Bomba Atômica: Projeto Manhattan e o Ataque Nuclear ao Japão

POR Pedro Coelho

Publicado: sábado, 21 de fevereiro de 2015

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Em 1939, vários cientistas norte-americanos, muitos deles refugiados de regimes fascistas na Europa, começaram a tomar medidas, para explorar o processo de fissão nuclear. Sendo isso algo que acabou futuramente sendo reconhecido para fins militares.

A nuvem de cogumelo sobre Hiroshima (esquerda) após a queda da Little Boy e sobre Nagasaki (direita), após a queda da Fat Man

O primeiro contato dos cientistas com governo foi feito por George Braxton Pegram, da Universidade de Columbia, que organizou uma conferência entre Enrico Fermi o Ministério da Marinha em março de 1939.

Após isso, no verão de 1939, Albert Einstein foi persuadido por seus colegas cientistas a usar sua influência e apresentar o potencial militar de uma reação em cadeia de fissão descontrolada ao até então Presidente Franklin Delano Roosevelt.

Em fevereiro de 1940, o governo disponibilizou 6 mil dólares para iniciar a investigação sob a supervisão de uma comissão chefiada por Lyman James Briggs, diretor do National Bureau of Standards.

No mesmo ano coincidentemente, soube-se , que os cientistas alemães estavam trabalhando em um projeto semelhante e que os britânicos também estavam explorando o problema.

Duvidas em Relação ao Projeto e o seu crescimento

No inicio do verão de 1940, um grande apoio financeiro não poderia ser esperado, para os pesquisadores atômicos. Ao invés disso, crescia o número de indivíduos e organizações, que era contra o projeto, considerando-o projeto “irrazoável“ para o qual as perspectivas apresentadas pelos físicos eram, para dizer o mínimo, duvidosas.

No começo de 1941, os cientistas produziram os 2 primeiros elementos transurânicos o netúnio e o plutônio. Descobriu se que o isótopo do plutônio com um peso atômico de 239, também era fissivel. Inicialmente, os cientistas obtiveram apenas quantidades infinitesimais de plutônio. Sendo que isso não intimidou os cientistas na época.

No outono de 1941, Harold Clayton Urey e George Braxton Pegram foram para a Inglaterra para tentar configurar um esforço cooperativo, mas só em 1943 uma comissão política combinada com a Grã-Bretanha e no Canadá foi estabelecida. Sendo que nesse ano, um número de cientistas desses países se mudou para os Estados Unidos para participar do projeto lá.

Em dezembro de 1941, por causa do grande número de indivíduos e organizações contra o projeto, Albert Einstein interveio na comissão do projeto, estabelecendo que uma bomba atômica poderia ser construída antes do fim da guerra. Somente então veio a decisão longamente adiada, para prosseguir com todo o fervor com a construção da nova arma.

Sendo que essa intervenção aconteceu um dia antes dos japoneses atacarem Pearl Harbour e os Estados Unidos entrarem na segunda grande guerra.

Franklin Delano Roosevelt assinando a declaração de guerra no dia seguinte ao ataque de Pearl Harbor

O projeto manhattan ganha força

Em 6 de dezembro de 1941, o projeto foi colocado sob a direção do Gabinete de Investigação Científica e Desenvolvimento, que era presidido por Vannevar Bush. Depois da entrada dos Estados Unidos na guerra, a responsabilidade conjunta do projeto foi dada ao departamento de guerra, para a construção de plantas-piloto, laboratórios e instalações de produção de materiais fissiveis, que deveriam ser construídos pelo serviço de engenharia do exercito de modo que os cientistas reunidos poderiam levar a cabo a sua missão.

Em junho de 1942, o Corpo de Engenharia do Distrito de Manhattan foi inicialmente designado a gestão dos trabalhos de construção (porque grande parte das primeiras pesquisas foram realizadas na Universidade de Columbia, em Manhattan), com isso, o projeto começou ganhar bastante força.

Em setembro de 1942 o brigadeiro-general Leslie Richard Groves foi encarregado de comandar e dirigir as atividades do exercito no projeto e, quando ele se encontrou pela primeira vez com seu corpo de auxiliares pela primeira vez, em Los Alamos disse-lhes que se lembrassem sempre de que teriam que lidar com a maior coleção de malucos jamais reunida. Sendo que nessa época, os cientistas descobriram que o isótopo do Urânio 235 era o responsável pela fissão do Urânio.

Brigadeiro General Leslie Richard Groves

Problemas do Projeto Manhattan

O urânio-235 é um componente essencial para fissão nuclear, porém, não pode ser separado por meios químicos de seu companheiro natural Urânio 238, que é mais abundante, logo, devendo ser separado por métodos físicos.

Os cientistas exploraram vários métodos para se fazer isso intensamente, e dentre esses métodos dois foram escolhidos, o processo eletromagnético desenvolvido na Universidade da Califórnia em Berkeley sob a supervisão de Ernest Orlando Lawrence e o processo de difusão desenvolvido sob a supervisão de Urey na Universidade de Columbia.

Sendo que ambos os processos necessitam de instalações complexas e enormes quantidades de energia elétrica para produzir até mesmo pequenas quantidades de urânio-235. Philip Hauge Abelson desenvolveram um terceiro método chamado de difusão térmica, que também foi utilizado para se efetuar uma separação preliminar. Sendo todos estes métodos utilizados na produção de Urânio 235 em uma área de 180 quilômetros quadrados, perto de Knoxville, Tennessee, originalmente conhecida como Clinton Engineer Works, mais tardiamente conhecida como Oak Ridge.

Instalações de obtenção de Urânio 235

Primeiro Reator Nuclear de Fissão

Apenas um método estava disponível para a produção de um material físsil, o plutônio-239. Esse método foi desenvolvido no laboratório metalúrgico, da Universidade de Chicago, sob a direção de Arthur Holly Compton e envolveu a transmutação em um reator de urânio-238.

Em 2 de dezembro de 1942, Enrico Fermi conseguiu emigrar, para os estados unidos, tendo se tornado professor na Universidade de Columbia,mas um tempo depois acabou se mudando para o Laboratório Nacional de Los Alamos, para trabalhar no Projeto Manhattan. No projeto, ele e seus colaboradores conseguiram produzir e controlar com sucesso a reação em cadeia de fissão em um reator de Chicago. Sendo isso algo que até então era apenas uma ideia.

Primeiro Reator Nuclear

No reator, uma pilha atômica, composta de blocos de grafite e urânio, produziu um número elevado de nêutrons livres, assim que uma barra de cádmio, que absorve os nêutrons foi afastada. Essa foi a primeira reação nuclear do mundo.

A fissão nuclear libera energia continuamente, na forma de calor, o que tende a impelir a continuação da reação em cadeia. O reator deve ser resfriado, consequentemente. Foi por isso que o primeiro grande reator ficou instalado em Hanford, Washington, onde o rio Savannah fornece amplas quantidades de água fria.

O calor, todavia, é mais que um companheiro indesejável nas reações em cadeia; ele constitui a única forma utilizável de energia obtida do núcleo, que pode ser usada para aquecer as cadeiras de uma estação de força.

Logo a produção de calor, que era um inconveniente considerável no reator de pesquisas, transformou-se em uma das principais tarefas do reator que foi produzir energia. Além da principal tarefa , que é a produção de isótopos radioativos artificiais e elementos fissiveis, tal como o plutônio 239.

No reator de fissão, o intenso bombardeio dos elétrons livres despedaça os núcleos urânio 235 e produz núcleos de numerosos elementos mais leves. O núcleo mais estável do Urânio 238 não se rompe, mas absorve um nêutron para cada núcleo que possui. O produto é o isótopo radioativo urânio 239, que tem um tempo meia vida de 23 minutos.

Nesse curto espaço de tempo, uma das metades transforma-se no novo elemento, neptúnio, que também possui vida curta, já que metade dele se desintegra em 2 ou 3 dias, formando um outro elemento, o plutônio. Este é mais estável, sendo o seu tempo de meia vida de 24000 anos. A sua Fissão, porém, por meio dos nêutrons livres, vagarosos, ocorre mais facilmente do que a de qualquer outro elemento natural.

Primeira Bomba Atômica - Teste Trinity

No inicio de 1943, os cientistas atômicos enfrentaram diversos problemas muito complicados. Pois, eram necessárias instalações de pesquisa de um novo tipo para preparar a bomba atômica. Tinha de ser construída uma gigantesca indústria a partir do nada, para manufaturar o urânio 235. Alem disso, deveriam ser construídos reatores nucleares para produzir o plutônio.

Julius Robert Oppenheimer e Leslie Groves em restos do teste Trinity, em setembro de 1945

Nesse mesmo ano, foi criado um laboratório em uma colina isolada em Los Alamos, Novo México, 55 km ao norte de Santa Fe, que foi dirigido por Julius Robert Oppenheimer, para desenvolver métodos de redução dos produtos de fissão das plantas de produção de metal puro e fabricação de metal para formas necessárias.

No começo dos trabalhos, havia um certo medo nessa operação, pois, não se sabia inteiramente os riscos envolvidos no manuseio de plutônio, mas já se sabia que de uma partícula de plutônio, de um milionésimo de grama, destrói-se inteiramente os ossos e tecidos, com resultados fatais.

Existia também o perigo de uma explosão espontânea, involuntária. Ninguém sabia o total de plutônio que podia ser armazenado sem que ocorresse risco de explosão. A única informação disponível era teórica baseada em cálculos. Enquanto a quantidade de plutônio facilmente fissivel permanecia pequena não podia explodir, porque a maioria dos nêutrons livres desprendidos a medida que se desintegrava, era dissipada sem provocar fissão de outros núcleos. Quanto maior a quantidade de plutônio, menor será a de nêutrons liberados. Uma vez que a massa alcance um certo volume, permaneciam nêutrons suficientes para causar a fissão de outros núcleos; a reação em cadeia crescia, então, a um grau enorme e ocorria uma explosão atômica. A esta massa deu-se o nome especial de massa critica.

A carga principal da bomba atômica, portanto, tinha de ser ligeiramente menor que a massa critica. Somente quando a massa critica era estabelecida, podia-se adicionar bastante plutônio, para exceder a massa critica. O numero exato, para a solução deste problema difícil e assustador, podia ser obtido unicamente por meio experimental.

Os físicos procuraram arduamente essa massa critica, pois a qualquer momento, a montagem experimental da bomba podia explodir, mas, felizmente, a experiência foi bem sucedida.O canadense Louis Slotin, que era filho de refugiados russos, foi o físico que descobriu essa massa critica.Além disso, ele também foi o homem que montou a primeira bomba atômica para o teste Trinity, em Alamogordo.

No verão de 1945, os cientistas tinham quantidades de plutônio-239 suficiente para produzir uma bomba atômica, apenas faltando desenvolver o design da bomba e agendar um teste, para ver o poder destrutivo da bomba.

Ataques Nucleares ao Japão e o fim da Segunda Grande Guerra

Em 12 de julho de 1945, a primeira bomba atômica foi montada em uma velha casa de fazenda, no novo México. Sendo levada a um site da base aérea de Alamogordo, que fica a 193 km ao sul de Albuquerque, Novo México.

Onde a bomba foi içada ao alto de uma torre de aço cercada por equipamentos científicos, com monitoramento remoto, que foi monitorado por cientistas e alguns dignitários, que ocuparam bunkers a uma distancia de 9 km do lugar da explosão.

A detonação da primeira bomba atômica ocorreu em 16 de julho de 1945 as 5h30, a explosão da bomba gerou um intenso flash de luz, uma súbita onda de calor, e mais tarde um tremendo rugido como a onda de choque passou e ecoou no vale. Uma bola de fogo imensa subiu rapidamente, seguida por uma nuvem de cogumelo que se formou e se estendeu por aproximadamente 12.200 metros.

Detonação da primeira bomba atômica no teste Trinity

Essa primeira bomba atômica tinha um poder explosivo equivalente a 15.000 a 20.000 toneladas de TNT; a torre onde a bomba tinha sido içada foi completamente vaporizada e a superfície do deserto em um raio de 730 metros fundiu e virou vidro.

Após esse teste, o presidente Harry S.Truman ( que se tornou presidente após o falecimento de Roosevelt em 12 de abril de 1945 ) ficou com uma pesada responsabilidade em suas mãos, de decidir sobre o uso dessa nova e amedrontadora arma na guerra, cujos efeitos eram bem conhecidos.

O poder da bomba atômica e tão amedrontador, que o general Thomas Farrell, por exemplo, que testemunhou visualmente a explosão da primeira bomba atômica no teste Trinity afirmou certa vez:

“Trinta segundos após a explosão, a principio o ar expandiu-se fazendo grande pressão contra as pessoas e os objetos, para ser seguido imediatamente pelo ribombo forte, intermitente e terrível, como que anunciando o dia do juízo final e fazendo-nos sentir blasfemos e pequeninos pela ousadia de querer alterar as forças até então reservadas ao Todo Poderoso.”

Primeiro Ataque Nuclear

Em 6 de agosto de 1945, três semanas após o teste “Trinity”, o avião Enola Gay decolou de Tinian, uma ilha a 2000 milhas do Japão, dirigindo-se a Hiroshima, para lançar a primeira bomba atômica, chamada de “little boy” que tinha como material físsil o Urânio 235.

Avião Enola Gay e o coronel Paul Tibbets

A explosão da bomba destruiu tudo em uma distância aproximada de 1,5 Km do núcleo central da explosão, mergulhando toda a cidade em um mar de chamas sem fim. Nessa explosão morreram aproximadamente cerca de 70 mil pessoas, sem contar o numero de habitantes que morreram anos depois com as consequências causadas pela radiação da bomba.

Bomba Atômica Little Boy, que foi atacada em Hiroshima.

Segundo Ataque Nuclear e a Rendição do Japão

Em 9 de agosto de 1945, os Estados Unidos repetiu o ataque, mas dessa vez foi sobre Nagazaki. A bomba atacada em Nagazaki foi Fat Man, que tinha como material físsil o plutônio.A explosão da bomba matou cerca 40 mil pessoas, sem contar o numero de habitantes que morreram anos depois com as consequências causadas pela radiação da bomba.

Bomba Atômica Fat Man, que foi atacada em Nagazaki

O ataque dessa segunda bomba e as ameaças de um terceiro ataque nuclear fez com que o Japão se rendesse. No dia 14 de agosto de 1945 o Japão se rendeu e acabou Segunda Guerra Mundial

A morte de Stolin

Quase um ano mais tarde, em 21 de maio de 1946, enquanto estava trabalhando em bomba atômica que deveria explodir em um teste nas águas do Bikini Atoll, no pacifico, sua chave de fenda escorregou; os dois hemisférios sub-criticos juntaram-se e teve inicio, instantaneamente a uma reação em cadeia.

Louis Stolin

Ao invés de recuar, Stolin segurou os hemisférios com as mãos desprotegidas e interrompeu a reação. Agindo assim, entretanto, salvou a vida dos homens que trabalhava consigo na sala, mas acabou recebendo uma dose letal de radiação, fazendo-o morrer nove dias depois.

Fim do projeto Manhattan

O projeto Manhattan foi um projeto imenso, que reuniu um numero enorme de trabalhadores, cerca de 600.000 mil pessoas foram contratadas, para trabalhar no projeto. O custo desse projeto foi superior a dois bilhões de dólares e, ele oficialmente acabou em 31 de dezembro de 1946, mas, no entanto, a pesquisa refere nte à energia nuclear e as bombas nucleares não acabou. Sendo que no começo da década de 50, os Estados Unidos desenvolveu uma bomba bem mais terrível que a bomba atômica, a bomba de hidrogênio.

Presidente Truman assinando a Lei de Energia Atômica de 1946, que institui a Comissão de Energia Atomica dos Estados Unidos

Contribuições de Einstein e Oppenheimer no Projeto Manhatan

Albert Einstein e Julius Robert Oppenheimer desempenharam papéis cruciais no Projeto Manhattan, que foi um projeto de pesquisa e desenvolvimento dos Estados Unidos durante a Segunda Guerra Mundial, com o objetivo de construir a primeira bomba atômica. Suas contribuições foram significativas, embora em diferentes etapas e áreas.

Albert Einstein

Embora Einstein não tenha participado ativamente da construção da bomba atômica, suas contribuições foram fundamentais no contexto mais amplo do Projeto Manhattan. Antes da guerra, em 1939, Einstein, um físico teórico de renome mundial, enviou uma carta ao então presidente dos EUA, Franklin D. Roosevelt, alertando-o sobre a possibilidade de a Alemanha Nazista estar trabalhando em pesquisas nucleares e da possibilidade de desenvolver armas nucleares. Essa carta influenciou o início do Projeto Manhattan, dando-lhe impulso político e financeiro.

Einstein não desempenhou um papel ativo no projeto em si, mas sua carta e seu prestígio ajudaram a garantir o apoio do governo dos EUA à pesquisa atômica, que posteriormente resultou no desenvolvimento bem-sucedido da bomba atômica.

Julius Robert Oppenheimer

Julius Robert Oppenheimer foi um físico teórico e o líder científico do Projeto Manhattan. Ele foi escolhido para liderar o Laboratório Nacional de Los Alamos, onde a maior parte do trabalho de pesquisa e desenvolvimento da bomba ocorreu. Oppenheimer desempenhou um papel fundamental na coordenação das equipes científicas e liderou a pesquisa que levou ao projeto da bomba atômica.

Oppenheimer recrutou e liderou uma equipe de cientistas notáveis, incluindo alguns dos maiores cérebros da física da época, como Richard Feynman, Enrico Fermi e Niels Bohr. Sua habilidade em reunir e liderar talentos científicos foi crucial para o sucesso do projeto.

Em 16 de julho de 1945, o Projeto Manhattan alcançou seu objetivo com o teste bem-sucedido da primeira bomba atômica no deserto de Alamogordo, Novo México. O desenvolvimento da bomba culminou com o lançamento das bombas atômicas sobre as cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki em agosto de 1945, acelerando o fim da Segunda Guerra Mundial.

Embora essas tenham sido as contribuições notáveis de Einstein e Oppenheimer no contexto do Projeto Manhattan, é importante reconhecer que muitos outros cientistas, engenheiros e trabalhadores também desempenharam papéis significativos no desenvolvimento bem-sucedido da bomba atômica.

Rejeitos Radioativos das Bombas Atômicas do Projeto Manhattan

O Projeto Manhattan resultou na produção de grandes quantidades de materiais radioativos, sendo isso um desafio persistente até hoje.

Os resíduos radioativos do Projeto Manhattan abrangem diversas categorias, cada uma apresentando características e desafios únicos. Os resíduos de alto nível, originados principalmente do combustível nuclear irradiado em reatores nucleares, são extremamente radioativos e perigosos.

O reprocessamento desse combustível gera produtos de fissão altamente radioativos, ampliando o desafio de sua gestão. Esses resíduos permanecem perigosos por longos períodos, exigindo proteção especializada.

Os resíduos Transurânicos consistem em materiais sólidos contaminados com elementos transurânicos, que emitem radiação alfa. Embora as partículas alfa tenham penetração limitada, representam um perigo significativo se inaladas, ingeridas ou absorvidas pela corrente sanguínea.

Os resíduos de baixo nível incluem itens contaminados com material radioativo em laboratórios ou indústrias, ou que se tornaram radioativos após exposição à radiação de nêutrons. O perigo desses resíduos varia conforme os níveis e tipos de exposição à radioatividade.

Os rejeitos de moinho de urânio, presentes em locais de moagem de urânio desativados, contêm o elemento radioativo rádio, que decai para produzir radônio, um gás radioativo. A limpeza e o descarte adequados desses rejeitos são cruciais para prevenir riscos à saúde pública ao longo de milhares de anos.

Durante a guerra, a gestão de resíduos era uma preocupação secundária em relação à segurança contra radiação. Soluções temporárias foram adotadas, mas o problema de longo prazo precisou ser abordado em tempos de paz. Com a falta de padrões regulatórios formais, as políticas de resíduos eram autorreguladas nas instalações do Projeto Manhattan.

Atualmente, esforços contínuos visam gerir e remover os resíduos radioativos, visando garantir ambientes mais seguros para as gerações futuras.

Relação da Rússia com o Projeto Manhattan

O Projeto Manhattan foi um programa de pesquisa e desenvolvimento de armas nucleares liderado pelos Estados Unidos durante a Segunda Guerra Mundial. A Rússia, na época, era uma aliada da União Soviética, que era uma das principais potências mundiais e também estava envolvida na guerra. A relação da Rússia com o Projeto Manhattan, portanto, foi principalmente de adversários.

Embora a Rússia não tenha participado diretamente do Projeto Manhattan, a União Soviética fez esforços para obter informações sobre o programa. A espionagem soviética conseguiu penetrar no projeto e obteve informações valiosas que ajudaram na pesquisa nuclear soviética. Um dos espiões mais conhecidos foi Klaus Fuchs, que trabalhou no projeto e passou informações para a União Soviética.

A descoberta da bomba atômica pelos Estados Unidos em 1945 foi vista pela União Soviética como uma ameaça à sua segurança nacional e ao equilíbrio de poder mundial. Em resposta, a União Soviética iniciou seu próprio programa de desenvolvimento de armas nucleares e, em 1949, realizou seu primeiro teste nuclear bem-sucedido.

Nesse programa nuclear, os soviéticos desenvolveram dois tipos de bomba, mas optaram por detonar o modelo mais simples dos dois projetos primeiro, pois era semelhante em design à bem-sucedida bomba Fat Man lançada sobre Nagasaki.

O teste RDS-1 foi realizado em segredo na tentativa de evitar que os EUA aumentassem seu próprio programa nuclear, mas a Força Aérea dos EUA começou a detectar precipitação radioativa da explosão alguns dias depois e rastreou a trilha. O sucesso soviético ocorreu até 4 anos antes das estimativas ocidentais, e o conhecimento de que a URSS agora tinha "a bomba" aumentou dramaticamente as tensões nos primeiros anos da Guerra Fria.

O diretor do projeto da bomba atômica soviética, Yuliy Khariton, e RDS-1, a primeira bomba atômica da União Soviética. Centro de Informações de Tecnologias de Defesa e Segurança, DTS Informe Ltda.

A relação da Rússia com o Projeto Manhattan continua a ser um assunto sensível até hoje, com a espionagem soviética sendo vista por alguns como uma ameaça aos interesses nacionais dos Estados Unidos e outros países ocidentais.

Referências

• Historia da Ciência, segunda edição, Heinz Gartman, editora boa leitura
• http://global.britannica.com/EBchecked/topic/362098/Manhattan-Project (acessado em 16/02/2015 as 16:15)
• http://science.howstuffworks.com/manhattan-project.htm (acessado em 16/02/2015 as 18:10)
• Historia da Energia Nuclear – Comissão Nacional de energia Nuclear (CNEN)
• http://blog.nuclearsecrecy.com/tag/hanford/ (acessado em 17/02/2015 as 15:26)
• http://energy.gov/management/trinity-site-worlds-first-nuclear-explosion (acessado em 17/02/2015 as 18:30)
• http://www.infoescola.com/historia/projeto-manhattan/ (acessado em 17/02/2015 as 19:22)
• http://pt.wikipedia.org/wiki/Projeto_Manhattan ( acessado em 18/02/2015 as 11:00)
• http://pt.wikipedia.org/wiki/Ataque_a_Pearl_Harbor (acessado em 18/02/2015 as 12:39)
• http://en.wikipedia.org/wiki/Leslie_Groves (acessado em 18/02/2015 as 13:26
• https://www.cfr.org/timeline/us-russia-nuclear-arms-control (acessado em 19/02/2023  as 12:32)

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico, engenheiro de segurança do trabalho e Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, também sou estudante de engenharia civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)