Манхэттенский проект

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Манхэттенский проект
Изображение
Испытание «Тринити» — взрыв первой атомной бомбы «Штучка» (англ. Gadget) на полигоне Аламогордо, 16 июля 1945 года
Государство
Местонахождение
Расположение штаб-квартиры
Дата начала около 1939
Дата окончания около 1946
Участник(и) Роберт Оппенгеймер и Лесли Гровс
Место проведения исследования Реактор B
Цель проекта или миссии ядерное оружие
Продукция Толстяк, Малыш, Штучка[вд] и расщепляющийся материал[вд]
Карта местонахождения
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

«Проект Манхэттен» (

Германии и Канады
.

В рамках проекта были созданы три атомные бомбы:

первом ядерном испытании на полигоне Аламогордо 16 июля 1945 года), урановый «Малыш» (Little Boy; сброшена на Хиросиму 6 августа 1945 года) и плутониевый «Толстяк» (Fat Man; сброшена на Нагасаки
9 августа 1945 года).

Руководили проектом американский физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс. Для того, чтобы скрыть назначение вновь созданной структуры, в составе военно-инженерных войск армии США был сформирован Манхэттенский инженерный округ (Manhattan Engineering District), а Гровс (до той поры полковник) был произведён в бригадные генералы и назначен командующим этим округом[1].

В Манхэттенском проекте приняло участие около 130 000 человек[2], а его стоимость составила почти 2 миллиарда долларов США (около 25 миллиардов долларов по современным ценам)[3]. Более 90 % затрат приходилось на строительство заводов и производство расщепляющегося материала, а менее 10 % — на разработку и производство оружия[4]. Исследования и производство проводились на более чем 30 площадках в Соединённых Штатах, Великобритании и Канаде[5]. Проект также занимался сбором разведданных немецкого проекта по производству ядерного оружия. В рамках миссии «Алсос» персонал Манхэттенского проекта работал в Европе, иногда в тылу врага, где собирал ядерные материалы и документы, а также собирал немецких учёных.

Привлечение лучших научных сил мира и огромных производственных возможностей США позволило создать первые в мире образцы ядерного оружия менее чем за три года[2].

Однако, несмотря на строжайшую секретность Манхэттенского проекта, «

СССР большой объём технической информации, которая была использована при создании советской атомной бомбы
.

Начало

В августе 1939 года физики

Уранового комитета для исследования проблем, поднятых в письме. 1 ноября 1939 года комитет доложил Рузвельту, что использование урана позволит создать оружие, обладающее разрушительной силой, значительно превосходящей что-либо известное[6]
.

В начале 1940 года

Рудольф Пайерлс в Бирмингемском университете (Великобритания) сделали оценку критической массы урана-235. Результат был изложен в так называемом «меморандуме Фриша — Пайерлса
», который во многом инициировал широкомасштабные исследования возможности создания ядерного оружия.

В июне 1940 года Урановый комитет был преобразован в подкомитет S-1 Исследовательского комитета национальной обороны[6].

28 июня 1941 года Рузвельт подписал указ 8807 о создании Управления научных исследований и разработок с Вэниваром Бушем в должности директора.

В августе 1941 года британский учёный австралийского происхождения Марк Олифант прилетел в США и провёл ряд встреч с американскими чиновниками и физиками, агитируя «за бомбу»[7].

Артур Комптон
оценил величину критической массы урана-235 в пределах от 2 до 100 кг, то стало понятно, что можно изготовить атомную бомбу, которую сможет взять на борт самолёт. Президент Рузвельт был проинформирован об этом и санкционировал начало практической работы по созданию такого оружия.

17 июня 1942 года Вэнивар Буш представил президенту доклад, в котором изложил план дальнейшей работы[6].

Участники

Генерал Лесли Гровс выступает перед персоналом завода в Ок-Ридж, 29 августа 1945 года

В июне 1944 года в Манхэттенском проекте было задействовано около 129 000 человек, из которых 84 500 были задействованы в строительных работах, 40 500 были работниками заводов и 1800 были военнослужащими[8]. Важную роль в проекте сыграли люди-вычислители[9]. При этом 99 % работников проекта не знали, для какой конечной задачи они работают. В 1945 году журнал «Лайф» написал, что до сообщения о первом применении атомной бомбы лишь несколько десятков человек знали конечную цель проекта, ещё около тысячи знали, что происходящее как-то связано с атомом, а остальные 100 тысяч работали «как кроты в кромешной тьме»[10].

В проекте участвовали физики и другие учёные с мировым именем

Эрнест Уолтон, Роберт Сербер, Джон Кемени, Альберт Бартлетт, Ник Метрополис, Джеймс Франк, Миртл Бачелдер, Эмилио Сегре, Феликс Блох, Луис Альварес, Георг Плачек, Ву Цзяньсюн, Бруно Росси, Мария Гёпперт-Майер, Уильям Альфред Хигинботам, Норман Хилберри, Уолтер Зинн, Торфин Хогнесс, Джордж Монк
.

К секретному проекту были подключены многие крупные учёные, эмигрировавшие в 1933 году из Германии (

Фукс, Теллер, Блох и другие), а также Нильс Бор, вывезенный из оккупированной Германией Дании
.

Манхэттенский проект объединил учёных из Великобритании, Европы, Канады, США, среди которых было 12 лауреатов Нобелевской премии[6], в единый международный коллектив, решивший задачу в кратчайшие сроки.

При этом Манхэттенский проект привёл к некоторому ухудшению

отношений США и Великобритании: США воспользовались знаниями учёных из Великобритании, но затем отказались делиться с Великобританией полученными результатами[12]
.

Урановая руда

Ключевым сырьём для проекта был уран. Богатейшим источником урановой руды являлся рудник Шинколобве (Конго), но он был затоплен и закрыт[13]. Однако бельгийский промышленник Эдгар Сенжье успел перевезти в США достаточное количество этой руды на склад в Статен-Айленде[14].

Разделение изотопов урана и получение плутония

Перспективными направлениями получения ядерного делящегося материала были признаны получение урана-235 путём обогащения природного урана и наработка плутония-239 путём облучения природного урана-238 нейтронами. Работы по обоим направлениям шли параллельно[6]. Главная сложность при создании взрывного устройства на основе урана-235 заключалась в обогащении урана — то есть в повышении массовой доли изотопа 235U в материале (в природном уране основным изотопом является 238U, доля изотопа 235U примерно равна 0,7 %), чтобы сделать возможной цепную ядерную реакцию (в природном и низкообогащённом уране изотоп 238U препятствует развитию цепной реакции). Получение плутония-239 для плутониевого заряда не было связано напрямую со сложностями в получении урана-235, так как в этом случае используется уран-238 и специальный ядерный реактор[6].

Установка K-25 в Ок-Ридже

Природный уран на 99,3 % состоит из урана-238 и 0,7 % урана-235, но лишь последний является расщепляемым. Химически идентичный уран-235 должен быть физически отделён от более распространённого изотопа. Были рассмотрены различные методы обогащения урана, большинство из которых были практически осуществлены в Ок-Ридж (штат Теннесси). В Ок-Ридж были построены завод электромагнитного разделения (Y-12), за который отвечал Э. Лоуренс, диффузионный завод (K-25), за которые отвечали Г. Юри и Джон Рэй Даннинг, и термодиффузионный завод (S-50[англ.]), за который отвечал Ф. Абельсон[2].

Применение наиболее экономной технологии, газовой центрифуги, провалилось[15][16], однако электромагнитное разделение, газовая диффузия и термодиффузия успешно применялись в проекте.

Газовая диффузия была наиболее обещающим и в то же время наиболее проблемным методом разделения изотопов.

Закон Грэхема
гласит, что скорость диффузии газа обратно пропорциональна квадратному корню из его молекулярной массы, так что в контейнере, содержащем полупроницаемую мембрану и смесь двух газов, молекулы более лёгкого газа будут проходить через мембрану со скоростью, большей, чем молекулы более тяжёлого.

28 декабря 1942 года президент Рузвельт подписал распоряжение о строительстве заводов по обогащению урана методом газовой диффузии и электромагнитным методом, а также завода по производству плутония[17].

Альфа-версия калютрона в Центре национальной безопасности Y-12, Ок-Ридж

Завод Y-12 осуществлял электромагнитное разделение изотопов по методике Лоуренса. В главном цехе этого завода был установлен большой

Казначейства США[6]
.

Чикагский ядерный реактор в процессе создания

К осени 1942 года уже имелось достаточное количество чистых материалов (графита, урана) для создания первого в мире успешно работавшего ядерного реактора. Им занимался Энрико Ферми, работавший в Чикагском университете. Реактор был собран под западными трибунами стадиона «Стагг-филд» Чикагского университета. В ночь на 2 декабря 1942 года впервые в истории была осуществлена управляемая самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер атомов урана.

После создания этого экспериментального реактора в феврале 1943 года в Ок-Ридже началось строительство плутониевого завода. Первый реактор для наработки плутония был запущен 4 ноября 1943 года, первые образцы плутония были получены в конце ноября 1943 года.

Практически одновременно со строительством плутониевого завода в Ок-Ридже началось строительство

Г. Сиборг[6]
.

Освоением металлургии плутония занималась Металлургическая лаборатория Чикагского университета, которой руководил А. Комптон[2].

Разработка атомной бомбы

Лос-Аламосская лаборатория, 1944 год

За создание конструкции ядерного заряда отвечала созданная в 1943 году лаборатория в Лос-Аламосе, научным руководителем которой был Р. Оппенгеймер[2].

Разработка урановой бомбы

Бомба «Малыш» (Little Boy) была ядерным боезарядом пушечного типа.

Сомнений в работе пушечной схемы не было, поэтому её испытания на полигоне не проводились. Бомба «Малыш» была сброшена на Хиросиму 6 августа 1945 года.

Разработка плутониевой бомбы

Получение

оказалась неосуществимой: плутоний-240 вступит в реакцию деления до того момента, как элементы ядерного заряда соединятся в критическую массу. Отказаться от использования плутония не представлялось возможным из-за того, что выработанного к лету 1945 года урана-235 хватило бы только на одну бомбу, а плутония-239 было намного больше[источник не указан 1239 дней]. Было принято решение вместо пушечной схемы для плутониевой бомбы использовать имплозивную схему, которая сжимала надкритическую массу плутония сфокусированной взрывной волной достаточно быстро, чтобы избежать эффекта спонтанного деления плутония-240. Основными разработчиками имплозивной схемы были Р. Толмен, Р. Сербер и Сет Неддермайер[18]
.

Табулятор IBM 601[англ.]

Имплозивная схема требовала большого объёма расчётов для выбора наилучшего и самого надёжного варианта схемы[19]. Так как вычислители-люди не справлялись с объёмом вычислений, в конце 1943 года были заказаны табуляторы IBM 601, которые весной 1944 года за три недели выполнили объём работ, который без них потребовал бы нескольких месяцев[20][21]. Из нескольких вариантов имплозивной схемы путём экспериментов, опытов и расчётов был выбран Вариант III (Mark III), как наиболее многообещающий, и группа занялась более детальным обсчётом только этого варианта[источник не указан 1287 дней].

За решение проблемы имплозивного обжатия плутониевого ядерного заряда атомной бомбы в Лос-Аламосе отвечал отдел

баратол»[22]
.

Безоболочечное ядерное взрывное устройство «Штучка» (Gadget) на основе плутония-239 и имплозивной схемы «Вариант III» было взорвано во время испытания «

Тринити» на полигоне Аламогордо в штате Нью-Мексико
16 июля 1945 года. Испытание показало, что выбранный Вариант III имплозивной схемы сработал и достаточно надёжен.

Вариант этого устройства, оформленный в корпус авиабомбы «Толстяк» (Fat Man), был сброшен на Нагасаки 9 августа 1945 года.

Первое ядерное испытание и применение ядерного оружия

Первый в мире ядерный взрыв, 16 июля 1945 года

Первое испытание (кодовое название «

Тринити») ядерного взрывного устройства на основе плутония-239 (в ходе испытания тестировалась именно плутониевая бомба имплозивного типа) было проведено в штате Нью-Мексико 16 июля 1945 года (полигон Аламогордо
).

В августе 1945 года США произвели бомбардировку японских городов Хиросима и Нагасаки.

После окончания войны

Манхэттенский проект создавался с единственной военной целью: создать атомную бомбу к лету 1945 года. Все усилия военных, учёных и инженеров были направлены на создание работающего атомного оружия. Все расчёты, опыты и исследования в области атомного ядра, ядерной энергии велись только в том направлении, которое вело к конечной цели. Все другие побочные научные изыскания, исследования и варианты отбрасывались из-за жёстких сроков и ограниченности человеческих и материальных ресурсов.

Так как Манхэттенский проект выполнил свою единственную задачу, в сентябре 1945 года после окончания Второй мировой войны его стали покидать учёные, возвращаясь к своим прежним научным работам. Сменивший Роберта Оппенгеймера на посту научного директора Лос-Аламосской лаборатории Норрис Брэдбери ещё в течение года с трудом поддерживал работу лаборатории, занимая оставшихся учёных теоретическими задачами в области термоядерного синтеза и улучшениями имевшихся атомных бомб до тех пор, пока в высших политических кругах не было принято решение, что делать с атомным оружием, кто будет осуществлять контроль за его хранением и разработкой, и как всё это будет финансироваться.

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 Atomic Energy for Military Purposes (The Smyth Report). Дата обращения: 20 октября 2021. Архивировано 1 мая 2021 года.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 Манхэттенский проект. Дата обращения: 18 октября 2021. Архивировано 31 марта 2022 года.
  3. ↑ Атомный проект
  4. ↑ The Costs of the Manhattan Project. Дата обращения: 20 октября 2021. Архивировано 20 октября 2021 года.
  5. ↑ Project Sites. Дата обращения: 20 октября 2021. Архивировано 20 октября 2021 года.
  6. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Военные корни ядерной энергетики. Дата обращения: 18 октября 2021. Архивировано 18 октября 2021 года.
  7. ↑ Mark Oliphant. Дата обращения: 20 октября 2021. Архивировано 20 октября 2021 года.
  8. ↑ Jones, Vincent. Manhattan: The Army and the Atomic Bomb. — Washington, D.C. : United States Army Center of Military History, 1985. Архивная копия от 7 октября 2014 на Wayback Machine
  9. ↑ Дэвид Скиннер. The Age of Female Computers (англ.). www.thenewatlantis.com. Дата обращения: 4 февраля 2020. Архивировано 13 ноября 2015 года.
  10. ↑ Город бомбы: из истории американского атомограда. Дата обращения: 18 октября 2021. Архивировано 15 октября 2021 года.
  11. ↑ В приведённом списке участников Манхэттенского проекта имеются неточности. Многие участники впоследствии не афишировали свою работу в проекте по этическим соображениям, возникшим после применения атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки.
  12. ↑ Aylen, Jonathan (January 2015). First Waltz: Development and Deployment of Blue Danube, Britain's Post-War Atomic Bomb. The International Journal for the History of Engineering & Technology. 85 (1): 31–59. doi:10.1179/1758120614Z.00000000054. ISSN 1758-1206.
  13. ↑ Судьба конголезского урана. Архивировано из оригинала 7 марта 2014 года. // Atomic-energy.ru (Архивировано)
  14. ↑ Edgar Sengier. Дата обращения: 25 декабря 2020. Архивировано 12 ноября 2020 года.
  15. ↑ R. Scott Kemp. Gas Centrifuge Theory and Development: A Review of U.S. Programs Архивная копия от 13 августа 2017 на Wayback Machine. Science and Global Security, 2009, Volume 17, pp. 1-19. Русский перевод: Теория и разработка газовых центрифуг: обзор американских программ Архивная копия от 8 августа 2017 на Wayback Machine.
  16. ↑ Whitley, Stanley (1 января 1984). Review of the gas centrifuge until 1962. Part I: Principles of separation physics. Reviews of Modern Physics. 56 (1). American Physical Society (APS): 41–66. doi:10.1103/revmodphys.56.41. ISSN 0034-6861.
  17. ↑ K-25 Virtual Museum. Дата обращения: 20 октября 2021. Архивировано 7 сентября 2021 года.
  18. ↑ Hoddeson, Lillian; Henriksen, Paul W.; Meade, Roger A.; Westfall, Catherine L. (1993). Critical Assembly: A Technical History of Los Alamos During the Oppenheimer Years, 1943—1945. New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-44132-2. OCLC 26764320
  19. ↑ Igniting the Light Elements: The Los Alamos Thermonuclear Weapon Project, 1942—1952 — by Anne C. Fitzpatrick, 2013,p.66
  20. ↑ Trinity by the Numbers: The Computing Effort that Made Trinity Possible. Дата обращения: 19 октября 2021. Архивировано 21 января 2022 года.
  21. ↑ Computers and Nuclear Weapons Design. Дата обращения: 19 октября 2021. Архивировано 25 августа 2021 года.
  22. ↑ Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 40: научное открытие метода взрывной имплозии для получения сверхкритической массы ядерного заряда и украинский «След» в американском атомном проекте «Манхэттен». Дата обращения: 15 января 2024. Архивировано 15 января 2024 года.

Литература

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Манхэттенский_проект&oldid=144383734