Novákoviny

Objev uměle vyrobeného prvku většinou vzruší jen fyziky – první z nich ale zásadním způsobem ovlivnil moderní dějiny lidstva. Roku 1941 byla na University of California at Berkeley vědecky potvrzena existence plutonia, které se tam podařilo připravit o dva měsíce dřív, v roce 1940. Nový prvek pak otevřel cestu k mírovému i válečnému využití a zásadně ovlivnil další vývoj lidské civilizace

Co umí plutonium v praxi, se měli vědci poprvé přesvědčit brzy na to při testu první jaderné pumy. Když se 16. července 1945 ocelová věž tyčící se nad pouští Nového Mexika nedaleko městečka Almogordo proměnila v oslepující ohnivou kouli, Robert Oppenheimler, vědecký vedoucí programu si vzpomněl na staroindický epos Bhadavagíta: "Zář všemocného bez hranic a konce, toť tisíc sluncí rázem vyšlehnuvších..." Zdrojem apokalyptické energie byl právě prvek plutonium, jehož objev byl potvrzen 23. února v Berkeley.

Exploze Tlustého muže

O této explozi se ještě nikdo nesměl dovědět, sílu nového prvku ale už brzy vlastní kůži pocítili obyvatelé japonského Nagasaki, když jim 9. srpna 1945 nad hlavami explodovala jaderná puma s přezdívkou Fat Man (Tlustý muž).

obr: První plutoniová jaderná bomba Fat Man

Přibližně 40 tisíc mrtvých a téměř úplná destrukce města s vojenským průmyslem byly poslední pádné argumenty, které přiměly japonskou vládu ke kapitulaci. (Naproti tomu první v praxi použitá jaderná puma, která zasáhla Hirošimu 6. srpna téhož roku, nepoužívala k jaderné reakci plutonium, ale izotop uranu 235).

Plutonium má význam také v jaderné energetice a v elektrických článcích s dlouhou životností - ty jsou například zdrojem energie v kosmických sondách mířících do vzdálených oblastí sluneční soustavy. Současně je ale také jednou z nejtoxičtějších látek - k usmrcení člověka stačí už mikrogramová dávka, která se dostane do krevního oběhu.

Až do druhé světové války všechny nově objevené prvky pocházely z přírody, kde se schovávaly v nerostech - sice často v malých koncentracích a jako součást složitých molekul, ale přece jen tu už byly. Naproti tomu přírodní výskyt plutonia nebyl znám (dnes se ví, že se ve stopovém množství vyskytuje v uranových rudách), takže se muselo vyrobit z jiného prvku. V podstatě se tak splnil sen starých alchymistů snících o transmutacích prvků už od starověku. I když ti měli úplně jiné představy o postupech, i o výsledku...

Ve skutečnosti se ale z objevu plutonia tehdy neradovala ani drtivá většina vědců - prostě proto, že jim o něm nikdo neřekl. Šlo totiž o součást přísně utajovaného úsilí v rámci amerického projektu Manhattan směřujícího k vyvinutí zbraně, o jaké se dosud vojákům ani nesnilo: jaderné pumy. A ve hře bylo hodně, protože stejný nápad měli také fyzikové v Hitlerově Třetí říši.

Splněný sen alchymistů

Že je vznik nového prvku teoreticky možný, to se tehdy vědělo už několik let. Vědělo se ale ještě něco jiného: že je možné rozbíjet atomy a měnit tak jedny prvky v jiné, jak o tom snili alchymisté. A především, že je to cesta k uvolnění obrovské energie ukryté v jádru atomu. Na začátku této cesty byl roku 1932 James Chadwick, který rozpoznal neutronové záření. Neutron může atomová jádra rozbíjet poměrně snadno, protože nemá elektrický náboj, takže jeho dráhu neodklánějí záporně nabité elektrony ani kladně nabité protony. Projede proto atomem jako nůž máslem.

obr: Fermiho jaderný reaktor v Chicagu

Prakticky se takto v roce 1938 podařilo německým fyzikům Otto Hahnovi, Lise Meitnerové a Fritzi Strasmannovi rozbít atom uranu. Ti také teoreticky popsali řetězovou reakci, která v tomto štěpení atomového jádra pokračuje samovolně a vyvine při tom nesrovnatelně víc energie, než je potřebné k jejímu spuštění. Krátce na to italský fyzik Enrico Fermi nechal neutrony procházet vodou nebo jinou látkou, což je zpomalilo natolik, že rozbíjely atomová jádra s mnohem větší účinností. Tak se otevřela cesta ke stavbě jaderných reaktorů, jaderné zbraně - a k výrobě plutonia.

Až sem došla jaderná fyzika před vypuknutím druhé světové války. Z objevů vyplývaly dvě věci, jejichž převratný význam si tehdy ale dokázal uvědomit jen málokdo: ostřelováním uranu neutrony je možné uměle vyrobit nový prvek, který bude v tabulce prvků na 94. místě - a tento prvek použít v jaderné pumě. Kromě toho jde takovou zbraň vytvořit i přímo z izotopu uranu 235. Ten se sice v přírodě vyskytuje, ale jen ve směsi s uranem 238 a v nepatrných koncentracích.

K jaderné zbrani, která mohla rozhodnout válku, tedy vedly dvě cesty: přes ještě neexistující prvek s pořadovým číslem 94 a přes obtížné získávání uranu 245 z přírodní uranové rudy. Kolem německého jaderného výzkumu za války je sice stále mnoho nejasností, skoro jistě ale Hitlerovi vědci šli jen druhou cestou. Naproti tomu Američané (z velké části ovšem evropští fyzikové, kteří do USA utekli před Hitlerem) se velkoryse rozhodli vyzkoušet cesty obě.

Vědělo se také, že nový prvek půjde v potřebném množství poměrně pohodlně vyrábět v jaderných reaktorech, kde vzniká jako produkt řízeného štěpení uranu. Jenže i jaderný reaktor bylo teprve nutné vyvinout a postavit. Všechno nasvědčuje tomu, že němečtí vědci se o to pokoušeli neúspěšně.

A tak se první takový reaktor rozběhl na druhé straně válečných front - v Chicagu 2. prosince 1942. Konstrukce tohoto reaktoru byla velmi primitivní - vlastně šlo jen o vhodně naskládané kostky uranu, oxidu uranu a grafitu, který zpomaloval neutrony. I proto se mu začalo říkat Pile (Hromada). Jeho stavbu vedl právě Enrico Fermi, který už dřív emigroval z rodné Itálie do USA, protože jeho žena Laura byla židovského původu. Tou dobou už ale celé dva roky nový prvek existoval, protože jiní vědci ho připravili za pomoci cyklotronu. Dostal jméno plutonium podle planety Pluto.

Dobře utajený úspěch

Zatímco probíhal vývoj reaktoru, čtveřice vědců z radiologické laboratoře univerzity v Berkeley zkoušela získat pro výzkum vlastností aspoň malé množství předpovězeného prvku. Glenn T. Seaborg, Edwin McMillan, Joseph W. Kennedy a Arthur Wahl k tomu použili malý cyklotron - zařízení, které pomocí kombinace magnetického a elektrického pole urychluje elektricky nabité částice, jimiž pak lze bombardovat zkoumané látky a analyzovat produkty srážek.

obr: Jeden z objevitelů plutonia, Glenn T. Seaborg

V tomto případě fyzikové jako projektily použili jádra atomů vodíku (alfačástice) a terčem byl uran. V důsledku srážky alfačástic s atomy uranu měl vzniknout prvek s pořadovým číslem 94. Ve skutečnosti nejdřív vznikl prvek s pořadovým číslem 93 (později dostal název neptunium), který se v přírodě také nevyskytuje, prvenství by tedy vlastně mělo patřit jemu. Jenže má krátký poločas rozpadu a už za dva dny se z něj stalo kýžené plutonium, které vědce (a vojáky) zajímalo mnohem víc.

To se podařilo 14. prosince 1940, trvalo však ještě několik týdnů, než se bylo možné existenci nepatrného množství plutonia ve vzorku bezpečně prokázat. K tomu došlo až 23. února 1941 - a právě tento den je považován za oficiální datum narození prvního umělého prvku.

Hned v březnu vědci poslali zprávu do vědeckého časopisu Physical Review, ta však nemohla být zveřejněná kvůli válečnému utajení projektu Manhattan. Svět se tak o objevu plutonia dověděl až po skončení války.

Blízko k objevu měli tou dobou také britští vědci z Cavendishovy laboratoře v Cambridge. Egon Bretscher a Norman Feather tam navrhli získat nový prvek bombardováním uranu zpomalenými neutrony. Upozornili i na to, že by jej bylo možné použít ke spuštění štěpné reakce.

Američané už ale totéž zkoušeli v praxi. Glenn T. Seaborg pak pracoval ve Fermiho týmu jako expert na získávání plutonia z produktů štěpné reakce v reaktoru. Teprve v srpnu 1942 se ale podařilo získat celé 3 mikrogramy, které stačily na provedení potřebných analýz. A až roku 1945 měli Američané pár kilogramů, z nichž mohli postavit dvě pumy - jednu pro pokus v Novém Mexiku a druhou pro Nagasaki

.

Jan A. Novák

obr: Jaderná exploze nad Nagasaki

You have no rights to post comments