki. Nie przepaliły się bezpieczniki, nie zaiskrzyły przewody - nie było żadnego spektaklu. Ale k przekraczało 1. Pozostawione bez kontroli sprawy potoczyłyby się spektakularnie, na wszystkie niewłaściwe sposoby. Po 90 minutach reaktor wygenerowałby miliard watów, zabiłby wszystkich w pomieszczeniu i stopił stos przez podłogę kortu do squasha.
Ale Fermi wyłączył go po 4 minutach. "Okej - wsuń Suwak!" Deska z trucizną neutronową przerwała reakcję łańcuchową. Reaktor wygasł. Wszystko się skończyło. (Ani siekiera, ani oddział samobójców nie były potrzebne).
Pierwsze kontrolowane uwolnienie energii jądrowej było dla ludzkości momentem definiującym epokę. Fermi i jego koledzy uczcili tę okazję, w milczeniu pijąc chianti z papierowych kubków. Zasłużyli na to wino.
* * *
Prometeusz skradł ogień bogom olimpijskim i dał go ludzkości. Dzięki niemu szybko nauczyliśmy się rozpalać zarówno blask, jak i terror. Używamy ognia, aby zalać światłem ciemność, łagodzić zimno i gromadzić bogactwa materialne. Używamy go również do palenia książek i niszczenia budynków. Wybór tego, co zrobić z ogniem, zawsze był i zawsze będzie naszym wyborem.
W momencie, gdy reaktor Fermiego stał się krytyczny, opanowaliśmy nowy rodzaj ognia. Jak starodawny ogień długo przedtem, płomień rozszczepienia jądrowego doprowadził nas na rozstaje dróg: obietnicy i niebezpieczeństwa.
Jedna ścieżka jest wybrukowana obfitością energii i prowadzi do długiej przyszłości rozkwitu ludzkości. Energia jądrowa, w swojej sile i obfitości, może zasilać nasz świat pokojowo i nieprzerwanie przy niewielkim uszczerbku dla środowiska. Druga droga, rzucająca cień chmur w kształcie grzyba, prowadzi do zapomnienia. Kiedy reaktor w Chicago stał się krytyczny, Szilárd uścisnął dłoń Fermiemu i, udręczony myślami o bombie atomowej, wygłosił: "Ten dzień przejdzie do historii ludzkości jako czarny dzień."[25].
Myślę, że Szilárd był zbytnim pesymistą.
Ludzie są ciekawi i pomysłowi. Dążenie do zrozumienia, jak coś działa, jest częścią naszej natury. Podtrzymywać reakcje łańcuchowe, które uwalniają ogromne ilości energii, potrafią jedynie konkretne rodzaje atomów. Nasze odkrycie rozszczepienia jądrowego było równie nieuniknione jak nasze odkrycie ognia. Tak się złożyło, że fizyka jądrowa dotarła na skraj wiedzy prometejskiej, gdy w Europie wybuchła wojna.
W ten sposób bomby atomowe i reaktory jądrowe stopiły się w jedno w świadomości publicznej. Ale chociaż są zbudowane na tych samych fundamentalnych zasadach fizyki, bomby atomowe i reaktory jądrowe to nie to samo; porównanie tych dwóch jest jak porównanie materiału wybuchowego ze świecą typu tealight. Bomby uwalniają jak najwięcej energii tak szybko, jak to możliwe, w niekontrolowanych reakcjach łańcuchowych. Reaktory działają odwrotnie - powoli uwalniają energię, w starannie zaplanowanych reakcjach łańcuchowych, aby wygenerować energię, od której zależy pokojowa cywilizacja.
