Een zon in de nacht

In de vroege morgen van 16 juli 1945 ontplofte in een woestijn in New Mexico de eerste atoombom. In Los Alamos was er door het puikje van de Amerikaanse atoomgeleerden in het diepste geheim ruim twee jaar aan gewerkt.

Project Y: The Los Alamos Story, toward and beyond Trinity; Tomash Publishers 1983. Reminiscences of Los Alamos, 1943-45; Reidel 1980. The Making of the Atomic Bomb; Simon and Schuster 1986. Onder J. Robert Oppenheimer, wetenschappelijk directeur van het Manhattan-project.

'Een intense lichtflits was het eerste dat ik van de explosie merkte, ik voelde hitte schroeien op de blote delen van mijn huid. Hoewel ik niet rechtstreeks naar de bom keek, merkte ik dat het landschap in een helderder licht baadde dan bij volle dag. Toen ik wel keek zag ik door een donker glaasje een vuurbol die snel opsteeg en daarbij van helwit naar donkerpaars kleurde. Enkele seconden later doofde de vlammenzee en veranderde in een enorme rookkolom met kop, een reuzenpaddestoel die zich met grote snelheid door het wolkendek boorde. Eenmaal op tien kilometer bleef de kolom staan, tot de wind haar verstrooide.'

Aldus schreef de Italiaanse kernfysicus Enrico Fermi, ooggetuige van de eerste atoombomontploffing in de vroege morgen van 16 juli 1945, zondag vijftig jaar geleden. 'Trinity', zoals J. Robert Oppenheimer de test doopte, had plaats in de Jornado del Muerto, 'reis van de dood', een ruig woestijngebied in het zuiden van New Mexico. De lokatie, deel uitmakend van het militaire oefenterrein Alamogordo, was uitverkoren omdat het er vlak was, er in de directe omgeving nauwelijks mensen woonden en het weer er goed was. Bovendien lag de Jornado op de praktische afstand van 200 mijl van Los Alamos, de plek waar de bom in het diepste geheim was gebouwd.

Een atoombom ontleent zijn verwoestende kracht aan het verschijnsel kernsplijting: een zware atoomkern, in de regel uranium-235 of plutonium-239 (de getallen staan voor het totaal aan protonen en neutronen in de kern), splijt na invanging van een vrij neutron in twee brokstukken én enkele neutronen. Als van die vrijkomende neutronen er minstens één een nieuwe kern splijt, ontstaat een lawine of kettingreactie. Omdat de massa bij dergelijke kernreacties afneemt, levert dat via Einsteins formule E = mc een hoeveelheid energie op die ettelijke miljoenen malen groter is dan de chemische energie in conventionele springstoffen.

Deze kennis was aan het begin van de oorlog gemeengoed. Nadat Otto Hahn en Fritz Strassmann eind 1938 in Berlijn de kernsplijting in uranium hadden ontdekt, was er over het verschijnsel in de internationale vakliteratuur veelvuldig en vrijuit gepubliceerd. De theoretische mogelijkheid van een atoombom, en van een kernreactor, werd door fysici spoedig onderkend. Tegelijk voorzag men voor de fabricage van zo'n vernietigingswapen onoverkomelijke moeilijkheden: uranium-235 komt maar voor 0,7% in natuurlijk uranium voor en is daaruit slechts met complexe fysische methoden te isoleren. Verrijken is nodig om te voorkomen dat uranium-238 de neutronen wegvangt. De consensus was dan ook dat als het al tot een atoomwapen zou komen, dit op het verloop van WO II niet meer van invloed zou zijn.

Ranch School

Regeringssteun voor uraniumonderzoek kwam in Amerika pas van de grond toen de Hongaarse fysicus Leo Szilard, samen met zijn landgenoten Eugène Wigner en Edward Teller, de grote Einstein ertoe had overgehaald president Roosevelt een brief te schrijven om hem op het belang van atoomwapens te wijzen. Vooralsnog ging het om marginale bedragen en af en toe gingen er stemmen op het splijtingsonderzoek te korten en de betrokken geleerden op minder science-fictionachtige oorlogsprojecten te zetten. De ommekeer kwam in 1941, toen Britse atoomgeleerden (iets te optimistisch) berekenden dat het met de minimale hoeveelheid zuiver uranium-235 nodig voor een bom, de kritische massa, meeviel: in de orde van 10 kilogram. Opeens paste het wapen in een vliegtuig. En na Pearl Harbor, december 1941, ging de beurs helemaal open.

Een jaar later kreeg brigadier-generaal Leslie Groves van de genie de opdracht de versnipperde laboratoriumexperimenten te concentreren en in een all out effort tot de fabricage van een atoombom te komen. Tot iedere prijs moest worden verhinderd dat de Duitsers dit beslissende wapen het eerst in handen kregen, een argument dat in 1944 werd ingeruild tegen dat van het bekorten van de oorlog met Japan. Wetenschappelijk directeur van het 'Manhattanproject' werd Robert Oppenheimer. Die wist direct een goede lokatie: de Ranch School van Los Alamos, eenzaam gelegen op de Pajarito mesa, een hoogvlakte in het Jemez gebergte van New Mexico, niet ver van zijn geliefde buitenhuis.

Voorjaar 1943 werd de eerste (geleende) apparatuur in haastig uit de grond gestampte laboratoria geïnstalleerd. Het puikje van de Amerikaanse atoomgeleerden verhuisde naar een dorre heuveltop met als adres: P.O. Box 1663, Santa Fe. Richard Feynman was erbij, en Hans Bethe en Edward Teller, later gevolgd door Enrico Fermi en Niels Bohr. John von Neumann kwam regelmatig langs om te adviseren. Het was een niet eerder vertoonde samenballing van talent, met een gemiddelde leeftijd van krap vijfentwintig jaar.

Alleen de wetenschappers werden ingelicht over het doel van Los Alamos. Overtuigd van de goede zaak en aangelokt door de enorme uitdaging hapten ze toe. Met het administratief personeel en de technici lag dat moeilijker: die kregen om veiligheidsredenen niets te horen en lieten zich, ook al vanwege tegensputterende gezinsleden, heel wat moeilijker ronselen. 'Het idee om voor onbepaalde tijd en onder quasi-militair toezicht in de woestijn te verdwijnen verontrustte flink wat geleerden, om over hun gezinnen maar te zwijgen', herinnerde Oppenheimer zich later.

Gasdiffusie

De taak waarvoor de wetenschappers en technici zich in Los Alamos gesteld zagen, was enorm. Er waren twee kandidaat-splijtstoffen, uranium-235 en plutonium-239, en beide waren in 1943 nauwelijks voorradig. Uranium-235 komt, zoals gezegd, voor 0,7% in natuurlijk uranium voor en moet daaruit met niet-chemische methoden worden vrijgemaakt. Tal van principes werden uitgeprobeerd, met als veelbelovendste gasdiffusie en afbuiging in een magnetisch veld. De enorme cascade-fabriek in Oak Ridge, waar de verrijking op industriële schaal zijn beslag kreeg, moest bij de start van de werkzaamheden in Los Alamos nog gebouwd worden. September 1944 pas arriveerde de eerste kilogram verrijkt uranium, tien maanden later bedroeg de voorraad 50 kilo en was de zuiverheid opgevoerd van 63% tot 89% U-235.

Met plutonium-239 lag het nog moeilijker. Aantrekkelijk aan deze splijtstof is dat het lastige verrijken achterwege kan blijven. Alleen komt het element op aarde niet voor: het moet worden gemaakt door uranium-238 in een kernreactor met neutronen te bestralen. December 1942, een week nadat tot het Manhattan-project was besloten, slaagde Enrico Fermi erin in de catacomben van een stadion in Chicago de eerste kernreactor kritisch te maken en zo een beheerste kettingreactie op te wekken. Na dit succes verrees in Tennessee een onderzoeksreactor met het doel plutonium te produceren. Eind 1943 waren de eerste grammen voor onderzoek beschikbaar. De bulk aan plutonium kwam van grote reactors in Hanford, in de staat Washington. September 1944 kwam de eerste in bedrijf, waarna het plutonium met kilo's tegelijk zijn weg vond naar Los Alamos.

In die boomtown groeide het aantal medewerkers gestaag, van 250 in juli 1943 tot 2500 twee jaar later. Herfst 1943 maakten, na overleg tussen Roosevelt en Churchill, twee dozijn Britten hun opwachting, met in hun midden spion Klaus Fuchs. Steeds is het werk op de mesa van fundamentele aard geweest, al kwam er een massa techniek aan te pas. Het werken met neutronen, radiochemische studies naar een geschikte initiator van de bom, het doorrekenen van absorptiekansen, metallurgisch onderzoek naar uranium en plutonium, de studie van nieuwe explosieven: het was eerst research & development en pas daarna engineering.

In deze opzet paste dat de onderzoekers elkaars vorderingen bediscussieerden. Het is de verdienste van Oppenheimer dat hij, tegen de wens van de militairen in, deze kruisbestuiving in seminars tot stand bracht. Iedere mogelijke oplossing werd uitgeprobeerd, tenzij bewezen was dat het een doodlopende weg betrof. Dus nam men uranium én plutonium, werden om de bom tot ontploffing te brengen de kanon- én de implosie-methode beproefd. Koste wat kost moest voorkomen worden dat de Duitsers - van wie pas in de loop van 1944 duidelijk werd hoever ze achterlagen - een eenvoudiger route zouden opmerken.

Het was een hard bestaan in Los Alamos. Een helse dirtroad slingerde van Santa Fe naar de mesa op 7000 voet, ongeveer de boomgrens. Over het terrein verstrooid lagen geïmproviseerde laboratoria en woonverblijven. Alleen de huizen van de vroegere docenten, snel ingelijfd door het hogere echelon, hadden een bad - vandaar de naam 'Bathtub Row' voor die straat. Aanvankelijk was er één telefoonlijn, later drie. Een tandarts arriveerde na een jaar, er kwam een bescheiden hospitaal en een school. Werkende moeders die een 3/8 baan als 'rekenmachine' vervulden - daartoe aangemoedigd door het militair gezag dat 'wangedrag' vreesde - kregen een crèche en indianenvrouwen uit de omgeving hielpen in de huishouding. Kitty Oppenheimer had geen oppas nodig: de permanente wacht bij haar huis meldde keurig wanneer de kleine Peter huilde, tot het militair gezag er lucht van kreeg en deze service verbood.

De geheimhouding drukte een zwaar stempel op het dagelijks leven. De mesa was omringd door prikkeldraad, al was er een gat waardoor de indianen 's avonds, als er films werden vertoond, stiekem binnen konden (toegang: 12c). Het stelletje losgeslagen wetenschappers was generaal Groves een doorn in het oog, het liefst had hij ze net als zijn genie-ingenieurs in uniform gehesen, in barakken gestopt en ze 's morgens laten exerceren.

Beperkt reizen in de omgeving was toegestaan, zij het onder valse naam en het woord 'fysicus' was taboe. De bergen rond de mesa vormden een schitterend wandel- en skigebied. Geliefd waren de uitstapjes naar de lokale indianen, culminerend in een feestavondje met quadrille- en oorlogsdans. Alle post werd geopend en zonodig gecensureerd. Richard Feynman bracht de veiligheidsemployés tot wanhoop en razernij door in brieven naar zijn vrouw Arline met codes te spelen en een kennis voor zijn verjaardag vijf dollar te sturen zonder het biljet bij te sluiten.

Een steeds terugkerend probleem in Los Alamos was de hiërarchie. Een specialist wist nadat hij zijn probleem had opgelost teveel om weg te mogen. Dus kreeg hij een ander probleem, vaak op onbekend gebied, in de hoop dat hij zich ook daar nuttig kon maken. En dus rees de vraag of zo'n topgeleerde bij een vervolgtaak nu boven of onder het aankomende talent, dat er echt verstand van had, geplaatst moest worden. Dat leverde hoe dan ook fricties op, ook al omdat menig ingenieur uit de industrie voor routinewerk beter betaald kreeg dan de promovendus die baanbrekende ideeën leverde. Aan het eind van de rit, toen Los Alamos tot over z'n oren in de experts zat, liepen de spanningen zo hoog op dat de vraag rijst wat er gebeurd zou zijn als de Trinity-test had gefaald.

Kritische massa

Die test was nodig omdat het onderzoek naar de implosie-methode teveel onzeker liet. Bij de technisch eenvoudiger kanon-methode worden twee stukken splijtstof, ieder apart minder dan de kritische massa maar samen meer, in een huls met grote kracht tegen elkaar geschoten, waarbij tegelijk een neutronenbron (initiator) wordt ingeschakeld die de kettingreactie start. Voor uranium-235 voldoet die aanpak prima en 'Little Boy' werd zonder voorafgaande test op 6 augustus 1945 boven Hiroshima tot ontploffing gebracht.

Anders lag het met bommen van het implosie-type. Die bestaan uit een bol splijtstof met daaromheen een reflectiescherm om de neutronen binnen te houden. Ontsteking geschiedt door de bol via een springstofmantel met slaghoedjes zodanig te comprimeren dat de splijtstof alsnog kritisch wordt. Vooral het focussen van de schokgolf was moeilijk en implosie vormde voor de onderzoekers in Los Alamos een taai probleem.

In juli 1944, op een moment dat de plutoniumproduktie in Hanford eindelijk op gang kwam, bleek dat de kanon-methode bij dit kunstmatige element niet werkte. Boosdoener was de aanwezigheid van plutonium-240 in de geproduceerde splijtstof, een isotoop die splijt door toevallig aanwezige neutronen. Als beide stukken plutonium in de kanonhuls elkaar niet snel genoeg naderden zou de bom weleens te vroeg af kunnen gaan: een fizzle, een zichzelf uitblazende reactie. Omdat de voorraad uranium goed was voor niet meer dan één bom en de produktie traag verliep, was men op de korte termijn voor meer atoombommen aangewezen op plutonium, inclusief de moeilijke implosie-methode. De Trinity-test moest ontbrekende gegevens aan het licht brengen over de precieze werking van dit mechanisme, over de explosieve kracht, de vrijkomende hitte en de schokgolf van de bom. Ook de fall-out, een probleem dat pas eind 1944 was onderkend, kon in New Mexico eenvoudiger worden gemeten dan bij een bom boven vijandelijk gebied.

Probleem was wel dat met de test de complete plutoniumvoorraad op het spel werd gezet. Daarom eiste Groves een voorziening om in geval de springstof wèl maar de plutoniumkern niet afging, de splijtstof te behouden. Dus kwam er een stalen vat, Jumbo, met een gewicht van 214 ton en wanden van 35 cm dik. Maar tegen de tijd dat de test plaatsvond, bleek het met de plutoniumvoorraad mee te vallen en werd van het gebruik van Jumbo afgezien, te meer daar waardevolle gegevens anders verloren zouden gaan. Het vat werd op enkele honderden meters van ground zero in een speciale toren opgehangen en doorstond de klap met glans. Na de oorlog liet generaal Groves er met conventionele explosieven alsnog een gat inblazen, om een achterdochtige Senaatscommissie tenminste te kunnen wijsmaken dat Jumbo was gebruikt.

Alamogordo

De voorbereidingen voor Trinity waren een race tegen de klok. De spullen moesten van Los Alamos per truck naar de Alamogordo-woestijn worden getransporteerd en aldaar gemonteerd. Bedrading werd aangelegd en detectieapparatuur in een conventionele 100 ton-proefexplosie uitgetest en geijkt. Seismografen waren nergens te krijgen, de enkele exemplaren die werden opgespoord waren juist verkocht aan Argentinië en het vergde list en bedrog om ze naar Trinity te krijgen. Kwetsbare kabels zouden in tuinslangen worden gestoken maar vanwege een scheepsstaking arriveerde de partij van 5 kilometer pas op het laatste moment.

Over de te verwachten slagkracht van de test-explosie liepen de meningen uiteen. Bij het wedden toonde Teller zich het meest optimistisch met 45.000 ton TNT, Oppenheimer koos een bescheiden 200 ton. De Indiase fysicus Isidor I. Rabi bleek achteraf met 18.000 ton de winnaar, een getal dat hij louter had gekozen omdat de lage waarden al vergeven waren. Maar de prangendste vraag was natuurlijk of de atoombom het überhaupt zou doen.

Het plutonium arriveerde in Trinity in twee halve bollen op 11 juli. Kenneth Bainbridge, die over de test het bevel voerde, moest, druk als hij het had, tekenen voor ontvangst. Op vrijdag de dertiende, kort na het middaguur, werd het plutonium in het implosie-mechanisme geïnstalleerd. Eén onderdeel bleek niet te passen maar dat kwam door temperatuurverschil tussen het warme, radioactieve plutonium en de rest van de bom. Na enkele minuten van warmtecontact was het euvel verholpen.

Om 04.00 uur Mountain War Time - op het moment dat in San Francisco de uraniumbom 'Little Boy' aan boord van de kruiser Indianapolis werd gehesen met bestemming het eiland Tinian en uiteindelijk Hiroshima - had de plutoniumbom in de Jornado del Muerto moeten afgaan maar vanwege het slechte weer werd het later. In hun schuilplaatsen op 10 en 20 kilometer van de Trinity-toren wachtten geleerden, militairen, hoogwaardigheidsbekleders en één New York Times-journalist gespannen af. Edward Teller begon over ultraviolette straling waarna in het pikkedonker een flacon zonnebrandolie rondging. Om 4.45 uur kwam het bevrijdende weerbericht: zwakke wind, een inversie op 17.000 voet, halfbewolkt - alles stabiel voor minstens twee uur.

Het aftellen begon. De 'Voice of America', die dezelfde korte golf benutte als de verbinding tussen het grondstation en de B-29's in de lucht, speelde een ijle Tsjaikovsky-mars. Oppenheimer hield zich staande aan een post en zette zijn afgedragen hoed nog eens recht. 'Lord, these affairs are hard for the heart', prevelde hij. Verderop liet Feynman zijn blik over de Campania heuvel dwalen: iedereen hield een donker glas voor de ogen. Zelf nam hij plaats op de bestuurdersplaats van een Jeep en besloot dat het windscherm tegen UV-licht genoeg bescherming bood.

Geweerschot

De lichtflits om 5.29.45 uur werd tot in Los Alamos gezien. Een minuut later volgde de schokgolf, krakend als een geweerschot. In Silver City en Gallup rammelden de ruiten in hun sponningen. Fermi liet tijdens het passeren van de donder papiersnippers vallen, schatte de zijdelingse verplaatsing en na zijn opschrijfboekje te hebben geraadpleegd concludeerde hij: 'Tienduizend ton TNT'. Hij zat nog geen factor twee te laag. Vier uur later stapte de Italiaan in een met lood bekleed pantservoertuig en liet zich naar ground zero rijden, inmiddels een gestolde glasgroene, stralende massa. Gewapend met bodemmonsters keerde hij terug.

Direct na de klap volgden Joseph Hirschfelder en John Magee in een oude auto de radioactieve wolk. Het was hun taak de fall-out te meten en bij gevaar de woestijnbewoners te evacueren. Op 25 kilometer van ground zero stuitten ze op een ezel die als versteend met opengesperde kaken, tong uit zijn bek, voor zich uit staarde, in de richting waaruit het licht was gekomen. Verderop roosterden soldaten enorme T-bone steaks, op een moment dat de fall-out in de vorm van kleine schilfertjes begon neer te slaan. Zo radioactief werd de auto dat hij dagen later, terug in Los Alamos, de Geigertellers in de laboratoria nog van slag bracht.

In de bus van het Trinity-basiskamp naar Los Alamos bouwden de atoomgeleerden een feestje. Ze schreeuwden en juichten, sloegen elkaar op de rug: ze hadden het hem gelapt. Het was een patriottisch tafereel dat in de latere ooggetuigeverslagen vaak ontbrak. Tegelijk ervaarden de fysici het succes als een enorme bevrijding. Morele twijfels kregen in de euforie geen kans, die kwamen later. Een petitie van Szilard om de bom niet te gebruiken kreeg in Los Alamos weinig steun. 'Weet u', schreef Feynman in zijn terugblik op Los Alamos, 'voor mij, en eigenlijk ook voor de anderen, was er gegronde reden ons met de bom bezig te houden. We werkten keihard om iets te bereiken, en het gaf ons opwinding en plezier. In zo'n situatie denk je niet meer na, dat doe je gewoon niet meer.'

Terug in de academische wereld dacht Feynman wel na. In een restaurant in New York monsterde hij, bevangen door twijfels, de omliggende bebouwing en vroeg zich af tot hoever alles bij een atoomaanval weggeslagen zou worden. 'Straks zou ik buiten mensen een brug zien bouwen, of een nieuwe weg, en ik dacht: ze zijn niet goed snik, ze begrijpen het gewoon niet, zinloos is het. Iets nieuws bouwen, hoe halen ze het in hun hoofd?'