Лос -Аламосская лаборатория , также известная как Проект Y , была секретной лабораторией, созданной Манхэттенским проектом и управляемой Калифорнийским университетом во время Второй мировой войны . Ее миссией было проектирование и создание первых атомных бомб . Роберт Оппенгеймер был ее первым директором, работавшим с 1943 по декабрь 1945 года, когда его сменил Норрис Брэдбери . Для того чтобы ученые могли свободно обсуждать свою работу, сохраняя при этом безопасность, лаборатория была расположена на изолированном плато Пахарито в северной части Нью-Мексико . Военная лаборатория занимала здания, которые когда-то были частью школы-ранчо Лос-Аламоса .
Первоначально усилия по разработке были сосредоточены на оружии деления пушечного типа с использованием плутония под названием Thin Man . В апреле 1944 года Лос-Аламосская лаборатория определила, что скорость спонтанного деления в плутонии, полученном в ядерном реакторе, слишком велика из-за присутствия плутония-240 и вызовет преддетонацию , ядерную цепную реакцию до того, как ядро будет полностью собрано. Затем Оппенгеймер реорганизовал лабораторию и организовал всеобщую и в конечном итоге успешную работу над альтернативной конструкцией, предложенной Джоном фон Нейманом , ядерным оружием имплозивного типа , которое было названо Fat Man . Вариант конструкции пушечного типа, известный как Little Boy, был разработан с использованием урана-235 .
Химики в Лос-Аламосской лаборатории разработали методы очистки урана и плутония, причем последний был металлом, который существовал только в микроскопических количествах, когда начался проект Y. Металлурги обнаружили, что плутоний обладает неожиданными свойствами, но, тем не менее, смогли отлить его в металлические сферы. Лаборатория построила Water Boiler, водный гомогенный реактор , который стал третьим реактором в мире, введенным в эксплуатацию. Она также исследовала Super, водородную бомбу , которая будет использовать бомбу деления для зажигания реакции ядерного синтеза в дейтерии и тритии .
Проект Fat Man был испытан в ходе ядерного испытания Trinity в июле 1945 года. Персонал проекта Y сформировал бригады по сборке и пусконаладочные бригады для атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки и участвовал в бомбардировках в качестве оружейников и наблюдателей. После окончания войны лаборатория поддерживала ядерные испытания Operation Crossroads на атолле Бикини . Был создан новый отдел Z для контроля за испытаниями, накоплением и сборкой бомб, которые были сосредоточены на базе Sandia . Лос-Аламосская лаборатория стала Лос-Аламосской научной лабораторией в 1947 году.
Открытие нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году [2], за которым последовало открытие ядерного деления химиками Отто Ганом и Фрицем Штрассманом в 1938 году [3] [4] и его объяснение (и наименование) физиками Лизой Мейтнер и Отто Фришем вскоре после этого [5] [6] , открыло возможность управляемой ядерной цепной реакции с использованием урана . В то время немногие ученые в Соединенных Штатах считали, что атомная бомба была бы практичной, [7] но возможность того, что немецкий проект атомной бомбы приведет к созданию атомного оружия, беспокоила ученых-беженцев из нацистской Германии и других фашистских стран, что привело к составлению письма Эйнштейна-Сциларда, чтобы предупредить президента Франклина Д. Рузвельта . Это побудило предварительные исследования в Соединенных Штатах, начавшиеся в конце 1939 года. [8]
В Соединенных Штатах прогресс был медленным, но в Великобритании Отто Фриш и Рудольф Пайерлс , два физика-беженца из Германии в Бирмингемском университете , исследовали теоретические вопросы, связанные с разработкой, производством и использованием атомных бомб. Они рассмотрели, что произойдет со сферой чистого урана-235, и обнаружили, что не только может произойти цепная реакция , но и может потребоваться всего 1 килограмм (2,2 фунта) урана-235 , чтобы высвободить энергию сотен тонн тротила . Их начальник, Марк Олифант , отнес меморандум Фриша-Пайерлса сэру Генри Тизарду , председателю Комитета по научному обзору воздушной войны (CSSAW), который, в свою очередь, передал его Джорджу Пейджету Томсону , которому CSSAW делегировал ответственность за исследования урана. [9] CSSAW создал Комитет MAUD для расследования. [10] В своем заключительном отчете в июле 1941 года Комитет MAUD пришел к выводу, что атомная бомба не только осуществима, но и может быть произведена уже в 1943 году. [11] В ответ на это британское правительство создало проект ядерного оружия, известный как Tube Alloys . [12]
В Соединенных Штатах, которые, в отличие от Великобритании, еще не были вовлечены во Вторую мировую войну , все еще не было особой срочности , поэтому Олифант полетел туда в конце августа 1941 года [13] и поговорил с американскими учеными, включая своего друга Эрнеста Лоуренса из Калифорнийского университета . Он не только сумел убедить их, что атомная бомба осуществима, но и вдохновил Лоуренса превратить свой 37-дюймовый (94 см) циклотрон в гигантский масс-спектрометр для разделения изотопов [14] — метод, который Олифант применил в 1934 году. [15] В свою очередь, Лоуренс привлек своего друга и коллегу Роберта Оппенгеймера , чтобы перепроверить физику отчета Комитета MAUD, который обсуждался на встрече в Исследовательской лаборатории General Electric в Скенектади, штат Нью-Йорк , 21 октября 1941 года. [16]
В декабре 1941 года Секция S-1 Управления научных исследований и разработок (OSRD) назначила Артура Х. Комптона ответственным за надзор за научными исследованиями по производству и проектированию бомбы. [17] [18] Он делегировал проектирование бомбы и выполнение расчетов быстрых нейтронов — ключа к расчетам критической массы и детонации оружия — Грегори Брейту , которому было присвоено звание «Координатора быстрого разрыва», а Оппенгеймеру — помощника. Но Брейт не согласился с другими учеными, работавшими в Металлургической лаборатории , в частности с Энрико Ферми , по вопросам мер безопасности, [19] и ушел в отставку 18 мая 1942 года. [20] Затем Комптон назначил Оппенгеймера на свое место. [21] Джон Х. Мэнли , физик из Металлургической лаборатории, был назначен помогать Оппенгеймеру, связываясь и координируя группы экспериментальной физики, разбросанные по всей стране. [20] Оппенгеймер и Роберт Сербер из Иллинойсского университета исследовали проблемы диффузии нейтронов (как нейтроны движутся в цепной ядерной реакции) и гидродинамики (как может вести себя взрыв, вызванный цепной реакцией). [22]
Чтобы рассмотреть эту работу и общую теорию реакций деления, Оппенгеймер и Ферми созвали встречи в Чикагском университете в июне и в Калифорнийском университете в Беркли в июле с физиками-теоретиками Гансом Бете , Джоном Ван Флеком , Эдвардом Теллером , Эмилем Конопински , Робертом Сербером, Стэном Франкелем и Элдредом К. Нельсоном, последними тремя бывшими студентами Оппенгеймера, и физиками-экспериментаторами Эмилио Сегре , Феликсом Блохом , Франко Разетти , Джоном Мэнли и Эдвином Макмилланом . Они предварительно подтвердили, что бомба деления теоретически возможна. [23]
Было еще много неизвестных факторов. Свойства чистого урана-235 были относительно неизвестны; еще более неизвестны свойства плутония , химического элемента , который был открыт Гленном Сиборгом и его командой совсем недавно , в феврале 1941 года, но который был теоретически расщепляющимся . Ученые на конференции в Беркли предполагали разведение плутония в ядерных реакторах из атомов урана-238 , которые поглощали нейтроны из делящихся атомов урана-235. На тот момент ни один реактор не был построен, и были доступны только микроскопические количества плутония, произведенного циклотронами . [24]
Существовало много способов размещения делящегося материала в критическую массу. Самый простой заключался в выстреле «цилиндрической пробкой» в сферу «активного материала» с « тампером » — плотным материалом, который фокусировал бы нейтроны внутрь и удерживал реагирующую массу вместе, чтобы увеличить ее эффективность. [25] Они также исследовали конструкции, включающие сфероиды , примитивную форму «имплозии», предложенную Ричардом К. Толменом , и возможность автокаталитических методов , которые увеличили бы эффективность бомбы при ее взрыве. [26]
Считая идею бомбы деления теоретически обоснованной — по крайней мере, до тех пор, пока не появятся дополнительные экспериментальные данные — конференция в Беркли затем повернула в другом направлении. Эдвард Теллер настаивал на обсуждении более мощной бомбы: «Супер», обычно называемой сегодня « водородной бомбой », которая использовала бы взрывную силу детонирующей бомбы деления, чтобы зажечь ядерную реакцию синтеза между дейтерием и тритием . [27] Теллер предлагал схему за схемой, но Бете отвергал каждую из них. Идея синтеза была отложена, чтобы сосредоточиться на производстве бомб деления. [28] Теллер также выдвинул спекулятивную возможность того, что атомная бомба может «зажечь» атмосферу из-за гипотетической реакции синтеза ядер азота, [29] но Бете подсчитал, что этого не может произойти, [30] и отчет, написанный в соавторстве с Теллером, показал, что «никакая самораспространяющаяся цепочка ядерных реакций, вероятно, не будет запущена». [31]
Умелое проведение Оппенгеймером июльской конференции произвело впечатление на его коллег; его проницательность и способность обращаться даже с самыми сложными людьми стали неожиданностью даже для тех, кто хорошо его знал. [32] После конференции Оппенгеймер увидел, что, хотя они и разобрались с физикой, все еще требовалась значительная работа по инженерным, химическим, металлургическим и артиллерийским аспектам создания атомной бомбы. Он пришел к убеждению, что для проектирования бомбы потребуется среда, в которой люди могли бы свободно обсуждать проблемы и тем самым сокращать бесполезное дублирование усилий. Он рассудил, что это можно было бы лучше всего примирить с безопасностью, создав центральную лабораторию в изолированном месте. [33] [34]
Бригадный генерал Лесли Р. Гроувс-младший стал директором Манхэттенского проекта 23 сентября 1942 года. [35] Он посетил Беркли, чтобы посмотреть на калютроны Лоуренса , и встретился с Оппенгеймером, который 8 октября представил ему отчет о конструкции бомбы. [36] Гроувс заинтересовался предложением Оппенгеймера о создании отдельной лаборатории по проектированию бомб. Когда они снова встретились в Чикаго 15 октября, он пригласил Оппенгеймера обсудить этот вопрос. Гроувсу нужно было сесть на поезд 20th Century Limited обратно в Нью-Йорк, поэтому он попросил Оппенгеймера сопровождать его, чтобы они могли продолжить обсуждение. Гроувс, Оппенгеймер, полковник Джеймс С. Маршалл и подполковник Кеннет Николс втиснулись в одноместное купе Николая, чтобы обсудить, как можно создать лабораторию по разработке бомб и как она будет функционировать. [33] [37] Впоследствии Гроувс пригласил Оппенгеймера в Вашингтон, округ Колумбия , где этот вопрос обсуждался с Ванневаром Бушем , директором OSRD, и Джеймсом Б. Конантом , председателем Национального комитета по оборонным исследованиям (NDRC). 19 октября Гроувс одобрил создание лаборатории по созданию бомб. [34]
Хотя Оппенгеймер казался логичным кандидатом на должность руководителя новой лаборатории, которая стала известна как Проект Y, у него было мало административного опыта; Буш, Конант, Лоуренс и Гарольд Юри все выразили сомнения по этому поводу. [38] Более того, в отличие от других руководителей проектов — Лоуренса в Радиационной лаборатории Беркли , Комптона в Металлургическом проекте в Чикаго и Юри в Лабораториях SAM в Нью-Йорке — у Оппенгеймера не было Нобелевской премии , что вызвало опасения, что у него может не быть престижа, чтобы иметь дело с выдающимися учеными. Были также проблемы с безопасностью; [39] многие из ближайших соратников Оппенгеймера были активными членами Коммунистической партии , включая его жену Китти , [40] подругу Джин Тэтлок , [41] брата Фрэнка и жену Фрэнка Джеки. [42] В конце концов, Гроувс лично отдал распоряжение освободить Оппенгеймера 20 июля 1943 года. [39]
Рассматривалась идея размещения проекта Y в Металлургической лаборатории в Чикаго или на заводе инженеров Клинтона в Оук-Ридже, штат Теннесси , но в итоге было решено, что лучше всего подойдет удаленное место. [43] Место в окрестностях Лос-Анджелеса было отклонено по соображениям безопасности, а одно — около Рино, штат Невада , как слишком недоступное. По рекомендации Оппенгеймера поиск был сужен до окрестностей Альбукерке, штат Нью-Мексико , где Оппенгеймер владел ранчо в хребте Сангре-де-Кристо . [44] Климат был мягким, с Альбукерке было воздушное и железнодорожное сообщение, он был достаточно удален от западного побережья Соединенных Штатов, чтобы японское нападение не стало проблемой, а плотность населения была низкой. [43]
В октябре 1942 года майор Джон Х. Дадли из Манхэттенского округа (военный компонент Манхэттенского проекта) обследовал участки вокруг Гэллапа , Лас-Вегаса , Ла-Вентаны, Джемес-Спрингс и Отови [45] и рекомендовал тот, что возле Джемес-Спрингс. [ 43] 16 ноября Оппенгеймер, Гроувс, Дадли и другие осмотрели участок. Оппенгеймер опасался, что высокие скалы, окружающие участок, вызовут у людей чувство клаустрофобии, в то время как инженеры были обеспокоены возможностью затопления. Затем группа двинулась к участку Отови, в окрестностях школы-ранчо Лос-Аламоса . Оппенгеймер был впечатлен и выразил сильное предпочтение этому участку, сославшись на его природную красоту и вид на горы Сангре-де-Кристо , которые, как он надеялся, вдохновят тех, кто будет работать над проектом. [46] [47] Инженеры были обеспокоены плохой подъездной дорогой и тем, будет ли достаточно водоснабжения, но в остальном посчитали, что это идеальный вариант. [48]
Заместитель военного министра США Роберт П. Паттерсон одобрил приобретение участка 25 ноября 1942 года, выделив 440 000 долларов на покупку участка площадью 54 000 акров (22 000 га), все из которых, за исключением 8 900 акров (3 600 га), уже принадлежали федеральному правительству. [49] Министр сельского хозяйства Клод Р. Уикард предоставил военному министерству в пользование около 45 100 акров (18 300 га) земель Лесной службы США «на тот срок, пока сохраняется военная необходимость». [50] Потребность в земле для новой дороги, а позднее в полосе отвода для линии электропередачи протяженностью 25 миль (40 км), в конечном итоге довела закупку земель военного времени до 45 737 акров (18 509,1 га), но в конечном итоге было потрачено только 414 971 доллар. [49] Самыми дорогими пунктами были школа, которая обошлась в 350 000 долларов, и ранчо Anchor, которое обошлось в 25 000 долларов. [51] Оба наняли юристов для переговоров с правительством, но испаноязычным поселенцам платили всего 7 долларов за акр (что эквивалентно 123 долларам в 2023 году). [52] Разрешения на выпас скота были отозваны, а частная земля была куплена или конфискована в соответствии с правом принудительного отчуждения имущества с использованием полномочий Закона о полномочиях во время Второй войны . [53] Петиции об осуждении были сформулированы так, чтобы охватывать все минеральные, водные, лесные и другие права, поэтому у частных лиц не было никаких оснований для въезда на эту территорию. [54] Участок приобрел неправильную форму из-за примыкания к Национальному памятнику Бандельер и священному месту захоронения коренных американцев. [53]
Важным фактором при приобретении участка было существование школы Los Alamos Ranch. Она состояла из 54 зданий, из которых 27 были домами, общежитиями или другими помещениями, обеспечивающими 46 626 квадратных футов (4 331,7 м 2 ) жилья. Остальные здания включали лесопилку , ледник , амбары , столярную мастерскую, конюшни и гаражи , все общей площадью 29 560 квадратных футов (2 746 м 2 ). На близлежащем ранчо Anchor было четыре дома и амбар. [55] Строительные работы контролировались инженерным округом Альбукерке до 15 марта 1944 года, когда инженерный округ Манхэттена взял на себя ответственность. [53] Willard C. Kruger and Associates из Санта-Фе, Нью-Мексико , были наняты в качестве архитектора и инженера. Black & Veatch была привлечена для проектирования инженерных сетей в декабре 1945 года. Первой было выплачено 743 706,68 долларов, а второй — 164 116 долларов к моменту завершения Манхэттенского проекта в конце 1946 года. [56] Округ Альбукерке контролировал строительство в Лос-Аламосе на сумму 9,3 миллиона долларов, а Манхэттенский округ — еще 30,4 миллиона долларов. [53] Первоначальные работы были поручены компании MM Sundt Company из Тусона, штат Аризона , и начались в декабре 1942 года. Гроувс изначально выделил 300 000 долларов на строительство, что в три раза превышало смету Оппенгеймера, с запланированной датой завершения 15 марта 1943 года. Вскоре стало ясно, что масштаб проекта Y намного больше, чем ожидалось, и к тому времени, когда Сундт закончил 30 ноября 1943 года, было потрачено более 7 миллионов долларов. [57] Компания «Зия» взяла на себя ответственность за техническое обслуживание в апреле 1946 года. [58]
Оппенгеймер первоначально подсчитал, что работа может быть выполнена 50 учеными и 50 техниками. Гроувс утроил это число до 300. [57] Фактическое население, включая членов семей, составляло около 3500 к концу 1943 года, 5700 к концу 1944 года, 8200 к концу 1945 года и 10 000 к концу 1946 года. [59] Первоначально все население составляли рабочие, так как они были единственными, кому предоставлялось жилье, но со временем и по мере того, как становилось доступно больше жилья, число иждивенцев увеличивалось. Эта тенденция ускорилась с окончанием войны и заменой военнослужащих гражданскими лицами с семьями. Из-за строго секретного характера работы перепись населения Лос-Аламоса не проводилась до апреля 1946 года. [60] В свидетельствах о рождении детей, родившихся в Лос-Аламосе во время войны, местом их рождения был указан почтовый ящик 1663 в Санта-Фе. Все письма и посылки приходили по этому адресу. [61]
Самым желанным жильем были шесть существующих бревенчатых и каменных коттеджей, в которых когда-то жили директор и преподаватели Los Alamos Ranch School. Это были единственные жилища в Лос-Аламосе, в которых были ванны, и они стали известны как «Bathtub Row». [57] [62] Оппенгеймер жил на Bathtub Row; его соседом был капитан W. S. «Deak» Парсонс , глава артиллерийско-технического отдела. [63] Дом Парсонса был немного больше, потому что у Парсонса было двое детей, а у Оппенгеймера на тот момент был только один. [64] После Bathtub Row следующим по популярности жильем были квартиры, построенные Сундтом. Типичное двухэтажное здание вмещало четыре семьи. В каждой квартире Сундта было две или три спальни, кухня с капризной печью на черном угле и небольшая ванная комната. JE Morgan and Sons поставила 56 сборных домов, которые стали известны как «Morganville». Компания Robert E. McKee построила часть города, известную как «Маккивилл». [57] В июне-октябре 1943 года, а также в июне и июле 1944 года, численность населения превысила имеющееся жилье, и персонал был временно размещен в каньоне Фрихолес. [65] Дома в инженерных заводах Клинтона в Оук-Ридже, штат Теннесси, и в инженерных заводах Ханфорда в штате Вашингтон были простыми, но более высокого стандарта (как указано Николсом ), чем дома в Лос-Аламосе (как указано Гроувсом ), но Николс сказал ученым из Лос-Аламоса, что жилье там было проблемой Гроувса, а не его. [66]
Арендная плата устанавливалась на основе дохода жильца. [67] Временные посетители Лос-Аламоса размещались в Fuller Lodge , Guest Cottage или Big House, которые когда-то были частью Los Alamos Ranch School. [68] Школа была основана в 1943 году, обслуживая как начальную, так и среднюю школу, и было зачислено 140 детей; к 1946 году их было 350. Образование было бесплатным, как и детский сад для работающих матерей. [69] С 18 учителями начальной школы, 13 учителями средней школы и суперинтендантом, соотношение учителей и учеников было превосходным. [70] Было построено множество технических зданий. Большинство из них были полупостоянного типа, с использованием гипсокартона . Они отапливались от центральной отопительной установки. Первоначально это была котельная № 1, в которой было два угольных котла . Его заменила котельная № 2, в которой было шесть котлов на мазуте. В дополнение к основному участку в Лос-Аламосе, для экспериментальных работ было разработано около 25 отдаленных участков. [71]
Рост города опережал развитие канализационной системы, [71] и к концу 1945 года начались перебои с электроснабжением. Свет приходилось отключать в течение дня и между 7 и 10 часами вечера. Также не хватало воды. Осенью 1945 года потребление составляло 585 000 галлонов США (2 210 000 л) в день, но водоснабжение могло обеспечить только 475 000 галлонов США (1 800 000 л). 19 декабря трубы, которые были проложены над землей для экономии времени в 1943 году, замерзли, полностью прекратив подачу воды. Жителям приходилось черпать воду из 15 автоцистерн, которые перевозили 300 000 галлонов США (1 100 000 л) в день. [72] Поскольку его название было секретным, Лос-Аламос называли «Участком Y»; жителям он был известен как «Холм». [73] Поскольку они жили на федеральной земле, штат Нью-Мексико не позволял жителям Лос-Аламоса голосовать на выборах, хотя и требовал от них платить подоходный налог штата. [74] [75] Предстояла длительная серия юридических и законодательных баталий, прежде чем жители Лос-Аламоса стали полноправными гражданами Нью-Мексико 10 июня 1949 года. [76]
Первоначально Лос-Аламос должен был стать военной лабораторией с Оппенгеймером и другими исследователями, призванными в армию. Оппенгеймер зашел так далеко, что заказал себе форму подполковника, но два ключевых физика, Роберт Бахер и Исидор Раби , воспротивились этой идее. Затем Конант, Гроувс и Оппенгеймер придумали компромисс, согласно которому лабораторией управлял Калифорнийский университет. [77] Финансовая и закупочная деятельность входила в сферу ответственности Калифорнийского университета в соответствии с письмом о намерениях от 1 января 1943 года от OSRD. Это было заменено официальным контрактом с Манхэттенским округом от 20 апреля 1943 года, который был датирован задним числом 1 января. Финансовыми операциями руководил резидент-деловой офицер Дж. А. Д. Манси. [78] Предполагалось, что она будет милитаризована, когда придет время окончательно собрать бомбу, но к этому времени Лос-Аламосская лаборатория настолько разрослась, что это посчитали непрактичным и ненужным, [38] поскольку ожидаемые трудности, связанные с гражданскими лицами, работающими над опасными задачами, не возникли. [78]
Полковник Джон М. Харман был первым командиром поста в Лос-Аламосе. Он присоединился к офису Санта-Фе в качестве подполковника 19 января 1943 года и был повышен до полковника 15 февраля. [79] Лос-Аламос официально стал военным учреждением 1 апреля 1943 года, и он переехал в Лос-Аламос 19 апреля. [79] [80] Его преемником стал подполковник К. Уитни Эшбридж, выпускник школы-ранчо Лос-Аламоса, [81] в мае 1943 года. В свою очередь, Эшбриджа сменил подполковник Джеральд Р. Тайлер в октябре 1944 года, [79] [82] полковник Лайл Э. Симен в ноябре 1945 года и полковник Херб К. Джи в сентябре 1946 года. [79] Командир поста подчинялся непосредственно Гроувсу и отвечал за поселок, государственную собственность и военный персонал. [83]
.jpg/1280px-Los_Alamos_Main_Gate_(2).jpg)
Четыре воинских подразделения были назначены на пост. Отряд военной полиции, 4817-е подразделение командования служб, прибыл из Форт-Райли, Канзас , в апреле 1943 года. Его первоначальная численность составляла 7 офицеров и 196 рядовых; к декабрю 1946 года в нем было 9 офицеров и 486 человек, и он круглосуточно дежурил на 44 постах охраны. [84] Временный инженерный отряд (PED), 4817-е подразделение командования служб, был сформирован в Кэмп-Клэйборне, Луизиана , 10 апреля 1943 года. Эти люди выполняли работы вокруг поста, такие как работа в котельной, автопарке и столовых. Они также обслуживали здания и дороги. Он достиг пиковой численности в 465 человек и был расформирован 1 июля 1946 года. [85]
1-й Временный женский армейский вспомогательный корпус (WAAC) был сформирован в Форт-Силл, штат Оклахома , 17 апреля 1943 года. Его первоначальная численность составляла всего одного офицера и семь вспомогательных солдат. WAAC стал Женским армейским корпусом (WAC) 24 августа 1943 года, и отряд стал частью 4817-го командного подразделения службы, с численностью двух офицеров и 43 женщин-служащих. Они были приведены к присяге в армию Соединенных Штатов Эшбриджем. Он достиг пиковой численности около 260 женщин в августе 1945 года. WAC выполняли более широкий спектр работ, чем PED; некоторые были поварами, водителями и телефонистками, в то время как другие служили библиотекарями, клерками и техниками в больницах. Некоторые проводили узкоспециализированные научные исследования в технической зоне. [85]
Специальный инженерный отряд (SED) был сформирован в октябре 1943 года как часть 9812-го технического сервисного подразделения. Он состоял из мужчин с техническими навыками или высшим образованием и в основном был набран из прекратившей свое существование Программы специализированной подготовки армии . [85] Политика военного министерства запрещала давать отсрочки от призыва мужчинам моложе 22 лет, поэтому они были назначены в SED. [86] Он достиг пиковой численности в 1823 человека в августе 1945 года. Персонал SED работал во всех областях Лос-Аламосской лаборатории. [85]
Будучи директором Лос-Аламосской лаборатории, Оппенгеймер больше не подчинялся Комптону, а подчинялся непосредственно Гроувсу. [80] Он отвечал за технические и научные аспекты проекта Y. [83] Он собрал ядро своего персонала из групп, которые работали на него над нейтронными расчетами. [87] В их число входили его секретарь Присцилла Грин , [88] Сербер и Макмиллан из его собственной группы, а также группы Эмилио Сегре и Джозефа У. Кеннеди из Калифорнийского университета, группа Дж. Х. Уильямса из Миннесотского университета , группа Джо Маккиббена из Висконсинского университета , группа Феликса Блоха из Стэнфордского университета и группа Маршалла Холлоуэя из Университета Пердью . Он также обеспечил услуги Ганса Бете и Роберта Бахера из Радиационной лаборатории Массачусетского технологического института , Эдварда Теллера , Роберта Ф. Кристи , Дарола К. Фромана , Элвина К. Грейвса и Джона Х. Мэнли и его группы из Металлургической лаборатории Манхэттенского проекта, а также Роберта Р. Уилсона и его группы, в которую входил Ричард Фейнман , которые проводили исследования Манхэттенского проекта в Принстонском университете . Они привезли с собой много ценного научного оборудования. Группа Уилсона разобрала циклотрон в Гарвардском университете и отправила его в Лос-Аламос; Маккиббен привез два генератора Ван де Граафа из Висконсина; а Мэнли привез ускоритель Кокрофта-Уолтона из Иллинойсского университета . [87]
Связь с внешним миром осуществлялась через единственную линию Лесной службы до апреля 1943 года, [89] когда она была заменена пятью армейскими телефонными линиями. Это число было увеличено до восьми в марте 1945 года. [90] Также было три телетайпа с кодирующими машинами. Первый был установлен в марте 1943 года, а еще два были добавлены в мае 1943 года. Один был удален в ноябре 1945 года. [90] В офисах были телефоны, но ни одного в частных домах, поскольку армия считала это угрозой безопасности. В поселке было несколько общественных телефонов для экстренных случаев. Поскольку не было возможности предотвратить прослушивание линий, секретная информация не могла обсуждаться по телефонным линиям. Первоначально телефонные линии работали только в рабочее время, пока не прибыло достаточное количество WAC, чтобы круглосуточно обслуживать коммутатор. [91]
.jpg/1280px-HD.4G.026_(10537567494).jpg)
Женщин в Лос-Аламосе поощряли к работе из-за нехватки рабочей силы и проблем с безопасностью при найме местных рабочих. К сентябрю 1943 года в Технической зоне работало около 60 жен ученых. В октябре 1944 года около 200 из 670 работников лаборатории, больницы и школы были женщинами. Большинство из них работали в администрации, но многие женщины, такие как Лилли Хорниг , [92] Джейн Гамильтон Холл , [93] и Пегги Титтертон, работали учеными и техниками. [94] Шарлотта Сербер возглавляла Группу A-5 (Библиотека). [95] Большая группа женщин работала над числовыми расчетами в Группе T-5 (Вычисления). [92] Дороти Маккиббин руководила офисом в Санта-Фе, который открылся по адресу 109 East Palace Avenue 27 марта 1943 года. [96] Новым сотрудникам на секретном объекте в Лос-Аламосе заранее не давали никаких указаний на объект или удостоверений безопасности. Им было приказано явиться в офис в Санта-Фе, где Маккиббин снабдил их такими вещами и таким образом стал привратником Лос-Аламоса. [97]
В Лос-Аламосской лаборатории был совет директоров, членами которого были Оппенгеймер, Бахер, Бете, Кеннеди, DL Хьюз (директор по персоналу), DP Митчелл (директор по закупкам) и Дик Парсонс. Позже к ним присоединились Макмиллан, Джордж Кистяковски и Кеннет Бейнбридж . [98] Лаборатория была организована в пять отделов: Административный (A), Теоретический (T) под руководством Бете, Экспериментальный физика (P) под руководством Бахера, Химия и металлургия (CM) под руководством Кеннеди и Артиллерийско-инженерный (E) под руководством Парсонса. [99] [100] Все отделы расширялись в течение 1943 и 1944 годов, но Отдел T, несмотря на утроение размера, оставался самым маленьким, в то время как Отдел E стал самым большим. Допуск к секретной информации был проблемой. Ученым (включая, поначалу, Оппенгеймера) приходилось предоставлять доступ в Техническую зону без надлежащего допуска. В интересах эффективности Гроувс одобрил сокращенный процесс, при котором Оппенгеймер поручился за старших ученых, а трех других сотрудников было достаточно, чтобы поручиться за младшего ученого или техника. [101]
Лос-Аламосская лаборатория была усилена британской миссией под руководством Джеймса Чедвика. Первыми прибыли Отто Фриш и Эрнест Титтертон ; позже прибыли Нильс Бор и его сын Оге Бор , а также сэр Джеффри Тейлор , эксперт по гидродинамике, внесший большой вклад в понимание неустойчивости Рэлея-Тейлора . [102] Эта неустойчивость на границе раздела двух жидкостей с разной плотностью возникает, когда более легкая жидкость толкает более тяжелую, [103] и была жизненно важна для интерпретации экспериментов со взрывчатыми веществами, предсказания эффектов взрыва, конструкции нейтронных инициаторов и конструкции самой атомной бомбы. Чедвик оставался всего несколько месяцев; его сменил на посту главы британской миссии Рудольф Пайерлс. Первоначальная идея, одобренная Гроувсом, заключалась в том, что британские ученые будут работать как группа под руководством Чедвика, который будет передавать им работу по частям. Вскоре это было отвергнуто в пользу полной интеграции британской миссии в лабораторию. Они работали в большинстве ее подразделений, за исключением химии и металлургии плутония. [104] [102] С принятием Закона об атомной энергии 1946 года , известного как Закон Мак-Магона, все британские государственные служащие должны были уйти. Все ушли к концу 1946 года, за исключением Титтертона, которому было предоставлено особое разрешение, и он оставался до 12 апреля 1947 года. Британская миссия закончилась, когда он ушел. [105] [106]
В 1943 году усилия по разработке были направлены на создание оружия деления пушечного типа с использованием плутония под названием «Тонкий человек» . [107] [108] Названия для всех трех проектов атомных бомб — «Толстяк» , «Тонкий человек» и «Малыш» — были выбраны Сербером на основе их форм. «Тонкий человек» был длинным устройством, а его название произошло от детективного романа Дэшила Хэммета и серии фильмов с тем же названием. «Толстяк» был круглым и толстым и был назван в честь персонажа Сидни Гринстрита «Каспер Гутман» в «Мальтийском соколе» . «Малыш» был последним и был назван в честь персонажа Элиши Кука-младшего в том же фильме, на которого ссылался Хамфри Богарт . [109]
Серия конференций в апреле и мае 1943 года изложила план лаборатории на оставшуюся часть года. Оппенгеймер оценил критическую массу устройства из урана-235 с помощью формулы, основанной на теории диффузии , выведенной в Беркли Стэном Франкелем и Э. К. Нельсоном. Это дало значение для устройства из урана-235 с идеальным тампером в 25 кг; но это было лишь приближение. Оно было основано на упрощающих предположениях, в частности, что все нейтроны имеют одинаковую скорость, что все столкновения упругие , что они рассеиваются изотропно , и что средняя длина свободного пробега нейтронов в ядре и тампере одинакова. Отделение Бете T, в частности группа Сербера T-2 (теория диффузии) и группа Фейнмана T-4 (проблемы диффузии), провели следующие несколько месяцев, работая над улучшенными моделями. [110] [111] Бете и Фейнман также разработали формулу для эффективности реакции. [112]
Никакая формула не могла быть точнее, чем значения, заложенные в нее; значения для сечений были сомнительными и еще не были определены для плутония. Измерение этих значений было бы приоритетом, но лаборатория обладала всего 1 граммом урана-235 и всего несколькими микрограммами плутония. [110] Эта задача выпала на долю отдела P Бахера. Группа Уильямса P-2 (электростатический генератор) провела первый эксперимент в июле 1943 года, когда она использовала больший из двух генераторов Ван де Граафа для измерения отношения нейтронов на деление в плутонии к нейтронам на деление в уране-235. [113] Это потребовало некоторых переговоров с Металлургической лабораторией для получения 165 мкг плутония, который был получен в Лос-Аламосе 10 июля 1943 года. Бахер смог сообщить, что число нейтронов на деление плутония-239 составило 2,64 ± 0,2, что примерно в 1,2 раза больше, чем у урана-235. [114] Титтертон и Бойс Макдэниел из группы Уилсона P-1 (циклотрон) попытались измерить время, необходимое для испускания мгновенных нейтронов из ядра урана-235 при его делении. [115] Они подсчитали, что большинство из них испускалось менее чем за 1 наносекунду . Последующие эксперименты показали, что деление также заняло менее наносекунды. Подтверждение утверждения теоретиков о том, что число нейтронов, испускаемых за одно деление, одинаково как для быстрых, так и для медленных нейтронов, заняло больше времени и было завершено только осенью 1944 года. [113]
Джон фон Нейман посетил Лос-Аламосскую лабораторию в сентябре 1943 года и принял участие в обсуждении ущерба, который может нанести атомная бомба. Он объяснил, что в то время как ущерб, наносимый небольшим взрывом, пропорционален импульсу ( среднее давление взрыва, умноженное на его продолжительность), ущерб от крупных взрывов, таких как атомная бомба, будет определяться пиковым давлением, которое зависит от кубического корня его энергии. Затем Бете подсчитал, что взрыв 10 килотонн тротила (42 ТДж) приведет к избыточному давлению в 0,1 стандартных атмосфер (10 кПа) на расстоянии 3,5 километра (2,2 мили) и, следовательно, приведет к серьезным повреждениям в пределах этого радиуса. Фон Нейман также предположил, что, поскольку давление увеличивается, когда ударные волны отражаются от твердых объектов, повреждения могут быть увеличены, если бомба будет взорвана на высоте, сопоставимой с радиусом повреждения, примерно от 1 до 2 километров (от 3300 до 6600 футов). [112] [116]
Парсонс был назначен главой Артиллерийского и инженерного отдела в июне 1943 года по рекомендации Буша и Конанта. [117] Для укомплектования отдела Толман, который выступал в качестве координатора усилий по разработке оружия, привлек Джона Стрейба, Чарльза Критчфилда и Сета Неддермейера из Национального бюро стандартов . [118] Первоначально отдел был разделен на пять групп, причем первоначальными руководителями групп были Макмиллан из группы E-1 (испытательный полигон), Кеннет Бейнбридж из группы E-2 (приборы), Роберт Броуд из группы E-3 (разработка взрывателя), Критчфилд из группы E-4 (снаряд, цель и источник) и Неддермейер из группы E-5 (имплозия). Осенью 1943 года были добавлены еще две группы: группа E-7 (доставка) под руководством Нормана Рэмси и группа E-8 (внутренняя баллистика) под руководством Джозефа О. Хиршфельдера . [117]
На ранчо Энкор был создан испытательный полигон. Орудие должно было быть необычным, и его нужно было спроектировать при отсутствии важных данных о критической массе. Критерии проектирования были следующими: начальная скорость орудия должна была составлять 3000 футов в секунду (910 м/с); ствол должен был весить всего 1 короткую тонну (0,91 т) вместо обычных 5 коротких тонн (4,5 т) для ствола с такой энергией; как следствие, он должен был быть изготовлен из легированной стали; максимальное давление в казенной части должно было составлять 75 000 фунтов на квадратный дюйм (520 000 кПа ); и он должен был иметь три независимых капсюля . Поскольку выстрелить из него нужно было только один раз, ствол можно было сделать легче, чем у обычного орудия. [119] Также ему не требовались нарезка или противооткатные механизмы. Кривые давления были рассчитаны под руководством Хиршфельдера в Геофизической лаборатории до его прихода в Лос-Аламосскую лабораторию. [120]
Пока они ждали, пока пушки будут изготовлены на военно-морском орудийном заводе , были испытаны различные пороха. Хиршфельдер отправил Джона Л. Маги на экспериментальную шахту Бюро горного дела в Брюстоне , штат Пенсильвания, для испытания пороха и системы зажигания. [121] Испытательные стрельбы проводились на ранчо Энкор с пушкой калибра 3 дюйма (76 мм)/50 . Это позволило отладить испытательную аппаратуру. Первые две трубы прибыли в Лос-Аламос 10 марта 1944 года, и испытательные стрельбы начались на ранчо Энкор под руководством Томаса Х. Олмстеда, который имел опыт такой работы на военно-морском испытательном полигоне в Дальгрене, штат Вирджиния . Капсюли были испытаны и оказались работоспособными при давлении до 80 000 фунтов на квадратный дюйм (550 000 кПа). Группа Броуда исследовала системы взрывателей, тестируя радиолокационные высотомеры , бесконтактные взрыватели и взрыватели барометрических высотомеров . [122]
Испытания проводились с радиолокационным высотомером с частотной модуляцией, известным как AYD, и импульсным типом, известным как 718. Модификации AYD были сделаны Norden Laboratories Corporation по контракту OSRD. Когда связались с производителем 718, RCA , стало известно, что новый радар предупреждения о хвосте , AN/APS-13 , позже прозванный Archie , только что поступил в производство, который можно было адаптировать для использования в качестве радиолокационного высотомера. Третий блок, который должен был быть изготовлен, был доставлен в Лос-Аламос в апреле 1944 года. В мае он был испытан путем погружения AT -11 . За этим последовали полномасштабные испытания на падение в июне и июле. Они были очень успешными, в то время как AYD продолжал страдать от проблем. Поэтому Archie был принят, хотя нехватка блоков в августе 1944 года исключила полномасштабные разрушающие испытания. [122] Испытания самолета Boeing B-29 Superfortress Silverplate с бомбами в форме «Худышки» проводились на военном аэродроме Мьюрок в марте и июне 1944 года. [123]
На заседании Исполнительного комитета S-1 14 ноября 1942 года Чедвик выразил опасение, что альфа-частицы, испускаемые плутонием, могут производить нейтроны в легких элементах, присутствующих в качестве примесей, что в свою очередь вызовет деление плутония и вызовет преддетонацию , цепную реакцию до того, как ядро будет полностью собрано. Это рассматривалось Оппенгеймером и Сиборгом месяцем ранее, и последний подсчитал, что излучатели нейтронов, такие как бор, должны быть ограничены одной частью на сто миллиардов. Были некоторые сомнения относительно того, можно ли разработать химический процесс, который мог бы обеспечить такой уровень чистоты, и Чедвик довел этот вопрос до сведения Исполнительного комитета S-1 для дальнейшего рассмотрения. Однако четыре дня спустя Лоуренс, Оппенгеймер, Комптон и Макмиллан сообщили Конанту, что они уверены в том, что строгие требования к чистоте могут быть выполнены. [124]
Только микроскопические количества плутония были доступны до тех пор, пока 4 ноября 1943 года не был запущен графитовый реактор X-10 на заводе инженеров Клинтона [125] [126] , но уже были некоторые тревожные признаки. Когда фторид плутония производился в Металлургической лаборатории, он был иногда светлым, а иногда темным, хотя химический процесс был тем же самым. Когда в ноябре 1943 года им удалось восстановить его до металлического плутония, его плотность составила 15 г/см 3 , а измерение с использованием методов рассеяния рентгеновских лучей указало на плотность 13 г/см 3 . Это было плохо; предполагалось, что его плотность такая же, как у урана, около 19 г/см 3 . Если эти цифры верны, для бомбы потребовалось бы гораздо больше плутония. Кеннеди не нравились амбициозные и ищущие внимания манеры Сиборга, и вместе с Артуром Валем он разработал процедуру очистки плутония независимо от группы Сиборга. Когда в феврале они получили образец, эта процедура была опробована. В том же месяце Металлургическая лаборатория объявила, что она определила, что существует два разных фторида: светлый тетрафторид плутония (PuF 4 ) и темный трифторид плутония (PuF 3 ). Химики вскоре обнаружили, как делать их выборочно, и первый оказалось легче восстанавливать до металла. Измерения в марте 1944 года показали плотность от 19 до 20 г/см 3 . [127]
Группа CM-8 (металлургия плутония) Эрика Джетта начала экспериментировать с металлическим плутонием после того, как в марте 1944 года в Лос-Аламосской лаборатории были получены граммовые количества. Нагревая его, металлурги обнаружили пять температур между 137 и 580 °C (279 и 1076 °F), при которых он внезапно начинал поглощать тепло без повышения температуры. Это было сильным указанием на множественные аллотропы плутония ; но изначально это считалось слишком странным, чтобы быть правдой. Дальнейшие испытания подтвердили изменение состояния около 135 °C (275 °F); он вошел в δ-фазу с плотностью 16 г/ см3 . Сиборг утверждал, что плутоний имеет температуру плавления около 950–1000 °C (1740–1830 °F), что примерно соответствует температуре плавления урана, но металлурги из Лос-Аламосской лаборатории вскоре обнаружили, что он плавится при температуре около 635 °C (1175 °F). Затем химики обратились к методам удаления примесей легких элементов из плутония; но 14 июля 1944 года Оппенгеймер сообщил Кеннеди, что это больше не потребуется. [128]
Понятие спонтанного деления было выдвинуто Нильсом Бором и Джоном Арчибальдом Уилером в их трактовке механизма ядерного деления в 1939 году. [130] Первая попытка обнаружить спонтанное деление в уране была предпринята Уиллардом Либби , но ему не удалось его обнаружить. [131] Оно было обнаружено в Великобритании Фришем и Титтертоном, и независимо в Советском Союзе Георгием Флёровым и Константином Петржаком в 1940 году; последним обычно приписывают это открытие. [132] [133] Комптон также слышал от французского физика Пьера Оже, что Фредерик Жолио-Кюри обнаружил то, что могло быть спонтанным делением в полонии . Если это правда, это может исключить использование полония в нейтронных инициаторах; если это правда для плутония, это может означать, что конструкция типа пушки не будет работать. В Лос-Аламосской лаборатории пришли к единому мнению, что это неправда, и что результаты Жолио-Кюри были искажены примесями. [134]
В Лос-Аламосской лаборатории группа Эмилио Сегре (P-5, Radioactivity) приступила к измерению радиоактивности в уране-234 , -235 и -238, плутонии, полонии, протактинии и тории . [135] Они не были слишком обеспокоены самим плутонием; их главной заботой был вопрос, поднятый Чедвиком о взаимодействии с примесями легких элементов. Сегре и его группа молодых физиков устроили свой эксперимент в старой бревенчатой хижине Лесной службы в каньоне Пахарито, примерно в 14 милях (23 км) от Технической зоны, чтобы свести к минимуму фоновое излучение, исходящее для других исследований в Лос-Аламосской лаборатории. [136]
К августу 1943 года у них были хорошие значения для всех протестированных элементов, за исключением плутония, который они не смогли измерить достаточно точно, потому что единственный образец, который у них был, был пятью образцами по 20 мкг, созданными 60-дюймовым циклотроном в Беркли. [137] Они заметили, что измерения, проведенные в Лос-Аламосе, были больше, чем те, что были сделаны в Беркли, что они приписали космическим лучам , которых больше в Лос-Аламосе, который находится на высоте 7300 футов (2200 м) над уровнем моря. [138] Хотя их измерения показали скорость спонтанного деления 40 делений на грамм в час, что было высоко, но приемлемо, погрешность была неприемлемо большой. В апреле 1944 года они получили образец из графитового реактора X-10. Тесты вскоре показали 180 делений на грамм в час, что было неприемлемо высоко. Бахеру пришлось сообщить об этом Комптону, который был явно потрясен. [139] Подозрение пало на плутоний-240 , изотоп, который еще не был открыт, но существование которого подозревалось, поскольку он просто создавался ядром плутония-239, поглощающим нейтрон. Чего не подозревали, так это его высокой скорости спонтанного деления. Группа Сегре измерила ее на уровне 1,6 миллиона делений на грамм в час, по сравнению с всего лишь 40 на грамм в час для плутония-239. [140] Это означало, что выращенный в реакторе плутоний был непригоден для использования в оружии пушечного типа. Плутоний-240 начал бы цепную реакцию слишком быстро, вызвав предварительную детонацию, которая высвободила бы достаточно энергии для рассеивания критической массы до того, как прореагирует достаточно плутония. Была предложена более быстрая пушка, но она оказалась непрактичной. То же самое было и с возможностью разделения изотопов, поскольку плутоний-240 еще труднее отделить от плутония-239, чем уран-235 от урана-238. [141]
Работа над альтернативным методом проектирования бомбы, известным как имплозия, была начата группой Неддермейера E-5 (Имплозия). Сербер и Толман задумали имплозию во время конференций в апреле 1943 года как способ сборки кусков расщепляемого материала вместе для формирования критической массы. Неддермейер пошел другим путем, попытавшись раздавить полый цилиндр в сплошной стержень. [142] Идея заключалась в том, чтобы использовать взрывчатые вещества для раздавливания субкритического количества расщепляемого материала в меньшую и более плотную форму. Когда расщепляемые атомы упакованы ближе друг к другу, скорость захвата нейтронов увеличивается, и они образуют критическую массу. Металлу нужно пройти только очень короткое расстояние, поэтому критическая масса собирается за гораздо меньшее время, чем это заняло бы при методе пушки. [143] В то время идея использования взрывчатых веществ таким образом была довольно новой. Чтобы облегчить работу, на ранчо Энкор был построен небольшой завод для литья взрывчатых форм. [142]
В течение 1943 года имплозия считалась резервным проектом на случай, если по какой-то причине пушка окажется непрактичной. [144] Физики-теоретики, такие как Бете, Оппенгеймер и Теллер, были заинтригованы идеей конструкции атомной бомбы, которая более эффективно использовала бы расщепляющийся материал и позволяла бы использовать материал более низкой чистоты. Эти преимущества особенно привлекали Гроувза. Но хотя исследования Неддермейера в 1943 и начале 1944 года по имплозии были многообещающими, было ясно, что проблема будет намного сложнее с теоретической и инженерной точки зрения, чем конструкция пушки. В июле 1943 года Оппенгеймер написал Джону фон Нейману, прося его о помощи и предлагая ему посетить Лос-Аламос, где он мог бы получить «лучшее представление об этом проекте в духе Бака Роджерса ». [145]
В то время фон Нейман работал в Военно-морском бюро вооружений , Принстонском университете, на армейском Абердинском испытательном полигоне и в NDRC. Оппенгеймер, Гроувс и Парсонс обратились к Толмену и контр-адмиралу Уильяму Р. Пернеллу с просьбой освободить фон Неймана. Он посетил Лос-Аламос с 20 сентября по 4 октября 1943 года. Опираясь на свою недавнюю работу с взрывными волнами и кумулятивными зарядами, используемыми в бронебойных снарядах, он предложил использовать кумулятивный фугасный заряд для имплозии сферического ядра. На заседании Совета управляющих 23 сентября было принято решение обратиться к Джорджу Кистяковски, известному эксперту по взрывчатым веществам, работавшему тогда в OSRD, с просьбой присоединиться к Лос-Аламосской лаборатории. [146] Хотя и неохотно, он сделал это в ноябре. 16 февраля 1944 года он стал штатным сотрудником, став заместителем Парсонса по имплозии; Макмиллан стал его заместителем по типу пушки. Максимальный размер бомбы в это время определялся размером бомбового отсека B-29 размером 5 на 12 футов (1,5 на 3,7 м). [147]
К июлю 1944 года Оппенгеймер пришел к выводу, что плутоний не может быть использован в конструкции пушки. 18 июля он написал Гроувсу, что «в настоящее время метод, которому должен быть отдан первостепенный приоритет, — это метод имплозии». [148] Ускоренные работы по проекту имплозии под кодовым названием Fat Man начались в августе 1944 года, когда Оппенгеймер провел масштабную реорганизацию лаборатории в Лос-Аламосе, чтобы сосредоточиться на имплозии. [149] В Лос-Аламосе были созданы две новые группы для разработки имплозивного оружия: X (взрывчатые вещества) Отдел во главе с Кистяковским и G (гаджеты) Отдел под руководством Роберта Бахера. [150] [151] Хотя Теллер возглавлял группу T-1 (имплозия и супер), Бете считал, что Теллер слишком много времени уделяет супер, которому Бете и Оппенгеймер придавали низкий приоритет. В июне 1944 года Оппенгеймер создал специальную Супергруппу под руководством Теллера, который был напрямую подчинен Оппенгеймеру, а Пайерлс стал главой Группы Т-1 (Имплозия). [152] [153] В сентябре группа Теллера стала Группой F-1 (Супер и Общая Теория), частью нового Отдела F (Ферми) Энрико Ферми. [154]
Новая конструкция, которую разработали фон Нейман и T Division, в частности Рудольф Пайерлс, использовала взрывные линзы для фокусировки взрыва на сферической форме с использованием комбинации как медленных, так и быстрых взрывчатых веществ. [155] Визит сэра Джеффри Тейлора в мае 1944 года поднял вопросы о стабильности интерфейса между ядром и тампером из обедненного урана . В результате конструкция была сделана более консервативной. Конечным выражением этого стало принятие предложения Кристи о том, чтобы ядро было сплошным, а не полым. [156] Конструкция линз, которые детонировали с надлежащей формой и скоростью, оказалась медленной, сложной и разочаровывающей. [155] Были испытаны различные взрывчатые вещества, прежде чем остановились на составе B в качестве быстрого взрывчатого вещества и баратоле в качестве медленного взрывчатого вещества. [157] Окончательная конструкция напоминала футбольный мяч с 20 шестиугольными и 12 пятиугольными линзами, каждая весом около 80 фунтов (36 кг). Для правильной детонации требовались быстрые, надежные и безопасные электрические детонаторы , которых для надежности было по два на каждую линзу. [158] [159] Поэтому было решено использовать взрывающиеся мостовые детонаторы , новое изобретение, разработанное в Лос-Аламосе группой под руководством Луиса Альвареса . Контракт на их производство был выдан компании Raytheon . [160]
Для изучения поведения сходящихся ударных волн Роберт Сербер разработал эксперимент RaLa , в котором использовался короткоживущий радиоизотоп лантан-140 , мощный источник гамма-излучения . Источник гамма-излучения был помещен в центр металлической сферы, окруженной взрывными линзами, которые, в свою очередь, находились внутри ионизационной камеры . Это позволило снять рентгеновский фильм об имплозии. Линзы были разработаны в первую очередь с использованием этой серии тестов. [161] В своей истории проекта Лос-Аламоса Дэвид Хокинс писал: «RaLa стал самым важным единичным экспериментом, повлиявшим на окончательную конструкцию бомбы». [162]
Внутри взрывчатки находился алюминиевый толкатель толщиной 4,5 дюйма (110 мм), который обеспечивал плавный переход от взрывчатки относительно низкой плотности к следующему слою, тамперу из природного урана толщиной 3 дюйма (76 мм). Его главная задача заключалась в том, чтобы удерживать критическую массу вместе как можно дольше, но он также должен был отражать нейтроны обратно в ядро. Некоторая его часть также могла делиться. Чтобы предотвратить преждевременную детонацию внешним нейтроном, тампер был покрыт тонким слоем бора. [158]
.jpg/1280px-HD.4G.053_(10540204545).jpg)
Модулированный нейтронный инициатор из полония и бериллия , известный как «морской еж», потому что его форма напоминала внутреннюю оболочку морского ежа , [163] был разработан для запуска цепной реакции в точно нужный момент. [164] Эта работа с химией и металлургией радиоактивного полония была направлена Чарльзом Алленом Томасом из компании Monsanto и стала известна как проект Дейтона . [165] Для испытаний требовалось до 500 кюри полония в месяц, который Monsanto могла поставлять. [166] Вся сборка была заключена в дюралюминиевый корпус бомбы для защиты от пуль и зенитной артиллерии. [158]
Конечной задачей металлургов было определить, как отлить плутоний в сферу. Хрупкая α-фаза, которая существует при комнатной температуре, меняется на пластичную β-фазу при более высоких температурах. Затем внимание переключилось на еще более пластичную δ-фазу, которая обычно существует в диапазоне от 300 до 450 °C (от 572 до 842 °F). Было обнаружено, что она стабильна при комнатной температуре при сплавлении с алюминием, но алюминий испускает нейтроны при бомбардировке альфа-частицами , что усугубляет проблему предварительного возгорания. Затем металлурги наткнулись на сплав плутония и галлия , который стабилизировал δ-фазу и мог быть подвергнут горячему прессованию в желаемую сферическую форму. Поскольку было обнаружено, что плутоний легко подвергается коррозии, сферу покрыли никелем. [167]
Работа оказалась опасной. К концу войны половину опытных химиков и металлургов пришлось отстранить от работы с плутонием, когда в их моче обнаружились неприемлемо высокие уровни этого элемента. [168] Небольшой пожар в Лос-Аламосе в январе 1945 года привел к опасениям, что пожар в плутониевой лаборатории может загрязнить весь город, и Гроувс санкционировал строительство нового объекта для химии и металлургии плутония, который стал известен как DP-site. [169] Полусферы для первой плутониевой ямы (или ядра) были изготовлены и доставлены 2 июля 1945 года. Еще три полусферы последовали 23 июля и были доставлены тремя днями позже. [170]
После реорганизации Оппенгеймером Лос-Аламосской лаборатории в июле 1944 года работа над урановым оружием пушечного типа была сосредоточена в группе O-1 (Gun) Фрэнсиса Бирча . [171] [172] Концепция была разработана таким образом, чтобы в случае неудачи в разработке имплозивной бомбы можно было использовать хотя бы обогащенный уран. [173] С этого момента пушечный тип должен был работать только с обогащенным ураном, и это позволило значительно упростить конструкцию «Худого человека». Высокоскоростная пушка больше не требовалась, и можно было заменить ее более простым оружием, достаточно коротким, чтобы поместиться в бомбовый отсек B-29. Новая конструкция получила название « Малыш» . [174]
После неоднократных проволочек первая партия слегка обогащенного урана (13–15 процентов урана-235) прибыла из Ок-Риджа в марте 1944 года. Поставки высокообогащенного урана начались в июне 1944 года. Эксперименты по критичности и водяной котел имели приоритет, поэтому металлурги не получали ничего до августа 1944 года. [175] [176] Тем временем Отдел CM экспериментировал с гидридом урана . [177] Отдел T рассматривал его как перспективный активный материал. Идея заключалась в том, что способность водорода как замедлителя нейтронов компенсирует потерю эффективности, но, как позже вспоминал Бете, его эффективность была «ничтожно мала или меньше, как сказал бы Фейнман», и эта идея была отклонена к августу 1944 года. [178]
Проект Эймса Фрэнка Спеддинга разработал процесс Эймса , метод производства металлического урана в промышленных масштабах, но Сирил Стэнли Смит , [179] заместитель руководителя отдела CM, отвечающий за металлургию, [180] был обеспокоен его использованием с высокообогащенным ураном из-за опасности образования критической массы. Высокообогащенный уран также был гораздо более ценным, чем природный уран, и он хотел избежать потери даже миллиграмма. Он нанял Ричарда Д. Бейкера, химика, который работал со Спеддингом, и вместе они адаптировали процесс Эймса для использования в лаборатории Лос-Аламоса. [179] В феврале Бейкер и его группа провели двадцать восстановлений по 360 граммов и двадцать семь восстановлений по 500 граммов с высокообогащенным тетрафторидом урана . [181]
Было произведено два типа конструкции пушки: тип A был из высоколегированной стали, а тип B из более обычной стали. Тип B был выбран для производства, потому что он был легче. Капсюли и метательное вещество были такими же, как и те, что ранее были выбраны для Thin Man. [182] Масштабные испытательные стрельбы полого снаряда и мишенной вставки проводились с 3-дюймовой/50 калибровой пушкой и 20-мм (0,79 дюйма) пушкой Hispano . Начиная с декабря, испытательные стрельбы проводились в натуральную величину. Удивительно, но первый произведенный тестовый экземпляр оказался лучшим из когда-либо созданных. Он использовался в четырех испытательных стрельбах на ранчо Anchor и, в конечном итоге, в Little Boy, использованном при бомбардировке Хиросимы . Технические требования к проекту были завершены в феврале 1945 года, и были заключены контракты на изготовление компонентов. Были использованы три разных завода, чтобы ни у кого не было копии полной конструкции. Орудие и казенная часть были изготовлены на военно-морском орудийном заводе в Вашингтоне, округ Колумбия; мишень, корпус и некоторые другие компоненты были изготовлены на заводе по производству боеприпасов ВМС в Сентер-Лайн, штат Мичиган ; а хвостовой обтекатель и монтажные кронштейны — на Expert Tool and Die Company в Детройте, штат Мичиган . [183] [182]
Четкий график Берча был нарушен в декабре Гроувсом, который приказал Оппенгеймеру отдать приоритет пушечному типу, а не имплозивному, чтобы оружие было готово к 1 июля 1945 года. [184] Бомба, за исключением урановой боевой части, была готова в начале мая 1945 года. [185] Снаряд из урана-235 был готов 15 июня, а мишень — 24 июля. [186] Предварительные сборки мишени и бомбы (частично собранные бомбы без делящихся компонентов) покинули военно-морскую верфь Хантерс-Пойнт , Калифорния, 16 июля на борту крейсера USS Indianapolis и прибыли 26 июля. [187] За мишенями последовали воздушные вставки 30 июля. [186]
Хотя все его компоненты были испытаны в испытаниях на мишень и падение, [186] ни одно полное испытание ядерного оружия пушечного типа не проводилось до Хиросимы. Было несколько причин не испытывать устройство типа Little Boy. В первую очередь, не хватало урана-235. [188] Кроме того, конструкция оружия была достаточно простой, поэтому было сочтено необходимым провести только лабораторные испытания с узлом пушечного типа. В отличие от конструкции имплозии, которая требовала сложной координации кумулятивных взрывных зарядов, конструкция пушечного типа считалась почти наверняка работоспособной. [189] Тридцать два испытания на падение были проведены в Вендовере , и только один раз бомба не сработала. Была сделана одна модификация в последнюю минуту, чтобы позволить пороховым мешкам с топливом, которые запускали пушку, быть загруженными в бомбовый отсек. [182]
Опасность случайной детонации делала безопасность предметом беспокойства. В Little Boy были встроены основные механизмы безопасности, но случайная детонация все равно могла произойти. Были проведены испытания, чтобы увидеть, может ли столкновение привести к попаданию полой «пули» в «целевой» цилиндр, что приведет к массивному выбросу радиации или, возможно, к ядерной детонации. Они показали, что для этого требуется удар в 500 раз больше силы тяжести, что делало это крайне маловероятным. [190] Все еще существовало опасение, что столкновение и пожар могут привести к срабатыванию взрывчатки. [191] При погружении в воду урановые половинки подвергались воздействию замедлителя нейтронов . Хотя это не вызвало бы взрыва, это могло бы создать широкомасштабное радиоактивное загрязнение . По этой причине пилотам рекомендовалось разбивать самолет на суше, а не в море. [190]
Water Boiler был водным гомогенным реактором , типом ядерного реактора, в котором ядерное топливо в виде растворимого сульфата урана растворяется в воде. [192] [193] Сульфат урана был выбран вместо нитрата урана, потому что сечение захвата нейтронов серой меньше, чем у азота. [194] Проект был предложен Бахером в апреле 1943 года как часть продолжающейся программы измерения критических масс в системах с цепной реакцией. Он также рассматривал его как средство испытания различных материалов в системах с критической массой. Отделение T было против проекта, который рассматривался как отвлечение от исследований, связанных с формой цепных реакций, обнаруженных в атомной бомбе, но Бахер победил в этом вопросе. [195] Расчеты, связанные с Water Boiler, заняли чрезмерно много времени у Отделения T в 1943 году. [193] Теория реактора, разработанная Ферми, не применялась к Water Boiler. [196]
В 1943 году о строительстве реакторов было известно немного. В P Division Бахера была создана группа P-7 (Water Boiler) под руководством Дональда Керста [197] , в которую входили Чарльз П. Бейкер, Герхарт Фридлендер , Линдсей Гельмгольц , Маршалл Холлоуэй и Рэмер Шрайбер . Роберт Ф. Кристи из T-1 Group оказал поддержку в теоретических расчетах, в частности, в расчете критической массы. Он подсчитал, что 600 граммов урана-235 образуют критическую массу в тампере бесконечного размера. Первоначально планировалось, что водяной котел будет работать на мощности 10 кВт, но Ферми и Сэмюэл К. Эллисон посетили его в сентябре 1943 года и рассмотрели предложенную конструкцию. Они указали на опасность разложения урановой соли и рекомендовали более тяжелую защиту. Также было отмечено, что будут образовываться радиоактивные продукты деления , которые придется удалять химическим путем. В результате было решено, что водогрейный котел будет работать только на мощности 1 кВт до тех пор, пока не будет накоплен больший опыт эксплуатации, а функции, необходимые для работы на высокой мощности, были на время отложены. [195]
Кристи также рассчитал площадь, которая будет загрязнена в случае случайного взрыва. Было выбрано место в каньоне Лос-Аламос, находящееся на безопасном расстоянии от поселка и ниже по течению от источника воды. Известное как Омега, оно было одобрено Советом управляющих 19 августа 1943 года. Водогрейный котел было непростым в строительстве. Две половины 12,0625-дюймовой (306,39 мм) сферы из нержавеющей стали, которая была котлом, пришлось соединить дуговой сваркой , поскольку припой будет разъедаться урановой солью. Группа CM-7 (Miscellaneous Metallurgy) изготовила бериллиевые кирпичи для трамбовки водогрейного котла в декабре 1943 года и январе 1944 года. Их прессовали в графите горячим способом при температуре 1000 °C (1830 °F) и давлении 100 фунтов на квадратный дюйм (690 кПа) в течение 5–20 минут. Было изготовлено около 53 кирпичей, сформированных так, чтобы они подходили для котла. Здание на площадке Омега было готово, хотя и не полностью, к 1 февраля 1944 года, а водогрейный котел был полностью собран к 1 апреля. К маю прибыло достаточное количество обогащенного урана, чтобы запустить его, и он достиг критического состояния 9 мая 1944 года. [195] [198] Это был всего лишь третий реактор в мире, который сделал это, первыми двумя были реактор Chicago Pile-1 в Металлургической лаборатории и графитовый реактор X-10 на заводе инженеров Клинтона. [192] Улучшенные измерения поперечного сечения позволили Кристи уточнить свою оценку критичности до 575 граммов. Фактически, требовалось всего 565 граммов. Точность его предсказания удивила Кристи больше, чем кого-либо. [195]
В сентябре 1944 года группа P-7 (водяной котел) стала группой F-2 (водяной котел), частью подразделения F Ферми. [199] По завершении запланированной серии экспериментов в июне 1944 года было решено перестроить его как более мощный реактор. Первоначальная цель в 10 кВт мощности была отклонена в пользу 5 кВт, что позволило бы сохранить простые требования к охлаждению. Было подсчитано, что поток нейтронов составит 5 x 10 10 нейтронов на квадратный сантиметр в секунду. Было установлено водяное охлаждение вместе с дополнительными стержнями управления. На этот раз вместо сульфата урана использовался нитрат урана, поскольку первый было легче дезактивировать. Тампер из бериллиевых кирпичей был окружен графитовыми блоками, поскольку бериллий было трудно достать, и чтобы избежать реакции (γ, n) в бериллии, [200] в которой гамма-лучи производятся нейтронами, генерируемыми реактором: [201]
Реактор начал работу в декабре 1944 года. [200]
С самого начала исследования в области Super направлялись Теллером, который был его самым ярым сторонником. Хотя эта работа всегда считалась вторичной по отношению к цели разработки бомбы деления, перспектива создания более мощных бомб была достаточной, чтобы поддерживать ее. Летняя конференция в Беркли убедила Теллера, что Super технологически осуществим. Важный вклад внес Эмиль Конопински , который предположил, что дейтерий можно было бы легче поджечь, если бы он был смешан с тритием. Бете отметил, что реакция трития-дейтерия (TD) выделяет в пять раз больше энергии, чем реакция дейтерия-дейтерия (DD). Это не было немедленно продолжено, потому что тритий было трудно получить, и были надежды, что дейтерий можно было бы легко поджечь бомбой деления, но поперечные сечения TD и DD были измерены группой Мэнли в Чикаго и Холлоуэем в Пердью. [202]
К сентябрю 1943 года значения DD и TD были пересмотрены в сторону повышения, что вселило надежду на то, что реакция синтеза может быть запущена при более низких температурах. Теллер был достаточно оптимистичен в отношении Super и достаточно обеспокоен сообщениями о том, что немцы интересуются дейтерием, чтобы попросить Совет управляющих повысить его приоритет. Совет согласился в некоторой степени, но постановил, что только один человек может быть выделен для работы над ним на постоянной основе. Оппенгеймер назначил Конопински, который проведет остаток войны, работая над ним. Тем не менее, в феврале 1944 года Теллер добавил Станислава Улама , Джейн Роберг, Джеффри Чу , Гарольда и Мэри Арго в свою группу T-1. Улам рассчитал обратное комптоновское охлаждение , в то время как Роберг вычислила температуру воспламенения смесей TD. [202] [203] Мария Гёпперт присоединилась к группе в феврале 1945 года. [204]
Теллер выступал за увеличение ресурсов для исследований Super на том основании, что это оказалось гораздо сложнее, чем предполагалось. Правление отказалось сделать это, поскольку маловероятно, что это принесет плоды до окончания войны, но не прекратило их полностью. Действительно, Оппенгеймер попросил Гроувза вывести немного трития из дейтерия в графитовом реакторе X-10. Несколько месяцев Теллер и Бете спорили о приоритете исследований Super. В июне 1944 года Оппенгеймер удалил Теллера и его Super Group из T Division Бете и поставил ее непосредственно под себя. В сентябре она стала F-1 (Super) Group в F Division Ферми. [202] [203] В течение следующих месяцев исследования Super продолжались безостановочно. Было подсчитано, что сжигание 1 кубического метра (35 кубических футов) жидкого дейтерия высвободит энергию 10 мегатонн тротила (42 ПДж), достаточную для того, чтобы разрушить 1000 квадратных миль (2600 км2 ) . [205] Супергруппа была переведена обратно в дивизию Т 14 ноября 1945 года. [206]
Коллоквиум по Суперу был проведен в Лос-Аламосской лаборатории в апреле 1946 года для обзора работы, проделанной во время войны. Теллер дал обзор своей концепции «Классического Супера», а Николас Метрополис и Энтони Л. Туркевич представили результаты расчетов, которые были сделаны относительно термоядерных реакций. Окончательный отчет по Суперу, выпущенный в июне и подготовленный Теллером и его группой, оставался оптимистичным относительно перспективы успешной разработки Супера, хотя это впечатление не было всеобщим среди присутствовавших на коллоквиуме. [207] Работу пришлось свернуть в июне 1946 года из-за потери персонала. [208] К 1950 году расчеты показали, что Классический Супер не будет работать; что он не только не сможет поддерживать термоядерное горение в дейтериевом топливе, но и не сможет поджечь его в первую очередь. [207]
Из-за сложности оружия имплозивного типа было решено, что, несмотря на отходы делящегося материала, потребуется провести начальное испытание. Гроувс одобрил испытание при условии извлечения активного материала. Поэтому рассматривался вариант контролируемого взрыва, но Оппенгеймер вместо этого выбрал полномасштабное ядерное испытание под кодовым названием «Тринити». [209] В марте 1944 года ответственность за планирование испытания была возложена на Кеннета Бейнбриджа, профессора физики в Гарварде, работавшего под руководством Кистяковского. Бейнбридж выбрал полигон для бомбардировки около армейского аэродрома Аламогордо в качестве места для испытания. [210] Бейнбридж работал с капитаном Сэмюэлем П. Давалосом над строительством базового лагеря Тринити и его объектов, которые включали казармы, склады, мастерские, взрывчатый магазин и магазин . [211]
Гроувс не был в восторге от перспективы объяснения потери плутония стоимостью в миллиард долларов перед сенатским комитетом, поэтому был построен цилиндрический контейнер под кодовым названием «Джамбо» для извлечения активного материала в случае отказа. Имея размеры 25 футов (7,6 м) в длину и 12 футов (3,7 м) в ширину, он был изготовлен с большими затратами из 214 длинных тонн (217 т) железа и стали компанией Babcock & Wilcox в Барбертоне, штат Огайо. Доставленный в специальном железнодорожном вагоне на запасной путь в Поупе, штат Нью-Мексико, он был перевезен последние 25 миль (40 км) до испытательного полигона на прицепе, запряженном двумя тракторами. [212] К тому времени, когда он прибыл, уверенность в методе имплозии была достаточно высокой, а доступность плутония была достаточной, поэтому Оппенгеймер решил не использовать его. Вместо этого его поместили на стальную башню в 800 ярдах (730 м) от оружия в качестве грубой меры того, насколько мощным будет взрыв. В конце концов, Jumbo выжил, хотя его башня не выдержала, добавив уверенности в том, что Jumbo успешно сдержал бы заглохший взрыв. [213] [214]
Предварительный взрыв был проведен 7 мая 1945 года для калибровки приборов. Деревянная испытательная платформа была возведена в 800 ярдах (730 м) от Ground Zero и загружена 108 короткими тоннами (98 т) тротила, пропитанного продуктами ядерного деления в виде облученного уранового стержня с площадки в Хэнфорде , который был растворен и вылит в трубки внутри взрывчатого вещества. Этот взрыв наблюдали Оппенгеймер и новый заместитель командующего Гроувса, бригадный генерал Томас Фаррелл . Предварительный тест дал данные, которые оказались жизненно важными для теста Trinity. [214] [215]
Для настоящего испытания устройство, прозванное «гаджетом», было поднято на вершину 100-футовой (30-метровой) стальной башни, поскольку детонация на этой высоте дала бы лучшее представление о том, как оружие будет вести себя при сбросе с бомбардировщика. Детонация в воздухе максимизировала энергию, приложенную непосредственно к цели, и генерировала меньше ядерных осадков . Гаджет был собран под руководством Норриса Брэдбери в соседнем ранчо Макдональда 13 июля и ненадежно поднят на башню на следующий день. [216] Среди наблюдателей были Буш, Чедвик, Конант, Фаррелл, Ферми, Гроувс, Лоуренс, Оппенгеймер и Толман. [217]
В 05:30 16 июля 1945 года устройство взорвалось с энергетическим эквивалентом около 20 килотонн тротила, оставив кратер из тринитита (радиоактивного стекла) в пустыне шириной 250 футов (76 м). Ударная волна ощущалась на расстоянии более 100 миль (160 км), а грибовидное облако достигло 7,5 миль (12,1 км) в высоту. Его было слышно даже в Эль-Пасо, штат Техас , поэтому Гроувс выпустил статью для прикрытия о взрыве склада боеприпасов на аэродроме Аламогордо. [218] [217] Уильям Л. Лоуренс из New York Times , который был пресс-секретарем Манхэттенского проекта, помог составить статью для прикрытия, включая еще один пресс-релиз на случай его собственной смерти. Заявление для СМИ было выпущено Вторым воздушным флотом . Позже, в сентябре 1945 года, после бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, СМИ были приглашены на место. [219]
Проект Альберта, также известный как Проект А, был сформирован в марте 1945 года, поглотив существующие группы Парсонсовского отделения O, которые работали над подготовкой и доставкой бомб. В их число входили группа Рамси O-2 (доставка), группа Берча O-1 (пушка), группа Бэйнбриджа X-2 (разработка, проектирование и испытания), группа Брода O-3 (разработка взрывателей) и группа Джорджа Гэллоуэя O-4 (инженерное дело). [220] [221] Его роль заключалась в поддержке усилий по доставке бомб. Парсонс стал главой проекта Альберта, Рэмси стал его научным и техническим заместителем, а Эшворт — его оперативным офицером и военным заместителем. [222] В целом, проект Альберта состоял из 51 армейского, военно-морского и гражданского персонала. [223] 1-й технический сервисный отряд, к которому административно приписывался персонал проекта «Альберта», находился под командованием подполковника Пира де Сильвы [224] и обеспечивал безопасность и размещение на Тиниане. [225] Было две группы по сборке бомб, группа «Толстяк» под командованием Норриса Брэдбери и Роджера Уорнера и группа «Малыш» под командованием Бирча. Филип Моррисон был главой команды по сборке бомб, Бернард Уолдман и Луис Альварес руководили группой воздушного наблюдения [222] [221], а Шелдон Дайк отвечал за группу артиллерийского вооружения самолетов [225] Физики Роберт Сербер и Уильям Пенни , а также капитан армии США Джеймс Ф. Нолан, медицинский эксперт, были специальными консультантами. [226] Все члены проекта «Альберта» добровольно вызвались участвовать в миссии. [227]
Проект Альберта продолжался с планом по готовности Little Boy к 1 августа, а первого Fat Man — как можно скорее после этого. [228] Тем временем, серия из двенадцати боевых вылетов была выполнена между 20 и 29 июля против целей в Японии с использованием фугасных тыквенных бомб , версий Fat Man с взрывчаткой, но без делящегося ядра. [229] Шелдон Дайк и Майло Болстед из проекта Альберта летали в некоторых из этих миссий, как и британский наблюдатель группы капитан Леонард Чешир . [230] Четыре предварительные сборки Little Boy, L-1, L-2, L-5 и L-6, были израсходованы в испытательных сбросах. [231] [232] Команда Little Boy полностью собрала живую бомбу и подготовила ее к использованию 31 июля. [233] Последний пункт подготовки к операции наступил 29 июля 1945 года. Приказ о нападении был отдан генералу Карлу Спаатсу 25 июля за подписью генерала Томаса Т. Хэнди , исполняющего обязанности начальника штаба армии США , поскольку генерал армии Джордж К. Маршалл находился на Потсдамской конференции с президентом Гарри С. Трумэном . [234] В приказе были обозначены четыре цели: Хиросима , Кокура , Ниигата и Нагасаки , и предписывалось провести атаку «как только позволит погода, примерно после 3 августа». [235]
Сборка блока Fat Man была сложной операцией, в которой участвовали сотрудники групп High Explosive, Pit, Fusing и Firing. Чтобы предотвратить переполненность здания сборки и тем самым привести к несчастному случаю, Парсонс ограничил количество людей, которым разрешалось находиться внутри в любое время. Персонал, ожидающий выполнения определенной задачи, должен был ждать своей очереди снаружи здания. Первая предварительная сборка Fat Man, известная как F13, была собрана к 31 июля и израсходована в ходе испытания на падение на следующий день. За ней последовал F18 4 августа, который был сброшен на следующий день. [236] Три комплекта предварительных сборок Fat Man, обозначенные F31, F32 и F33, прибыли на B-29 509-й сводной группы и 216-й базы ВВС США 2 августа. При осмотре было обнаружено, что блоки фугасной взрывчатки F32 сильно потрескались и не подлежат эксплуатации. Остальные два были собраны, причем F33 предназначался для репетиций, а F31 — для оперативного использования. [237]
Парсонс, как оружейник, командовал миссией в Хиросиму. Вместе со вторым лейтенантом Моррисом Р. Джеппсоном из 1-й артиллерийской эскадрильи он вставил пороховые мешки «Малыш» в бомбовый отсек «Энолы Гэй » во время полета. Перед тем как подняться на высоту для приближения к цели, Джеппсон переключил три предохранительных штекера между электрическими разъемами внутренней батареи и пусковым механизмом с зеленого на красный. После этого бомба была полностью активирована. Джеппсон следил за ее цепями. [238] Еще четыре члена проекта «Альберта» летали в миссии в Хиросиму. Луис Альварес , Гарольд Агню и Лоуренс Х. Джонстон находились на самолете-инструменте «Великий артист» . Они сбросили канистры «Бангометр», чтобы измерить силу взрыва, но в то время это не использовалось для расчета мощности. [239] Бернард Уолдман был оператором камеры на самолете наблюдения . Он был оснащён специальной высокоскоростной кинокамерой Fastax с шестью секундами плёнки, чтобы запечатлеть взрыв. Уолдман забыл открыть затвор камеры, и плёнка не была экспонирована. [240] [241] Другие члены команды вылетели на Иводзиму на случай, если Энола Гей будет вынуждена приземлиться там, но этого не потребовалось. [242]
Пернелл, Парсонс, Пол Тиббетс , Спаатц и Кертис Лемей встретились на Гуаме 7 августа, на следующий день после атаки на Хиросиму, чтобы обсудить, что делать дальше. Парсонс сказал, что проект Альберта будет иметь бомбу Fat Man, готовую к 11 августа, как и планировалось изначально, но Тиббетс указал на метеосводки, указывающие на плохие летные условия в тот день из-за шторма, и спросил, можно ли ее подготовить к 9 августа. Парсонс согласился сделать это. [243] Для этой миссии Эшворт был оружейником, а лейтенант Филип М. Барнс из 1-й артиллерийской эскадрильи был помощником оружейника на B-29 Bockscar . Уолтер Гудман и Лоуренс Х. Джонстон находились на борту самолета с приборами, The Great Artiste . Леонард Чешир и Уильям Пенни находились на самолете наблюдения Big Stink . [244] Роберт Сербер должен был быть на борту, но был оставлен командиром самолета, потому что забыл свой парашют. [245]
Медицинская программа была создана в Лос-Аламосе под руководством капитана Джеймса Ф. Нолана из Медицинского корпуса армии США . [246] [247] Первоначально был создан небольшой пятиместный лазарет для гражданских лиц и трехместный лазарет для военнослужащих. Более серьезные случаи лечились в армейском госпитале Bruns General Hospital в Санта-Фе, но вскоре это было признано неудовлетворительным из-за потери времени из-за долгой поездки и рисков безопасности. Нолан рекомендовал объединить лазареты и расширить их до госпиталя на 60 коек. Госпиталь на 54 койки был открыт в 1944 году, укомплектованный армейскими кадрами. Стоматолог прибыл в марте 1944 года. [248] Офицер ветеринарного корпуса , капитан Дж. Стивенсон, уже был назначен присматривать за сторожевыми собаками. [246]
Лабораторные помещения для медицинских исследований были ограничены, но некоторые исследования проводились в отношении эффектов радиации, а также поглощения и токсических эффектов металлов, особенно плутония и бериллия, в основном в результате несчастных случаев. [249] Группа здравоохранения начала проводить анализы мочи лабораторных работников в начале 1945 года, и многие из них выявили опасные уровни плутония. [250] Работа над водогрейным котлом также иногда подвергала рабочих воздействию опасных продуктов деления. [251] В Лос-Аламосе между его открытием в 1943 году и сентябрем 1946 года произошло 24 несчастных случая со смертельным исходом. Большинство из них были связаны со строителями. Четверо ученых погибли, включая Гарри Дагляна и Луиса Слотина в критических авариях с участием демонического ядра . [252]
10 марта 1945 года японский огненный шар врезался в линию электропередачи, и последовавший скачок напряжения привел к временной остановке реакторов Манхэттенского проекта на объекте в Хэнфорде. [253] Это вызвало большую обеспокоенность в Лос-Аламосе, что объект может подвергнуться нападению. Однажды ночью все уставились на странный свет в небе. Позже Оппенгеймер вспоминал, что это продемонстрировало, что «даже группа ученых не застрахована от ошибок внушения и истерии». [254]
При таком количестве вовлеченных людей безопасность была сложной задачей. Для решения вопросов безопасности Манхэттенского проекта был сформирован специальный отряд Корпуса контрразведки . [255] К 1943 году стало ясно, что Советский Союз пытается проникнуть в проект. [256] Самым успешным советским шпионом был Клаус Фукс из британской миссии. [257] Раскрытие его шпионской деятельности в 1950 году нанесло ущерб ядерному сотрудничеству Соединенных Штатов с Великобританией и Канадой. [258] Впоследствии были раскрыты и другие случаи шпионажа, что привело к аресту Гарри Голда , Дэвида Грингласса и Этель и Юлиуса Розенберг . [259] Другие шпионы, такие как Теодор Холл, оставались неизвестными в течение десятилетий. [260]
После окончания войны 14 августа 1945 года Оппенгеймер сообщил Гроувсу о своем намерении уйти с поста директора Лос-Аламосской лаборатории, но согласился остаться, пока не будет найдена подходящая замена. Гроувс хотел кого-то с солидным академическим опытом и высоким положением в проекте. Оппенгеймер рекомендовал Норриса Брэдбери. Это было приемлемо для Гроувса, которому нравилось, что как морской офицер Брэдбери был и военным, и ученым. Брэдбери принял предложение на шестимесячный испытательный срок. Гроувс объявил об этом на собрании руководителей подразделений 18 сентября. [261] Парсонс организовал быстрое увольнение Брэдбери из ВМС, [262] что наградило его орденом « Легион почета» за его военные заслуги. [263] Однако он остался в военно-морском резерве, в конечном итоге выйдя в отставку в 1961 году в звании капитана. [264] 16 октября 1945 года в Лос-Аламосе состоялась церемония, на которой Гроувс вручил лаборатории награду Армии и Флота «E» и вручил Оппенгеймеру сертификат благодарности. На следующий день Брэдбери стал вторым директором лаборатории. [265] [266]
Первые месяцы директорства Брэдбери были особенно тяжелыми. Он надеялся, что Закон об атомной энергии 1946 года будет быстро принят Конгрессом, и военный Манхэттенский проект будет заменен новой, постоянной организацией. Вскоре стало ясно, что это займет более шести месяцев. Президент Гарри С. Трумэн не подписал закон о создании Комиссии по атомной энергии до 1 августа 1946 года, и она начала действовать только с 1 января 1947 года. Тем временем юридические полномочия Гроувза были ограничены. [267]
Большинство ученых в Лос-Аламосе стремились вернуться в свои лаборатории и университеты, и к февралю 1946 года все руководители подразделений военного времени ушли, но талантливое ядро осталось. Дэрол Фроман стал главой подразделения G Роберта Бахера, теперь переименованного в подразделение M. Эрик Джетте стал ответственным за химию и металлургию, Джон Х. Мэнли — за физику, Джордж Плачек — за теорию, Макс Рой — за взрывчатые вещества, а Роджер Вагнер — за артиллерийское вооружение. [265] Подразделение Z было создано в июле 1945 года для контроля за испытаниями, складированием и сборкой бомб. Оно было названо в честь Джерролда Р. Захариаса , его лидера до 17 октября 1945 года, когда он вернулся в Массачусетский технологический институт, и его сменил Роджер С. Уорнер. Оно переехало на базу Сандия в период с марта по июль 1946 года, за исключением группы Z-4 (машиностроение), которая последовала за ним в феврале 1947 года. [268]
Численность персонала в Лос-Аламосской лаборатории резко сократилась с пикового значения в 3000 человек во время войны до примерно 1000 человек, но многие все еще жили во временном жилье военного времени, не отвечающем стандартам. [267] Несмотря на сокращение штата, Брэдбери все еще должен был оказывать поддержку операции «Перекрестки» — ядерным испытаниям в Тихом океане. [269] Ральф А. Сойер был назначен техническим директором, а Маршалл Холлоуэй из отдела B и Роджер Уорнер из отдела Z — заместителями директора. Для персонала Лос-Аламосской лаборатории были выделены два корабля, USS Cumberland Sound и Albemarle . Операция «Перекрестки» обошлась Лос-Аламосской лаборатории более чем в один миллион долларов и в услуги 150 человек (примерно одну восьмую ее персонала) в течение девяти месяцев. [270] Поскольку в середине 1946 года у Соединенных Штатов было всего около десяти атомных бомб, была израсходована примерно одна пятая часть запасов. [271]
В январе 1947 года Лос-Аламосская лаборатория стала Лос-Аламосской научной лабораторией. [272] Контракт с Калифорнийским университетом, который был заключен в 1943 году, позволял университету прекратить его через три месяца после окончания военных действий, и он подал уведомление. Были опасения по поводу того, что университет будет управлять лабораторией за пределами штата Калифорния. Университет убедили отменить свое уведомление, [273] и контракт на эксплуатацию был продлен до июля 1948 года. [274] Брэдбери оставался директором до 1970 года. [275] Общая стоимость проекта Y до конца 1946 года составила 57,88 млн долларов (что эквивалентно 900 млн долларов в 2023 году). [68]
Число нейтронов, испускаемых при спонтанном делении урана-238, также было измерено и оказалось равным 2,2±0,3.
