EEN KLEINE GESCHIEDENIS
VAN DE ATOOMBOM

Maarten van Rossem

Een kleine geschiedenis
van de atoombom

NIEUW AMSTERDAM

Omslagontwerp Volken Beck

© 2019 Maarten van Rossem

© Nieuw Amsterdam

NUR 686

ISBN 978 90 468 2572 3

Eveneens verkrijgbaar als digitaal

luisterboek – 978 90 468 2573 0

www.nieuwamsterdam.nl

Dromen

Elke eerste maandag van de maand om twaalf uur klinken nog steeds de sirenes. In de decennia van de Koude Oorlog werden de burgers er zo maandelijks aan herinnerd dat hun rustige bestaan plotseling op gruwelijke wijze beëindigd zou kunnen worden door een nucleair treffen tussen de Verenigde Staten en de Sovjetunie. Nu kunnen we het maandelijkse sireneconcert het beste als een geluidsmonument zien.

Zeker in de jaren vijftig en zestig werd de mogelijkheid van een kernoorlog reëel geacht. Of dat inderdaad zo was, is overigens maar de vraag. Beide partijen hadden zich nucleair tot de tanden bewapend, maar waren tegelijkertijd van mening dat een kernoorlog nimmer gevoerd mocht worden. Dat is de permanente paradox van de Koude Oorlogsjaren. Hóé bang de burgers waren dat zij ontijdig aan hun eind zouden komen met alles wat hun lief was, is niet bekend. Voor velen was het waarschijnlijk niet meer dan een zeurende zorg aan de verre horizon van de normale dagelijkse zorgen. Wel is bekend dat de angst voor een kernoorlog vanaf de late jaren zestig sterk afnam. Na een korte opleving in de vroege jaren tachtig vanwege de onverantwoordelijke retoriek van Reagan en zijn medewerkers, lijkt die angst na het einde van de Koude Oorlog vrijwel volledig verdwenen.

In de eerste twee decennia na de vernietiging van Hiroshima en Nagasaki was de kernoorlog ook veel tastbaarder omdat de overheid in de illusie verkeerde dat de burgerbevolking in een dergelijk conflict effectief beschermd kon worden. In Nederland werd in de vroege jaren vijftig de Bescherming Bevolking opgericht en de overheid verspreidde folders waarin de suggestie werd gewekt dat een nucleair conflict wel te overleven viel, mits men op tijd onder zijn bureau ging zitten of een natte doek over het hoofd drapeerde. Dergelijke informatie en het publieke debat dat daarover werd gevoerd, zullen de angst voor een nucleaire oorlog eerder hebben geconcretiseerd dan verminderd. Uit onderzoek blijkt in elk geval dat veel mensen in die jaren met enige regelmaat droomden over een kernoorlog. Dat geldt ook voor mij.

Ik was een zorgelijk jongetje met nogal apocalyptische voorstellingen van wat ons in een nieuwe oorlog te wachten zou staan. Dat kwam onder andere vanwege het feit dat mijn vader was ingelijfd bij de Bescherming Bevolking, waarbij hij een overall en een helm had ontvangen, die hij overigens nimmer heeft gedragen. Als die idiote helm van mijn vader mij al niet deed twijfelen aan mijn toekomst, dan was er wel mijn opa die mij met een zekere regelmaat verzekerde dat hij blij was een oude man te zijn die spoedig zou sterven – hij zou overigens nog bijna het einde van de Koude Oorlog halen – omdat de wereld toch in een allesvernietigende oorlog ten onder zou gaan.

Twee van die oorlogsdromen herinner ik mij nog scherp, al sluit ik daarbij niet uit dat de vage herinneringen aan een vrij groot aantal dromen juist in die twee herinnerde dromen zijn samengebald. De eerste maal bevond ik mij in mijn droom op een desolaat spoorwegemplacement in Wageningen (het stadje waar ik opgroeide) te midden van een enorme menigte van chaotisch vluchtende mensen. Alle orde en vastigheid waren evident verdwenen. Boven onze hoofden vlogen grote formaties glanzende bommenwerpers in zuidoostelijke richting en aan de oostelijke horizon waren meerdere paddestoelwolken te zien. Verder ging de droom niet. Van verwoestingen of gewonden was daar in Wageningen geen sprake.

De tweede droom speelde zich af in Florida, wat vreemd was omdat ik op dat moment nog nooit in de Verenigde Staten was geweest. De enig mogelijke verklaring is dat mijn oom kort daarvoor naar Florida was verhuisd. Opnieuw bevond ik mij te midden van een massa vluchtenden, met wie ik trouwens geen enkel contact had. Aan de horizon waren opnieuw diverse paddestoelwolken te zien. Wat ik mij van die tweede droom vooral herinner zijn de heldere kleuren en enkele zonderlinge details. De lucht was stralend blauw, de paddestoelwolken waren maagdelijk wit en de begroeiing was tropisch groen. Langs de weg waar de ordeloze vlucht zich afspeelde, stonden rekken met kranten die in grote, kleurige koppen over de oorlog berichtten. Ook dat laatste was opmerkelijk, omdat kranten in kleur in Nederland nog decennia op zich zouden laten wachten. Mij beangstigde het dat ik nu niet meer naar huis kon. Chaos en onzekerheid in eigen land zijn erg, maar in den vreemde nog veel erger. Ik weet vrijwel zeker dat ik na de late jaren zestig niet meer van een kernoorlog heb gedroomd.

Niet alleen in mijn dromen, maar ook in populaire fictie concretiseerden zich de angsten van de jaren vijftig en zestig. Er zijn grote aantallen films gemaakt waarin de mensheid werd bedreigd door spinnen, krabben of moordzuchtige mieren, die vanwege de radioactieve straling monsterachtige afmetingen hadden aangenomen. Dan was er natuurlijk nog Godzilla, het iconische monster, uit zijn slaap gewekt en ellendig gemuteerd door de Amerikaanse kernproeven in de Stille Oceaan. Veel mensen dachten dat de kernproeven wereldwijd rampzalige effecten hadden, al is daar nooit doorslaggevend bewijs voor geleverd. Mensen zouden er kanker van krijgen en als het langdurig regende werd dat ook aan de kernproeven geweten.

Wanneer er werd gefilosofeerd over het einde van de mensheid ten gevolge van een kernoorlog, werd er, om het effect nog wat groter te maken, onveranderlijk bij vermeld dat alleen de kakkerlakken zouden overleven. Nu is het waar dat insecten veel beter dan mensen bestand zijn tegen radioactieve straling, maar onderzoek heeft aangetoond dat de meeltor nog atoombestendiger is dan de kakkerlak. Een kale planeet, slechts bevolkt door meeltorren! Al vraag je je daarbij af wie de torren in dat geval van meel ging voorzien. Mochten toch een paar mensen het nucleaire conflict overleven, dan was het een interessant probleem hoe de overlevenden het eraf zouden brengen. De pessimisten voorzagen een nietsontziende strijd van allen tegen allen, waarin de sterksten en de gemeensten zouden overleven. De optimisten veronderstelden kleine groepen van gelijkgestemde idealisten die na de Grote Zuivering in een paradijselijk groen landschap onder een heldere zon een betere wereld gingen bouwen.

Hiroshima

Nadat enige tijd op goed weer was gewacht, vertrok in de vroege morgen van 6 augustus 1945 van het kleine eiland Tinian richting Hiroshima de B29, met in zijn ruim de eerste atoombom die daadwerkelijk gebruikt zou worden. De piloot van het toestel was Paul W. Tibbets, die ook de commandant was van de speciale eenheid die voor het nucleaire bombardement was gecreëerd. Tibbets had het toestel aan de vooravond van het vertrek Enola Gay gedoopt, naar de voornamen van zijn moeder. De koosnaam van de bom, die ruim vier ton woog, was Little Boy – de symboliek komt geheel voor rekening van de Amerikaanse luchtmacht.

Little Boy ontplofte boven Hiroshima zestien minuten en twee seconden over acht, 43 seconden nadat het bommenluik was geopend. Hiroshima was samen met Kyoto de enige Japanse stad die niet was gebombardeerd. Vandaar dat onder de bevolking van de stad het gerucht ging dat de Amerikanen voor Hiroshima iets speciaals in petto hadden.

6 Augustus was een mooie, zonnige en warme dag. Er bevonden zich ruim 240.000 mensen in de stad. Uiteindelijk heeft ruim de helft van de bevolking de explosie niet overleefd. Binnen een straal van 800 meter was iedereen onmiddellijk dood. Vogels verbrandden in de lucht. In een tram waarvan slechts een skelet restte, waren de passagiers verbrand tot kleine zwarte sintels. Ruim tweederde van alle gebouwen in de stad was verwoest. In het centrum stonden nog vijf gebouwen overeind. De brand die door de explosie werd veroorzaakt, ontwikkelde zich tot een vuurstorm, waardoor vrijwel iedereen die zich nog levend onder de puinhopen bevond, levend is verbrand. Mensen die in waterreservoirs waren gevlucht, werden levend gekookt.

Er waren waarschijnlijk ruim honderdduizend gewonden. De meeste gewonden hadden gruwelijke brandwonden. Ogen, oren en neus waren vaak volledig verbrand, de mond was een etterende wond. Hun verschroeide huid hing erbij als een versleten kledingstuk. Voor al die gewonden was geen medische zorg voorhanden omdat vrijwel alle artsen en verpleegsters in de stad om het leven waren gekomen. In het volledig verwoeste hospitaal, waar zich na enige tijd zo’n tienduizend gewonden ophielden, deed een enkele arts wat hij kon. De gewonden stierven daar bij honderden. Ze gingen zitten, ze gingen liggen, ze braakten en ze stierven. Veel overlevenden vluchtten naar het Asano Park, dat aangewezen was als evacuatieterrein. Ook daar was vrijwel iedereen zwaargewond. Spookachtig was dat niemand huilde, schreeuwde of klaagde. Zelfs de kinderen huilden niet. Men ging in stilte dood.

Omdat niemand begreep wat er was gebeurd, deden de vreemdste geruchten de ronde. De Amerikanen zouden de stad met benzine hebben besprenkeld en vervolgens hebben aangestoken. Of de stad zou bestrooid zijn met magnesiumpoeder, dat zou zijn ontbrand door de spanning op de bovenleiding van de tram. Pas dagen later werd bekend dat de Amerikanen een nieuw type bom hadden gebruikt, waarvan men overigens ook niets begreep. Veel overlevenden die aanvankelijk leken te genezen, werden na enige tijd weer ziek, hun wonden gingen weer open en ze stierven alsnog. Dat waren de gevolgen van de stralingsziekte. Wie het ten slotte werkelijk overleefde, hield vaak een leven lang gezondheidsklachten. Voor de overlevenden, die de Japanners hibakusha noemden – ‘zij die last hebben van de ontploffing’ –, werd tot halverwege de jaren vijftig vrijwel niets gedaan.

De bekende foto’s van Hiroshima na de bom laten een kale woestenij zien, waaruit hier en daar de ruïne van een gebouw met een betonskelet omhoogsteekt. Die foto’s, hoe indrukwekkend ook, zijn misleidende abstracties omdat ze geen van de 140.000 slachtoffers laten zien. Tot verbazing van velen schoot uit die woestenij binnen korte tijd een verrassende bloemenpracht op. Het leek wel of de radioactiviteit van de bom de plantengroei extra had gestimuleerd. De verklaring was minder luguber: de grote hoeveelheden as en het feit dat de zon vrij spel had, veroorzaakten dit verschijnsel.

Kernsplitsing

Zonder de splitsing van de kern van een atoom geen atoombom. Voordat het atoom gesplitst kon worden, moest echter duidelijk zijn hoe het in elkaar zit. Het woord ‘atoom’, afgeleid van het Griekse atomos, betekent ‘datgene wat niet gesplitst kan worden’. Het idee van het atoom als basiseenheid, gedacht als een klein hard balletje, was al heel oud. In de eerste decennia van de vorige eeuw werd echter in een rap tempo ontdekt dat het atoom helemaal geen klein, hard en onsplitsbaar balletje was, maar juist een uiterst complexe constructie. Wanneer we het woord ‘atoomsplitsing’ letterlijk nemen, dan is het in tegenspraak met zichzelf.

Het eerste onderdeel van het atoom werd in 1897 ontdekt door de Engelse fysicus J.J. Thomson, die experimenteerde met kathodestralen. Die kathodestralen bleken te bestaan uit deeltjes met een zeer geringe massa en een negatieve elektrische lading, die elektronen werden genoemd. Op welke wijze die elektronen onderdeel vormden van de atoomstructuur, was Thomson nog niet duidelijk. In 1909 postuleerde Ernest Rutherford dat het atoom een kleine, zware kern had, bestaande uit protonen, die positief waren geladen. Daaromheen cirkelden de negatief geladen elektronen. Vier jaar later stelde de Deense fysicus Niels Bohr dat de elektronen zich alleen in bepaalde banen kunnen bewegen. Chemische reacties tussen de verschillende elementen werden bepaald door de structuur van de elektronenbanen. In 1926 construeerde Erwin Schrödinger een mathematisch model van het atoom, waarin de elektronen werden beschouwd als driedimensionale golfverschijnselen.

Al in 1913 had de in Glasgow werkende chemicus Frederick Soddy de isotopen ontdekt. Een isotoop is een variant van een element die zich op dezelfde plaats in het periodiek systeem der elementen bevindt, maar een andere massa heeft. Soddy dacht dat alle isotopen instabiel en radioactief waren, maar later bleken er ook stabiele isotopen te zijn. Het bestaan van isotopen deed op zijn minst vermoeden dat de zware kern van het atoom anders en ingewikkelder in elkaar stak dan aanvankelijk werd vermoed. In 1932 ontdekte James Chadwick het neutron, waar hij ook naar op zoek was. Nu was duidelijk dat de atoomkern bestond uit positief geladen protonen en neutronen zonder elektrische lading. Protonen en neutronen hadden ongeveer dezelfde massa. Isotopen waren varianten van elementen die meer of minder neutronen bezaten. Het neutron kon goed gebruikt worden bij verder onderzoek van de atoomstructuur, omdat het bij afwezigheid van elektrische lading veel makkelijker kon worden afgeschoten op de positief geladen atoomkern, zonder gehinderd te worden door de negatief geladen elektronen.

De eerste experimenten met een neutronenbombardement, die uiteindelijk zouden resulteren in een splitsing van de kern, werden ondernomen in de vroege jaren dertig door Ernest Rutherford en Enrico Fermi en hun medewerkers. De resultaten waren interessant, maar de onderzoekers begrepen toch niet precies wat er aan de hand was. Naar aanleiding van publicaties over deze experimenten begonnen Lise Meitner, Otto Hahn en Fritz Strassmann in Duitsland een experiment waarbij zij uranium met neutronen beschoten. Meitner, die Joods was en een Oostenrijks paspoort had, vluchtte in 1938 naar Zweden, maar bleef contact met Hahn houden over het onderzoek.

Eind 1938 berichtten Hahn en Strassmann aan het tijdschrift Naturwissenschaften dat hun neutronenbombardement van uranium het element barium had opgeleverd, dat ongeveer de helft van het atoomgewicht van uranium heeft. Hahn had tegelijkertijd Meitner op de hoogte gebracht van het resultaat van de experimenten. Samen met haar neef Otto Robert Frisch, een fysicus, die bij haar op bezoek was, werkte Meitner de natuurkundige consequenties van het experiment uit. Van een vergissing kon geen sprake zijn, de uraniumkern was kennelijk gesplitst. Niels Bohr had al eerder geopperd dat de kernen van zeer zware atomen flexibel en instabiel zouden kunnen zijn, te vergelijken met een waterdruppel. Zodoende zou splitsing van dergelijke atomen mogelijk zijn bij geringe provocatie, bijvoorbeeld bij een botsing met een neutron.

Fysici begrepen vrijwel onmiddellijk dat de gevolgen van dit succesvolle experiment enorm zouden zijn. De twee nieuwe, positief geladen kernen die het resultaat waren van de splitsing, zouden elkaar met grote kracht afstoten. Bovendien was de gezamenlijke massa van de twee nieuwe kernen een fractie kleiner dan die van de uraniumkern. Dat betekende dat massa in energie zou worden omgezet, volgens Einsteins fameuze formule E = mc² (energie = massa maal het kwadraat van de lichtsnelheid, die 300.000 kilometer per seconde bedraagt). Per splitsing van één enkel uraniumatoom komt 200 miljoen elektronvolt (een veelgebruikte energie-eenheid in de fysica) vrij. Een gram uranium bevat 2,5 x 10²¹ atomen, het gaat dus duidelijk om enorme hoeveelheden energie.

Frisch had Bohr geïnformeerd over de conclusies die zijn tante en hij hadden getrokken uit de resultaten van Hahn en Strassmann. Bohr was onmiddellijk overtuigd en verspreidde het grote nieuws in januari 1939 in de Verenigde Staten, waar hij lezingen hield en een congres bezocht.

Een superbom?

In Frankrijk werd kort daarop ontdekt dat de splitsing van uranium meer neutronen oplevert dan er worden gebruikt. Dat betekent dat een kettingreactie mogelijk is; een reactie die zichzelf in gang houdt. Die kettingreactie kan bruikbare energie produceren als zij beheerst zou kunnen verlopen. Zij zou echter net zo goed een explosief karakter kunnen hebben en dan was de constructie van een superbom mogelijk. Die conclusie was niet een soort ‘geheim’, maar een gevolgtrekking die iedere fysicus kon maken. Binnen een week nadat de ontdekking wereldkundig was gemaakt, verscheen op het schoolbord van de Amerikaanse fysicus Robert Oppenheimer in Berkeley de tekening van een bom.

De mogelijkheid van een kettingreactie had zich al in 1933 geopenbaard aan de Hongaarse fysicus Leo Szilard terwijl hij in Londen een straat overstak: een fameus moment in alle geschiedenissen van de atoombom. Hij dacht daar op straat overigens nog lang niet aan uranium. Zodra hij hoorde van de succesvolle kernsplitsing, vroeg Szilard zich af wat nazi-Duitsland met deze ontdekking zou kunnen doen. Niels Bohr constateerde dat de uraniumisotoop U235 (met 235 kerndeeltjes) op grond van zijn natuurkundige eigenschappen veel gemakkelijker te splitsen is dan U238 (met 238 kerndeeltjes). De isotoop U235 was echter zeldzaam, hij vormde slechts 0,7 procent van het gevonden uranium. Daarmee rees direct de vraag of U235 te scheiden was van U238. Dat leek Bohr wel mogelijk, maar hij dacht terecht dat het een zeer moeizaam proces zou zijn. Met enige overdrijving stelde hij dat daartoe de hele Verenigde Staten in een fabriek moest worden veranderd.

Onderzoek van en debat over de nieuwe, ongekende mogelijkheden van de kernsplitsing vonden in de Verenigde Staten in het openbaar plaats. Over een congres van fysici waar onder andere de mogelijkheid werd geopperd om U235 van U238 te scheiden door middel van gasdiffusie, werd gewoon geschreven in The New York Times. Diverse onderzoekers vroegen zich echter wel af of het niet verstandiger zou zijn het voortgaande onderzoek geheim te houden. Zouden de Duitsers daar immers niet hun voordeel mee kunnen doen? Enrico Fermi en Leo Szilard waren in de loop van 1939 begonnen met het ontwerpen van een experimentele kernreactor ten behoeve van de gecontroleerde splitsing van U235.

Het vermoeden dat ook de Duitse fysici onmiddellijk hadden begrepen dat kernsplitsing aanzienlijke militaire consequenties zou kunnen hebben, was volkomen juist. Op dezelfde dag dat The New York Times berichtte over het hierboven vermelde congres, werd in Berlijn een geheime conferentie gehouden over de uraniumkwestie. Die conferentie leidde tot een onderzoeksprogramma, een verbod op de export van uranium en maatregelen om uranium te betrekken uit Tsjechische mijnen. Er was alle reden om bezorgd te zijn over de Duitse plannen.

Kernsplitsing was in Duitsland ontdekt en Duitsland beschikte over een voortreffelijke wetenschappelijke infrastructuur. Vandaar dat Szilard zich samen met twee bevriende Hongaarse fysici, Eugene Wigner en Edward Teller, bezon op maatregelen om het Duitse onderzoek op zijn minst te vertragen. Aangezien de belangrijkste vindplaats van uranium zich in de Belgische Congo bevond, besloot Szilard een brief aan de Belgische regering te schrijven met het dringende verzoek uranium uit handen van de Duitsers te houden. Om de noodzakelijke indruk te maken vroeg hij Einstein om de brief te ondertekenen.

Van nog groter belang leek het Szilard en zijn twee collega’s om de Amerikaanse regering te attenderen op het gevaar van een Duits programma om een kernbom te ontwikkelen. Via via was Szilard in contact gekomen met de prominente bankier Alexander Sachs, die graag bereid was de president over deze zaak te informeren. Opnieuw werd Einstein overgehaald om de brief aan de president van zijn invloedrijke handtekening te voorzien.

In deze historische brief, gedateerd 2 augustus 1939, werd op eenvoudige wijze uit de doeken gedaan dat een kernbom met een ongekende explosieve kracht wellicht mogelijk was. Szilard veronderstelde op dat moment nog dat een kernbom reusachtige afmetingen zou hebben, zodat hij alleen per schip zou kunnen worden vervoerd. De president werd gevraagd ervoor te zorgen dat de Amerikaanse overheid zich zou voorzien van voldoende uranium. Het was bovendien wenselijk het lopende onderzoek ruimere fondsen te verschaffen. Alexander Sachs overhandigde de brief aan de president bij een bezoek aan het Witte Huis op 11 oktober 1939. Zo was president Roosevelt de eerste politicus die hoorde over de mogelijkheid van een atoombom. Hij was op dat moment ook de enige politicus ter wereld die zou kunnen beschikken over de financiële middelen en het formidabele productieapparaat die benodigd waren om die atoombom op afzienbare termijn tot werkelijkheid te maken.

Het blijft natuurlijk speculatie, maar op dit punt in deze geschiedenis kunnen we ons afvragen of het ‘atoomtijdperk’ zo halsoverkop zou zijn begonnen als kernsplitsing niet in 1938 was ontdekt, precies aan de vooravond van een door Duitsland veroorzaakte wereldoorlog. Als Hahn en Strassmann hun ontdekking een paar jaar later hadden gedaan, tijdens de oorlog, zou de internationale gemeenschap van fysici er waarschijnlijk niet zo snel over geïnformeerd zijn geweest. Bovendien was er dan zeker onvoldoende tijd geweest om een bom te produceren vóór het einde van de oorlog. Of zouden de Verenigde Staten dan in de beginnende Koude Oorlog toch hebben besloten een atoombom te ontwikkelen, omdat ze bang zouden zijn geweest dat de Sovjetunie zich anders van het atoombommonopolie meester zou hebben gemaakt? Het Amerikaanse bomproject werd nu immers bovenal veroorzaakt door de angst voor een mogelijke Duitse bom.

Nog interessanter is de vraag of er ooit een bom zou zijn ontwikkeld als kernsplitsing was ontdekt in een vredige wereld. We mogen wel aannemen dat ook in tijden van vrede geprobeerd zou zijn een kernreactor te bouwen ten behoeve van de opwekking van energie. Een bom, die een enorme industriële inspanning vergt, zou dan echter geen urgentie hebben gehad. Of zou er toch wel een bom zijn geproduceerd, al was het maar uit nieuwsgierigheid? Nu was de atoombom, benevens zijn gebruik tegen de vijand en zijn dominantie van de strategische verhoudingen na de oorlog, bij uitstek een product van de Tweede Wereldoorlog en de militaire conventional wisdom die dat conflict veroorzaakte. De president vatte zijn gesprek met Sachs treffend samen door te stellen dat het er dus vooral om ging de Duitsers geen kans te geven de Verenigde Staten op te blazen.

Nader onderzoek

Per 21 oktober werd er een commissie gevormd, het Advisory Committee on Uranium, die de kwestie nader zou onderzoeken. De commissie telde negen leden: de drie Hongaarse fysici, Sachs, en vertegenwoordigers van leger en marine, en werd voorgezeten door Lyman Briggs, die afkomstig was van het National Bureau of Standards. Reeds de volgende maand werd een rapport geproduceerd waarin werd voorgesteld geld ter beschikking te stellen voor verder onderzoek. Dat leek een wel zeer voorspoedige start, maar schijn bedriegt. Veel budget was er niet en het duurde maanden voordat het geld kon worden uitgegeven omdat bijna al het onderzoek door buitenlanders werd gedaan, waarvan het maar de vraag was of ze te vertrouwen waren. Als het aan Briggs en zijn commissie had gelegen was er nooit een Amerikaanse atoombom gekomen. Dat die toch in een ongekend tempo is geproduceerd, was voor een niet onbelangrijk deel het gevolg van Engels onderzoek en aandringen.

De British Chemical Society had aan de uitgeweken Duitse fysicus Otto Frisch, de al eerder genoemde neef van Lise Meitner, gevraagd een overzicht te maken van de stand van zaken rond uraniumsplitsing. Frisch deed dat samen met Rudolf Peierls, een andere Duitse fysicus, met wie hij aan de University of Birmingham samenwerkte. Het memorandum dat zij in maart 1940 klaar hadden, was in velerlei opzichten een opmerkelijk werkstuk. Bij hun beschouwing over een eventuele bom gingen zij als eersten uitsluitend uit van het gebruik van U235. Zij berekenden dat de benodigde ‘kritische massa’ voor een bom ongeveer een kilo zou zijn. Dat bleek later wel te weinig, maar van de reuzenbom waarvan Szilard repte in de brief aan de president was geen sprake meer.

Frisch en Peierls suggereerden ook dat twee niet-kritische helften van de bom voor de explosie konden worden samengevoegd tot een kritisch explosief. De beste verdediging tegen een mogelijke Duitse bom was volgens hen de snellere ontwikkeling van een geallieerde bom. Daarmee liepen zij vooruit op het afschrikkingsprincipe (deterrence), dat zo’n belangrijke rol in de Koude Oorlog zou spelen. In elk geval was de bom volgens Frisch en Peierls een volkomen reëel scenario. Hun chef Marc Oliphant bezorgde hun memo bij Henry Tizard, de belangrijkste man in het defensiegerelateerde wetenschappelijk onderzoek.

Een nieuwe commissie was onvermijdelijk. Dat werd op 10 april 1940 het Maud Committee, dat een zeer zware bezetting kreeg. Frisch en Peierls konden er als enemy aliens ironisch genoeg geen lid van worden. Het Maud Committee gaf direct opdracht voor onderzoek naar de wijze waarop U235 van U238 kon worden gescheiden en naar de splitsing van U235-kernen door neutronen. De voortgang van het onderzoek zou worden gemeld aan de commissie van Briggs. In december 1940 rapporteerde Franz Simon, ook weer een Duitse geleerde die vanwege de nazi’s naar Engeland was uitgeweken, dat het scheiden van U235 en U238 door middel van gasdiffusie goed uitvoerbaar was. Hij gaf ook de specificaties van de fabriek die daarvoor nodig was en had bovendien de kosten berekend.

Op dat moment begon James Chadwick, lid van het Maud Committee, slaappillen te slikken, omdat hij begreep dat de atoombom niet alleen mogelijk, maar ook onvermijdelijk was. Of hij ook spijt had van zijn ontdekking van het neutron, waardoor kernsplitsing mogelijk was geworden, vermeldt het verhaal niet. Dan zou trouwens het neutron, zoals bijna altijd het geval is in de wetenschap, kort daarna door iemand anders zijn ontdekt.

In maart 1941 produceerde het Maud Committee een tussenrapport met nieuwe berekeningen van Frisch. Daarin werd geconcludeerd dat het praktisch mogelijk was een bom te bouwen vóór het einde van de oorlog. Onmiddellijke actie was geboden. In de Verenigde Staten had dit tussenrapport geen enkel effect, want Briggs stopte het in zijn brandkast zonder het aan iemand te hebben laten zien. Half juli kwam het Maud Committee met twee definitieve verslagen. In het eerste deel werden tal van concrete details over een eventuele atoombom gegeven, benevens berekeningen van de kosten. Het tweede deel handelde over ontwerp en bouw van een kernreactor.

Dat de Engelsen zo’n sterk gevoel van urgentie hadden, terwijl het Amerikaanse project, voor zover er al van een project kon worden gesproken, steeds de neiging had vast te lopen in bureaucratische procedures, werd natuurlijk primair veroorzaakt door het feit dat Engeland daadwerkelijk in oorlog was en de Verenigde Staten niet. In de zomer van 1941 reisde Marc Oliphant naar de Verenigde Staten om duidelijk te maken dat het de Engelsen ontbrak aan het geld en de mankracht om op afzienbare termijn een bom te construeren. Als de Amerikanen het niet deden, zou het niet gebeuren.

Begin oktober ging Vannevar Bush, de belangrijkste wetenschappelijke adviseur van de president, naar Roosevelt met een officiële versie van het Maud Report. De president droeg Bush op de uitkomsten te bevestigen en eind november berichtte de Amerikaanse National Academy of Sciences in positieve zin over de eventuele ontwikkeling van een atoombom. Vervolgens raakten de Verenigde Staten zelf in oorlog op 7 december 1941 en duurde het tot 19 januari voordat Roosevelt zijn fiat aan de zaak gaf. Nu begon er toch werkelijk schot in te komen, al zou het nog maanden duren voordat het Manhattan-project explosief van start ging. De vreemde naam van het project was het gevolg van het feit dat het Army Corps of Engineers, dat de praktische organisatie zou verzorgen, de administratie van het project aanvankelijk vanuit een kantoor in Manhattan verzorgde.

Het Manhattan-project

Op 17 september 1942 kreeg luitenant-generaal Leslie Groves de leiding van het Manhattan-project en daarmee was het eindelijk afgelopen met de trage, aarzelende voortgang van het Amerikaanse atoombomproject. Dat was wel drie jaar na Einsteins brief aan Roosevelt. Groves, die juist leiding had gegeven aan de bouw van het Pentagon, op dat moment het grootste gebouw ter wereld, ging als een wervelwind aan de slag. Op 24 september kocht hij bij Oak Ridge in Tennessee een terrein van 210 vierkante kilometer ten behoeve van de bouw van twee enorme fabrieken die U235 zouden moeten scheiden van U238.

Groves had er voor alle zekerheid voor gekozen twee scheidingstechnieken op industriële schaal te ontwikkelen. De ene methode was de al genoemde gasdiffusie. Daartoe wordt van uranium een gasvormige verbinding gemaakt, uraniumhexafluoride (UF6). Omdat de UF6-moleculen die U235 bevatten, een fractie lichter zijn dan de UF6-moleculen die U238 bevatten, bewegen zij zich sneller door een poreuze wand. De verschillen zijn echter zo klein dat het diffusieproces duizenden malen moet worden herhaald. Een gasdiffusiefabriek is groot, zeer complex en lastig te bouwen.

Tegelijkertijd werd een fabriek gebouwd voor elektromagnetische scheiding. Bij deze werkwijze wordt UF6 door een gebogen vacuümtank met een sterk magnetisch veld geleid. De moleculen met het lichtere U235 zullen daarin minder worden afgebogen en kunnen zo van de andere worden gescheiden. Ook dit is een tijdrovend proces. De gasdiffusiefabriek was op dat moment het grootste gebouw ter wereld, zodat Groves in snelle successie de twee grootste gebouwen ter wereld had gebouwd. Tussen 1942 en 1945 groeide het aantal werknemers in Oak Ridge van 3000 naar 75.000.

Twee dagen na zijn aankoop bij Oak Ridge kreeg Groves voor het Manhattan-project de highest wartime priority. Op 15 oktober wist Groves de fysicus Robert Oppenheimer ertoe over te halen leiding te geven aan de constructie van een bom. Dat was zonder meer een geïnspireerde keuze, omdat Oppenheimer een even briljante als charismatische figuur was. Het was echter ook een merkwaardige keuze – althans voor een man als Groves – die op lange termijn tragische consequenties zou hebben. Groves hechtte namelijk een enorm belang aan strikte geheimhouding, terwijl Oppenheimer een nogal ‘links’ en daarom bij voorbaat verdacht verleden had. Er is zeker een poging gedaan om Oppenheimer tot spionage aan te zetten. Hoewel hij daarop niet is ingegaan, heeft hij daarover inconsistent en deels onjuist bericht, waardoor hij jaren later in de problemen is geraakt. Sommige medewerkers van de militaire inlichtingendienst, die Oppenheimer aanhoudend bespioneerden en ondervroegen, bleven ervan overtuigd dat hij een spion was.

Samen met Groves koos Oppenheimer een zeer geïsoleerd liggende voormalige jongensschool in Los Alamos (New Mexico) als locatie voor het centrale laboratorium waar de bom zou worden ontworpen en gebouwd. Oppenheimer had in de zomer van 1942 al een voorschot genomen op zijn rol in het Manhattan-project door in Berkeley een conferentie te houden waar de beste fysici van de Verenigde Staten zich het hoofd hadden gebroken over het ontwerp van een bom.

Omdat Groves immense haast had, werden de diverse reusachtige fabriekscomplexen gebouwd nog voordat men wist of de gekozen methodes wel op industriële schaal zouden werken. Toen de gasdiffusiefabriek al in aanbouw was, was nog niet bekend welk poreus materiaal in het diffusieproces zou worden gebruikt. Tegelijk met de omvangrijke werkzaamheden in Oak Ridge begon in Hanford, in de staat Washington, eveneens op een zeer geisoleerde locatie, de bouw van een complex van kernreactoren. Zoals het Manhattan-project voor alle zekerheid had gekozen voor twee scheidingsprocessen, zo koos het ook voor twee verschillende soorten splijtbaar materiaal.

Begin 1940 was voorspeld dat in een kernreactor waarin uranium met neutronen werd beschoten een element zou worden gevormd dat de naam plutonium kreeg, PU239. Eind december van dat jaar slaagde Glenn Seaborg in Berkeley erin een zeer geringe hoeveelheid plutonium te produceren en chemisch te identificeren. Plutonium, zo was de fysici duidelijk, zou zich zeer gemakkelijk laten splitsen en was dus bij uitstek een geschikt bommateriaal.

Op 2 december werd de eerste, door Enrico Fermi en Leo Szilard ontworpen kernreactor ‘kritisch’, dat wil zeggen dat er sprake was van een kettingreactie. Op basis van de ervaringen met deze eerste werkende reactor kon men nu in Hanford aan de slag. Ook voor de productie van plutonium is een moeizaam scheidingsproces noodzakelijk. In december 1944 werd in Hanford het eerste plutonium geproduceerd.

Het tempo en de omvang van de werkzaamheden die binnen het Manhattan-project werden ontwikkeld sinds het aantreden van Groves, waren zonder meer indrukwekkend. Er was op dat moment geen enkel ander land ter wereld dat naast de oorlogsinspanningen een dergelijk omvangrijk project tot een goed einde kon brengen. Omvang en uiteindelijke urgentie van het Manhattan-project waren het directe gevolg van de mogelijkheid dat ook de Duitsers een atoombom zouden ontwikkelen. Daarom is het wat zonderling dat de Amerikanen nooit pogingen hebben gedaan om uit te vinden wat de Duitsers aan het doen waren, en of ze vorderingen van enige betekenis hadden gemaakt. Het schijnt dat Groves niet voor spionage voelde omdat eventuele spionnen, teneinde hun werk goed te doen, vrij gedetailleerd op de hoogte zouden moeten zijn van de hele nucleaire technologie. Groves was bang dat zo’n spion zou worden opgepakt, met als gevolg dat de Duitsers een beeld van de Amerikaanse activiteiten zouden krijgen.

Als de Amerikanen in staat waren geweest zich te informeren over het Duitse onderzoek, zouden zij hebben ontdekt dat het Duitse atoombomproject de facto was afgeschreven. Albert Speer had begin 1942 geconcludeerd dat er vóór het einde van de oorlog zeker geen bom kon worden geproduceerd. De hele onderneming werd door het ministerie van Defensie overgedaan aan diverse onderzoeksinstellingen, waardoor het onderzoek versnipperd raakte en de belangrijkste geleerden naar meer urgente onderzoeksprojecten vertrokken. De Duitsers ontwierpen en bouwden nog wel een kernreactor, maar die is nooit kritisch geworden.

Het is een interessante, maar niet te beantwoorden vraag wat de Amerikanen zouden hebben gedaan als ze wél hadden geweten dat de Duitsers de handdoek in de ring hadden geworpen. Ik houd het erop dat ze toch met volle snelheid door zouden zijn gegaan, omdat zij zich het risico niet konden permitteren dat een andere mogendheid ze op dit terrein vóór zou zijn. Zelfs als die mogendheid het bevriende Engeland was, dat op dat moment over de meeste expertise beschikte. Het is interessant te weten dat de Engelsen, ondanks hun medewerking aan het Manhattan-project, al in de oorlog besloten in elk geval een eigen kernwapen te ontwikkelen. Als een kernwapen mogelijk was, zou je immers zonder zo’n wapen geen grote mogendheid meer zijn.

In Los Alamos werd vanaf maart 1943 intensief aan het ontwerp van een bom gewerkt. Ook hier werden, zoals gezegd, twee verschillende wegen bewandeld. Er werd een uranium- en een plutoniumbom ontworpen. De twee ontwerpen waren zeer verschillend. De uraniumbom was vrij simpel. Het basisidee was dat een soort kogel van uranium met grote snelheid in de holle kern van een bolvormig uraniumlichaam zou worden geschoten, zodat een kritische massa zou ontstaan. Een initiator, waarvan de precieze specificaties tot op de dag van vandaag geheim zijn, zou op het juiste moment de benodigde neutronen moeten verschaffen. Het belangrijkste probleem was dat de kernsplijting niet te vroeg tot een explosie mocht leiden waardoor het apparaat uiteen zou spatten voordat de maximale explosieve kracht zich zou hebben ontwikkeld. Vandaar de grote snelheid waarmee de plug in de kern moest worden geschoten en de noodzaak van een omvangrijke en zeer solide mantel.