कैसे भौतिकी ने जापान पर गिराए परमाणु बमों के डिजाइन को गिरा दिया

मैनहट्टन परियोजना में शामिल कई वैज्ञानिकों के लिए, परमाणु बम बनाने की दौड़ जीवन और मृत्यु के बीच एक गंभीर लड़ाई थी। प्रौद्योगिकी के विनाशकारी बल या इसके अपरिहार्य नागरिक टोल से इनकार नहीं किया गया था। हिरोशिमा और नागासाकी की बमबारी के बाद, जो इस सप्ताह 70 साल पहले हुई थी, वैज्ञानिक निर्देशक जे। रॉबर्ट ओपेनहाइमर ने एक हिंदू पाठ से उद्धृत करते हुए, समाचार सुनने पर अपनी भावनाओं को याद किया: "अब मैं मृत्यु बन गया हूं, दुनिया का विनाश करने वाला। "

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लेकिन द्वितीय विश्व युद्ध की चपेट में आने के साथ, जर्मन वैज्ञानिकों ने उसी तकनीक पर काम करते हुए, अमेरिका में ओपेनहाइमर और अन्य भौतिकविदों को दुनिया के पहले परमाणु हथियार बनाने के काम पर ध्यान केंद्रित किया था। और लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी के गुप्त कारावास के भीतर, घातक पेलोड को कैसे पहुंचाया जाए, इसके लिए विरोधी विचारों के साथ दो समूहों के बीच एक आंतरिक लड़ाई चल रही थी।

अंततः, रेडियोधर्मी सामग्री का उपयोग करने वाले दो प्रकार के बम जापान में कुछ ही दिनों में गिर गए, जिसका नाम लिटिल बॉय और फैट मैन रखा गया। लेकिन अगर वैज्ञानिक अपने पहले प्रयासों में सफल हो गए, तो दोनों बमों को थिन मैन नाम दिया जा सकता था।

परमाणु का नाभिक आपकी कल्पना से कहीं अधिक परिवर्तनशील स्थान है। इसके दिल में, एक परमाणु में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन नामक कणों का मिश्रण होता है, जो परमाणु को उसके द्रव्यमान और उसके अद्वितीय मौलिक व्यक्तित्व को देने के लिए संयोजित करता है। जबकि किसी दिए गए रासायनिक तत्व के सभी परमाणुओं में प्रोटॉन की समान संख्या होती है, न्यूट्रॉन की संख्या अलग-अलग हो सकती है, विभिन्न द्रव्यमान के आइसोटोप। लेकिन एक भीड़भाड़ वाले बेड़ा की तरह, कुछ आइसोटोप्स टेस्टर स्थिरता के किनारे पर होते हैं और विकिरण के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा और कणों को बाहर निकालने के लिए सहज होते हैं। समय के साथ, रेडियोधर्मी आइसोटोप स्वाभाविक रूप से अधिक स्थिर विन्यास में और यहां तक ​​कि घटनाओं के काफी पूर्वानुमानित श्रृंखला में नए तत्वों में भी क्षय हो जाते हैं।

विस्फोट पैदा करने के लिए परमाणु का दोहन 1939 तक यथार्थवादी नहीं था, जब बर्लिन में वैज्ञानिकों ने जानबूझकर यूरेनियम परमाणु को हल्के तत्वों में विभाजित करने में कामयाब रहे। सही तरीके से प्रेरित, परमाणु विखंडन की यह प्रक्रिया भारी मात्रा में ऊर्जा जारी कर सकती है - द न्यू यॉर्क टाइम्स की शुरुआती रिपोर्टों के अनुसार, हिरोशिमा पर गिराया गया बम 20, 000 टन टीएनटी के बल के साथ फट गया, हालांकि यह अनुमान तब से डाउनग्रेड हो गया है 15, 000 टन तक।

अमेरिकी राष्ट्रपति फ्रैंकलिन रूजवेल्ट को 1939 के एक पत्र में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने एक हथियार बनाने के लिए विखंडन प्रयोग और नाजी प्रयासों की चेतावनी दी। इसके तुरंत बाद, वैज्ञानिकों ने दिखाया कि महत्वपूर्ण द्रव्यमान प्राप्त करने और विखंडन बम को विस्फोट करने के लिए यूरेनियम की कितनी आवश्यकता होगी, और उन्होंने साबित किया कि वे भी कार्य के लिए प्लूटोनियम का उपयोग कर सकते हैं। 1941 तक, मैनहट्टन परियोजना एक काम कर रहे परमाणु बम को विकसित करने की दौड़ में शामिल हो गई थी।

ओपेनहाइमर ने सबसे पहले अपने विश्वास को एक डिजाइन कोडिन थिन मैन में रखा, जो एक लंबी, पतली बंदूक वाली बम थी। यह एक ही सामान से बने एक लक्ष्य पर रेडियोधर्मी सामग्री के प्लग को आग लगा देगा, ताकि संपीड़न और संयुक्त द्रव्यमान के संयुक्त बलों ने श्रृंखला प्रतिक्रिया को ट्रिगर किया जिससे विखंडन विस्फोट हो। एक हेज के रूप में, एक अन्य टीम एक विस्फोट बम की जांच कर रही थी, जो विस्फोटकों से घिरे एक कोर में एक उप-राजनीतिक द्रव्यमान को संपीड़ित करेगा। जब शुल्क समाप्त हो जाता है, तो सामग्री की गेंद एक अंगूर के आकार से एक टेनिस गेंद के आकार तक निचोड़ हो जाती है, महत्वपूर्ण द्रव्यमान तक पहुंच जाती है और बम विस्फोट होता है।

एक बोइंग बी -29 सुपरफोर्ट्रेस बॉम्बर मारियाना द्वीपसमूह में टिनियन में लोड करने के लिए बम गड्ढे पर पीछे की ओर लुढ़कता है। (एटॉमिक हेरिटेज फाउंडेशन के सौजन्य से) लिटिल बॉय बम एक हाइड्रोलिक लिफ्ट पर टिकी हुई है। (एटॉमिक हेरिटेज फाउंडेशन के सौजन्य से) फैट मैन बम अपने परिवहन डोली पर चेक आउट हो जाता है। (एटॉमिक हेरिटेज फाउंडेशन के सौजन्य से) लिटिल बॉय बम को B-29 बमवर्षक एनोला गे में लोड करने के लिए पढ़ा जाता है। (एटॉमिक हेरिटेज फाउंडेशन के सौजन्य से) फैट मैन बम के प्रत्यारोपण कोर को आवरण के अंदर प्लेसमेंट के लिए पढ़ा जाता है। (एटॉमिक हेरिटेज फाउंडेशन के सौजन्य से) एक हाइड्रोलिक लिफ्ट प्लेन की खाड़ी में लिटिल बॉय बम को उठाती है। (एटॉमिक हेरिटेज फाउंडेशन के सौजन्य से) फैट मैन B-29 Bockscar में लोड करने से पहले बम गड्ढे पर एक लिफ्ट पर उठाया जा रहा है। (एटॉमिक हेरिटेज फाउंडेशन के सौजन्य से) एनोला गे की खाड़ी के अंदर लिटिल बॉय बम। (एटॉमिक हेरिटेज फाउंडेशन के सौजन्य से) फैन मैन बम की टेल असेंबली पर अपने नाम पर हस्ताक्षर करने के लिए कई लोगों में से एक एनोला गे वेमोनियर डीक पार्सन्स थे। (एटॉमिक हेरिटेज फाउंडेशन के सौजन्य से)

धमाकेदार डिजाइन सुरुचिपूर्ण था लेकिन भौतिकी कम निश्चित थी, यही वजह है कि बंदूक मॉडल ने प्राथमिकता ली। लगभग चार महीनों के बाद, हालांकि, परियोजना वैज्ञानिकों ने महसूस किया कि थिन मैन अपने वांछित ईंधन स्रोत, रेडियोधर्मी आइसोटोप प्लूटोनियम-139 के साथ काम नहीं करने वाला था। दक्षिणपूर्वी वाशिंगटन राज्य में हनफोर्ड साइट को 1943 में हथियारों के ग्रेड-प्लूटोनियम को बाहर निकालने के उद्देश्य से बनाया गया था, और यह पता चला कि इसके रिएक्टरों से सामग्री का एक घातक दोष था।

स्मिथसोनियन नेशनल म्यूजियम ऑफ अमेरिकन हिस्ट्री के एक सैन्य इतिहासकार बार्टन हैकर कहते हैं, "प्लूटोनियम थिन मैन डिज़ाइन को पूर्व विस्फोट के उच्च जोखिम के कारण छोड़ दिया गया था।" यह उतना डरावना नहीं है जितना कि यह लगता है — इसका सीधा मतलब है कि बम के वास्तव में बंद होने से पहले प्लग और लक्ष्य अपनी विनाशकारी शक्ति खो देंगे। "उपलब्ध प्लूटोनियम बहुत अधिक न्यूट्रॉन उत्सर्जित करता है, महत्वपूर्ण द्रव्यमान से पहले एक परमाणु प्रतिक्रिया की स्थापना की जा सकती है, जिसके परिणामस्वरूप भौतिकविदों को एक फिजल कहा जाता है।"

यूरेनियम से न्यूट्रॉन उत्सर्जन कम था, जिससे बंदूक-प्रकार को गंभीर द्रव्यमान तक पहुंचने दिया गया, लेकिन आपूर्ति गंभीर रूप से सीमित थी। "प्लूटोनियम को हथियार-ग्रेड यूरेनियम की तुलना में अधिक तेज़ी से उत्पादित किया जा सकता है, " हैकर कहते हैं। "बंदूक डिजाइन काम करना निश्चित था, लेकिन 1945 में एक से अधिक के लिए पर्याप्त यूरेनियम नहीं था।"

6 अगस्त, 1945 को हिरोशिमा पर गिरा लिटिल बॉय बम, एक छोटा गन-प्रकार का बम था, जो एक यूरेनियम पेलोड था। इस बीच, 9 अगस्त को नागासाकी पर गिराया गया बम प्लूटोनियम से संचालित फैट मैन था। आधुनिक अनुमानों के अनुसार इसका डिज़ाइन लगभग दस गुना अधिक कुशल था और लगभग 21, 000 टन टीएनटी के बराबर एक बड़ा विस्फोटक बल उत्पन्न करता था। हालांकि लिटिल बॉय बम कम कुशल और कम शक्तिशाली था, इसने हिरोशिमा के आसपास के क्षेत्र को अधिक नष्ट कर दिया क्योंकि नागासाकी के आसपास के पहाड़ी इलाके फैट मैन के ब्लास्ट त्रिज्या को प्रतिबंधित कर दिया। फिर भी, बम विस्फोटों के मद्देनजर, शीत युद्ध के युग में परमाणु हथियार के लिए प्रत्यारोपण डिजाइन बन गया।

हैकर कहते हैं, "मेरी जानकारी के अनुसार, हिरोशिमा में 1953 में नेवादा में परमाणु तोपों के गोले में से एक के बाद एकमात्र बंदूक-प्रकार का डिज़ाइन कभी विस्फोट हुआ था।" "सभी बाकी प्रत्यारोपण डिजाइन थे। गन-प्रकार के डिजाइन विश्वसनीय थे, लेकिन अकुशल उपकरणों के समान परिणामों के लिए अधिक परमाणु सामग्री का उपयोग करते हुए, वे स्टेयरपाइल में तोपखाने के गोले के रूप में बने रहे, लेकिन किसी अन्य को विस्फोट नहीं किया गया।"