Манхэттенский проект
-
Манхэттенский проект
- Программа исследований и разработок для создания ядерного оружия во время Второй мировой войны
- Руководился США, Великобританией и Канадой
- Генерал-майор Лесли Гроувз руководил проектом с 1942 по 1946 год
-
История и развитие
- Проект начался с британского аналога Tube Alloys
- Включал более 130 000 человек и обошелся в 2 миллиарда долларов
- Исследования и производство проводились на 30 объектах в США, Великобритании и Канаде
-
Типы бомб
- Разработаны два типа бомб: пушечный и имплозивный
- Пушечная бомба «Маленький мальчик» использовала уран-235
- Имплозивная бомба «Толстяк» использовала плутоний
-
Безопасность и шпионы
- Особое внимание уделялось безопасности, но советские шпионы проникли в программу
-
Испытания и применение
- Первое испытание бомбы «Тринити» проведено 16 июля 1945 года
- Бомбы «Маленький мальчик» и «Толстяк» использованы в атомных бомбардировках Хиросимы и Нагасаки
-
Послевоенные годы
- Проект продолжал испытания и разработки после войны
- В 1947 году создана Комиссия США по атомной энергии (UNAEC)
-
Начало проекта
- Мэнли назначен помогать Оппенгеймеру в координации работы групп экспериментальной физики.
- Оппенгеймер и Сербер исследовали диффузию нейтронов и гидродинамику взрывов.
- В июне и июле 1942 года проведены встречи с физиками-теоретиками и экспериментаторами.
-
Теоретические исследования
- Ученые подтвердили возможность создания бомбы с ядерным расщеплением.
- Свойства урана-235 и плутония были неизвестны, но предполагалось создание плутония в ядерных реакторах.
- Существовало множество способов собрать расщепляющийся материал в критическую массу.
-
Термоядерный синтез
- Теллер предложил идею «супербомбы», но Бете отвергла её.
- Идея термоядерного синтеза была отложена для концентрации на производстве ядерных бомб.
-
Организация проекта
- Генерал-майор Юджин Рейболд выбрал полковника Джеймса К. Маршалла для руководства армейской частью проекта.
- Маршалл создал штаб-квартиру в Нью-Йорке и начал работу с подполковником Кеннетом Николсом.
- Проект был назван «Разработка заменителей материалов», но позже переименован в «Манхэттен».
-
Проблемы и решения
- Маршалл и Николс столкнулись с трудностями в получении ресурсов и высокого рейтинга приоритетности проекта.
- Ванневар Буш предложил создать комитет по военной политике для ускорения проекта.
- Гроувз был назначен директором проекта и получил полномочия АА-1.
-
Назначение Оппенгеймера
- Оппенгеймер был выбран директором проекта Y после долгих обсуждений.
- Гроувз и Николс убедились в его компетентности и безопасности.
- Оппенгеймер получил разрешение на работу 20 июля 1943 года.
-
Обмен ядерной информацией и сотрудничество
- Англичане и американцы обменивались ядерной информацией, но не объединяли усилия.
- Британский проект Трубчатые сплавы был более масштабным, но британцы не располагали ресурсами для его реализации.
- В августе 1941 года Британия отвергла попытки США укрепить сотрудничество.
-
Перемены в сотрудничестве
- В январе 1943 года Конант уведомил британцев, что они больше не будут получать атомную информацию.
- Британцы исследовали возможность независимой ядерной программы, но пришли к выводу, что она не может быть готова вовремя.
-
Квебекское соглашение и его последствия
- В августе 1943 года Черчилль и Рузвельт подписали Квебекское соглашение, создав Объединенный политический комитет.
- Соглашение предусматривало присутствие канадского представителя и распространяло действие на послевоенный период.
- В июне 1945 года Вильсон согласился с ядерной бомбардировкой Японии.
-
Британское участие в Манхэттенском проекте
- Чедвик настаивал на полном участии Великобритании в проекте.
- В декабре 1943 года прибыла британская миссия, включавшая Нильса Бора и других ученых.
- В 1944 году трест объединенного развития закупил урановую руду у бельгийского правительства.
-
Сайты проектов
- Оук-Ридж: в 1942 году Гровс выбрал участок в Теннесси, который был переименован в Клинтонский инженерный завод.
- Лос-Аламос: в 1942 году Оппенгеймер выбрал участок в Нью-Мексико, который стал «Объектом Y».
- Чикаго: в 1942 году было решено построить экспериментальный завод в Ок-Ридже, а научно-исследовательский центр оставить в Чикаго.
-
Начало проекта
- В 1942 году Фрэнк Спендинг из Университета штата Айова произвел две тонны урана.
- Три тонны урана были предоставлены Westinghouse Lamp Plant.
- Goodyear Tire построила большой квадратный баллон для реактора.
-
Первый ядерный реактор
- 2 декабря 1942 года команда под руководством Энрико Ферми инициировала первую искусственную ядерную цепную реакцию в реакторе Chicago Pile-1.
- В январе 1943 года реактор был демонтирован и перевезен в Аргоннский лес.
-
Перемещение в Аргоннский лес
- В 1944 году реактор Chicago Pile-3 также достиг критической точки.
- После войны операции были перенесены в Ду-Пейдж, где сейчас находится Аргоннская национальная лаборатория.
-
Строительство в Ханфорде
- В декабре 1942 года возникли опасения по поводу близости реактора к населенным пунктам.
- В ноябре 1942 года Гроувс нанял DuPont для строительства комплекса по производству плутония.
- В январе 1943 года был основан Ханфордский инженерный завод.
-
Канадские и североамериканские объекты
- Канада предоставила исследования, добычу и производство урана и плутония.
- В Британской Колумбии был построен завод по производству тяжелой воды.
- В Онтарио был создан реактор ZEEP, первый канадский реактор.
-
Производство урана
- Уран был ключевым сырьем для проекта.
- В 1942 году было определено, что запасов урана достаточно.
- В 1944 году была достигнута сделка с Бельгией по покупке урановой руды.
-
Производство плутония
- В 1943 году был создан проект Ames для производства урана.
- В 1943 году был разработан процесс Ames для производства урана.
-
Методы обогащения урана
- Уран состоит из 99.3% урана-238 и 0.7% урана-235, из которых только последний является делящимся.
- Рассматривались различные методы обогащения, включая центрифуги, электромагнитное разделение, газовую диффузию и термическую диффузию.
-
Центрифуги
- Центрифугирование было признано перспективным методом в апреле 1942 года.
- В 1941 году Джесси Бимс разработал процесс, но столкнулся с техническими трудностями.
- В 1942 году Карл П. Коэн разработал математическую теорию для проектирования центрифуг.
- В ноябре 1942 года центрифугирование было отвергнуто из-за технических проблем.
-
Электромагнитное разделение
- Электромагнитное разделение было разработано в Калифорнийской радиационной лаборатории.
- Процесс использовал устройства, известные как калутроны.
- В 1942 году было решено использовать серебро вместо меди из-за нехватки меди.
- В 1943 году началось строительство завода Y-12, который начал работать в 1944 году.
-
Газовая диффузия
- Газовая диффузия была признана наиболее перспективным методом.
- Процесс основан на законе Грэма, согласно которому легкие молекулы проходят через мембрану быстрее.
- В 1942 году было одобрено строительство завода K-25, который начал работу в 1945 году.
-
Термическая диффузия
- Термическая диффузия была разработана учеными ВМС США.
- Процесс основан на теории Чепмена и Энского, согласно которой тяжелые молекулы концентрируются в холодном конце, а легкие — в теплом.
- В 1944 году было одобрено строительство завода S-50, который начал работу в 1945 году.
-
Производство гексафторида урана
- Работы начались 9 июля 1944 года
- S-50 начала частичную эксплуатацию в сентябре
- Утечки ограничили производство, но в июне 1945 года завод произвел 12 730 фунтов обогащенного продукта
- К марту 1945 года все 21 цех был в рабочем состоянии
- S-50 стала первой ступенью обогащения урана
- Газодиффузионный процесс на установке К-25 увеличил обогащение до 23%
- Y-12 увеличил обогащение до 89%
- К июлю 1945 года в Лос-Аламос было доставлено около 50 кг обогащенного урана
-
Производство плутония
- Плутоний получали из урана-239 в реакторе
- Графитовый реактор X-10 в Ок-Ридже начал работу в июне 1943 года
- В июле 1944 года мощность была увеличена до 4000 кВт
- X-10 функционировал до января 1945 года
-
Реакторы Хэнфорда
- В Хэнфорде выбрали реакторы с водяным охлаждением
- Работы начались в октябре 1943 года
- Реактор В был запущен 13 сентября 1944 года
- Реакторы D и F были запущены в декабре 1944 и феврале 1945 года
-
Процесс разделения
- Разработаны технологии получения фторида лантана и фосфата висмута
- В Хэнфорде использовали фосфат висмута
- Экспериментальная установка разделения была запущена в эксплуатацию
- Работы в районе 300 отстали от графика
-
Строительство разделительных установок
- В Хэнфорде построили четыре сепарационные установки
- Работы начались в январе 1944 года и завершились в марте 1945 года
- Из-за высокого уровня радиоактивности работы велись дистанционно
-
Дизайн оружия
- В 1943 году разрабатывалось ядерное оружие пушечного типа «Тонкий человек»
-
Исследования плутония
- Плутоний-239 был использован для первоначальных исследований, но оказался непригодным из-за высокого содержания плутония-240.
- Плутоний-240 вызывал преждевременную детонацию, что делало его непригодным для пушечного оружия.
-
Имплозия как альтернатива
- Сет Неддермайер предложил метод имплозии, который позволял собирать критическую массу быстрее.
- Джон фон Нейман предложил сферическую конфигурацию для имплозии.
-
Разработка имплозивного оружия
- В августе 1944 года началась ускоренная работа над проектом «Толстяк».
- Были созданы группы X и G для разработки взрывного оружия.
- Линзы для взрыва были разработаны с использованием эксперимента RaLa.
-
Металлургические и химические проблемы
- Металлурги столкнулись с трудностями при отливке плутония в сферу.
- Плутоний содержал множество аллотропов, что усложняло его обработку.
- Плутоний был покрыт никелем для защиты от коррозии.
-
Испытания и результаты
- В июле 1945 года было проведено испытание «Тринити» на полигоне Аламогордо.
- Взрыв был эквивалентен 20 килотоннам в тротиловом эквиваленте и оставил кратер шириной 250 футов.
- Взрыв был слышен на расстоянии более 100 миль и вызвал грибовидное облако высотой 7,5 миль.
-
Манхэттенский проект и его успех
- Манхэттенский проект был значительно успешнее, чем ожидалось.
- Трумэн был сильно впечатлен новостями и изменил свою позицию на Потсдамской конференции.
-
Персонал и его подготовка
- В июне 1944 года в проекте работало около 129,000 человек.
- В 1943 году проект получил временный приоритет для рабочей силы.
- В марте 1944 года проект получил наивысший приоритет от War Production Board и War Manpower Commission.
- В проекте было задействовано много женщин и афроамериканцев.
-
Безопасность и секретность
- Манхэттенский проект работал под мандатом «абсолютной секретности».
- Гроувс ввел политику «нужда-знать», что улучшило безопасность и эффективность.
- Проект был назван «самым хорошо охраняемым секретом войны».
- В 1945 году Life сообщил, что только несколько десятков человек знали о проекте.
-
Цензура и добровольное молчание
- Во время войны ученые начали избегать публикаций о военных исследованиях.
- В 1940 году научные журналы начали просить Национальную академию наук удалять статьи.
- В 1942 году СССР начал свой проект атомной бомбы, заметив отсутствие статей в американских журналах.
- Манхэттенский проект избегал уведомления Офиса цензуры, но позже начал сотрудничать.
-
Советские шпионы и саботаж
- Всегда существовала угроза саботажа, особенно при сбоях оборудования.
-
Проблемы и безопасность
- В проекте не было подтвержденных случаев саботажа со стороны Оси.
- В марте 1945 года японский воздушный шар повредил линию электропередач, временно отключив реакторы в Хэнфорде.
- Для обеспечения безопасности был создан специальный отряд контрразведки.
-
Шпионаж и его последствия
- В 1943 году стало ясно, что СССР пытается проникнуть в проект.
- Лейтенант Борис Паш расследовал советский шпионаж в Беркли.
- Клаус Фукс, физик и член британской миссии, был успешным советским шпионом.
- Раскрытие его деятельности повредило ядерному сотрудничеству США с Британией и Канадой.
-
Иностранная разведка
- Проект также занимался сбором информации о немецкой ядерной программе.
- В Норвегии была проведена кампания по бомбардировке и саботажу заводов тяжелой воды.
- Миссия Alsos расследовала немецкие научные разработки, включая ядерные.
- В ноябре 1944 года было установлено, что Германия не имела атомной бомбы.
-
Подготовка к атомным бомбардировкам
- Единственный самолет, способный нести бомбы, был британский Avro Lancaster.
- В 1943 году начались испытания бомб на полигонах.
- В декабре 1944 года Рузвельт приказал быть готовыми к использованию бомб против Германии, но Япония считалась более вероятной целью.
- В мае 1945 года был создан комитет для определения целей бомбардировок.
-
Бомбардировки
- 6 августа 1945 года Enola Gay сбросила бомбу на Хиросиму.
- Бомба взорвалась на высоте 1,750 футов, вызвав разрушения на площади 4.7 квадратных миль.
- Вторая бомба была сброшена на Нагасаки 9 августа.
-
Бомбардировка Хиросимы
- 69% зданий разрушено, 6-7% повреждено
- Погибло 66,000 человек, ранено 69,000
- По уточненным данным, погибло 140,000 человек
-
Бомбардировка Нагасаки
- Взрыв эквивалентен 21 кт ТНТ
- Разрушено 44% города, погибло 40-80 тысяч человек
- Погибло 35-40 тысяч человек, ранено 60 тысяч
-
Подготовка к новым бомбардировкам
- Планировалось использовать еще три бомбы в сентябре и октябре
- Три бомбы были готовы, но не использованы
- Трумэн запретил использование без его разрешения
-
Научные миссии и последствия
- Группа ученых обследовала Хиросиму и Нагасаки
- Создана Комиссия по атомным бомбардировкам
- Выпущен «Отчет Смита»
-
Послевоенные события
- Манхэттенский проект стал известен после бомбардировки
- Проект продолжался до 1946 года
- Проблемы с производством и демобилизацией
-
Международные последствия
- Основаны организации для информирования о ядерном оружии
- Обсуждались международные соглашения по контролю над ядерными исследованиями
-
Финансовые аспекты
- Расходы до 1945 года составили $1.845 млрд
- Основные затраты на производство урана и плутония
- Финансирование через бюджет Управления научных исследований и разработок
-
Планирование и финансирование
- В конце 1942 года Буш предложил Рузвельту не раскрывать проект перед Конгрессом.
- Финансирование осуществлялось через дискреционные фонды, доступные Рузвельту.
- Конгресс был намеренно не информирован о проекте из-за опасений утечки информации.
-
Раскрытие проекта
- В 1944 году Буш, Гровс и Стимсон решили информировать нескольких высокопоставленных конгрессменов.
- В марте 1945 года семь конгрессменов были официально проинформированы.
- В мае 1945 года пять дополнительных конгрессменов посетили Оук-Ридж для проверки условий.
-
Результаты и затраты
- Проект произвел три бомбы: «Тринити», «Малыш» и «Толстяк», а также одну неиспользованную бомбу «Толстяк».
- Средняя стоимость бомбы в военное время составила около $500 миллионов.
- Проект был вторым по стоимости среди военных проектов США после Boeing B-29 Superfortress.
-
Наследие
- Проект оставил сеть национальных лабораторий, включая Лоуренс Беркли, Лос-Аламос, Оук-Ридж и другие.
- В 1946 году Гровс выделил $72 миллиона на исследования в этих лабораториях.
- Проект способствовал развитию ядерной медицины и других областей науки.
-
Экологические последствия
- Производство оставило значительное количество отходов и загрязнило окружающую среду.
- В Ханфорде радиоактивные отходы хранились в временных подземных резервуарах, которые позже были загрязнены.
-
Завершение проекта
- В 2015 году был создан Национальный исторический парк Манхэттенского проекта.
- Гровс отметил вклад проекта в развитие науки и технологий.