Проект Манхеттен: створення атомної зброї в США

«Манге́ттенський прое́кт» — кодова назва програми розробки ядерної зброї, здійснення якої почалося у вересні 1942 року.

У проекті брали участь вчені зі Сполучених Штатів Америки, Великої Британії, Німеччини і Канади. В рамках проекту було створено три атомні бомби: плутонієву «Триніті» (підірвана при першому ядерному випробуванні), уранову бомбу «Малюк»(скинута на Хіросіму 6 серпня 1945 року) і плутонієву бомбу «Товстун» (скинута на Нагасакі 9 серпня 1945 року). Проектом керували американський фізик Роберт Оппенгеймер і генерал Леслі Гровз інженерного корпусу Армії США.

Для того, щоб приховати призначення новоствореної структури, в складі військово-інженерних військ армії США був сформований Манхеттенський інженерний округ, а Гровс був переведений в бригадні генерали і призначений командувачем цим округом.

Початок

У серпні 1939 року фізики Лео Силард і Юджин Вігнер склали так званий лист Ейнштейна Рузвельту, яке містило попередження про можливу розробку Німеччиною надзвичайно потужної бомби нового типу. У зв’язку з цим автори листа закликали США забезпечити накопичення запасів уранової руди і фінансування досліджень Енріко Фермі та інших вчених в області ланцюгових ядерних реакцій. Лист був підписаний Альбертом Ейнштейном і доставлено президенту Франкліну Рузвельту. Рузвельт призначив Лаймана Бріггса з Національного бюро стандартів головою Уранового комітету для дослідження проблем, піднятих в листі. Бріггс скликав збори, на якому були присутні Силард, Вігнер та Едвард Теллер. У листопаді комітет доповів Рузвельту, що використання урану дозволить створити зброю, що володіє руйнівною силою, що значно перевершує будь-що відоме.

Бріггс запропонував виділити 167 000 доларів США на дослідження урану, особливо ізотопу уран-235, і недавно відкритого плутонію. 28 червня 1941 Рузвельт підписав виконавчий наказ 8807 про створення Бюро наукових досліджень і розробок з Веніваром Бушем на посаді директора.

До літа 1945 року військове відомство США зуміло отримати атомну зброю, в основі дії якої було використання двох видів атомів, що діляться, – ізотопу урану-235 ( «уранова бомба»), або ізотопу плутонію-239 ( «плутонієва бомба»).

Перше випробування ядерного вибухового пристрою “Трініті» на основі плутонію-239 було проведено в штаті Нью-Мексико 16 липня 1945 року (полігон Аламогордо). Після цього вибуху Гровс дуже показово відповів на слова Оппенгеймера: «Війна скінчилася», – він сказав: «Так, але після того, як ми скинемо ще дві бомби на Японію».

Німецький науковий потенціал та місія «Алсос».

У грудні 1938 року німецькі фізики Отто Ган і Фріц Штрассман вперше в світі здійснили штучне розщеплення ядра атома урану

У червні 1939 німецькі вчені-емігранти Отто Фріш і Рудольф Пайерлс в Бірмінгемському університеті (Великобританія) зробили проривне дослідження критичної маси урану-235. Їх розрахунки показали, що вона повинна складати близько 10 кілограмів.

В США секретний проект Урановий комітету стартував в 1939 році. До нього було підключено багато видатних вчених, які емігрували в 1933 році з Німеччини (Фріш, Бете, Силард, Фукс, Теллер, Блох і інші), а також Нільс Бор, вивезений з окупованої Німеччиною Данії. В рамках проекту його співробітники працювали на європейському театрі військових дій, проводячи збір цінної інформації про німецьку ядерну програму.

Місія «Алсос – операція, яка проводилася американськими спецслужбами в рамках Манхеттенського проекту під час Другої світової війни в 1942-1945 році. Мета місії – оперативний збір інформації про таємне німецькому ядерному проекті. Перша місія була не надто вдала, зате друга перевершила всі очікування. Керівником групи був Борис Паш, офіцер військової розвідки, який встиг зарекомендувати себе в ході активних допитів Роберта Оппенгеймера. Науковим керівником групи був Семюел Абрахам Гаудсміт. У порівнянні з іншою аналогічною діяльністю «мисливців за головами» та документами часів Другої світової війни місія «Алсос» була наймасштабнішою зі збору документів по німецькому ядерному проекті.

В кінці війни в 1945 році Ган був заарештований спецпідрозділом «Алсос». Його інтернували разом з іншими дев’ятьма німецькими фізиками, в тому числі Максом фон Лауе, В. К. Гейзенбергом і К. Ф. фон Вайцзеккер в англійський Фарм-Холл, неподалік від Кембриджа. Там німецькі вчені дізналися про ядерні бомбардування Хіросіми і Нагасакі. Отто Ган був на грані відчаю: через свє відкриття розщеплення ядра він відчував себе відповідальним за смерть і страждання сотень тисяч японців. На початку січня 1946 німецьким вченим дозволили повернутися до Німеччини.

Учасники проекту

У червні 1944 року в Манхеттенському проекті було задіяно близько 129 000 службовців, з яких 84 500 були задіяні в будівельних роботах, 40 500 були операторами (?) і 1800 військовими. Пізніше число військовослужбовців збільшилася до 5600.

У проекті брали участь фізики і інші вчені зі світовим ім’ям: Рудольф Пайерлс, Отто Фріш, Едвард Теллер, Енріко Фермі, Нільс Бор, Клаус Фукс, Лео Силард, Джон фон Нейман, Річард Фейнман, Джозеф Ротблат, Ісидор Рабі, Станіслав Улам , Роберт Вілсон, Віктор Вайскопф, Герберт Йорк, Кеннет Бейнбрідж, Семюел Аллісон, Едвін Макміллан, Роберт Оппенгеймер, Джон Лоуренс, Георгій Кістяківський, Ганс Бізе, Ернест Лоуренс, Р. Робертс, Ф. Молер, Олександр Сакс, Ханс Бете, Швебер, Буш, Еккерс, Халбан, Симон, Е. Вагнер, Філіп Хауге Абельсон, Джон Кокрофт, Ернест Уо лтон, Роберт Сербер, Джон Кемені, Альберт Бартлетт, Нік Метрополіс, Джеймс Франк, Міртл Бачелдер.

 

Манхеттенський проект об’єднав вчених з Великобританії, Європи, Канади, США, в єдиний міжнародний колектив, який вирішив задачу в найкоротші терміни. Проте, Манхеттенський проект супроводжувався напруженістю у відносинах США і Великобританії. Великобританія вважала себе скривдженою стороною, так як США скористалися знаннями вчених з Великобританії (комітет «Мауд Комітті»), але відмовилися ділитися з Великобританією одержуваними результатами.

Уранова руда

Найбагатшим джерелом уранової руди був рудник Шінколобве (Конго), але він був затоплений і закритий.

Природний уран на 99,3% складається з урану-238 і 0,7% урану-235, але лише останній розкладається. Уран-235 повинен бути фізично відділений від більш поширеного ізотопу. Були розглянуті різні методи збагачення урану, більшість з яких були проведені в Національній лабораторії Ок-Рідж.

Застосування найбільш очевидною технології, центрифуги, провалилося, проте електромагнітний поділ, газова дифузія і термодифузія успішно застосовувалися в проекті.

Розробка плутонієвої бомби

Отримання плутонію-239 для плутонієвих зарядів не було пов’язано безпосередньо зі складнощами в отриманні урану-235, так як у випадку з плутонієм-239 використовується спеціальний ядерний реактор і наявний у великій кількості уран-238. Навесні-влітку 1944 року з’ясувалося що плутоній-239 має значні домішки ізотопу плутонію-240, який має схильність до спонтанного поділу. Через це гарматна схема для плутонієвої бомби виявилася нездійсненною: плутоній-240 вступить в реакцію ділення до того моменту, як елементи ядерного заряду з’єднається в критичну масу. Відмовитися від використання плутонію не представлялося можливим через те, що виробленого до літа 1945 року урану-235 вистачило б тільки на одну бомбу, а плутонію-239 було набагато більше. Було прийнято рішення замість гарматної схеми для плутонієвої бомби використовувати імпловізивна схема, яка стискала надкритичну масу плутонію сфокусованої вибуховою хвилею досить швидко, щоб уникнути ефекту спонтанного ділення плутонію-240.

Імпловізивна схема вимагала великого обсягу розрахунків. Обчислювачі (в основному жінки) не справлялися з обсягом обчислень, в кінці 1943 року були замовлені табулятори IBM 601, які навесні 1944 року за 3 тижні виконали 6-місячний обсяг робіт. З декількох варіантів імплозивної схеми шляхом експериментів, дослідів і розрахунків був обраний Варіант III, який був найбільш перспективний, і група зайнялася більш детальним обрахуванням тільки цього варіанту. Випробування «Трініті» показало схема спрацювала і досить надійна.

Варіант цього пристрою, оформлений в корпус авіабомби «Товстун», був скинутий на Нагасакі 9 серпня 1945 року.

Після закінчення війни

Манхеттенський проект створювався з єдиною військовою метою: створити атомну бомбу до літа 1945 року. Всі зусилля військових, вчених і інженерів були спрямовані на створення працюючої атомної зброї. Всі розрахунки, досліди і дослідження в області атомного ядра, ядерної енергії велися тільки в тому напрямі, яке вело до кінцевої мети. Всі інші побічні наукові вишукування, дослідження і варіанти відкидалися через жорсткі терміни і обмеженості людських і матеріальних ресурсів.

Так як Манхеттенський проект виконав свою єдину задачу, у вересні 1945 року після закінчення Другої світової війни Лос-Аламос стали залишати вчені, повертаючись до своїх колишніх наукових робіт. Змінив Роберта Оппенгеймера на посаді наукового директора Лос-Аламоської лабораторії Норріс Бредбері ще протягом року підтримував роботу лабораторії, займаючи вчених теоретичними завданнями в області термоядерного синтезу і поліпшеннями атомних бомб до тих пір, поки у вищих політичних колах не було прийнято рішення, що робити з атомною зброєю, хто буде здійснювати контроль за його зберіганням і розробкою, і як буде це все фінансуватися.