Neutronok
Neutronok
A klasszikus kémia szerint a kémiai elemek állandóak, mert atomjaik változatlanok. Ennek az a magyarázata, hogy az atom kémiai viselkedését az elektronburok határozza meg, és a burokban lévő negatív elektronok száma az atommag pozitív töltésétől függ. A parányi atommagok viszont azért változatlanok, mert nem ütközhetnek, egyesülhetnek vagy hasadhatnak: minél közelebb kerülnek egymáshoz, annál erősebbé válik köztük az elektromos taszítás. Az atommagok nagymértékű megváltoztathatatlanságán az a felfedezés változtatott, hogy 1932-ben Rutherford manchesteri laboratóriumában Chadwick egy semleges magrészecskét talált: a neutront. Ez pedig kívülről akadálytalanul behatolhat az atommagba és megváltoztathatja azt. Wigner Jenő elgondolkozott, és megírta Adalékok a neutron elméletéhez című munkáját, amely a Magyar Tudományos Akadémia Természettudományi Értesítőjében 1932-ben jelent meg.
Nyilvánvaló lett, hogy az atommag protonokból és neutronokból tevődik össze. A pozitív proton a legkisebb atommag: a hidrogénatom magja. A neutron alig néhány ezrelékkel nehezebb nála. Az egymást elektromosan taszító protonokat és az elektromosan semleges neutronokat a magerő tartja össze. Az atommag nagyfokú stabilitása arról vall, hogy a magerő nagyon intenzív vonzóerő. Az egy protonból és egy neutronból összetett nehézhidrogén-atommag kötési energiájánál tizenkétszer mélyebb a két protonból és két neutronból összetett héliumatommag kötési energiája. Wigner Jenő ebből arra következtetett, hogy a magerők nagyon rövid hatótávolságúak (1933), hiszen a nehézhidrogén egy részecskéjét egyetlen másik részecske vonzza, ezért az laza képződmény: az alkotórészek csak részben lógnak be egymás vonzáskörébe. A héliumban viszont minden magrészecskét három másik húz, azok sokkal szorosabban helyezkednek el, bebújnak egymás vonzáskörzetébe, ez magyarázza kötésük intenzív voltát. Wigner azt is felismerte, hogy a protonok és neutronok szimmetrikus szerepet játszanak, azaz a magerő töltésfüggetlen: ugyanakkora erő hat proton és proton, proton és neutron, valamint neutron és neutron között (1937). Ebből a szimmetriából egy magfizikában fontos megmaradási tétel következett: az izospin („izotóp spin”) megmaradása. A magrészecskéket barionoknak nevezték el (bariosz = nehéz, görögül, lásd: barométer). Wigner Jenő ismerte fel, hogy neutron átalakulhat ugyan protonná és viszont, de könnyebb darabokra nem eshetnek szét, tehát a barionok darabszámára a természetben szigorú megmaradási törvény érvényes (1952), végső soron ez magyarázza világunk stabilitását. Mondhatjuk: Wigner Jenő elsőként tájékozódott jól az atommag szép új világában. Empirikus alapokon ő tárta fel előttünk a magerők alapvető tulajdonságait. Bizonyítékul hadd idézzük, amit Hideki Yukawa, a magerők térelméletét kidolgozó japán fizikus mondott Nobel-díja átvételekor:
„Wigner mutatta ki, hogy a két magrészecske közt ható erőnek nagyon rövid hatótávolságúnak kell lennie, hogy megmagyarázza, miért nő meg a kötési energia értéke oly meredeken, amikor a 2 részecskéből fölépült nehézhidrogénről a 4 részecskéből fölépült héliumra térünk át.”
Wigner Jenő számára egy pillanatig sem volt kétséges, hogy a kvantummechanika nem csak az atomburok elektronjaira, hanem az atommag protonjaira és neutronjaira is érvényes. Az atommagnak is éles kvantumos energiaszintjei vannak. Tudjuk, hogy az atomburok elektronjai meghatározott frekvenciájú (és energiájú) fénykvantumokat képesek elnyelni és kibocsátani, azaz az atomnak vonalas színképe van. Ugyanígy, ha egy neutron az atommagot úgy közelíti meg, hogy energiája épp az atommag egyik magasan fekvő (virtuális) energiaszintjének felel meg, akkor a neutron nagy valószínűséggel fogódik be, nagy valószínűséggel vált ki magreakciót. Az atommag-folyamatok rezonanciajellege lényeges felismerés volt a magreakciók megértése és későbbi alkalmazása szempontjából.
Egy nehéz atommagban a protonok és neutronok kölcsönhatása az atommag méretéhez képest rövid hatótávolságú, a hatótávolságon belül viszont nagyon erős. Ezért Bohr az atommagot folyadékcsepphez hasonlította, ahol az egyes részecskék erőteljesen lökdösik közvetlen szomszédaikat (és csak azokat). Ha viszont így van, akkor hogy lehet, hogy egyes proton-, illetve neutronszámok (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) ki vannak tüntetve: ilyen proton-, illetve neutronszámú atommagok nagyon szívesen képződnek, szomszédaiknál jóval mélyebb a kötési energiájuk? A válasz keresése közben Wigner Jenő e preferált számokat mágikus számoknak nevezte. A témát kiadta kutatásra tanítványának, Maria Mayernek. Az okos leány rájött, hogy ha a Pauli-elv az atommagban is érvényes, az nem enged szabálytalan lökdösődést: egy proton (vagy neutron) nem lökődhet át olyan kvantumállapotba, amit egy másik proton (illetve neutron) már elfoglalt. Ezért jól meghatározott s, p, 2s, d – kvantumpályák és energiaszintek alakulnak ki az egész magtérfogatban, a rajtuk elférő magrészecskék számát pedig a Pauli-elv határozza meg. Az egyes kvantumszinteken megengedett részecskeszámok adják ki a mágikus számokat. Felismeréséért Maria Mayer (Jensennel együtt) Nobel-díjat kapott.
Wigner Jenő a kései 1930-as években felismerte, hogy az atomok, molekulák, kristályok elektronjainak kvantummechanikája már lényegében kialakult. Az új kihívást az atommag jelentette. A fentebb elmondottak jelzik, hogy Wigner Jenő a magfizikának milyen aktív figyelője, szereplője, alakítója volt annak kibontakozása során.
Ez idő tájt, 1933. szeptember 11-én történt, hogy a londoni Imperial Hotel halljában Szilárd Leó kezébe került a The Times aznapi száma. Az újság AZ ATOMMAG FELTÖRÉSE szalagcím alatt tudósított Lord Rutherfordnak, az atommag fölfedezőjének előző napi előadásáról. A Lord beszámolt arról, hogy egy-két esetben sikerült megfigyelnie, amint radioaktív bomlásban kibocsátott gyors a-részecskék atommagokat találtak el, azokat más atommagokká alakították át, miközben olykor még jelentős energia is felszabadult.
„Az újság szerint a Lord e szavakkal zárta beszédét: »Aki ennek alapján arra gondol, hogy az atommag energiáját ipari méretekben is föl lehetne szabadítani, az holdkóros« – emlékezett vissza Szilárd Leó. – Hirtelen eszembe villant: ha találnánk olyan elemet, ami egy neutront elnyelve szétesik, és eközben két neutron is szabaddá válna, akkor ebből az elemből elég nagy mennyiséget összegyűjtve neutronlavinát tudnánk benne elindítani. Abban a pillanatban nem tudhattam, hogyan találhatnánk ilyen elemet, de az ötlet nem hagyott nyugodni. Szenvedélyemmé vált a gondolat, hogy ez ténylegesen megcsinálható.”
A neutron-láncreakció ötletével Szilárd Leó fölkereste Lord Rutherfordot, de az rövid úton kidobta a fantasztát. Más fizikusokat is fölkeresett, támogatásukat kérve szándékolt kísérleteihez, de sikertelenül. Nagyobb megértést talált a kémikusok körében, akik számára a láncreakció nem volt ismeretlen fogalom, hiszen a tűz molekulák kémiai láncreakciója. Különösen érdeklődött Polányi Mihály, Wigner egykori mestere, akinek épp az volt a kutatási területe, hogy szabad gyökök miként katalizálhatnak kémiai láncreakciókat. A másik kémikus, Wigner Jenő így emlékezett vissza:
„Szilárd erőfeszítéseit nagy érdeklődéssel követtem, hiszen az nem állt ellentétben semmi fizikai elvvel. A nukleáris energia kontrollált fölszabadítását csak idő kérdésének ítéltem. Ezt el is mondtam az amerikai General Electric egyik szakértőjének, aki 1935-ben valami más ügyben fölkeresett. Beszéltem róla barátaimnak is. 1935 tavaszán rövid előadást tartottam róla Wisconsinban, abban megjósoltam, hogy az atommag energiájának fölszabadítása öt éven belül megtörténik. Nem volt sok támpontom, hogy ezt a határidőt mondjam. Azt sem reméltem, hogy nekem lényeges szerepem lesz benne.” – Az atomenergia fölszabadításához még hét év kellett.
Chaim Weizmann szintén kémikus volt (később ő lett Izrael állam első elnöke). Megpróbált 2000 angol fontot összegyűjteni Szilárd kísérletei számára, de nem sikerült. Az atomenergia fölszabadítása tehát nem az 1930-as évek közepén történt meg. Szilárd Leó 1934. március 12-én mindenesetre szabadalmi folyamodványt adott be „egy neutronokkal működő láncreakcióra. Neutron-láncreakciót metastabil elemekkel lehetne megvalósítani. Ilyen elemen egy neutron befogása annyi energiát tehetne szabaddá, ami lehetővé tenné az elem elbomlását és két neutron kilépését. (Az urán és tórium metastabil voltát bizonyítja azok a-bomlása.) Van egy kicsiny, de nem zérus esély arra, hogy ezen elv alapján készített robbanóanyagok ezerszerte nagyobb hatásúak lehetnek, mint a szokásos bombák.” A szabadalmat 440023. szám alatt megadták. Később azt Szilárd 814-236. szám alatt kiegészítette, pontosította. Ebbe már azt is bevette, hogy láncreakció kialakulásához egy minimális kritikus tömeg szükséges, hogy a térfogatban keletkező neutronok száma nagyobb legyen, mint a felületen át kiszökő neutronok száma. A szabadalmat – kérésére – a Brit Admiralitás titkosította.
Szilárd jelöltként többféle elemet javasolt. Kedvence a berillium volt. Tudta, hogy a 8Be atommag teljesen instabil: rögtön két 4He atommagra esik szét, ezért azt várta, hogy a természetes berillium n+9Be → 24He+2n reakcióban egy neutronból kettőt tud csinálni. Wigner Jenő hívta föl Szilárd figyelmét arra, hogy berilliumon valóban előfordul n → 2n reakció, de ahelyett, hogy energiát adna, az energiát fogyaszt.
Amikor Hitler hódító ambíciói Európában fenyegetővé váltak, Szilárd Amerikába vándorolt, akárcsak korábban Wigner és mások tették. Ott némi anyagi támogatást tudott szerezni, kísérletileg megvizsgált számos elemet, de egyiknél sem sikerült n → 2n reakciót előidéznie. Végül föladta. 1938. december 21-én levelet írt a londoni Szabadalmi Hivatalnak: „Nem látszik szükségesnek, hogy 814-236. számú szabadalmam érvényét fönntartsák. Ezért szabadalmamat visszavonom. Szilárd Leó.” – Szilárd meg is jegyezte: „Béke-Nobel-díjat érdemelnék, hogy az uránmag hasítását nem fedeztem föl a II. világháború kitörése előtt!”
Enrico Fermi Rómában uránnak neutronbombázása által radioaktív atomokat állított elő, amit ő uránnál nehezebb, azaz uránon túli elemeknek vélt. A németek akkurátus kémikusok. A Fermi által létrehívott radioaktív atomokat a berlini Vilmos Császár Intézetben kémiailag azonosítani próbálta Otto Hahn és Fritz Strassmann. A radioaktív termékek egyikéről a finomabb kémiai analízis kiderítette, hogy az bárium, ami az uránnál sokkal könnyebb atommag. Az a tapasztalat, hogy neutron + urán báriumot adott, csak egyet jelenthet: a neutront befogó urán nem nőtt meg, hanem két részre hasadt, az egyik rész bárium. 1938 decemberében tett fölfedezésüket a német Naturwissenschaften folyóirat 1939. január 6-i száma közölte. Lise Meitner megmagyarázta, hogy az uránatommag szétszakadása energetikailag valóban lehetséges, azt a két szétrepülő hasadvány közt ható elektromos taszítás teszi lehetővé.
Ezen a télen Niels Bohr amerikai előadókörútra indult. Koppenhágában már hallott Hahn és Strassmann megfigyeléséről, Lise Meitner értelmezését a maghasadás energetikai lehetőségéről a hajó indulásakor tudta meg. 1939. január 16-án kötöttek ki New Yorkban. Bohr New Yorkból Princetonba utazott. Erről Wigner Jenő így számolt be:
„Hat hete kórházban feküdtem sárgasággal. Szilárd Leó ezenközben házamban lakott. Majd minden nap meglátogatott a kórházban, hogy kedves magyar beszéddel felvidítson. Nagyon hálás voltam érte. Egyik nap (Bohr princetoni előadása után) Szilárd az ágyamhoz lépett és ezt mondta: »Wigner, azt hiszem, hogy most meglesz a láncreakció.« Arra gondolt, hogy a maghasadás lehetővé teszi a neutron-láncreakciót. Először ellentmondtam, de csakhamar beláttam, hogy igaza van. Nem vettem figyelembe, hogy az urán különösen gazdag neutronokban. A princetoni kórházban beszélgetve Szilárd és én kidolgoztuk a maghasadás minden lényeges mozzanatát.” – Szilárdról és Wignerről mondta Alvin Weinberg, hogy jól előkészített elmék voltak.
Az uránban sokkal magasabb a neutronok százalékaránya, mint a kémiai elemek periódusos rendszerének közepe táján lévő elemekben. Ezért a hasadványoknak meg kell szabadulniuk öröklött neutrontöbbletüktől, hogy a számukra kedvező neutronarányt állítsák be. Várható tehát n → 2n folyamat bekövetkezése. Márpedig épp ez volt, amit Szilárd elszántan keresett. Rögtön fölismerte, hogy a maghasadás lehetővé teheti az atomenergia fölszabadítását, így 1939. január 26-án táviratot küldött a Brit Admiralitásnak: „Kérem, hogy 814-236. szabadalmam ügyében küldött legutóbbi levelemet tekintsék tárgytalannak stop Leo Szilard.”
„Nem sokkal ezután Niels Bohr és John Wheeler leközölték saját tanulmányukat a maghasadás elméleti leírásáról” – emlékezett vissza Wigner. Ő közismerten igen szerény ember, ezért elhihetjük, amit mond. – „Amikor azt elolvastam, örömmel láttam, hogy az uránatommag stabilitása tekintetében Szilárd és én több tekintetben messzebb láttunk, mint Bohr és Wheeler. Szilárd helyesen jósolta, hogy maghasadás során neutronoknak is ki kell lépni, amiben Bohr és Wheeler kételkedett. De sem Szilárd, sem én nem gondoltunk arra, hogy a lassú neutron által előidézett maghasadás csak a 235U atommagon megy végbe, ennek a döntő ténynek a fölismerése viszont Bohr érdeme. E tekintetben Szilárd és én mindaddig szkeptikusak voltunk, amíg az kísérletileg be nem igazolódott. 1939 áprilisában két módot láttunk arra, hogy megvalósítsuk a hasadási reakcióláncot. Lassú neutronokkal futó láncreakció szabályozott energianyerésre szolgálhat. Gyors neutronokkal futó láncreakció is elképzelhetőnek tűnt, de csak robbanásszerűen. Niels Bohr és John Wheeler azonban nem hitték, hogy a nukleáris láncreakció megvalósítható, vagy ha esetleg mégis, akkor csakis igen alacsony hőmérsékleten.”
Egy személyes vitában Wigner az atomenergia lehetséges volta mellett érvelt, Bohr ellene. Amikor Isaac Rabi (a Kárpátokból származó Nobel-díjas) minderről Ferminek beszámolt, Fermi is így reagált: „Zöldség.” Amikor ezt Szilárd meghallotta, Rabival együtt bementek Fermihez, és megkérték, fejtse ki véleményét részletesebben. Fermi ezt mondta: „Hát lehet egy távoli piciny lehetőség, hogy maghasadáskor neutron szabadul ki, ekkor akár láncreakció is létrejöhet.” Rabi visszakérdezett: mit ért Fermi „távoli piciny lehetőség” alatt. Mire Fermi: „Talán tíz százalék.” Ezt hallván Rabi kirobbant: „Tíz százalék nem távoli lehetőség, ha bekövetkezése azt jelenti, hogy bele is halhatunk. Ha tüdőgyulladásom van, és a doktor azt mondja, piciny annak lehetősége, hogy belehalok, nem több mint tíz százalék, akkor bizony alaposan fölizgatom magam.”
Szilárd, Teller és Wigner Közép-Európából menekültek el. Nem akarták, hogy az atombomba elsőként Hitler kezébe jusson. Márpedig a maghasadást Berlinben fedezték fel, és a németek nagyon jó fizikusok! A három magyar azonnal egyetértett, hogy teljes titoktartást kell szervezni. Kérésükre Weisskopf Blackettnek, Wigner pedig sógorának, Diracnak írt, azt kérvén, hogy az angol hasadási kutatásokat is titkosítsák. Az angolok ezt elfogadták. Szilárd egyik barátjától 2000 dollárt kért kölcsön, ebből rádiumot és berilliumot bérelt, hogy azokból neutronforrást építsen (α+9Be → 12C+n). A neutronokat paraffinnal (protonütközésekkel) lelassította, mint korábbi kísérleteiben tette. 1939. március 3-án este New Yorkban a magyar Szilárd Leó és a kanadai Walter Zinn megfigyelte, hogy a lassú neutron bombázó hatására az uránból gyors neutronok lépnek ki, amelyek csak maghasadásból származhattak. Amikor Enrico Fermi, majd később Fréderic Joliot-Curie elvégezte ugyanezt a kísérletet, ők is észlelték az uránhasadást követő neutronkibocsátást. Fermi is, Szilárd és Zinn is elküldte beszámolóját a Physical Review-nak március 16-án, azt kérvén, hogy regisztrálják a közlemények beérkezési dátumát, de ne nyomtassák ki azokat. Weisskopf táviratozott Princetonból Párizsba Joliot-Curie-nek, hogy őt is rábeszélje a titoktartásra. Április 6-án megérkezett Joliot-Curie választávirata: „Question etudiee suis d'avis maintenant publier amities Joliot.” (A kérdést tanulmányoztam, az a véleményem, hogy most publikálom. Tisztelettel Joliot.) Átszakadt a gát, megtört a titkosság. Április 15-én a Physical Review közölte Fermi tanulmányát, ugyanitt Szilárd és Zinn tanulmányát, mindkettőt 1939. március 16-i keltezéssel: hasadásban neutronok keletkeznek. Április 22-én a Nature közölte ugyanerről Joliot-Curie tanulmányát. A közleményeket olvasva G. P. Thomson a brit kormánynak, Georg Joos a német kulturális miniszternek, Paul Harteck és Wilhelm Groth a német vezérkarnak javasolta nukleáris fegyverek kifejlesztését. Később Georgi Flerov hasonló tartalmú ajánlást írt Sztálinnak. A versenyfutás megindult.
Bohr és Wheeler említett tanulmánya a maghasadás elméleti értelmezéséről 1939. szeptember 1-jén jelent meg a Physical Review-ban. Ezen a napon tört ki a II. világháború. De már 1939 nyarán érezni lehetett az európai háború közeledtét. Fermi és Szilárd azon töprengtek, miként lehet megvalósítani a neutron-láncreakciót. Az uránban 235U hasadásakor keletkezett gyors neutronok lelassulnak olyan közepes sebességekre, ahol a természetes urán túlnyomó részét kitevő 238U atommagoknak virtuális energiaszintjeik vannak, ezért a 238U a Wigner által felismert rezonanciaabszorbcióval felfalja a közepes energiájú neutronokat, mielőtt azok tovább fékeződve lassú neutronokként jó eséllyel 235U atommagokat hasítanának, ezáltal új neutronokat termelnének. A hasadási gyors neutronokat ezért az uránon kívül le kell lassítani, hogy kikerüljék a 238U rezonáns energiaszintjeit. A lassú neutronokat vissza lehet engedni az uránba, hogy ott a 235U-t elhasítsák. 1939 júniusában Fermi és Szilárd a Physical Review-ban közölte az atomenergiát kontrollált körülmények közt fölszabadító atomreaktor tervét.
A neutront olyan atommagokkal történő ütközés lassíthatja le, amelyek tömege nem különbözik jelentősen a neutron tömegétől. Nehéz atommagoknak ütköző neutronok gyakorlatilag változatlan sebességgel pattannak vissza, akárcsak a (befékezetlen) teherautóba ütköző labda. Ilyen szempontból a neutronnal közel egyenlő tömegű hidrogénatomokat tartalmazó víz tűnik ideális neutronlassítónak. De csakhamar kitűnt, hogy a vízben lévő hidrogén nemcsak lassítja, de be is foghatja a neutront (n+1H → 2H), ezért vízzel történő lassítás esetén elakad a láncreakció. Szilárd Leó lassításra grafitot választott, mert a szén nem nyel el neutronokat. Javasolta, hogy az uránt grafitba kell ágyazni. Az urángolyók sugara olyan kicsi legyen, hogy belőlük ütközés nélkül kilépjen a hasadás termelte neutron. A grafit olyan sok legyen, hogy benne ütközgetve minden gyors neutron lelassuljon, mielőtt újra uránt ér. Az atomreaktor tervével Fermi fölkereste az Amerikai Haditengerészetet, hogy megépítéséhez támogatást kapjon, de hiába. Nem figyeltek föl egy ellenséges ország polgárának furcsa javaslatára. Ferminek ez elvette a kedvét.
Ezen a nyáron Wigner Jenő meglátogatta Szilárd Leót New Yorkban, aki rögvest elmondta Wignernek az inhomogén urán–grafit atomreaktor tervét. Wigner egyből felfogta azt és aggódni kezdett. Meg kell akadályozni, hogy a Belga-Kongóban már nagy mennyiségben bányászott urán náci kézbe kerüljön! Wigner tudta, hogy Albert Einstein egyszer találkozott a belga királynővel. Mindketten jól ismerték Einsteint. Egy nyári vasárnapon, 1939. július 16-án Wigner autóján kivitte Szilárdot Einsteinhez, aki Long Islandon nyaralt Moore villájában. A tengerpartra érve kérdezősködni kezdtek, hol van Moore nyaralója, de egy felnőtt sem tudta. Végül Szilárd egy kisfiút kérdezett meg: „Nem tudod, hol él Einstein professzor?” A fiú egyből útba igazította őket.
Einstein nem volt járatos a magfizikában, talán mert a kvantummechanikát sem szívlelte. Most hallott először láncreakcióról. De – mint Wigner a szerzőnek elmondta – okos ember volt, 14 perc alatt mindent megértett. Lediktált egy figyelmeztető levelet a belga királynőnek. A német szöveget Wigner kézírással leírta, majd elbúcsúztak. New Yorkban Wigner Einstein szavait lefordította angolra, odaadta Szilárdnak, majd elutazott Kaliforniába – nyaralni.
Szilárd azonban ismét gondolkozni kezdett: talán nem is olyan jó ötlet Európába megírni az atombomba lehetőségét. Fölkereste bankár ismerősét, Alexander Sachsot, aki kapcsolatban állt Roosevelttel. (Korábban – a nagy válság után – ő dolgozta ki az elnöknek a New Dealt, a gazdaságot rendbe hozó programot.) Sachs közölte: ha Einstein ír Rooseveltnek, ő kész a levelet az elnök kezébe adni. Ezért Szilárd Leó egy új találkozót szervezett Einsteinnel. Hallgassuk meg, hogy az újabb találkozóról hogyan számolt be Teller Ede.
„A maghasadás fölfedezése után sokat beszéltek arról, hogy mi lehet e fölfedezés következménye, és hogy érdemes ezen dolgozni. Az amerikaiak véleménye negatív volt. De szerencsére volt Amerikában egy magyar, Szilárd Leó, aki sokoldalú egyéniség volt. Még arra is képes volt, hogy megértesse az amerikaiakkal a nukleáris láncreakció fogalmát. Volt azonban valami, amit még Szilárd sem tudott: autót vezetni. Szilárd beállított hozzám és azt mondta: »Teller, kérem, vigyen ki autón Einsteinhez!« Így 1939. augusztus 2-án kocsiba ültünk. Einstein kedvesen fogadott, teával kínálta Szilárdot és – demokratikus ember lévén – a sofőrt is. Szilárd egy levelet húzott elő a zsebéből, ami Roosevelt elnöknek volt címezve: »Elnök Úr! Enrico Fermi és Szilárd Leó legújabb kutatásai, amikről kéziratban értesültem, engem arra a következtetésre vezettek, hogy az urán nevű kémiai elem a közeljövőben az energia új és fontos forrásává tehető–« (A levél stílusa jobban emlékeztetett Szilárdéra, mint Wignerére: sohasem fordult elő benne Wigner gyakori kifejezése: »Kérem szépen.«) A levelet Einstein lassan végigolvasta és azt mondta: »Hát ez lesz az alkalom, hogy az ember közvetlenül használja az atomenergiát. Nem csak közvetve azáltal, hogy a Nap termel atomenergiát és mi az onnan eredő napfényt hasznosítjuk.« Majd aláírta: »Albert Einstein«. Szilárd azonban nem adta postára a Roosevelt elnöknek címzett levelet, az nagy hiba lett volna. Akkor a levél az egyik kisebb titkár kezén fennakad, és azt az Elnök sohasem látta volna. E helyett Szilárd Leó a levelet barátjának, Alexander Sachsnak, az Elnök pénzügyi tanácsadójának adta át. Sachs október 3-án adta Roosevelt kezébe a levelet. Soha jobbkor. Németország és a Szovjetunió épp elfoglalta és felosztotta Lengyelországot. Akkor már egy olyan okos ember, mint Roosevelt, tisztán láthatta, hogy nagy veszély alakult ki és az Amerikát is elérheti. Azonnal intézkedett, írt az Amerikai Szabványügyi Hivatal elnökének: »Kérem, hívjon össze egy tanácskozást, amelyik e levél tartalmát részletesen megtárgyalja.«”
Az Uránium Bizottság ülését 1939. október 21-ére tűzték ki. Az Amerikai Szabványügyi Hivatal igazgatója meghívta a Hadsereg, a Haditengerészet és két állami tudományos intézet képviselőjét, valamint Enrico Fermit, Szilárd Leót, Teller Edét és Wigner Jenőt. Hallgassuk ismét Teller Ede visszaemlékezését:
„Tudták, hogy Fermit 1932 óta ismerem. Engem küldtek, hogy őt is beszéljem rá a részvételre. De Fermi azt mondta, hogy nem jön, elvette kedvét a Haditengerészetnél elszenvedett korábbi kudarc. Amit mondhatna, azt én is tudom. Így már nemcsak Szilárd sofőrje voltam, hanem előléptettek: Fermi küldönce lettem. Az ülésen részt vett egy ezredes is, aki egy szót sem hitt el abból, amit mondtunk. Azt mondta, hogy »a háborúkat nem az nyeri meg, akinek jobbak a fegyverei, hanem aki igaz ügyért harcol«. Kellemes volt ezt hallani ilyen magas rangú tiszttől, de azért maradtak kételyeim. Az igazság talán Hitler és Sztálin oldalán állt, amikor meghódították Lengyelországot? Wigner meg is szólalt: »Ha Keith Adamson ezredes úrnak igaza van, akkor le kell faragni a hadsereg költségvetését, és az így fölszabaduló pénzt a népek közti egyetértés előmozdítására kell fordítanunk.« Tovább tárgyaltak, én is sorra kerültem: »Fermi üzenetét hozom: nagytisztaságú grafitra van szükségünk, ami bizony nem olcsó. Egyetemen dolgozunk, nem kérünk külön fizetést. De az első évben grafit vásárlására 6000 dollárt kérünk.« Mire az ezredes azt mondta: »Jól van, megkapják a 6000 dollárt.« (Az ülés után Szilárd majd megölt, amiért ilyen keveset mondtam. Pedig Wigner csak 2000 dollárt akart kérni.) Végül is megkaptuk a pénzt az atomenergia-program első évére.”
„Európa lángokban állt, de Amerika békében szendergett. Amikor az amerikai kormányzatot a láncreakció fontosságáról próbáltuk meggyőzni, úgy éreztük, mintha szirupban úsznánk. Megtanultuk, hogy a kormányok nem szeretik a fantasztikus programokat” – mondotta az egyébként szörnyen udvarias Wigner Jenő.
1940 júniusában újraalakították az Uránium Bizottságot, beraktak öt „igazi amerikai” fizikust, viszont kihagyták Fermit, Szilárdot, Tellert (mint frissen bevándoroltaknak, egyiküknek sem volt amerikai állampolgársága), és kihagyták Wignert is (akinek nagyon újkeletű volt az állampolgársága).
Vasárnap, 1941. december 7-én a japán légierő meglepetésszerű támadással Pearl Harborban megsemmisítette a csendes-óceáni amerikai hajóhad jelentős részét. Az Egyesült Államok háborúban lévőnek találta magát. Másnap Washington elrendelte „az atombomba megépítését teljes erőfeszítéssel”. Compton (a program tősgyökeresen amerikai főnöke) elrendelte, hogy a reaktorfejlesztés a „veszélyes” atlanti partról Chicagóba költözzék, és ott Metallurgiai Laboratórium fedőnéven működjék. Nem volt többé szabad kiejteni az urán szót, fedőneve fémötvözet lett. A 235U fedőneve magnézium, a később fontossá váló 239Pu plutóniumizotóp fedőneve réz volt. 1942 tavaszán Compton Chicagóba hívta Fermit és Wignert is. Fermi fedőneve Farmer, Wigner fedőneve Wagner lett. Wigner Jenő mesélte:
„Egyik nap közösen mentünk autón egy titkosított úton. Az ellenőrző ponton az őr nevemet kérdezte. Azt feleltem: »Wigner – ó bocsánat: Wagner« Ráadásul az őr magyar kiejtésem is észrevette. Szigorú arccal kérdezett: »Ön biztosan Wagner?« Erre Fermi sietett segítségemre: »Ne legyek Farmer, ha ő nem Wagner.« Így az őr továbbengedett.” Alvin Weinberg, aki akkor Wigner mellett dolgozott, ezt mondta a szerzőnek: „Két domináns tudományos fej volt Chicagóban. Fermi vezette a kísérleti munkát. Wigner irányította az elméleti kutatást. Később csatlakozott hozzájuk Teller Ede, az ő feladata a reaktorban keletkező radioaktív anyagok esetleges környezeti hatásának vizsgálata volt.” Mint Weinberg mondta, Chicagóban Szilárd, Teller és Wigner volt a Magyar Maffia.
A chicagói atommáglya indulásáról készült rajz (Szilárd, Compton, Fermi, Wigner feje)
A grafittéglákból és urántömbökből összerakott 2m ´ 2m ´ 4m méretű atommáglya a Chicagói Egyetem sportstadionjának lelátója alatt épült. A máglya aljára egy mesterséges Ra+Be neutronforrást helyeztek, azután – amint a máglya magasodott – Fermi instrukciói szerint mérték a neutronok számát. Fermi 25 különböző urán–grafit-elrendezést próbált ki, a rajtuk elvégzett mérések alapján Wigner következtetett arra, hogy milyen lesz az a reaktor, amelyben a láncreakció már önmagát tartja fenn. Az első önfenntartó nukleáris láncreakció 1942. december 2-án valósult meg Chicagóban. Hallgassuk Wigner visszaemlékezését.
„A Stagg Field Stadion alatt egy nagy teremben álltam és Fermit figyeltem. Ezen a szerdán reggel 8.30 táján közel 50 ember gyűlt össze a 10m ´ 20m méretű teremben. Középen egy nagy máglya volt, fekete grafittéglákból és fagerendákból építve. Alapja négyzet alakú volt, fölfele keskenyedett. Ebbe voltak beágyazva az urántömbök. Fermi neutronelnyelő szabályozórudakat szerelt a máglya fölé. Vészhelyzetre gondolva még egy »öngyilkos osztag« is állt a máglya tetején, hogy szükség esetén vödrökből neutronelnyelő kadmium-só vizes oldatát zúdítsa a máglyába, a láncreakciót leállítandó. A komoly munka 9.45 körül indult. 11.30-ra már majdnem megvalósult az önfenntartó láncreakció, de azt a reaktorba beengedett szabályozórudak megállították. Fermi mindnyájunkat ebédelni küldött. 2.00-kor jöttünk vissza. A balkon egyik végén logarléccel a kezében Fermi állt két főmunkatársával, Zinn-nel és Andersonnal. Mellettük Compton, az atomenergia-program igazgatója. Mi, a többi negyven a balkon másik végén gyűltünk össze, köztünk volt régi barátom, Szilárd Leó is. Délután 3.30-kor a neutronok számának emelkedését figyelve Fermi kiadta az utasítást, hogy a kadmium-tartalmú szabályozórudat 25 cm-es lépésekben emeljék. A neutronszámláló ketyegett: pitt-patt, pitt-patt, pitt-patt. Mind jobban megközelítettük az önfenntartó neutron-láncreakciót. Amikor a szabályozórudat teljesen kihúzták, a számláló minden korábbinál szaporábban ketyegett. Ekkor tudtuk: a nukleáris láncreakció megvalósult! Kiszabadítottuk és sikeresen ellenőrzésünk alatt tartottuk az atommag energiáját. Az emberek mosolyogtak, egy-két taps is elhangzott. De mintegy 30 percen keresztül főként figyeltünk. A jelenet egyáltalán nem volt teátrális. Fermi a reaktor működését alacsony szinten tartotta, ezért nem fenyegetett, hogy kárt tesz bennünk. De a reaktor itt volt előttünk és működött! Valamivel 4.00 óra előtt Fermi elrendelte a láncreakció megállítását. A szabályozórudakat visszaeresztették a máglyába, a reakció leállt. Mindnyájan azt vártuk, hogy a kísérlet sikerülni fog és sikerült is. Elvégre amikor lovakat fognak egy kocsi elé és ostorral a lovak közé suhintanak, a lovak elindulnak. Elvárjuk, hogy a kocsi is elinduljon. Fermi megépítette ezt a kocsit, a lovak közé suhintott, és a kocsi valóban elindult. Nem csak ő lett volna képes megépíteni az atomreaktort, de talán csak ő tudta azt ilyen gyorsan realizálni.
– Ezt a pillanatot előre látva tíz hónappal korábban Princetonban vettem egy üveg olasz vörösbort: Chiantit és azt magammal hoztam Chicagóba. Azért vettem meg ilyen hamar, mert föltételeztem, hogy a háború meg fogja akadályozni az olasz bor behozatalát. A Chianti-behozatal elakadását talán nehezebb volt előrelátni, mint az atomreaktor működésének beindulását. De hát én egyszer már átéltem egy világháborút és tapasztaltam a luxuscikkek eltűnését a piacról. A Chiantit egy barna papírzacskóban tartottam a hátam mögött. Most előhúztam a zacskóból, előreléptem és a palackot Ferminek adtam. Ő megköszönte, kihúzta a dugót és valakit papírpoharakért küldött. Megjöttek a poharak és mi megízleltük az édes Chiantit. Milyen csodálatos finom örömet tud kelteni a jó vörösbor! Nyugodtan koccintottunk a siker tiszteletére és azt kívántuk, hogy az atomenergia tegye boldogabbá az emberek életét, lecsökkentvén káros előítéleteiket. Fermi ráírta nevét a Chianti címkéjére. Ezután a palack körbejárt a teremben és mindnyájan ráírtuk a nevünket. A történelmi eseményről nem készült feljegyzés. A Chianti-címkén lévő névsor tette csak lehetővé, hogy utólag rekonstruálják: ki volt jelen az első atommáglya megindulásánál.”
Innen tudjuk ma, hogy 38 amerikai volt jelen, továbbá egy olasz (Fermi), egy kanadai (Zinn) és két magyar (Szilárd és Wigner). Szilárd Leó ekkor még magyar állampolgár volt, az amerikai állampolgárságot csak 1943-ban kapta meg. Wigner Jenő már 1937-ben megkapta. Nem kétséges, hogy az atomenergia fölszabadításához Szilárd eszméje és előrelátása, Fermi tapasztalata és munkája, Wigner matematikai tudása és gondossága egyaránt szükséges volt. A neutronos reaktor amerikai szabadalmát az 1944. december 19-én benyújtott folyamodvány alapján 2708656. szám alatt Enrico Fermi és Szilárd Leó kapta meg 1955. május 17-én.
Wigner Jenő magyarázta meg Arthur Comptonnak, mi a különbség gyors neutronokkal működő reakciólánc (atombomba) és lassú neutronokkal működő reakciólánc (atomreaktor) között. A bombához tiszta 235U kell. A könnyű uránizotóp gázdiffúziós szétválasztására vonatkozó brit tapasztalatokat Simon, Oliphant és Kürti Miklós átadták az amerikaiaknak. Ez látszott legígéretesebbnek az atombomba megvalósítására alkalmas hasadó 235U elválasztására. A hatalmas diffúziós telepet Urey vezetésével Oak Ridge-ben építették meg. A diffúziós telepen gázállapotú UF6 (urán-hexafluorid, becenevén hex, ami németül boszorkát jelent) diffundált át lyukacsos falakon. A könnyebb 235U molekulái kicsit gyorsabban mozogtak, így az átdiffundált mintában földúsultak. Ezer diffúziós lépcső után végül is 235U-dús uránhoz jutottak. A II. világháború végéig ezzel a módszerrel is csak néhány kg 235U-t tudtak kapni, ami egyetlen atombombára volt elegendő. 1945-ben ezt dobták le Hirosimára.
A ciklotron Szilárd Leó ötlete és szabadalma volt, de az első működő ciklotront Ernest Lawrence építette meg Kaliforniában. A ciklotronnal felgyorsított protonokkal gyors neutronokat keltettek, amiket az urán befogott: n+238U → 239U. A keletkezett atommagban túlságosan sok a neutron, ezért az egyik kötött neutron béta-bomlással protonná alakul: 239U → 239Np+e–. Az első uránon túli elem, a neptúnium nem stabil: 239Np → 239Pu+e–. A második transzurán elem a plutónium. A 239Pu még alkalmasabb hasadóanyagnak bizonyult, mint a 235U, mert benne több a pozitív proton, amelyek elektromosan taszítják egymást. Előnye, hogy nem csak ciklotronnal, hanem atomreaktorban neutronbefogással is előállítható 238U-ból. Mivel a plutónium az urántól különböző elem, kémiailag elválasztható az urántól. Így tiszta hasadóanyag nyerhető.
A Fermi-féle reaktor Chicagóban 1942. december 2. óta működött, alacsony, 30 kW hőteljesítménnyel, nem volt szükség mesterséges hűtésére. Egy másik léghűtéses reaktor Oak Ridge-ben kezdett működni 1943. november 4-én. Ez 1944 nyarára néhány gramm plutóniumot termelt, a rajta elvégzett mérések igazolták a várakozást: a plutónium jó hasadóanyag.
Compton Wigner Jenőt megbízta, hogy tervezzen nagyteljesítményű reaktort, amely jó ütemben termel plutóniumot atombomba céljára. Wigner erre a feladatra ideális jelölt volt: tart Hitlertől, alkotóan érti a magfizikát, jól tudja a matematikát, és segíti vegyészmérnökként birtokolt műszaki érzéke. A magasteljesítményű reaktor tervezése már 1942 első felében kezdődött, sokkal korábban, mint ahogyan a chicagói reaktor megindult.
A teljesítményreaktort intenzíven kell hűteni. A hűtőközeg azonban nem fogyaszthat neutronokat. Szóba jött a nehézvízhűtés, mert az nem nyel el neutront. (Ilyen reaktort később tényleg építettek Kanadában.) De a nehézvíz megint izotópszétválasztást igényel, ami időt rabló, háborúban pedig az idővesztés veszélyes luxus. 1942 áprilisában Wigner Jenő mint gyakorlatias mérnök, közönséges vizet választott hűtésre, hiszen az jól bevált a régi erőműveknél. Igen ám, de a vízben hidrogén van, és az neutront foghat be, így a vízhűtés 1,5%-kal csökkenti a neutronsokszorozást. Még nem is üzemelt az első chicagói reaktor, de az abban kimért adatok alapján Wigner tanítványa, Alvin Weinberg kiszámította: a természetes urán fűtőanyaggal, tiszta grafit neutronlassítóval és közönséges víz hűtőközeggel működő reaktor akár 104% neutronsokszorozást is megvalósíthat. Úgy látszik, Wignernek igaza van! 1942 júliusában (még a Fermi-féle chicagói reaktor elkészülte előtt) Wigner Jenő megtervezte az 50 millió watt teljesítményű vízhűtésű reaktort. A DuPont vállalatot bízták meg, hogy Wigner tervei szerint építse meg a plutóniumtermelő urán–grafit–víz reaktort, ami 260 tonna uránt és 1500 tonna grafitot tartalmazott.
„A mérnökök úgy érezték, hogy fizikusok hatoltak be az ő illetékességi területükre. Ebben volt igazság. A hűtőközeg elfogadtatása nemcsak műszaki, hanem üzletpolitikai ügy is lett. A DuPont mérnökei csak úgy emlegették az én csoportomat, hogy »negyedik emeleti kommunisták« – emlékezett vissza Wigner. 1942 decemberére készen voltak az 50 MW teljesítményű reaktor tervei, azokat végül elfogadták. „A DuPont kémiai gyár volt. Mérnökeik azt ajánlották, hogy neutronok és γ-sugárzás ellen védelmül az általunk ajánlott betonfalak helyett inkább rácsot építenek. A rács olyan sűrű lett volna, ami képes viszszatartani egy birkát, de egy mókust már nem. Meg kellett magyaráznunk, hogy a neutron még az egérnél is kisebb. Azóta Fermi mindig úgy kezdte előadását: »A neutron ici-pici.«”
Louis Alvarez azt hangoztatta, hogy Wigner lángelméjét tékozlás ilyen műszaki részletekre fecsérelni. De Wigner sok dolgot előre látott, például a neutronbecsapódások által előidézett korróziót. Kevesellette a DuPont által tervezett neutronelnyelő szabályozórudak számát. A méretezési hibákat időben kijavította. „Ugyanaz az ember, aki monumentális tanulmányt jelentetett meg arról, hogy a szimmetriák a kvantumelmélet lényegi részét képezik, órák hosszat tudott görnyedni a hanfordi reaktor részletes tervei fölött, utána pedig biztos volt saját helyzetmegítélésében, és ahol problémát látott, ragaszkodott a terv megváltoztatásához” – mondta Alvin Weinberg. Wigner ezt tekintette szakmai élete legteljesebb szakaszának, mert érezte, hogy tudásának mindegyik szektorát hasznosíthatta. Szilárd szerint „Wigner volt az egész vállalkozás lelkiismerete”. A hatalmas plutóniumtermelő reaktorokat az Egyesült Államok északnyugati szögletében, Hanfordban építették meg. Onnan 1944 májusában érkezett meg az első plutóniumszállítmány Los Alamosba, ahol az atombomba szerkesztése folyt. Egy év alatt annyi plutóniumot termeltek, amennyi elég volt egy bombához.
Wigner eredeti számításai szerint az uránbomba kritikus mérete körülbelül egy futball-labdányi volt. Két fél futball-labdányi (tehát szubkritikus) urántömböt kémiai robbanószerrel hirtelen egymásnak lökve összejön a kritikus 235U mennyiség, így az uránbomba felrobbantható. Senki nem kételkedett benne, hogy az (előzetes kipróbálás nélkül is) működni fog.
Wigner azt hitte, hogy ha lesz elég plutónium, abból elég sokat egyesítve a plutóniumbomba is felrobbantható. 1944. július 11-én Oak Ridge atomreaktorából megérkezett Los Alamosba az első kis plutóniumminta, de csúnyán viselkedett. A plutóniummagok nagy néha maguktól is elhasadtak, önként neutronokat termelve. Ha két plutónium-félgömböt közelítenének egymáshoz, a spontán hasadás neutronjai már a kritikus mennyiség teljes összehozása előtt előgyújtást eredményeznének: a plutóniumban helyileg szaporodnának a maghasadások, és a bomba enyhe pukkanással darabjaira esne szét. Ezért Seth Neddermeyer egy másfajta gyújtást javasolt: a szükséges szuperkritikus mennyiségű plutóniumból csináljanak vékony (belül üres) gömbhéjat, azt kívülről kémiai robbantással sajtolják össze tömör (immár kritikus) golyóvá. Ezt azután Neumann János matematikai pontossággal kidolgozta.
Amikor Los Alamosba számottevő mennyiségben kezdett érkezni a 235U Oak Ridge-ből és a 239Pu Hanfordból, már véget ért a Németországgal vívott háború. 1945 májusában Hitler öngyilkos lett, a német hadsereg letette a fegyvert. A Németországba küldött különleges Alsos Kommandó kiderítette, hogy a németek nem is készültek atombombát gyártani. A Nobel-díjas Gábor Dénes, aki Magyarországról, majd Németországból emigrált Angliába, írta (1964):
„A háború alatt azok a nagy fizikusok, akik elsőrangú fontosságúnak tekintették, hogy megakadályozzák Németországot a háború megnyerésében, tehetségüket és munkájukat Amerikának adták és kifejlesztették az atombombát. Ezenközben a nagy német fizikusok önkéntesen visszavonták tehetségüket és támogatásukat a német atombombaprogramtól.”
A német összeomlás után Niels Bohr nem ment el többet Los Alamosba. Hangoztatta, hogy a háború után csak teljes körű nemzetközi ellenőrzés akadályozhatja meg a nukleáris fegyverkezési verseny elszabadulását.
Szilárd Leó a német vereséget látva még a német fegyverletétel előtt gondolkozni kezdett: „Mi értelme van a bombaépítés folytatásának?” Erről írt beadványát Compton, a Metallurgiai Laboratórium vezetője elolvasta, és 1945. április 12-én ezt mondta: „Remélem, ezt elküldi Roosevelt elnöknek, hogy ő is elolvassa.” De Roosevelt épp ezen a napon meghalt. Truman lett az új elnök, aki csak ezután értesült az atombombaprogramról. A fizikusok megnyugtatásra Compton igazgató úr egy bizottságot hozott létre a Németországból emigrált Nobel-díjas, James Franck vezetésével annak megvizsgálására, hogy kell-e használni az atombombát. A Franck-jelentés – amelynek szövegét Szilárd sugallta – azt ajánlotta, hogy ne vessék be az atombombát Japán ellen, hanem csak mutassák be annak hatását a japán vezérkar előtt azzal a figyelmeztetéssel, hogy ha Japán nem szünteti meg a háborúskodást, akkor bevetik ellene a bombát. A Franck-jelentést Compton hivatalosan elküldte Washingtonba, ott azonban a katonai vezetőség visszatartotta, az sohasem került Truman elnök kezébe. Ezek után a tapasztalatok után Szilárd Leó maga megfogalmazott egy Memorandumot, és az atomfizikusok közt körözte aláírásra:
„Tudományos fölfedezések, amelyekről az amerikai népnek nincs tudomása, befolyásolhatják e nemzet jövőjét. Mi, aláíró fizikusok az atomenergia területén dolgoztunk. Eddig attól féltünk, hogy az Egyesült Államokat atombomba-támadás érheti. Azt gondoltuk, hogy ennek megelőzésére az egyetlen lehetőség, hogy a támadót visszarettenti a nukleáris ellencsapástól való félelem. Ezt a fenyegetést mára elhárította Németország legyőzése. Úgy érezzük, hogy hangoztatnunk kell: nincs jogunk Japán ellen atomtámadást intézni, legalábbis addig nem, amíg részletesen nyilvánosságra nem hozzuk, milyen feltételeket rónánk ki Japánra, ha letenné a fegyvert. Atombombát sohasem szabad bevetni, mielőtt alaposan megfontolnák ennek erkölcsi felelősségét. Annak a nemzetnek, amely precedenst teremt azzal, hogy pusztításra alkalmazza a természet ezen most felszabadított erőit, viselnie kell a felelősséget, amiért egy elképzelhetetlen mértékű pusztítás előtt megnyitotta az ajtót. Ha megengedjük, hogy a háború után olyan helyzet alakuljon ki, amelyben a versengő hatalmak eme romboló eszközök ellenőrizetlen birtokosaivá válnak, akkor az Egyesült Államok és más nemzetek városait váratlan megsemmisülés folyamatos veszélye fogja fenyegetni. Az atomfegyver elterjedésének megakadályozása az Egyesült Államok szent kötelessége, hiszen ennek a nemzetnek adatott vezető szerep az atomenergia felszabadításában. Az ebből fakadó anyagi erőtöbblet az Egyesült Államokra az önkorlátozás kötelességét rója ki. Ha mi ezt a kötelezettséget megsértenénk, erkölcsi helyzetünk nemcsak a világ szemében rendülne meg, hanem saját szemünkben is. Sokkal nehezebbé tenné, hogy a pusztítás kiszabadított erőit újra ellenőrzés alá vonjuk.”
A Metallurgiai Laboratóriumban 68 atomfizikus írta alá a Memorandumot. Szilárd elküldte azt Oak Ridge-be és Los Alamosba. Wigner Jenő Oak Ridge-ben aláírta, és további aláírásokat is gyűjtött. Erről a szerzőnek ezt mondta:
„Szilárd elküldte nekem a Memorandumot, hogy köröztessem aláírásra. Amikor Oak Ridge-be vittem, a katonai parancsnok szememre vetette: »Ön most nyilvánosságra hozta, hogy az atomrobbanás lehetséges.« Azt fe-leltem: »Hiszen azt itt mindenki tudja!« Mire ő: „»Senki nem tudhatja.« Zavartan tértem vissza kollégáimhoz. Ott Alvin Weinberg ezt mondta: »De Groves tábornok maga tartott nekünk egy előadást, azt hangoztatván, hogy az atombomba Japán fölött fog robbanni.« Így a parancsnokkal történt következő találkozásomkor ezt mondtam: »Valamit tennünk kell, hogy a titkokat megőrizzük.« A tiszt rákérdezett: »Ki árult el titkot?« Azt feleltem: »Groves tábornok!« Mire ők meglepetten elhallgattak.” Egy más alkalommal Wigner ezt mondta: „Sohasem akartam, hogy a bombát ledobják Japánra. Nagyon sajnálom, hogy Amerika precedenst teremtett az atombombának háborús alkalmazására. Egy országnak sem vethetjük szemére, ha atombombát épít, mert mi is megtettük. Így az atombomba számomra szörnyű csalódássá vált.”
Szilárd Memorandumát Groves tábornok július 25. és augusztus 1. között visszatartotta. Ekkor Truman elnök már a győztesek potsdami konferenciáján tárgyalt, miután kiadta volt a parancsot az atombomba Japán ellen történő bevetésére. Szilárd az utolsó pillanatig nem adta föl: elhatározta, hogy nyilvánosságra hozza Memorandumát. Erre azt James S. Murray ezredes, a Manhattan Program biztonsági tisztje hivatalosan titkosnak nyilvánította.
1945. augusztus 6-án 235U töltésű uránbomba robbant Hirosima belvárosa fölött. 1945. augusztus 9-én plutóniumbomba robbant Nagaszaki belvárosa fölött. 1945. augusztus 15-én a japán császár rádióbeszédben jelentette be Japán feltétel nélküli fegyverletételét. Teller Ede mondta erről:
„Azt hiszem, hogy nem volt szükséges ledobni a hirosimai bombát. Abban pedig biztos vagyok, hogy nem volt szükség a nagaszaki bomba ledobására. Ahogy múltak az évek, az emberek félni kezdtek. Hiszen Hirosima után emberek milliárdjai álltak értetlenül az előtt, ami történt. Kis félelemből egyre nagyobb félelem támadt: az emberek félni kezdtek az atomtól és a sugárzástól. Pedig Roosevelt elnök már a világgazdasági válság idején megmondta: »Semmitől sem kell félnünk, csak a félelemtől.«”
A támadás után Dwight Eisenhower tábornok, a szövetséges erők főparancsnoka (később amerikai elnök, az Atom a Békéért Díj kezdeményezője) elmondta:
„Az atombomba ledobását azért elleneztem, mert Japán már le volt verve, az atombomba bevetése nem volt indokolt. Az Egyesült Államok elkerülhette volna az emberek tömegpusztító fegyver alkalmazása által kiváltott ellenszenvét, mert erre nem volt szükség amerikai életek megmentése érdekében.”
A hirosimai és nagaszaki bomba nem is annyira a már legyőzött Japánnak szánt utolsó döfés volt, mint inkább a Szovjetuniónak szánt nyomatékos figyelmeztetés a háború utánra. De megint Szilárd Leónak lett igaza: 1945-ben a Hirosima és Nagaszaki fölött robbant atombombák új típusú láncreakciót szabadítottak el. Az Egyesült Államok azért csinált atombombákat, mert a (nem létező) német atomfegyverkezéstől tartott. A Szovjetunió nukleáris fegyverkezésbe kezdett, mert félt az amerikai katonai fölénytől. Anglia, Franciaország és Kína is megcsinálta a maga atombombáját, mert félt a Szovjetuniótól. India saját atombombát robbantott, mert félt Kínától. Pakisztán Indiától tartva fejlesztett ki saját atomfegyvert. Irán javasolt egy közép-keleti atomfegyvermentes övezetet, de ezt nem fogadták el. Izrael nukleáris programjának kiváltója a mohamedán országok katonai támadásától való félelem. Irak megkezdett, de külső hatásra leállított nukleáris kutatását Izrael atomfegyverkezésével magyarázta. Dél-Afrika saját atombombát fejlesztett ki, hogy ellensúlyozza a fekete országok katonai túlsúlyát. (A demokratikus átalakulás után fölszámolta atomfegyverkészletét.) A hidegháború és a nukleáris fegyverkezési verseny a félelem láncreakciója.
Az emigráns magyar fizikusok politikai tapasztalata és ebből fakadó érzékenysége arra ösztönözte őket, hogy kiutat találjanak a kockázattal fenyegető fegyverkezési versenyből. Az amerikai közönség őket a nukleáris aréna legvadabb szereplőiként ismerte meg.
1941. egyik szeptemberi délutánján a Columbia Egyetem kertjében sétálva Fermi megkérdezte Tellert: a hasadási bombarobbanás magas hőmérséklete nem indíthat-e be hasonló termonukleáris fúziót itt a Földön. Teller számításai azt jelezték, hogy igen: a hasadási bomba hője nehéz hidrogénben fúziós láncreakciót indíthat el. (A 2H+3H → 4He+n magfúzió fölszabaduló hője valóban biztosíthatja további magütközések energiaigényét.) Teller jól ismerte a nukleáris technikát, és megjósolta, hogy a Szovjetunió rövidesen ki fogja fejleszteni saját hasadási és fúziós atombombáját. 1949-ben, a szovjet plutóniumbomba felrobbantása után, Teller Ede ajánlására Truman elnök elrendelte a fúziós bomba kifejlesztését. Termonukleáris fúziót láncreakciószerűen 1951. május 9-én az amerikaiaknak sikerült létrehozni a déli Csendes-óceán Enitewok szigetén. Mint azt Teller megjósolta, a Szovjetunió sem késlekedett: 1953. augusztus 12-én sikeresen kipróbáltak egy termonukleáris szerkezetet, amit Andrej Szaharov és Jakov Zeldovics tervezett.
Wigner Jenő szelídebb természetű volt, ez gondolatait passzívabb megoldás: a polgári védelem felé vezette. „Úgy éreztem, hogy polgáraink megvédése sokkal erkölcsösebb eljárás, mint egyre több és nagyobb erejű fegyver tervezése, hogy velük idegen polgári személyeket öljenek meg.” Az I. világháború példáján megtanulta, hogy a lövészárkok majd olyan fontosak, mint a puskák. Európa a II. világháborúban eredményesen használta a légoltalmi óvóhelyeket. Így a Kölcsönösen Garantált Elpusztulás (Mutually Assured Destruction, azaz MAD) őrült stratégiája helyett Kölcsönösen Garantált Túlélés (Mutually Assured Survival, azaz MAS) néven más stratégiát ajánlott. Kennedy elnököt arra kérte, hogy fordítson figyelmet (és pénzt) nyilvános óvóhelyek építésére, és a nagyvárosok kiürítési tervének előkészítésére. A polgári védelem tervének egyik vitáján (Wigner távollétében) Teller egy göttingai történetet mesélt el. Wigner egy Heckman nevű csillagásszal hevert a göttingai uszoda pázsitján, amikor társa észrevette, hogy hangyák másznak Wigner lábán. „Nem csípnek?” – kérdezte Heckman. „De sajnos igen” – volt a válasz. – „Akkor miért nem ölöd meg őket?” Mire Wigner ezt mondta: „Mert nem tudom, melyik csípett meg!” – Woods Hole-ban hat héten át tartó agyviharoztató tárgyalás eredményeképpen Wigner irányításával kidolgozták a polgári védelem stratégiáját, amelyet az amerikai kormány mégsem épített ki.
Később Teller Ede is a Kölcsönösen Garantált Túlélés szószólójává vált, amikor Reagan elnöknek a Rakétaelhárító Rakétavédelmet javasolta. Az elnök erre alapozta a Stratégiai Védelmi Kezdeményezést. (Ennek adták kritikusai a Csillagháború becenevet.)
Szilárd Leó megértette, hogy az atomháború elfogadhatatlan alternatíva. Azzal érvelt, hogy 10000 atombomba olyan borzasztó túlpusztításra képesít, ami ellen sem katonai, sem polgári védelem nem tudná megóvni a lakosságot. Csak a Kölcsönösen Garantált Leszerelés jelenthet megoldást: a robbanófejek számának 100-ra (esetleg 1000-re) történő lecsökkentése tenné lehetővé a Kölcsönösen Garantált Túlélést. Szilárd látta, hogy a leszerelés fő akadálya a bizalmatlanság, ezért aktívan részt vett a tudósok nemzetközi Pugwash békemozgalmában, amerikai és szovjet atomfizikusok találkozóinak megszervezésében. Még a szovjet tudósok is „az emberiség vezető lelkiismeretének” tekintették. Sajnos, ezt a javaslatot sem fogadta el Amerika.
A sajtó szerint Teller Ede, Neumann János, Wigner Jenő héják voltak, Szilárd Leó, Kemény János, Szent-Györgyi Albert pedig galambok. A két tábor tüzes sajtó- és televízió-vitákat folytatott egymással: ugyanazt a végcélt különböző utakon próbálták elérni. A kölcsönös barátság és megbecsülés nem tompította érvelésük élét, mert magas volt a tét: az ember túlélése. A két szuperhatalom hidegháborúja 1945-ben kezdődött, és az 1980-as évekre dőlt el – Amerika javára. A történelem egyszer majd eldönti, melyik tudósunknak volt igaza. Meglehet: nukleáris elrettentés kiépítése és összekötő hidak verése egyaránt hozzájárult a globális nukleáris végítélet elkerüléséhez. A szörnyű fegyvert kétszer vetették be emberek ellen, Hirosimában és Nagaszakiban, borzasztó következményekkel. De ezután a 20. század egész második fele az atombéke időszaka volt. (Azóta a Közel-Keleten is, Boszniában is több embert öltek meg nemzeti–vallási eszmék nevében konvencionális kémiai robbanószerekkel, mint amennyi Hirosimában és Nagaszakiban elpusztult.)
Hasadási és fúziós bombák gyártásához plutóniumra volt szükség. A plutóniumtermelő katonai reaktorok grafitot használtak arra, hogy a hasadásban keletkezett gyors neutronokat lelassítsák a hasításhoz előnyös kis sebességekre. A neutron-ütközések azonban szénatomokat löknek ki a grafit kristályrácsából. Kristályhibák halmozódnak fel. Ha az ilyen hibagazdag grafit fölmelegszik, a mocorgó szénatomok visszapottyanhatnak a kristályrend által megszabott helyükre, ami energiafelszabadulással jár. Ily módon a kristályhibás reaktorgrafit csekély fölmelegedése arra vezethet, hogy az felizzik. Ezt a fenyegető lehetőséget Wigner Jenő tanulmányozta a hanfordi teljesítményreaktorok tervezése során. Ma Wigner-effektus (becenevén wigneritisz) néven tartják számon. Wigner rámutatott, hogy a hatás megelőzhető, ha a reaktor grafitját szabályos időközönként (nem túl ritkán) ellenőrzött körülmények közt fölmelegítik, lehetőséget adván a kristálynak önmaga újrarendezésére. Ezt az eljárást Amerika minden grafitos reaktoránál alkalmazzák.
Windscale Angliában van. Ott egy plutóniumtermelő reaktorban üzemzavar támadt, mert késve és óvatlanul hajtották végre a szándékolt fölmelegítést, így a grafit tüzet fogott. A reaktor szerencsére védőburokkal volt elszigetelve a külvilágtól. Az angol kezelőszemélyzet gondosan járt el: a tüzet nem vízzel próbálták eloltani, ekkor a fejlődött gőz szertevitte volna a radioaktivitást. Szén-dioxiddal oltottak. A katasztrófát elkerülték. De Wigner nem örült, hogy a bajról Wigner-effektusként adtak hírt. Hangoztatta, hogy nem ő okozta az üzemzavart, hanem az ellenőrzés alól kiszabadult szénatomok. Javasolta, hogy a jövőben Windscale-effektusról beszéljenek.
1943-ban, a hanfordi grafitlassítós reaktor tervezésével egy időben más alternatívákat is kerestek. Wigner Jenő biztatta tervezőcsapatát: vizsgáljanak meg más neutronlassítási lehetőségeket is: Be, BeO, nehézvíz, és hozzátette: „A könnyűvízről se feledkezzetek meg!” – Alvin Weinberg azt találta, hogy a természetes urán, mint hasadóanyag és a természetes víz, mint neutronlassító 98%-os neutronsokszorozást képes megvalósítani, ami majdnem elég a láncreakcióhoz. Weinberg ezt mondta:
„1945 után Wigner Jenő volt az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium igazgatója. Javasolta, hogy építsünk egy kísérleti reaktort természetes urán fűtőanyaggal, nehézvíz lassítóval és könnyűvíz hűtéssel. 1945-ben a Haditengerészettől fölkeresett Abelson ezredes, azt kérdezve, miként volna atomreaktor fölhasználható tengeralattjáró hajtására. Jelentésemben ezt írtam: »Ezeknek a reaktoroknak kompaktaknak kell lenniük. A legegyszerűbb megoldás, ha neutronlassításra és hűtésre egyaránt természetes vizet használunk. De ehhez az urán 235U-tartalmát a természetes 0,7%-ról meg kell növelni körülbelül 3%-ra.« A nehézvizet az egyszerűség kedvéért hagytam el. Az első reaktor, amelynek fűtőanyaga dúsított urán, lassítója és hűtőközege természetes víz volt, a víz alacsony forrpontja miatt csak 17% termikus hatásfokot tudott elérni. Atom-tengeralattjárók reaktorában már magas nyomás alatt lévő vizet alkalmaztak, hogy fölemeljék a víz forrpontját. Ma világszerte nyomottvizes reaktorokat használnak a villanyfejlesztő atomerőművekben is. Noha Wigner Jenő maga nem tervezett ilyen atomerőművet, mégis őt tekinthetjük a vízzel lassító és vízzel hűtő erőművi reaktorok nagypapájának.”
Wigner Jenő egyik reaktorszabadalma
A Vízzel-lassító, Vízzel-hűtött Energia-termelő Reaktor (VVER) nagy előnye, hogy túlhevülés esetén a víz elforr. Lassítás nélkül viszont a gyors neutronokat elnyeli a 238U, ezért a reaktor önként leáll. Ezért a VVER reaktor szerkezeténél fogva stabil.
Wigner Jenő egyik tenyésztő-reaktor szabadalma
A Duna menti Paksi Atomerőmű négy VVER reaktora a Magyarországon használt villamos energia közel 40%-át adja, a többi erőműnél olcsóbban. Azok a környezetféltő hirdetések, hogy „hagyd otthon az autód, szállj villamosra”, voltaképp az atomenergiát propagálják. A Paksi Atomerőmű vízzel lassít és vízzel hűt, tehát szerkezetileg stabil. A reaktorokat Oroszországban tervezték, de Finnországban és Magyarországon készítettek hozzá ellenőrző és szabályozó elektronikát. Az itthon készített számítógépes szimulátoron a reaktorkezelők megtapasztalhatják és megérthetik, melyik jelzés milyen zavarra utal, és az hogyan védhető ki. Az erőművet kritikus szemmel megvizsgálta a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség ellenőrző csapata, és jelentésében megállapította: ez a legbiztonságosabb és legtisztább atomerőmű Kelet-Európában. A négy paksi reaktor a nukleáris ipar TOP 25 (A LEGJOBB 25) nemzetközi rangsorában (világelsők közt) szerepel. Ha egy masina (például autó vagy atomerőmű) megbízhatóságát aszerint ítéljük meg, hogy a megépítése óta eltelt idő hányadrészében működött (milyen keveset állt üzemhiba és szervizelés miatt), akkor a magyar atomerőmű legelső a világon. A Paksi Atomerőművet szakértő figyelemmel fölkeresték a reaktortervezés és reaktorbiztonság legkiválóbbjai: Alwin Weinberg, Wigner Jenő, Teller Ede is, és a látogatás után kifejezték elismerésüket a szerkezet biztonsága, a kezelőszemélyzet szaktudása iránt.
Az Egyesült Nemzetek Atom a Békéért Díját 1959-ben (amikor Fermi már nem élt) Szilárd Leó és Wigner Jenő kapta meg az atomreaktor föltalálásáért, az 1960-as díjat pedig Alvin Weinberg (Wigner tanítványa) és Walter Zinn (Szilárd munkatársa), a hivatalos indoklás szerint azért, hogy „megtiszteljék azt a négy embert, akik minden élő ember közül a legtöbbet tették a maghasadási reaktor kezdeményezéséért és tökéletessé tételéért. Minden eddig konstruált eszköz közül ez bizonyult a legalkalmasabbnak arra, hogy gyakorlatilag hasznosítsa az atommag energiáját és radioizotópokat termeljen. Ha bölcsen fogjuk használni az atom eme ajándékait, az felbecsülhetetlen jótétemény lesz az emberiség számára.”
