Manhattan Project – Amerika stapt in de race om de atoomboom

“We wisten dat de wereld voorgoed veranderd was”

Het jaar 1942 markeerde ook een keerpunt in het onderzoek van de oorlogvoerende partijen naar de atoombom, die nu dankzij de wetenschappelijke vooruitgang als een geloofwaardige hypothese werd beschouwd. In Europa liepen de nucleaire programma’s vast door een gebrek aan financiële middelen en/of politieke wil om er prioriteit aan te geven, maar nu de Verenigde Staten ook in het project stapten, hoefden de Britten niet langer de hoge kosten te dragen, terwijl de Verenigde Staten in ruil daarvoor konden profiteren van de overdracht van belangrijke technologie.

Officieel ging het project in de zomer van start en de resultaten lieten niet lang op zich wachten. De eerste gecontroleerde kettingreactie, de start voor de ontwikkeling van een kernreactor, werd in december bereikt aan de Universiteit van Chicago. De federale regering kocht twee grote stukken land bij Oak Ridge in Tennessee en bij Los Alamos in New Mexico. Het jaar daarop zou in Tennessee in het grootste gebouw ter wereld de fabriek voor de productie van verrijkt uranium K25 worden ondergebracht, terwijl in New Mexico de laboratoria van Robert Oppenheimer kwamen.

De brief dateert van oktober 1939. De ‘Mijnheer’ tot wie de gerespecteerde natuurkundige zich richtte was niemand anders dan de president van de Verenigde Staten, Franklin D. Roosevelt. Het feit dat de vader van de relativiteitstheorie positie koos op een onderwerp waar hij weinig van afwist – radioactiviteit – en zich in de politieke arena begaf, vormde op zich al een bewijs dat de situatie ernstig was. In Berlijn waren twee Duitse chemici er eind 1938 in geslaagd een uraniumkern te splijten door deze met neutronen te bombarderen. Het woord ‘kernsplijting’ zou zich snel in de wetenschappelijke wereld verspreiden. Maar ten tijde van de brief was Europa al een maand in oorlog. Wat nu als nazi-Duitsland erin zou slagen een atoombom te maken? De Hongaarse fysicus Leó Szilárd wilde de Amerikaanse regering oproepen zich in de nucleaire wapenwedloop te storten en wie zou hij beter als woordvoerder kunnen vragen dan Albert Einstein? De brief bereikte Roosevelt via een van zijn naaste adviseurs, Alexander Sachs. Diens opmerking dat de president vooral tussen de regels door moest lezen was niet tegen dovemansoren gezegd, want Roosevelt barstte al snel uit: ‘Alex, wat je probeert te doen is voorkomen dat de nazi’s ons land opblazen, klopt dat?’
‘Dat klopt,’ antwoordde Sachs.

De boodschap was aangekomen. En hoewel Roosevelt niet direct in actie kwam – het land was immers nog niet in oorlog – riep hij wel een raadgevend comité in het leven, dat hem op het gebied van uranium moest adviseren. ‘Maar de eerste twee jaar vorderde het onderzoek van het comité met een slakkengang.’ Op 1 november 1939 bracht het comité een rapport uit waarin werd gepleit voor de fabricage van bommen ‘met een vernietigingskracht die vele malen groter is dan we tot nu toe kennen’. De tekst werd naar Roosevelt gestuurd… die er bijna twee jaar lang niet naar omkeek.

Wat een handvol Amerikaanse universiteiten niet belette experimenten uit te voeren, elk voor zich, zonder enige coördinatie – maar met opmerkelijke resultaten. In februari 1940 slaagde Alfred Nier van de Universiteit van Minnesota erin twee uraniumisotopen te isoleren, uranium 235 en uranium 238, en aan te tonen dat voor kernsplijting vooral de 235-isotoop van belang was. Een jaar later, in februari 1941, wist Glenn Seaborg, van het Massachusetts Institute of Technology, plutonium te maken: een van de plutoniumisotopen bleek nog beter splijtbaar dan uranium 235.

Niettemin was het in de jaren voordat de VS zich in de Tweede Wereldoorlog mengde vooral Groot-Brittannië dat vooropliep in het atoomonderzoek. Aan de Universiteit van Birmingham kwamen Rudolf Peierls en Otto Frisch, twee Duitse natuurkundigen die nazi-Duitsland waren ontvlucht, tot de conclusie dat 5 kilo uranium 235 voldoende was om een kettingreactie op gang te brengen, dat de praktische toepassing daarvan in de nabije toekomst (een of twee jaar) gerealiseerd zou kunnen worden en dat daarbij net zoveel energie zou vrijkomen als bij de ontploffing van enkele duizenden tonnen dynamiet. ‘Ze suggereerden een detonatiemethode waarbij twee delen uranium plotseling en met kracht tot een kritische massa werden samengevoegd’, ‘waarschuwden voor de radioactieve besmetting van gebieden waar een nucleaire explosie had plaatsgevonden’ en meenden dat Duitsland waarschijnlijk al bezig was een dergelijk wapen te fabriceren.

Het Frisch-Peierls-memorandum, dat ze in maart 1940 opstelden, bleek het op alle punten bij het rechte einde te hebben, behalve één: Duitsland was nog lang niet in staat een atoombom te produceren. In werkelijkheid had het land in 1933 een enorme achterstand opgelopen, toen Hitler, die kort daarvoor aan de macht was gekomen, zijn eerste discriminerende verordeningen tegen de Joden uitvaardigde, waarna de ene na de andere briljante wetenschapper Duitsland verliet. Einstein natuurlijk, maar ook Leó Szilárd, Edward Teller, Lise Meitner en vele anderen. De Amerikaanse historicus Richard Rhodes becijferde de ongelofelijke leegloop: 30 geleerden in 1933, 32 in 1934, 15 in 1935, 43 in 1938, 97 in 1939, 59 in 1940, 50 in 1941, enzovoort. Toch ging het onderzoek in het Derde Rijk door, onder leiding van Nobelprijswinnaar Werner Heisenberg.

In Londen leidde het Frisch-Peierls-memorandum tot de oprichting van een wetenschappelijke werkgroep die moest bepalen of de beweringen van Peierls en Frisch klopten. Het zogenoemde MAUD-comité onderschreef het memorandum in juli 1941 en omdat de leden inzagen dat de productie van atoombommen de industriële en financiële mogelijkheden van het Verenigd Koninkrijk te boven gingen, stuurden ze hun bevindingen in oktober 1941 naar de Verenigde Staten. Daar veroorzaakte het document een heilzame schokgolf.

Om te beginnen vloog het raadgevend uraniumcomité de laan uit, ‘een van de meest nutteloze comités aller tijden’ volgens de natuurkundige Robert Oppenheimer. In oktober werd al het Amerikaanse nucleair onderzoek onder één paraplu samengebracht, Sectie S-1, een afdeling van het Office of Scientific Research and Development (OSRD) onder leiding van Vannevar Bush. Diezelfde maand liet de National Academy of Sciences de conclusies van het MAUD-comité met spoed onderzoeken – ze werden van a tot z onderschreven. Inmiddels waren de Amerikanen ervan overtuigd dat het technisch mogelijk en praktisch haalbaar was binnen afzienbare tijd een atoombom te vervaardigen. Op 27 november 1941 stuurde Vannevar Bush de aanbevelingen van Sectie S-1 naar president Roosevelt, die ze twee maanden later retourneerde, op 19 januari 1942, met daarbij de simpele handgeschreven opmerking ‘OK’, die gezien kan worden als het officiële groene licht voor het Amerikaanse nucleaire programma.

Manhattan Engineering District

Begin 1942 dienden er twee dingen met voorrang geregeld te worden: Sectie S-1 moest de daadwerkelijke leiding over het project krijgen en de werkzaamheden, die tot dan toe verspreid over het land waren uitgevoerd, in maar liefst dertien wetenschappelijke instituten, moesten gecentraliseerd worden. Deze twee prioriteiten werden tegelijkertijd aangepakt. Op 24 januari 1942 werd al het onderzoek naar de kettingreactie en de chemische eigenschappen van plutonium in Chicago samengebracht. In het nieuw opgerichte Metallurgical Laboratory – afgekort Met Lab – werkten gerenommeerde natuurkundigen als Leó Szilárd, Eugene Wigner en Enrico Fermi. Op 11 juni kreeg S-1 een wetenschappelijk directeur, in de persoon van Robert Oppenheimer, een specialist op het gebied van astrofysica, deeltjesfysica en kwantummechanica, die was voorgedragen door Rudolf Peierls, een van de coauteurs van het rapport dat tot de oprichting van het MAUD-comité had geleid.

Dankzij Oppenheimers scrupuleuze aanpak en open geest had het Amerikaanse atoomprogramma de best denkbare start.

In de zomer van 1942 kreeg het programma ook een naam: Sectie S-1 werd herdoopt in Manhattan Engineering District, maar iedereen sprak kortweg van het Manhattan Project.

Intussen lag de verantwoordelijkheid voor het atoomprogramma niet meer alleen bij wetenschappers: het project was overgedragen aan Defensie. En dus moest het onder leiding van een militair komen te staan. Kolonel Leslie Groves werd op 17 september 1942 benoemd. De 46-jarige Groves had kort daarvoor zijn werk in Washington afgerond, waar hij toezichthouder op de bouw van het Pentagon was geweest, en ambieerde geen kantoorbaan. Het liefst zou hij op een ver slagveld zijn eigen troepen aanvoeren, maar zijn superieur had een andere, ‘buitengewoon belangrijke missie’ voor hem in gedachten, zoals Groves in zijn autobiografie vertelde. Hij vroeg waar hij gestationeerd zou worden. ‘In Washington,’ antwoordde zijn chef.
‘Ik wil niet in Washington blijven.’
‘Als je deze missie tot een goed einde brengt, kunnen we er de oorlog mee winnen.’
Groves had er weleens iets over gehoord, een project om op basis van uranium een wonderwapen met een ongekende kracht te ontwikkelen, en legde al snel de link.
‘O, hebt u het daarover…’
Hij had geen andere keus dan de aanstelling te aanvaarden, maar zijn eerste reactie was er een van ‘extreme teleurstelling’.

Het weinige dat ik over het project wist maakte niet veel indruk op me en als ik alle ins en outs had gekend, was ik nog minder onder de indruk geweest.

Dus begon de kolonel – die inmiddels tot brigadegeneraal was bevorderd – met tegenzin aan zijn werk voor het Manhattan Project en daarom stelde hij zich waarschijnlijk nog botter en trotser op dan gewoonlijk; hij was een antipathieke chef, die desondanks werd gerespecteerd om zijn vasthoudendheid en intelligentie: ‘De grootste l. die ik in mijn leven ben tegengekomen, maar ook een van de meest capabele mensen die ik ken,’ bekende een van zijn adjudanten.

Uranium uit Belgisch-Congo

Hoe dan ook, Groves ging aan het werk en liet geen minuut verloren gaan. De dag nadat hij was begonnen hielp hij het grondstoffenprobleem al uit de wereld door de hand op 1250 ton uranium te leggen. Het mineraal, in de puurste vorm die er op aarde te vinden was, kwam uit de Shinkolobwe-mijn in Belgisch-Congo en was door mijndirecteur Edgar Sengier naar New York gebracht zodra België in mei 1940 door de Duitsers werd bezet. Op dat moment wist Sengier nog niet welke militaire potentie zijn uranium had, maar op een of andere manier vermoedde hij dat het op niet al te lange termijn een strategische rol zou kunnen gaan spelen en dat hij dus moest voorkomen dat de as het te pakken kreeg. Op 18 september 1942 kwamen hij en Groves’ vertegenwoordiger tot overeenstemming – de transactie duurde niet langer dan een halfuur.

In één moeite door kocht Groves een terrein van 21.000 hectare bij het stadje Oak Ridge in Tennessee. Site X, zoals het werd genoemd, was bestemd voor de bouw van de reactor die het uranium zou gaan verrijken en werd daarmee een van de zenuwcentra van het Manhattan Project. In december werd een tweede complex toegevoegd aan het netwerk, dat al snel heel het land zou beslaan: bij Hanford, in de staat Washington, werd 200.000 hectare aangekocht, waar drie kernreactoren plutonium 239 moesten gaan produceren. Nu moesten de tientallen studies en experimenten nog worden samengevoegd, als de stukken van een reusachtige puzzel, en tot het gewenste resultaat leiden, anders was alle moeite voor niets geweest. Kort na zijn aanstelling begreep Groves al dat hij snel een locatie moest vinden waar de atoombom geassembleerd en getest kon worden. Dat laboratorium zou over de weg en per spoor bereikbaar moeten zijn, maar wel op een afgelegen plek moeten liggen, waar het geen aandacht trok, en ergens in een gematigd klimaat, zodat er het hele jaar experimenten in de openlucht uitgevoerd konden worden. Het was Robert Oppenheimer die de ideale locatie ontdekte, op 16 november 1942: een plaatsje op een vulkanisch plateau ten noordwesten van Santa Fe, in de woestijn van New Mexico – Los Alamos.

Merkwaardige samenloop van omstandigheden: precies op de dag dat Groves het stuk woestijn kocht waar de eerste atoombom van de geschiedenis tot ontploffing zou worden gebracht, begon het team van het Met Lab meer dan 2000 kilometer verderop, in Chicago, aan de bouw van de experimentele kernreactor waarin de eerste gecontroleerde kettingreactie gerealiseerd zou worden. De uraniumzuil – een opeenstapeling van 350 ton grafietstaven, 36 ton uraniumoxide en bijna 6 ton uranium – verrees op de squashbaan onder de tribunes van het in onbruik geraakte Stagg Field Football Stadium van de Universiteit van Chicago.

Het vroor licht, die ochtend van 2 december 1942, toen een stuk of 40 wetenschappers en industriëlen zich rond de uraniumzuil in het stadion verzamelden. Onder hen ook Leó Szilárd, Eugene Wigner, Arthur Compton – de directeur van het Met Lab – en Enrico Fermi, onder wiens verantwoordelijkheid de proefreactor was gebouwd en die hem nu voor het eerst ging opstarten. Het experiment begon om 9.54 uur. De cadmium-regelstaven werden voorzichtig uit de zuil getrokken om de neutronen binnen te laten, zodat ze in botsing met de uraniumkernen konden komen. De teller die de intensiteit van de reactie registreerde liet een steeds snellere reeks klikjes horen. Het proces werd om 11.30 uur onderbroken, omdat Fermi honger had en wilde gaan lunchen. Om 14.00 uur werd het experiment voortgezet. Opnieuw waren er steeds meer en luidere klikjes te horen, totdat het geluid oorverdovend werd. Eindelijk, om 15.48 uur, riep Fermi:

De kritische massa is bereikt!

Er ontstond een kettingreactie die zichzelf in stand hield. Vijf minuten later werden de regelstaven weer in de zuil gestoken, waarmee het proces tot stilstand kwam. De nerveuze spanning die in het vertrek had gehangen verdween als sneeuw voor de zon en op alle gezichten brak een glimlach door. Eugene Wigner trok een fles chianti open. Alleen Leó Szilárd begreep welke funeste implicaties deze nieuwe ontwikkeling kon hebben:

Deze dag zal in de annalen worden bijgeschreven als een van de donkerste in de geschiedenis van de mensheid.

…zei hij later tegen Fermi.

Operatie Trinity

Hoewel hij er al sinds 1939 voor had gepleit dat Amerika zich in de nucleaire wapenwedloop zou storten, werd Leó Szilárd nu verscheurd door twijfel. In de daaropvolgende jaren zou hij zelfs een verklaard tegenstander van kernwapens worden. Terwijl het Manhattan Project alle noodzakelijke fasen stuk voor stuk doorliep – de keuze voor technieken om de bom tot ontploffing te brengen (april 1943), het type vliegtuig dat hem moest vervoeren (juni), een nieuw experiment met een gecontroleerde kettingreactie (november), de aankomst van de eerste lading verrijkt uranium in Los Alamos (maart 1944) – ontpopte Szilárd zich als dissident. In maart 1945 probeerde hij een memorandum naar Roosevelt door te spelen, opnieuw met Einstein als intermediair. Toen het document het Oval Office eindelijk bereikte, was het te laat: de president was op 12 april overleden. Daarna probeerde Szilárd zijn opvolger te bereiken, Harry Truman, die meteen na zijn aantreden van het nucleaire programma op de hoogte was gesteld. De natuurkundige kwam niet verder dan een naaste medewerker van de president, James Byrnes, maar hun onderhoud op 28 mei 1945 verliep moeizaam en Szilárd slaagde er niet in hem te overtuigen.

We kwamen uit onze schuilplaats tevoorschijn en opeens hing er een plechtige stilte. We wisten dat de wereld voorgoed veranderd was. Sommigen lachten, sommigen huilden, de meesten waren stil.

Er kwam een regel uit de Bhagavad Gita in zijn hoofd op, een uitspraak van de god Vishnu:

Ik ben de alles verslindende Dood; Ik ben de Oorsprong van alles wat gebeuren zal.