Манхэттенский проект был программой исследований и разработок, предпринятой во время Второй мировой войны для производства первого ядерного оружия . Он был возглавлен Соединенными Штатами в сотрудничестве с Соединенным Королевством и Канадой. С 1942 по 1946 год проектом руководил генерал-майор Лесли Гроувс из Инженерного корпуса армии США . Физик-атомщик Дж. Роберт Оппенгеймер был директором Лос-Аламосской лаборатории , которая проектировала бомбы. Армейская программа была обозначена как Манхэттенский округ , поскольку ее первая штаб-квартира находилась в Манхэттене ; название постепенно заменило официальное кодовое название « Разработка заменяющих материалов » для всего проекта. Проект вобрал в себя своего более раннего британского аналога, Tube Alloys , и включил в себя программу американского гражданского Управления научных исследований и разработок . В Манхэттенском проекте на пике развития работало около 130 000 человек, а его стоимость составила около 2 миллиардов долларов США (что эквивалентно примерно 27 миллиардам долларов США в 2023 году), [1] более 80 процентов из которых ушло на строительство и эксплуатацию заводов, производивших расщепляющийся материал . Исследования и производство осуществлялись на более чем 30 площадках в США, Великобритании и Канаде.
Проект привел к двум типам атомных бомб, разработанных одновременно во время войны: относительно простое оружие деления пушечного типа и более сложное ядерное оружие имплозивного типа . Конструкция пушечного типа Thin Man оказалась непрактичной для использования с плутонием , поэтому была разработана более простая конструкция пушечного типа под названием Little Boy , которая использовала уран-235 . Для обогащения урана использовались три метода : электромагнитный , газообразный и термический . Параллельно с работой над ураном велись усилия по производству плутония. После того, как в 1942 году в Металлургической лаборатории Чикагского университета была продемонстрирована осуществимость первого в мире искусственного ядерного реактора, Chicago Pile-1 , в рамках проекта был разработан графитовый реактор X-10 и производственные реакторы на площадке в Хэнфорде , в которых уран облучался и трансмутировался в плутоний. Плутониевое имплозивное оружие « Толстяк» было разработано в ходе совместных проектно-конструкторских работ в Лос-Аламосской лаборатории.
Проект также был призван собирать разведданные о немецком проекте ядерного оружия . В ходе операции «Алсос» сотрудники Манхэттенского проекта служили в Европе, иногда в тылу врага, где они собирали ядерные материалы и документы, а также окружали немецких ученых. Несмотря на акцент Манхэттенского проекта на безопасности, советские атомные шпионы проникли в программу.
Первым взорванным ядерным устройством была бомба имплозивного типа во время испытания Trinity , проведенного на полигоне White Sands в Нью-Мексико 16 июля 1945 года. Бомбы Little Boy и Fat Man были использованы месяцем позже при атомных бомбардировках Хиросимы и Нагасаки соответственно. В первые послевоенные годы Манхэттенский проект проводил испытания оружия на атолле Бикини в рамках операции Crossroads , разрабатывал новое оружие, содействовал развитию сети национальных лабораторий , поддерживал медицинские исследования в области радиологии и закладывал основы ядерного флота . Он сохранял контроль над американскими исследованиями и производством атомного оружия до образования Комиссии по атомной энергии США (AEC) в январе 1947 года.
Открытие деления ядра Отто Ганом и Фрицем Штрассманом в 1938 году и его теоретическое объяснение Лизой Мейтнер и Отто Фришем сделали атомную бомбу теоретически возможной. Были опасения, что немецкий проект атомной бомбы разработает ее первой, особенно среди ученых, которые были беженцами из нацистской Германии и других фашистских стран. [2] В августе 1939 года физики венгерского происхождения Лео Силард и Юджин Вигнер составили письмо Эйнштейна-Сциларда , в котором предупреждали о потенциальной разработке «чрезвычайно мощных бомб нового типа». Оно настоятельно призывало Соединенные Штаты приобрести запасы урановой руды и ускорить исследования Энрико Ферми и других в области ядерных цепных реакций . [3]
Они подписали его у Альберта Эйнштейна и передали президенту Франклину Д. Рузвельту . Рузвельт призвал Лаймана Бриггса из Национального бюро стандартов возглавить Консультативный комитет по урану ; Бриггс встретился с Силардом, Вигнером и Эдвардом Теллером в октябре 1939 года. [3] Комитет доложил Рузвельту в ноябре, что уран «станет возможным источником бомб с разрушительной силой, значительно превышающей все, что известно сейчас». [4]
В феврале 1940 года ВМС США выделили Колумбийскому университету 6000 долларов, [5] большую часть которых Ферми и Силард потратили на графит . Группа профессоров Колумбийского университета, включая Ферми, Силарда, Юджина Т. Бута и Джона Даннинга , создала первую реакцию ядерного деления в Америке, подтвердив работу Гана и Штрассмана. Та же группа впоследствии построила серию прототипов ядерных реакторов (или «колодцев», как их называл Ферми) в Пупин-холле в Колумбии, но им еще не удалось добиться цепной реакции. [6] Консультативный комитет по урану стал Национальным комитетом по оборонным исследованиям (NDRC) по урану, когда эта организация была сформирована 27 июня 1940 года. [7]
28 июня 1941 года Рузвельт подписал указ 8807, в соответствии с которым было создано Управление научных исследований и разработок (OSRD) [8] под руководством директора Ванневара Буша . Управление было уполномочено заниматься исследованиями и крупными инженерными проектами. [9] Комитет NDRC по урану стал секцией S-1 OSRD; слово «уран» было исключено из соображений безопасности. [10] В июле 1941 года Бриггс предложил потратить 167 000 долларов на исследования урана, в частности изотопа урана-235 , и плутония [9] , который был впервые выделен в Калифорнийском университете в феврале 1941 года. [11] [a]
В Великобритании Фриш и Рудольф Пайерлс из Бирмингемского университета совершили прорыв, исследуя критическую массу урана-235 в июне 1939 года. [13] Их расчеты показали, что она находится в пределах порядка 10 килограммов (22 фунта), что достаточно мало, чтобы ее могли перевозить современные бомбардировщики. [14] Их меморандум Фриша-Пайерлса от марта 1940 года инициировал британский проект атомной бомбы и его комитет MAUD , [15] который единогласно рекомендовал продолжить разработку атомной бомбы. [14] В июле 1940 года Великобритания предложила предоставить Соединенным Штатам доступ к своим исследованиям, [16] и Джон Кокрофт из миссии Тизарда проинформировал американских ученых о британских разработках. Он обнаружил, что американский проект был меньше британского и не столь продвинут. [17]
В рамках научного обмена выводы Комитета MAUD были переданы в Соединенные Штаты. Один из его членов, австралийский физик Марк Олифант , вылетел в США в конце августа 1941 года и обнаружил, что данные, предоставленные Комитетом MAUD, не дошли до ключевых американских физиков. Олифант решил выяснить, почему выводы комитета, по-видимому, игнорируются. Он встретился с Комитетом по урану и посетил Беркли, Калифорния , где убедительно поговорил с Эрнестом О. Лоуренсом . Лоуренс был достаточно впечатлен, чтобы начать собственное исследование урана. Он, в свою очередь, поговорил с Джеймсом Б. Конантом , Артуром Х. Комптоном и Джорджем Б. Пеграмом . Таким образом, миссия Олифанта увенчалась успехом; ключевые американские физики теперь знали о потенциальной мощи атомной бомбы. [18] [19]
9 октября 1941 года президент Рузвельт одобрил атомную программу после того, как он созвал встречу с Ванневаром Бушем и вице-президентом Генри А. Уоллесом . Он создал Главную политическую группу, состоящую из него самого — хотя он никогда не присутствовал на встрече — Уоллеса, Буша, Конанта, военного министра Генри Л. Стимсона и начальника штаба армии генерала Джорджа К. Маршалла . Рузвельт выбрал армию для управления проектом, а не флот , потому что у армии было больше опыта в управлении крупномасштабным строительством. Он согласился координировать усилия с британцами и 11 октября отправил сообщение премьер-министру Уинстону Черчиллю , предлагая им переписываться по атомным вопросам. [20]
Заседание комитета S-1 18 декабря 1941 года было «пронизано атмосферой энтузиазма и срочности» [21] в связи с атакой на Перл-Харбор и объявлением Соединенными Штатами войны Японии и Германии . [22] Работа велась по трем методам разделения изотопов : Лоуренс и его команда в Калифорнийском университете исследовали электромагнитное разделение , команда Эгера Мерфри и Джесси Уэйкфилда Бимса изучала газовую диффузию в Колумбийском университете , а Филип Абельсон руководил исследованиями термической диффузии в Институте Карнеги в Вашингтоне , а затем в Военно-морской исследовательской лаборатории . [23] Мерфри также возглавлял неудачный проект разделения с использованием газовых центрифуг . [24]
Между тем, существовало два направления исследований в области технологии ядерных реакторов : Гарольд Юри исследовал тяжелую воду в Колумбии, в то время как Артур Комптон организовал Металлургическую лабораторию в начале 1942 года для изучения плутония и реакторов, использующих графит в качестве замедлителя нейтронов . [25] Комитет S-1 рекомендовал продолжить все пять технологий. Это было одобрено Бушем, Конантом и бригадным генералом Вильгельмом Д. Стайером , который был назначен представителем армии по ядерным вопросам. [23]
Затем Буш и Конант передали рекомендацию в Главную политическую группу с бюджетным предложением в размере 54 миллионов долларов на строительство Инженерным корпусом армии США , 31 миллион долларов на исследования и разработки Управлением исследований и разработок и 5 миллионов долларов на непредвиденные расходы в 1943 финансовом году. 17 июня 1942 года они отправили его президенту, который одобрил его, написав на документе «OK FDR». [23]
Комптон попросил физика-теоретика Дж. Роберта Оппенгеймера из Калифорнийского университета взять на себя исследования по расчетам быстрых нейтронов — ключ к расчетам критической массы и детонации оружия — от Грегори Брейта , который ушел 18 мая 1942 года из-за опасений по поводу слабой оперативной безопасности. [26] Джон Х. Мэнли , физик из Металлургической лаборатории, был назначен помогать Оппенгеймеру, координируя группы экспериментальной физики, разбросанные по всей стране. [27] Оппенгеймер и Роберт Сербер из Иллинойсского университета исследовали проблемы диффузии нейтронов — как нейтроны движутся в ядерной цепной реакции — и гидродинамики — как может вести себя взрыв, произведенный цепной реакцией. [28]
Чтобы рассмотреть эту работу и общую теорию реакций деления, Оппенгеймер и Ферми созвали встречи в Чикагском университете в июне и в Калифорнийском университете в июле 1942 года с физиками-теоретиками Гансом Бете , Джоном Ван Флеком , Эдвардом Теллером, Эмилем Конопински , Робертом Сербером, Стэном Франкелем и Элдредом К. (Карлайлом) Нельсоном, а также физиками-экспериментаторами Эмилио Сегре , Феликсом Блохом , Франко Разетти , Мэнли и Эдвином Макмилланом . Они предварительно подтвердили, что бомба деления теоретически возможна. [28]
Свойства чистого урана-235 были относительно неизвестны, как и свойства плутония, который был выделен только Гленном Сиборгом и его командой в феврале 1941 года. Ученые на конференции в июле 1942 года предполагали создание плутония в ядерных реакторах, где атомы урана-238 поглощали нейтроны, которые испускались при делении урана-235. На тот момент реактор еще не был построен, и только крошечные количества плутония были доступны из циклотронов . [11] Даже к декабрю 1943 года было произведено всего два миллиграмма. [29] Существовало много способов размещения делящегося материала в критическую массу. Самым простым был выстрел «цилиндрической пробкой» в сферу «активного материала» с «тампером» — плотным материалом для фокусировки нейтронов внутрь и удержания реагирующей массы вместе для повышения ее эффективности. [30] Они также исследовали конструкции, включающие сфероиды , примитивную форму « имплозии », предложенную Ричардом К. Толменом , и возможность автокаталитических методов для повышения эффективности бомбы при ее взрыве. [31]
Поскольку идея бомбы деления была теоретически решена — по крайней мере, до тех пор, пока не появятся дополнительные экспериментальные данные — Эдвард Теллер настаивал на обсуждении более мощной бомбы: «супер», теперь обычно называемой « водородной бомбой », которая использовала бы силу детонирующей бомбы деления для зажигания реакции ядерного синтеза в дейтерии и тритии . [32] Теллер предлагал схему за схемой, но Бете отвергал каждую из них. Идея синтеза была отложена, чтобы сосредоточиться на производстве бомб деления. [33] Теллер выдвинул спекулятивную возможность того, что атомная бомба может «поджечь» атмосферу из-за гипотетической реакции синтеза ядер азота. [b] Бете подсчитал, что это «крайне маловероятно». [35] Послевоенный отчет, соавтором которого был Теллер, пришел к выводу, что «какой бы температуры ни была нагрета часть атмосферы, самораспространяющаяся цепь ядерных реакций, скорее всего, не начнется». [36] По словам Сербера, Оппенгеймер упомянул о возможности такого сценария Артуру Комптону , у которого «не хватило здравого смысла молчать об этом. Каким-то образом это попало в документ, который был отправлен в Вашингтон», и «так и не было предано забвению». [c]
Начальник инженеров , генерал-майор Юджин Рейболд , выбрал полковника Джеймса К. Маршалла, чтобы возглавить армейскую часть проекта в июне 1942 года. Маршалл создал офис связи в Вашингтоне, округ Колумбия, но разместил свою временную штаб-квартиру в 270 Бродвей в Нью-Йорке, где он мог рассчитывать на административную поддержку Североатлантического дивизиона Инженерного корпуса . Он находился недалеко от манхэттенского офиса Stone & Webster , главного подрядчика проекта, и Колумбийского университета. У него было разрешение использовать свое бывшее командование, Сиракузский округ, для персонала, и он начал с подполковника Кеннета Николса , который стал его заместителем. [38] [39]
Поскольку большая часть его задач была связана со строительством, Маршалл работал в сотрудничестве с начальником строительного отдела Корпуса инженеров, генерал-майором Томасом М. Роббинсом, и его заместителем, полковником Лесли Гроувсом . Рейболд, Сомервелл и Стайер решили назвать проект «Разработка заменяющих материалов», но Гроувс посчитал, что это привлечет внимание. Поскольку инженерные округа обычно носили название города, в котором они находились, Маршалл и Гроувс согласились назвать армейский компонент Манхэттенским округом; Рейболд официально создал этот округ 13 августа. Неофициально он был известен как Манхэттенский инженерный округ, или MED. В отличие от других округов, он не имел географических границ, и Маршалл имел полномочия инженера дивизии. Разработка заменяющих материалов оставалась официальным кодовым названием всего проекта, но со временем была заменена на «Манхэттен». [39] [40]
Маршалл позже признал, что «я никогда не слышал о делении атомов, но я знал, что вы не сможете построить большую часть завода, не говоря уже о четырех из них за 90 миллионов долларов». [41] Один завод TNT , который Николс недавно построил в Пенсильвании, стоил 128 миллионов долларов. [42] Они также не были впечатлены оценками до ближайшего порядка величины, которую Гроувс сравнил с просьбой к поставщику провизии подготовиться к приему от десяти до тысячи гостей. [43] Группа исследователей из Stone & Webster уже разведала место для производственных предприятий. Совет по военному производству рекомендовал места вокруг Ноксвилла, штат Теннесси , изолированного района, где Управление долины Теннесси могло бы поставлять достаточно электроэнергии, а реки могли бы обеспечивать охлаждающую воду для реакторов. После изучения нескольких участков группа исследователей выбрала один около Элзы, штат Теннесси . Конант посоветовал приобрести его немедленно, и Стайер согласился, но Маршалл выжидал, ожидая результатов экспериментов Конанта с реакторами. [44] Из предполагаемых процессов только электромагнитное разделение Лоуренса оказалось достаточно продвинутым для начала строительства. [45]
Маршалл и Николс начали собирать необходимые ресурсы. Первым шагом было получение высокого рейтинга приоритета для проекта. Высшие рейтинги были от AA-1 до AA-4 в порядке убывания, хотя был специальный рейтинг AAA, зарезервированный для чрезвычайных ситуаций. Рейтинги AA-1 и AA-2 были для необходимого оружия и оборудования, поэтому полковник Люциус Д. Клей , заместитель начальника штаба по обслуживанию и снабжению по требованиям и ресурсам, посчитал, что наивысший рейтинг, который он мог бы присвоить, был AA-3, хотя он был готов предоставить рейтинг AAA по запросу для критически важных материалов, если возникнет такая необходимость. [46] Николс и Маршалл были разочарованы; AA-3 был таким же приоритетом, как и завод Николса по производству тротила в Пенсильвании. [47]
Ванневар Буш был недоволен неспособностью полковника Маршалла быстро продвинуть проект [49] и почувствовал, что требуется более агрессивное руководство. Он поговорил с Харви Банди и генералами Маршаллом, Сомервеллом и Стайером о своих опасениях, выступая за то, чтобы проект был передан в ведение высшего политического комитета с авторитетным офицером, желательно Стайером, в качестве директора. [47]
Сомервелл и Стайер выбрали Гроувза на эту должность; генерал Маршалл приказал повысить его до бригадного генерала, [50] поскольку считалось, что звание «генерал» будет иметь большее влияние на академических учёных, работающих над проектом. [51] Приказ Гроувза поставил его непосредственно под начало Сомервелла, а не Рейболда, а полковник Маршалл теперь подчинялся Гроувзу. [52] Гроувз разместил свою штаб-квартиру в Вашингтоне, округ Колумбия, в Новом здании военного министерства , где у полковника Маршалла был свой офис связи. [53] Он принял командование Манхэттенским проектом 23 сентября 1942 года. Позже в тот же день он посетил совещание, созванное Стимсоном, на котором был создан Комитет по военной политике, ответственный перед Главной политической группой, в состав которого вошли Буш (с Конантом в качестве альтернативы), Стайер и контр-адмирал Уильям Р. Пернелл . [50] Позже Толман и Конант были назначены научными советниками Гроувза. [54]
19 сентября Гроувс отправился к Дональду Нельсону , председателю Совета по военному производству, и попросил широких полномочий для выдачи рейтинга AAA всякий раз, когда это требовалось. Нельсон поначалу возражал, но быстро сдался, когда Гроувс пригрозил обратиться к президенту. [55] Гроувс пообещал не использовать рейтинг AAA, если это не было необходимо. Вскоре выяснилось, что для текущих требований проекта рейтинг AAA был слишком высок, а рейтинг AA-3 был слишком низок. После долгой кампании Гроувс наконец получил полномочия AA-1 1 июля 1944 года. [56] По словам Гроувса, «В Вашингтоне вы осознали важность высшего приоритета. Почти все, что предлагалось администрацией Рузвельта, имело высший приоритет. Это длилось около недели или двух, а затем что-то другое получало высший приоритет». [57]
Одной из первых проблем Гроувза было найти директора для проекта Y , группы, которая должна была спроектировать и построить бомбу. Очевидным выбором был один из трех руководителей лабораторий, Юри, Лоуренс или Комптон, но их нельзя было обойти стороной. Комптон рекомендовал Оппенгеймера, который уже был близко знаком с концепциями конструкции бомбы. Однако у Оппенгеймера было мало административного опыта, и, в отличие от Юри, Лоуренса и Комптона, он не получил Нобелевскую премию, которую, по мнению многих ученых, должен был получить глава такой важной лаборатории. Были также опасения по поводу статуса безопасности Оппенгеймера, поскольку многие из его коллег были коммунистами , включая его жену Китти , его девушку Джин Татлок и его брата Фрэнка . Длительный разговор в октябре 1942 года убедил Гроувза и Николса, что Оппенгеймер полностью понимал проблемы, связанные с созданием лаборатории в отдаленном районе, и должен быть назначен ее директором. Гроувс лично отказался от требований безопасности и выдал разрешение Оппенгеймеру 20 июля 1943 года. [58] [59]
Британцы и американцы обменивались ядерной информацией, но изначально не объединяли свои усилия; в 1940-41 годах британский проект ( Tube Alloys ) был более масштабным и более продвинутым. [17] Британия отвергла попытки Буша и Конанта в августе 1941 года укрепить сотрудничество, поскольку она не хотела делиться своим технологическим лидерством и помогать Соединенным Штатам разрабатывать собственную атомную бомбу. Но у британцев, которые добились значительных успехов в исследованиях в начале войны, не было ресурсов для проведения такой исследовательской программы в разработку, в то время как большая часть их экономики была занята в войне; Tube Alloys вскоре отстала от своего американского коллеги. [60] Роли двух стран поменялись, [61] и в январе 1943 года Конант уведомил британцев, что они больше не будут получать атомную информацию, за исключением определенных областей. [62] [63] Британцы исследовали возможность независимой ядерной программы, но решили, что она не может быть готова вовремя, чтобы повлиять на войну в Европе . [64]
К марту 1943 года Конант решил, что Джеймс Чедвик и один или два других британских учёных были достаточно важны, чтобы группа разработчиков бомбы в Лос-Аламосе нуждалась в них, несмотря на риск раскрытия секретов разработки оружия. [65] В августе 1943 года Черчилль и Рузвельт договорились о Квебекском соглашении , [66] [67] которое учредило Комитет по комбинированной политике для координации усилий США и Великобритании; Канада не была подписантом, но Соглашение предусматривало канадского представителя в Комитете по комбинированной политике ввиду вклада Канады в усилия. [68] Соглашение между Рузвельтом и Черчиллем, известное как Гайд-паркская памятная записка , подписанное в конце сентября 1944 года, продлило Квебекское соглашение на послевоенный период и предположило, что «когда «бомба» наконец станет доступной, она, возможно, после зрелого размышления может быть использована против японцев, которых следует предупредить, что эта бомбардировка будет повторяться до тех пор, пока они не сдадутся». [69] [70]
Когда сотрудничество возобновилось после Квебекского соглашения, прогресс и расходы американцев поразили британцев. Чедвик настаивал на британском участии в Манхэттенском проекте в полной мере и отказался от надежд на независимый британский проект во время войны. [64] При поддержке Черчилля он пытался гарантировать, что каждая просьба Гроувза о помощи будет удовлетворена. [71] Британская миссия, прибывшая в Соединенные Штаты в декабре 1943 года, включала Нильса Бора , Отто Фриша, Клауса Фукса , Рудольфа Пайерлса и Эрнеста Титтертона . [72] Еще больше ученых прибыло в начале 1944 года. В то время как те, кто был назначен на газовую диффузию, уехали к осени 1944 года, тридцать пять человек, работавших под руководством Олифанта с Лоуренсом в Беркли, были назначены в существующие лабораторные группы, и большинство из них остались до конца войны. Девятнадцать, отправленные в Лос-Аламос, также присоединились к существующим группам, в основном связанным с имплозией и сборкой бомб, но не с теми, которые связаны с плутонием. [64] В Квебекском соглашении указывалось, что ядерное оружие не будет использоваться против другой страны без взаимного согласия США и Великобритании. В июне 1945 года Вильсон согласился, что ядерная бомбардировка Японии будет зарегистрирована как решение Комитета по комбинированной политике. [73]
В июне 1944 года Комитет по комбинированной политике создал Объединенный траст развития , председателем которого был Гроувс, для закупки урановой и ториевой руды на международных рынках. Бельгийское Конго и Канада владели большей частью мирового урана за пределами Восточной Европы, а бельгийское правительство в изгнании находилось в Лондоне. Великобритания согласилась предоставить Соединенным Штатам большую часть бельгийской руды, поскольку она не могла использовать большую часть поставок без ограниченных американских исследований. [74] В 1944 году траст закупил 3 440 000 фунтов (1 560 000 кг) оксида урана у компаний, эксплуатирующих рудники в Бельгийском Конго. Чтобы избежать информирования министра финансов США Генри Моргентау-младшего , для хранения денег траста использовался специальный счет, не подлежащий обычному аудиту и контролю. В период с 1944 года до своей отставки из траста в 1947 году Гроувс внес в общей сложности 37,5 млн долларов. [75]
Гроувс высоко оценил ранние британские атомные исследования и вклад британских ученых в Манхэттенский проект, но заявил, что Соединенные Штаты добились бы успеха и без них, хотя и не успели к августовской бомбардировке Хиросимы 1945 года. [76] Британское участие в войне имело решающее значение для успеха независимой программы Соединенного Королевства по созданию ядерного оружия после войны, когда Закон Мак-Магона 1946 года временно прекратил американское ядерное сотрудничество. [64]
На следующий день после того, как он взялся за проект, Гроувс отправился в Теннесси с полковником Маршаллом, чтобы осмотреть предлагаемое место, и Гроувс был впечатлен. [78] [79] 29 сентября 1942 года заместитель военного министра США Роберт П. Паттерсон уполномочил Инженерный корпус приобрести 56 000 акров (23 000 га) земли по праву принудительного отчуждения за 3,5 миллиона долларов. Впоследствии было приобретено еще 3 000 акров (1 200 га). Около 1 000 семей были затронуты приказом, который вступил в силу 7 октября. [80] Протесты, юридические апелляции и расследование Конгресса 1943 года оказались безрезультатными. [81] К середине ноября маршалы США вывешивали уведомления об освобождении на дверях фермерских домов, и строительные подрядчики въезжали. [82] Некоторым семьям было дано двухнедельное уведомление об освобождении ферм, которые были их домами на протяжении поколений. [83] Окончательная стоимость приобретения земли, которое было завершено только в марте 1945 года, составила всего около 2,6 миллиона долларов — около 47 долларов за акр. [84] Когда губернатору Теннесси Прентису Куперу представили прокламацию, объявляющую Оук-Ридж зоной полного исключения, куда никто не мог войти без разрешения военных, он в гневе разорвал ее. [85]
Первоначально известный как Kingston Demolition Range, участок был официально переименован в Clinton Engineer Works (CEW) в начале 1943 года. [86] В то время как Stone & Webster сосредоточились на производственных объектах, архитектурно-инженерная фирма Skidmore, Owings & Merrill разработала жилой комплекс на 13 000 человек. Сообщество было расположено на склонах хребта Блэк-Оук-Ридж, от которого новый город Ок-Ридж получил свое название. [87] Армейское присутствие в Ок-Ридже увеличилось в августе 1943 года, когда Николс сменил Маршалла на посту главы Инженерного округа Манхэттена. Одной из его первых задач было перемещение штаб-квартиры округа в Ок-Ридж, хотя название округа не изменилось. [88] В сентябре 1943 года управление общественными объектами было передано на аутсорсинг Turner Construction Company через дочернюю компанию Roane-Anderson Company. [89] Инженеры-химики принимали участие в «неистовых усилиях» по производству урана-235, обогащенного на 10–12%, с соблюдением строжайшей безопасности и быстрым одобрением поставок и материалов. [90] Население Ок-Риджа вскоре значительно превысило первоначальные планы и достигло пика в 75 000 человек в мае 1945 года, к тому времени 82 000 человек работали на заводе Clinton Engineer Works, [77] а 10 000 — на заводе Roane-Anderson. [89]
Идея размещения проекта Y в Оук-Ридже рассматривалась, но было решено, что это должно быть отдаленное место. По рекомендации Оппенгеймера поиск подходящего места был сужен до окрестностей Альбукерке, штат Нью-Мексико , где у Оппенгеймера было ранчо. [91] 16 ноября 1942 года Оппенгеймер, Гроувс, Дадли и другие совершили поездку по окрестностям школы- ранчо Лос-Аламоса . Оппенгеймер выразил сильное предпочтение этому месту, сославшись на его природную красоту, которая, как он надеялся, вдохновит тех, кто работал над проектом. [92] [93] Инженеры были обеспокоены плохой подъездной дорогой и тем, будет ли достаточно водоснабжения, но в остальном посчитали, что это идеальное место. [94]
Паттерсон одобрил приобретение участка 25 ноября 1942 года, выделив 440 000 долларов на покупку предварительно рассчитанных 54 000 акров (22 000 га), все из которых, за исключением 8 900 акров (3 600 га), уже принадлежали федеральному правительству. [95] Министр сельского хозяйства Клод Р. Уикард предоставил около 45 000 акров (18 000 га) земель Лесной службы США Военному министерству «на тот срок, пока сохраняется военная необходимость». [96] В конечном итоге покупка земель во время войны составила 49 383 акра (19 985 га), но было потрачено всего 414 971 доллар. [97] Работы начались в декабре 1942 года. Первоначально Гроувс выделил на строительство 300 000 долларов, что в три раза превышало оценку Оппенгеймера, но к тому времени, когда Сундт закончил работы 30 ноября 1943 года, было потрачено более 7 миллионов долларов. [98]
Во время войны Лос-Аламос называли «Зона Y» или «Холм». [99] Первоначально это должна была быть военная лаборатория с Оппенгеймером и другими исследователями, направленными в армию, но Роберт Бахер и Исидор Раби воспротивились этой идее и убедили Оппенгеймера, что другие ученые будут возражать. Затем Конант, Гроувс и Оппенгеймер придумали компромисс, согласно которому лаборатория управлялась Калифорнийским университетом по контракту с Военным министерством. [100] Дороти Маккиббин управляла филиалом в Санта-Фе, где она встречала вновь прибывших и выдавала им пропуска. [101]
Совет армии и OSRD 25 июня 1942 года принял решение о строительстве опытного завода по производству плутония в заповеднике Аргоннский лес , к юго-западу от Чикаго. В июле Николс договорился об аренде 1025 акров (415 га) у лесного заповедника округа Кук , а капитан Джеймс Ф. Графтон был назначен инженером округа Чикаго. Вскоре стало очевидно, что масштабы работ слишком велики для этой местности, и было решено построить опытный завод в Оук-Ридже и оставить исследовательский и испытательный центр в Чикаго. [102] [103]
Задержки в создании завода в Аргонне привели к тому, что Артур Комптон уполномочил Металлургическую лабораторию построить первый ядерный реактор под трибунами Стагг -Филд в Чикагском университете. Реактор требовал огромного количества высокоочищенных графитовых блоков и урана как в металлической, так и в порошкообразной оксидной форме. В то время был ограниченный источник чистого металлического урана ; Фрэнк Спеддинг из Университета штата Айова смог произвести только две короткие тонны . Три короткие тонны были поставлены Westinghouse Lamp Plant , произведенными в спешке с помощью кустарного процесса. Большой квадратный воздушный шар был построен Goodyear Tire для размещения реактора. [104] [105]
2 декабря 1942 года группа под руководством Энрико Ферми инициировала первую искусственную [d] самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию в экспериментальном реакторе, известном как Chicago Pile-1 . [107] Точка, в которой реакция становится самоподдерживающейся, стала известна как «переход к критической точке». Комптон сообщил об успехе Конанту в Вашингтон, округ Колумбия, закодированным телефонным звонком, сказав: «Итальянский штурман [Ферми] только что приземлился в новом свете». [108] [e]
В январе 1943 года преемник Графтона, майор Артур В. Петерсон , приказал демонтировать Чикагский реактор-1 и собрать его заново на площадке в Аргоннском лесу, поскольку он считал эксплуатацию реактора слишком опасной для густонаселенной местности. [109] Новый участок, по-прежнему управляемый Металлургической лабораторией, стал известен как « Участок А ». Чикагский реактор-3 , первый тяжеловодный реактор, также стал критическим на этой площадке 15 мая 1944 года. [110] [111] После войны работы на Участке А были перенесены примерно на 6 миль (9,7 км) в округ ДюПейдж , где сейчас находится Аргоннская национальная лаборатория . [103]
К декабрю 1942 года появились опасения, что даже Ок-Ридж находится слишком близко к крупному населенному пункту (Ноксвилл) в маловероятном случае крупной ядерной аварии. Гроувс нанял DuPont в ноябре 1942 года в качестве генерального подрядчика для строительства комплекса по производству плутония. Президент компании Уолтер С. Карпентер-младший не хотел никакой прибыли; по юридическим причинам была согласована номинальная плата в один доллар. [112]
DuPont рекомендовала разместить площадку вдали от существующего завода по производству урана в Оук-Ридже. [113] В декабре 1942 года Гроувс отправил полковника Франклина Маттиаса и инженеров DuPont на разведку потенциальных площадок. Маттиас сообщил, что площадка Ханфорд около Ричленда, штат Вашингтон , была «идеальной практически во всех отношениях». Она была изолирована и находилась недалеко от реки Колумбия , которая могла поставлять достаточно воды для охлаждения реакторов. Гроувс посетил площадку в январе и основал Hanford Engineer Works (HEW) под кодовым названием «Площадка W». [114]
Заместитель секретаря Паттерсон дал свое одобрение 9 февраля, выделив 5 миллионов долларов на приобретение 430 000 акров (170 000 га). Федеральное правительство переселило около 1500 жителей близлежащих поселений, а также ванапум и другие племена, использующие эту территорию. Возник спор с фермерами по поводу компенсации за урожай, который уже был посажен. Там, где позволяли графики, армия разрешала собирать урожай, но это не всегда было возможно. [114] Процесс приобретения земли затянулся и не был завершен до окончания Манхэттенского проекта в декабре 1946 года. [115]
Спор не задержал работу. Хотя прогресс в проектировании реактора в Металлургической лаборатории и DuPont не был достаточно продвинутым, чтобы точно предсказать масштаб проекта, в апреле 1943 года было начато строительство объектов для примерно 25 000 рабочих, половина из которых, как ожидалось, будут жить на месте. К июлю 1944 года было возведено около 1200 зданий, и почти 51 000 человек жили в строительном лагере. Как инженер района, Маттиас осуществлял общий контроль над площадкой. [116] На пике своего развития строительный лагерь был третьим по численности населения городом в штате Вашингтон. [117] В Хэнфорде работал парк из более чем 900 автобусов, больше, чем в городе Чикаго. [118] Как и Лос-Аламос и Оук-Ридж, Ричленд был закрытым сообществом с ограниченным доступом, но он больше походил на типичный американский город военного времени: военный профиль был ниже, а физические элементы безопасности, такие как высокие заборы и сторожевые собаки, были менее заметны. [119]
Канада обеспечивала исследования, добычу и производство урана и плутония, а канадские ученые работали в Лос-Аламосе. [120] [121]
Cominco производила электролитический водород в Trail, Британская Колумбия , с 1930 года. Юри предположил в 1941 году, что он может производить тяжелую воду. К существующему заводу стоимостью 10 миллионов долларов, состоящему из 3215 ячеек, потребляющих 75 МВт гидроэлектроэнергии, были добавлены вторичные электролизные ячейки для увеличения концентрации дейтерия в воде с 2,3% до 99,8%. Для этого процесса Хью Тейлор из Принстона разработал катализатор платина-на-углероде для первых трех стадий, в то время как Юри разработал никель- хромовый для башни четвертой стадии. Окончательная стоимость составила 2,8 миллиона долларов. Канадское правительство официально узнало о проекте только в августе 1942 года. Производство тяжелой воды Trail началось в январе 1944 года и продолжалось до 1956 года. Тяжелая вода из Trail использовалась для Chicago Pile 3 , первого реактора, использующего тяжелую воду и природный уран, который стал критическим 15 мая 1944 года. [122]
Участок Чок-Ривер, Онтарио , был создан для переселения союзников в Монреальскую лабораторию подальше от городской местности. Новый поселок был построен в Дип-Ривер, Онтарио , чтобы предоставить жилье и удобства для членов команды. Участок был выбран из-за его близости к промышленно-производственному району Онтарио и Квебека, а также близости к железнодорожной станции, прилегающей к крупной военной базе Кэмп-Петавава . Расположенный на реке Оттава, он имел доступ к обильной воде. Первым директором новой лаборатории был Ганс фон Хальбан . Его сменил Джон Кокрофт в мае 1944 года, которого сменил Беннетт Льюис в сентябре 1946 года. Пилотный реактор, известный как ZEEP (экспериментальный реактор с нулевой энергией), стал первым канадским реактором и первым, который был завершен за пределами Соединенных Штатов, когда он стал критическим в сентябре 1945 года; ZEEP использовался исследователями до 1970 года. [123] Более крупный реактор NRX мощностью 10 МВт , который был разработан во время войны, был завершен и вышел на критический уровень в июле 1947 года. [122]
Рудник Эльдорадо в Порт-Радиуме был источником урановой руды. [124]
Хотя предпочтительные проекты DuPont для ядерных реакторов были с гелиевым охлаждением и использовали графит в качестве замедлителя, DuPont все еще выражал заинтересованность в использовании тяжелой воды в качестве резерва. Проект P-9 был кодовым названием правительства для программы производства тяжелой воды. Было подсчитано, что в месяц потребуется 3 коротких тонны (2,7 т) тяжелой воды. Завод в Трейле, который тогда находился в стадии строительства, мог производить 0,5 коротких тонны (0,45 т) в месяц. Поэтому Гроувс уполномочил DuPont создать объекты по производству тяжелой воды на артиллерийском заводе Моргантауна, недалеко от Моргантауна, Западная Вирджиния ; на артиллерийском заводе Уобаш-Ривер , недалеко от Даны и Ньюпорта, штат Индиана ; и на артиллерийском заводе Алабамы , недалеко от Чилдерсбурга и Силакоги, штат Алабама . Хотя они были известны как артиллерийские заводы и оплачивались по контрактам Департамента артиллерийского вооружения , они были построены и эксплуатировались Инженерным корпусом армии. На американских заводах использовался процесс, отличный от процесса Трейла; тяжелая вода извлекалась путем дистилляции, используя преимущество немного более высокой температуры кипения тяжелой воды. [125] [126]
Ключевым сырьем для проекта был уран, который использовался в качестве топлива для реакторов, в качестве сырья, которое было преобразовано в плутоний, и, в его обогащенной форме, в самой атомной бомбе. В 1940 году было известно четыре крупных месторождения урана: в Колорадо, на севере Канады, в Иоахимстале в Чехословакии и в Бельгийском Конго . [127] Все, кроме Иоахимсталя, находились в руках союзников. Исследование 1942 года показало, что достаточное количество урана было доступно для удовлетворения потребностей проекта. [128] [f] Николс договорился с Государственным департаментом о введении экспортного контроля над оксидом урана и провел переговоры о покупке 1200 коротких тонн (1100 т) урановой руды из Бельгийского Конго, которая хранилась на складе на Статен-Айленде , и оставшихся запасов добытой руды, хранившихся в Конго. Он вел переговоры с Eldorado Gold Mines о покупке руды с ее аффинажного завода в Порт-Хоупе, Онтарио. Канадское правительство впоследствии скупило акции компании, пока она не приобрела контрольный пакет. [130]
Из этих руд, руды из Бельгийского Конго содержали больше всего урана на массу породы. [131] [g] Помимо своих военных нужд, американские и британские лидеры пришли к выводу, что в интересах их стран контролировать как можно больше мировых месторождений урана. Шахта Шинколобве была затоплена и закрыта, и Николс безуспешно пытался договориться о ее повторном открытии и продаже всей будущей продукции Соединенным Штатам с Эдгаром Сенжером , директором компании, которой принадлежала шахта, Union Minière du Haut-Katanga . [134] Затем этот вопрос был рассмотрен Комитетом по объединенной политике. Поскольку 30 процентов акций Union Minière контролировались британскими интересами, британцы взяли на себя инициативу в переговорах. Сэр Джон Андерсон и посол Джон Винант заключили сделку с Сенжером и бельгийским правительством в мае 1944 года о повторном открытии рудника и покупке 1720 коротких тонн (1560 т) руды по цене 1,45 долл. за фунт. [135] Чтобы избежать зависимости от британцев и канадцев в плане руды, Гроувс также организовал покупку запасов US Vanadium Corporation в Ураване, штат Колорадо . [136]
Сырая руда растворялась в азотной кислоте для получения нитрата уранила , который перерабатывался в триоксид урана , который восстанавливался до высокочистого диоксида урана . [137] К июлю 1942 года Mallinckrodt производил тонну высокочистого оксида в день, но превращение его в металлический уран изначально оказалось более сложным. [138] Производство было слишком медленным, а качество было неприемлемо низким. Под руководством Фрэнка Спеддинга в колледже штата Айова в Эймсе, штат Айова , был создан филиал Металлургической лаборатории для исследования альтернатив. Это стало известно как проект Эймса , и его процесс Эймса стал доступен в 1943 году. [139]
Природный уран состоит из 99,3% урана-238 и 0,7% урана-235, но поскольку только последний является расщепляющимся, его необходимо физически отделить от более распространенного изотопа. Были рассмотрены различные методы обогащения урана , большинство из которых было реализовано в Ок-Ридже. [140] Наиболее очевидная технология, центрифуга, потерпела неудачу, но технологии электромагнитного разделения, газовой диффузии и термодиффузии оказались успешными и внесли свой вклад в проект. В феврале 1943 года Гроувс выступил с идеей использовать выход некоторых заводов в качестве входных данных для других. [141]
Процесс центрифуги считался единственным перспективным методом разделения в апреле 1942 года. [142] Джесси Бимс разработал такой процесс в 1930-х годах, но столкнулся с техническими трудностями. В 1941 году он начал работать с гексафторидом урана , единственным известным газообразным соединением урана, и смог отделить уран-235. В Колумбийском университете Карл П. Коэн создал корпус математической теории, позволивший спроектировать центробежную разделительную установку, которую Westinghouse взялся построить. [143]
Масштабирование этого до производственного завода представляло собой сложную техническую задачу. Юри и Коэн подсчитали, что для производства килограмма (2,2 фунта) урана-235 в день потребуется до 50 000 центрифуг с роторами размером 1 метр (3 фута 3 дюйма) или 10 000 центрифуг с роторами размером 4 метра (13 футов), предполагая, что можно построить роторы размером 4 метра. Перспектива поддержания такого количества роторов, работающих непрерывно на высокой скорости, казалась пугающей, [144] и когда Бимс запустил свой экспериментальный аппарат, он получил только 60% от прогнозируемого выхода, что указывало на необходимость большего количества центрифуг. Затем Бимс, Юри и Коэн начали работу над серией усовершенствований, которые обещали повысить эффективность. Однако частые отказы двигателей, валов и подшипников на высоких скоростях задержали работу над пилотной установкой. [145]
В ноябре 1942 года процесс центрифуги был отменен Комитетом военной политики. [146] Вместо этого в Советском Союзе после войны были разработаны успешные газовые центрифуги типа Циппе . В конечном итоге это стало предпочтительным методом разделения изотопов урана, будучи гораздо более экономичным. [147]
Электромагнитное разделение изотопов было разработано в Радиационной лаборатории Калифорнийского университета. Этот метод использовал устройства, известные как калютроны . Название произошло от слов Калифорния , университет и циклотрон . [148] В электромагнитном процессе магнитное поле отклоняло заряженные частицы в соответствии с массой. [149] Процесс не был ни научно элегантным, ни промышленно эффективным. [150] По сравнению с газодиффузионной установкой или ядерным реактором, установка электромагнитного разделения потребляла бы больше дефицитных материалов, требовала бы больше рабочей силы для работы и стоила бы дороже в строительстве. Тем не менее, процесс был одобрен, поскольку он был основан на проверенной технологии и, следовательно, представлял меньший риск. Более того, его можно было строить поэтапно и быстро достигать промышленной мощности. [148]
Маршалл и Николс обнаружили, что процесс электромагнитного разделения изотопов потребует 5000 коротких тонн (4500 тонн) меди, которая была в отчаянном дефиците. Однако серебро можно было заменить в соотношении меди к серебру 11:10. 3 августа 1942 года Николс встретился с заместителем министра финансов Дэниелом У. Беллом и попросил о переводе 6000 тонн серебряных слитков из хранилища слитков Вест-Пойнт . [151] В конечном итоге было использовано 14 700 коротких тонн (13 300 тонн; 430 000 000 тройских унций). [152] Серебряные слитки весом 1000 тройских унций (31 кг) были отлиты в цилиндрические заготовки, выдавлены в полосы и намотаны на магнитные катушки. [152] [153]
Ответственность за проектирование и строительство завода по электромагнитному разделению, который стал называться Y-12 , была возложена на Stone & Webster в июне 1942 года. Проект предусматривал пять блоков обработки первой стадии, известных как гоночные треки Alpha, и два блока для окончательной обработки, известных как гоночные треки Beta. В сентябре 1943 года Гроувс санкционировал строительство еще четырех гоночных треков, известных как Alpha II. Строительство началось в феврале 1943 года. [155] Второй Alpha I был введен в эксплуатацию в конце января 1944 года, первый Beta и первый и третий Alpha I были введены в эксплуатацию в марте, а четвертый Alpha I был введен в эксплуатацию в апреле. Четыре гоночных трека Alpha II были завершены в период с июля по октябрь 1944 года. [156] Tennessee Eastman был заключен контракт на управление Y-12. [157] Калютроны были переданы обученным операторам Tennessee Eastman, известным как Calutron Girls . [158]
Первоначально калютроны обогащали содержание урана-235 до 13–15 % и отправили первые несколько сотен граммов этого в Лос-Аламос в марте 1944 года. Только 1 часть из 5825 подаваемого урана вышла в качестве продукта. Большая часть остального была разбрызгана по оборудованию в процессе. Усиленные усилия по восстановлению помогли поднять производство до 10 % подаваемого урана-235 к январю 1945 года. В феврале гоночные треки Alpha начали получать слегка обогащенное (1,4 %) питание с новой термодиффузионной установки S-50, а в следующем месяце они получили улучшенное (5 %) питание с газодиффузионной установки K-25. К августу K-25 производил уран, достаточно обогащенный для подачи непосредственно на треки Beta. [159]
Самым многообещающим, но и самым сложным методом разделения изотопов была газовая диффузия. Закон Грэма гласит, что скорость истечения газа обратно пропорциональна квадратному корню его молекулярной массы , поэтому в коробке, содержащей полупроницаемую мембрану и смесь двух газов, более легкие молекулы будут выходить из контейнера быстрее, чем более тяжелые молекулы. Идея заключалась в том, что такие коробки можно было бы сформировать в каскад насосов и мембран, причем каждая последующая стадия содержала бы немного более обогащенную смесь. Исследования этого процесса проводились в Колумбийском университете группой, в которую входили Гарольд Юри, Карл П. Коэн и Джон Р. Даннинг . [160]
В ноябре 1942 года Комитет по военной политике одобрил строительство 600-ступенчатой газодиффузионной установки. [161] 14 декабря М. В. Келлог принял предложение о строительстве установки под кодовым названием K-25. Для проекта была создана отдельная корпоративная структура под названием Kellex. [162] Процесс столкнулся с огромными техническими трудностями. Пришлось использовать высококоррозионный газ гексафторид урана, поскольку не было никакой замены, а двигатели и насосы должны были быть герметичными и заключенными в инертный газ. Самой большой проблемой была конструкция барьера, который должен был быть прочным, пористым и устойчивым к коррозии. Эдвард Адлер и Эдвард Норрис создали сетчатый барьер из гальванического никеля. Для испытания процесса в Колумбии была построена шестиступенчатая пилотная установка, но прототип оказался слишком хрупким. Конкурирующий барьер был разработан из порошкообразного никеля компаниями Kellex, Bell Telephone Laboratories и Bakelite Corporation. В январе 1944 года Гроувс заказал производство барьера Kellex. [163] [164]
Проект Kellex для K-25 предусматривал четырехэтажную U-образную конструкцию длиной 0,5 мили (0,80 км), содержащую 54 смежных здания. Они были разделены на девять секций, содержащих ячейки из шести ступеней. Изыскательская партия начала строительство, разметив участок площадью 500 акров (2,0 км 2 ) в мае 1943 года. Работа над главным зданием началась в октябре 1943 года, а шестиступенчатая пилотная установка была готова к эксплуатации 17 апреля 1944 года. В 1945 году Гроувс отменил верхние ступени, поручив Kellex вместо этого спроектировать и построить 540-ступенчатую установку боковой подачи, которая стала известна как K-27. Kellex передала последнюю установку подрядчику-оператору Union Carbide and Carbon 11 сентября 1945 года. Общая стоимость, включая установку K-27, завершенную после войны, составила 480 миллионов долларов. [165]
Производственный завод начал работу в феврале 1945 года, и по мере того, как каскад за каскадом вступали в строй, качество продукта повышалось. К апрелю 1945 года K-25 достигла 1,1% обогащения, и продукция термодиффузионной установки S-50 начала использоваться в качестве сырья. Часть продукта, произведенного в следующем месяце, достигла почти 7% обогащения. В августе началась работа последней из 2892 стадий. K-25 и K-27 достигли своего полного потенциала в ранний послевоенный период, когда они затмили другие производственные установки и стали прототипами для нового поколения установок. [166]
Процесс термодиффузии был основан на теории Сиднея Чепмена и Дэвида Энскога , которая объясняла, что когда смешанный газ проходит через градиент температуры, более тяжелый имеет тенденцию концентрироваться на холодном конце, а более легкий — на теплом конце. [167] Он был разработан учеными ВМС США, но не был одной из технологий обогащения, первоначально выбранных для использования в Манхэттенском проекте. Это было в первую очередь из-за сомнений относительно его технической осуществимости, но межвидовое соперничество между армией и флотом также сыграло свою роль. [168] Военно-морская исследовательская лаборатория продолжила исследования под руководством Филиппа Абельсона, но с Манхэттенским проектом было мало контактов до апреля 1944 года, когда капитан Уильям С. Парсонс , морской офицер, отвечавший за разработку боеприпасов в Лос-Аламосе, принес Оппенгеймеру новости об обнадеживающем прогрессе в области термодиффузии. Оппенгеймер сообщил Гроувсу, который одобрил строительство тепловой установки 24 июня 1944 года. [169]
Гроувс заключил контракт с компанией HK Ferguson Company из Кливленда , штат Огайо, на строительство термодиффузионной установки, которая была обозначена как S-50. [170] Планы предусматривали установку 2142 диффузионных колонн высотой 48 футов (15 м), расположенных в 21 стойке. Внутри каждой колонны находились три концентрические трубы. Пар, полученный из близлежащей электростанции K-25 [h] при давлении 100 фунтов на квадратный дюйм (690 кПа) и температуре 545 °F (285 °C), тек вниз по самой внутренней никелевой трубе диаметром 1,25 дюйма (32 мм), в то время как вода при температуре 155 °F (68 °C) текла вверх по самой внешней железной трубе. Гексафторид урана тек в средней медной трубе, а разделение изотопов урана происходило между никелевой и медной трубами. [171] Работа началась 9 июля 1944 года, а S-50 начал частичную эксплуатацию в сентябре. Утечки ограничили производство и привели к вынужденным остановкам в течение следующих нескольких месяцев, но в июне 1945 года завод S-50 произвел 12 730 фунтов (5 770 кг) слегка обогащенного продукта. [172]
К марту 1945 года все 21 производственная стойка были запущены. Первоначально продукция S-50 подавалась в Y-12, но начиная с марта 1945 года все три процесса обогащения запускались последовательно. S-50 стал первой стадией, обогащая уран с 0,71% до 0,89% урана-235. Затем он был подан в газодиффузионный процесс на заводе K-25, который производил продукт, обогащенный примерно до 23%. В свою очередь, он был подан в Y-12, [173] что повысило его примерно до 89%, достаточных для использования в ядерном оружии. Около 50 килограммов (110 фунтов) урана, обогащенного до 89%, было доставлено в Лос-Аламос к июлю 1945 года. Все 50 кг, вместе с некоторым количеством 50%-обогащенного, в среднем до 85%-обогащенного, были использованы в первой бомбе Little Boy . [174]
Вторая линия развития, проводимая Манхэттенским проектом, использовала плутоний. Хотя небольшие количества плутония существуют в природе, лучший способ получить большие количества — через реактор. Природный уран бомбардируется нейтронами и трансмутируется в уран-239 , который быстро распадается сначала на нептуний-239 , а затем на плутоний-239 . [175] Поскольку будет преобразовано только небольшое количество, плутоний должен быть химически отделен от оставшегося урана, от любых начальных примесей и от продуктов деления . [175]
В марте 1943 года компания DuPont начала строительство плутониевого завода на участке площадью 112 акров (0,5 км2 ) в Оук-Ридже. Задуманное как пилотное предприятие для более крупных производственных объектов в Хэнфорде, оно включало в себя графитовый реактор X-10 с воздушным охлаждением , химическую разделительную установку и вспомогательные сооружения. Из-за последующего решения о строительстве водоохлаждаемых реакторов в Хэнфорде только химическая разделительная установка работала как настоящий пилот. [176] Графитовый реактор X-10 состоял из огромного блока графита, 24 фута (7,3 м) с каждой стороны, весом около 1500 коротких тонн (1400 т), окруженного 7 футами (2,1 м) бетона высокой плотности в качестве радиационного щита. [176]
Наибольшие трудности возникли с урановыми стержнями, произведенными Mallinckrodt и Metal Hydrides. Их приходилось покрывать алюминием, чтобы избежать коррозии и утечки продуктов деления в систему охлаждения. Компания Grasselli Chemical Company попыталась разработать процесс горячего погружения , но безуспешно. Alcoa попробовала консервирование, разработав новый процесс сварки без флюса; 97% банок прошли стандартный вакуумный тест, но высокотемпературные тесты показали уровень отказов более 50%. Тем не менее, производство началось в июне 1943 года. В конечном итоге Металлургическая лаборатория разработала улучшенную технологию сварки с помощью General Electric , которая была включена в производственный процесс в октябре 1943 года. [177]
Графитовый реактор X-10 достиг критической отметки 4 ноября 1943 года с примерно 30 короткими тоннами (27 т) урана. Неделю спустя загрузка была увеличена до 36 коротких тонн (33 т), что повысило его выработку энергии до 500 кВт, а к концу месяца были созданы первые 500 мг плутония. [178] Постепенные модификации подняли мощность до 4000 кВт в июле 1944 года. X-10 работал как производственная установка до января 1945 года, когда он был передан для исследований. [179]
Хотя для реактора в Оук-Ридже была выбрана конструкция с воздушным охлаждением, чтобы облегчить быстрое строительство, это было непрактично для гораздо более крупных производственных реакторов. Первоначальные проекты Металлургической лаборатории и DuPont использовали гелий для охлаждения, прежде чем они определили, что реактор с водяным охлаждением проще, дешевле и быстрее в строительстве. [180] Проект не был доступен до 4 октября 1943 года; тем временем Маттиас сосредоточился на улучшении площадки в Хэнфорде, возводя жилые помещения, улучшая дороги, строя железнодорожную линию и модернизируя линии электропередач, водоснабжения и телефонии. [181]
Как и в Ок-Ридже, наибольшие трудности возникли при консервировании урановых стержней, которое началось в Хэнфорде в марте 1944 года. Их протравили для удаления грязи и примесей, окунули в расплавленную бронзу, олово и алюминиево-кремниевый сплав , консервировали с помощью гидравлических прессов, а затем укупорили с помощью дуговой сварки в атмосфере аргона. Наконец, их проверили на наличие отверстий или дефектных сварных швов. К сожалению, большинство консервированных стержней изначально не прошли испытания, в результате чего выход составил всего несколько штук в день. Но был достигнут устойчивый прогресс, и к июню 1944 года производство возросло до такой степени, что, как оказалось, было достаточно консервированных стержней для запуска реактора B по графику в августе 1944 года. [182]
Работа над реактором B, первым из шести запланированных реакторов мощностью 250 МВт, началась 10 октября 1943 года. [183] Реакторным комплексам были даны буквенные обозначения от A до F, причем первыми были разработаны площадки B, D и F, поскольку это максимизировало расстояние между реакторами. Они были единственными, построенными в ходе Манхэттенского проекта. [184] Для строительства здания высотой 120 футов (37 м) было использовано около 390 коротких тонн (350 т) стали, 17 400 кубических ярдов (13 300 м 3 ) бетона, 50 000 бетонных блоков и 71 000 бетонных кирпичей.
Строительство самого реактора началось в феврале 1944 года. [185] Под наблюдением Комптона, Маттиаса, Кроуфорда Гринволта из DuPont , Леоны Вудс и Ферми, который вставил первую заготовку, реактор был запущен 13 сентября 1944 года. В течение следующих нескольких дней было загружено 838 труб, и реактор вышел на критический уровень. Вскоре после полуночи 27 сентября операторы начали извлекать стержни управления , чтобы начать производство. Сначала все выглядело хорошо, но около 03:00 уровень мощности начал падать, и к 06:30 реактор полностью остановился. Охлаждающая вода была исследована на предмет утечки или загрязнения. На следующий день реактор снова запустился, но затем снова остановился. [186] [187]
Ферми связался с Цзянь-Шюн У , который определил причину проблемы как отравление нейтронами ксенона -135 , период полураспада которого составляет 9,2 часа. [188] Ферми, Вудс, Дональд Дж. Хьюз и Джон Арчибальд Уилер затем вычислили ядерное поперечное сечение ксенона-135, которое оказалось в 30 000 раз больше, чем у урана. [189] Инженер DuPont Джордж Грейвс отклонился от первоначального проекта Металлургической лаборатории, в котором реактор имел 1500 трубок, расположенных по кругу, и добавил еще 504 трубки, чтобы заполнить углы. Ученые изначально считали это чрезмерное проектирование пустой тратой времени и денег, но Ферми понял, что, загрузив все 2004 трубки, реактор сможет достичь требуемого уровня мощности и эффективно производить плутоний. [190] Реактор D был запущен 17 декабря 1944 года, а реактор F — 25 февраля 1945 года. [191]
Тем временем химики рассматривали, как плутоний можно отделить от урана, когда его химические свойства не были известны. Работая с мельчайшими количествами плутония, доступными в Металлургической лаборатории в 1942 году, группа под руководством Чарльза М. Купера разработала процесс с фторидом лантана , который был выбран для пилотной установки разделения. Второй процесс разделения, процесс с фосфатом висмута , был впоследствии разработан Сиборгом и Стэнли Г. Томсоном. [192] Гринвальт отдал предпочтение процессу с фосфатом висмута из-за коррозионной природы фторида лантана, и он был выбран для установок разделения в Хэнфорде. [193] Как только X-10 начал производить плутоний, пилотная установка разделения была подвергнута испытаниям. Первая партия была обработана с эффективностью 40%, но в течение следующих нескольких месяцев она была увеличена до 90%. [179]
В Ханфорде высший приоритет изначально отдавался сооружениям в зоне 300: зданиям для испытания материалов, подготовки урана, сборки и калибровки приборов. В одном из зданий размещалось оборудование для консервирования урановых стержней, в то время как в другом находился небольшой испытательный реактор. Несмотря на свой приоритет, работы в зоне 300 отставали от графика из-за уникальной и сложной природы объектов, а также нехватки рабочей силы и материалов в военное время. [194]
Ранние планы предусматривали строительство двух разделительных установок в каждой из областей, известных как 200-West и 200-East. Впоследствии это было сокращено до двух, установок T и U, в 200-West и одной, установки B, в 200-East. [195] Каждая разделительная установка состояла из четырех зданий: здание технологической ячейки или «каньон» (известный как 221), здание концентрации (224), здание очистки (231) и магазин-магазин (213). Каждый каньон был 800 футов (240 м) в длину и 65 футов (20 м) в ширину. Каждый состоял из сорока ячеек размером 17,7 на 13 на 20 футов (5,4 на 4,0 на 6,1 м). [196]
Работа над 221-T и 221-U началась в январе 1944 года, первый был завершен в сентябре, а второй — в декабре. Здание 221-B последовало за ним в марте 1945 года. Из-за высокого уровня радиоактивности работы на разделительных установках приходилось проводить дистанционно с использованием замкнутой телевизионной системы, что было неслыханно в 1943 году. Техническое обслуживание проводилось с помощью мостового крана и специально разработанных инструментов. Здания 224 были меньше, потому что в них было меньше материала для обработки, и он был менее радиоактивным. Здания 224-T и 224-U были завершены 8 октября 1944 года, а 224-B последовало за ними 10 февраля 1945 года. Методы очистки, которые в конечном итоге использовались в 231-W, были все еще неизвестны, когда строительство началось 8 апреля 1944 года, но завод был завершен, и методы были выбраны к концу года. [197] 5 февраля 1945 года Маттиас лично доставил первую партию из 80 г 95%-ного нитрата плутония курьеру из Лос-Аламоса в Лос-Анджелесе. [191]
В 1943 году усилия по разработке были направлены на создание оружия деления пушечного типа с плутонием под названием «Худой человек» . Первоначальные исследования свойств плутония проводились с использованием плутония-239, полученного на циклотроне, который был чрезвычайно чистым, но мог быть создан только в очень малых количествах. Лос-Аламос получил первый образец плутония из реактора Клинтона X-10 в апреле 1944 года, и через несколько дней Эмилио Сегре обнаружил проблему: выращенный на реакторе плутоний имел более высокую концентрацию плутония-240, что приводило к пятикратному увеличению скорости спонтанного деления циклотронного плутония. [198]
Это сделало его непригодным для использования в оружии пушечного типа, поскольку плутоний-240 начал бы цепную реакцию слишком рано, вызывая преддетонацию , которая рассеяла бы критическую массу после того, как минимальное количество плутония распалось ( шипение ). Была предложена пушка с более высокой скоростью, но она оказалась непрактичной. Возможность разделения изотопов также рассматривалась и была отвергнута, поскольку плутоний-240 еще сложнее отделить от плутония-239, чем уран-235 от урана-238, и попытка сделать это «отложила бы создание оружия на неопределенный срок». [199]
Работа над альтернативным методом проектирования бомбы, известным как имплозия, началась ранее под руководством физика Сета Неддермейера . Имплозия использовала взрывчатые вещества для дробления субкритической сферы делящегося материала в меньшую и более плотную форму. Критическая масса собирается за гораздо меньшее время, чем при методе пушки. Когда делящиеся атомы упакованы ближе друг к другу, скорость захвата нейтронов увеличивается, [200] поэтому он также делает более эффективным использование делящегося материала. [201] Исследования Неддермейера 1943 и начала 1944 года показали многообещающие результаты, но также дали понять, что имплозивное оружие было более сложным, чем конструкция типа пушки, как с теоретической, так и с инженерной точки зрения. [202] В сентябре 1943 года Джон фон Нейман , имевший опыт работы с кумулятивными зарядами , предложил использовать сферическую конфигурацию вместо цилиндрической, над которой работал Неддермейер. [203]
Ускоренные работы по проекту имплозии под кодовым названием « Толстяк » начались в августе 1944 года, когда Оппенгеймер осуществил масштабную реорганизацию лаборатории в Лос-Аламосе, чтобы сосредоточиться на имплозии. [204] В Лос-Аламосе были созданы две новые группы для разработки имплозивного оружия: X (от взрывчатых веществ) Отдел во главе с экспертом по взрывчатым веществам Джорджем Кистяковски и G (от гаджета) Отдел под руководством Роберта Бахера. [205] [206] Новая конструкция включала взрывные линзы , которые фокусировали имплозию в сферическую форму. [207] Проектирование линз оказалось медленным, сложным и разочаровывающим. [207] Были испытаны различные взрывчатые вещества, прежде чем остановились на составе B и баратоле . [208] Окончательный проект напоминал 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. [209] Они использовали взрывающиеся мостовые детонаторы , новое изобретение, разработанное в Лос-Аламосе группой под руководством Луиса Альвареса . [210]
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. [211] В своей истории проекта Лос-Аламоса Дэвид Хокинс писал: «RaLa стал самым важным отдельным экспериментом, повлиявшим на окончательную конструкцию бомбы». [212]
Внутри взрывчатки находился алюминиевый толкатель, который обеспечивал плавный переход от взрывчатого вещества относительно низкой плотности к следующему слою, тамперу из природного урана. Его основная задача заключалась в том, чтобы удерживать критическую массу вместе как можно дольше, но он также отражал нейтроны в ядро, и часть его урана расщеплялась. Чтобы предотвратить преждевременную детонацию внешним нейтроном, тампер был покрыт тонким слоем поглощающего нейтроны бора. [209] Был разработан полоний-бериллиевый модулированный нейтронный инициатор , известный как «ерчин», [213] , чтобы запустить цепную реакцию точно в нужный момент. [214] Эта работа по химии и металлургии радиоактивного полония была направлена Чарльзом Алленом Томасом из компании Monsanto и стала известна как проект Дейтона . [215] Для испытаний требовалось до 500 кюри полония в месяц, который Monsanto могла поставлять. [216] Вся конструкция была заключена в дюралюминиевый корпус бомбы для защиты от пуль и зенитного огня. [209]
Конечной задачей металлургов было определить, как отлить плутоний в сферу. Трудности стали очевидны, когда попытки измерить плотность плутония дали противоречивые результаты. Сначала подозревали загрязнение, но вскоре было установлено, что существует несколько аллотропов плутония . [217] Хрупкая α-фаза, которая существует при комнатной температуре, меняется на пластичную β-фазу при более высоких температурах. Затем внимание переключилось на еще более податливую δ-фазу, которая обычно существует в диапазоне от 300 °C до 450 °C. Было обнаружено, что она стабильна при комнатной температуре при сплавлении с алюминием, но алюминий испускает нейтроны при бомбардировке альфа-частицами , что усугубляет проблему преждевременного воспламенения. Затем металлурги додумались использовать 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. [218]
Работа оказалась опасной. К концу войны половину химиков и металлургов пришлось отстранить от работы с плутонием, когда в их моче были обнаружены неприемлемо высокие уровни элемента. [219] 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. [220] 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. [221]
В отличие от плутониевого Fat Man, урановое оружие типа пушки Little Boy было простым, если не тривиальным в проектировании. Общая ответственность за него была возложена на Parsons's Ordnance (O) Division, а проектирование, разработка и техническая работа в Лос-Аламосе были объединены под руководством группы лейтенант-коммандера Фрэнсиса Бирча . Конструкция типа пушки теперь должна была работать только с обогащенным ураном, и это позволило значительно упростить конструкцию. Высокоскоростная пушка больше не требовалась, и ее заменили на более простое оружие. [222] [223]
Исследования в области «Супера» также продолжались, хотя они считались вторичными по отношению к разработке атомной бомбы. Усилиями руководил Теллер, который был самым ярым ее сторонником. [224] Группа F-1 (Супер) подсчитала, что сжигание 1 кубического метра (35 кубических футов) жидкого дейтерия высвободит энергию 10 мегатонн тротила (42 ПДж), достаточную, чтобы опустошить 1000 квадратных миль (2600 км2 ) . [225] В окончательном отчете по «Суперу» в июне 1946 года Теллер сохранял оптимизм относительно перспективы его успешной разработки, хотя это мнение не было всеобщим. [226]
Из-за сложности оружия имплозивного типа было решено, что, несмотря на отходы делящегося материала, необходимо полномасштабное ядерное испытание . Оппенгеймер дал ему кодовое название «Тринити». [227] В марте 1944 года планирование испытания было поручено Кеннету Бейнбриджу , который выбрал полигон Аламогордо в качестве места испытания. [228] Был построен базовый лагерь с казармами, складами, мастерскими, взрывчатым веществом и магазином. [229] Предварительный испытательный взрыв был проведен 7 мая 1945 года для калибровки приборов. Деревянная испытательная платформа была возведена в 800 ярдах (730 м) от будущего полигона Тринити и завалена примерно 100 короткими тоннами (91 т) взрывчатых веществ [i], пропитанных продуктами ядерного деления . [232] [233]
Гровсу не нравилась перспектива объяснять комитету Сената потерю плутония стоимостью в миллиард долларов, поэтому был построен цилиндрический контейнер под кодовым названием «Джамбо» для извлечения активного материала в случае отказа. Он был изготовлен с большими затратами из 214 коротких тонн (194 т) железа и стали. [234] Однако к тому времени, когда он прибыл, уверенность в методе имплозии была достаточно высока, 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 мощности взрыва. «Джамбо» выжил, хотя его башня — нет, что добавило уверенности в том, что «Джамбо» успешно сдержал бы заглохший взрыв . [235] [232]
Для настоящего испытания оружие, 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. [236]
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 о взрыве склада боеприпасов на поле Аламогордо с использованием газовых снарядов. [237] [238]
Позже Оппенгеймер утверждал, что, наблюдая за взрывом, он вспомнил стих из священной индуистской книги « Бхагавад-гита» (XI, 12):
вместе со стихом (XI,32), который он перевел как «Теперь я стал Смертью, разрушителем миров». [241] [242] [j]
Испытание прошло значительно успешнее, чем ожидалось; об этом немедленно телеграфировали Стимсону, который тогда был на Потсдамской конференции , и Гроувс поспешно подготовил более длинный отчет, отправленный через курьера. Трумэн был сильно и положительно поражен этой новостью. Стимсон отметил в своем дневнике, что когда он поделился ею с Черчиллем, Черчилль заметил: «Теперь я знаю, что случилось с Трумэном вчера. Я не мог этого понять. Когда он пришел на встречу после прочтения этого отчета, он был другим человеком. Он рассказал русским, где они вошли и вышли, и в целом командовал всей встречей». [244]
На пике своего развития в июне 1944 года Манхэттенский проект нанял около 129 000 рабочих, из которых 84 500 были строителями, 40 500 — операторами установок и 1 800 — военнослужащими. По мере снижения строительной активности рабочая сила сократилась до 100 000 человек годом позже, но численность военнослужащих увеличилась до 5 600 человек. Обеспечение необходимого количества рабочих, особенно высококвалифицированных рабочих, в условиях конкуренции с другими жизненно важными военными программами оказалось очень сложной задачей. [245] Из-за высокой текучести кадров на проекте работало более 500 000 человек. [246] Большинство афроамериканцев были заняты на низкооплачиваемых должностях, но было несколько афроамериканских ученых и техников . [247] Уникальные требования к труду и безопасности также привели к тому, что в Манхэттенском проекте процент женщин на технических должностях был выше, чем в более поздних правительственных проектах. [248]
В 1943 году Гроувс получил специальный временный приоритет на рабочую силу от Военной комиссии по трудовым ресурсам . В марте 1944 года и Совет по военному производству, и Военная комиссия по трудовым ресурсам дали проекту наивысший приоритет. [249] Директор комиссии Канзаса заявил, что с апреля по июль 1944 года каждый квалифицированный заявитель в штате, который посещал офис Службы занятости США, был вынужден работать на объекте в Хэнфорде. Никакой другой работы не предлагалось, пока заявитель окончательно не отклонял предложение. [250] Толман и Конант, в своей роли научных консультантов проекта, составили список кандидатов в ученые и оценили их с помощью ученых, уже работающих над проектом. Затем Гроувс отправил личное письмо руководителю своего университета или компании с просьбой освободить их для важной военной работы. [251]
Одним из источников квалифицированного персонала была сама армия, в частности, армейская специализированная программа обучения . В 1943 году MED создало Специальный инженерный отряд (SED) с утвержденной численностью 675 человек. Техники и квалифицированные рабочие, призванные в армию, были назначены в SED. Другим источником был Женский армейский корпус (WAC). Первоначально предназначенные для канцелярских задач по обработке секретных материалов, WAC вскоре были задействованы также для технических и научных задач. [252] 1 февраля 1945 года весь военный персонал, назначенный в MED, включая все отряды SED, был назначен в 9812-е техническое подразделение обслуживания, за исключением Лос-Аламоса, где военный персонал, не являющийся SED, включая WAC и военную полицию, был назначен в 4817-е подразделение обслуживания. [253]
Доцент радиологии в Медицинской школе Университета Рочестера , Стаффорд Л. Уоррен , был произведен в чин полковника в Медицинский корпус армии США и назначен начальником Медицинского отдела MED и медицинским советником Гроувса. Первоначальная задача Уоррена состояла в том, чтобы укомплектовать штат больниц в Ок-Ридже, Ричленде и Лос-Аламосе. [254] Медицинский отдел отвечал за медицинские исследования, а также за программы MED по охране труда и технике безопасности. Это представляло собой огромную проблему, поскольку работники имели дело с различными токсичными химикатами, использовали опасные жидкости и газы под высоким давлением, работали с высоким напряжением и проводили эксперименты со взрывчатыми веществами, не говоря уже о в значительной степени неизвестных опасностях, которые представляют собой радиоактивность и работа с расщепляющимися материалами. [255] Тем не менее, в декабре 1945 года Национальный совет по безопасности вручил Манхэттенскому проекту Почетную награду за выдающиеся заслуги в области безопасности в знак признания его достижений в области безопасности. В период с января 1943 года по июнь 1945 года погибло 62 человека, а 3879 получили увечья, что примерно на 62 процента ниже показателя в частной промышленности. [256]
Манхэттенский проект действовал в соответствии с мандатом «абсолютной секретности» от Рузвельта, что означало, что само существование проекта должно было храниться в тайне. Это оказалось сложной задачей, учитывая объем знаний и предположений о ядерном делении, которые существовали до Манхэттенского проекта, огромное количество вовлеченных людей и масштабы объектов. [257] Гроувс принял экстремальную версию компартментализации ( политику «необходимо знать »):
Разделение знаний, по моему мнению, было самой сутью безопасности. Мое правило было простым и не допускало неправильного толкования — каждый человек должен знать все, что ему нужно знать для выполнения своей работы, и ничего больше. Соблюдение этого правила не только обеспечивало адекватную меру безопасности, но и значительно повышало общую эффективность, заставляя наших людей заниматься своим делом. И всем заинтересованным лицам было совершенно ясно, что проект существовал для производства определенного конечного продукта, а не для того, чтобы позволить людям удовлетворить свое любопытство и расширить свои научные знания. [258]
Это противоречило нормам многих ученых, которые утверждали, что наука не может успешно работать при таких требованиях. У должностных лиц Манхэттенского проекта также были трудности с журналистами, конгрессменами, федеральными чиновниками, которые не были «в курсе», жителями, проживающими вблизи местных объектов, судьями, рассматривающими земельные претензии, и другими источниками спекуляций, любопытства и утечек, наряду с опасениями по поводу шпионажа и саботажа . Гроувс полагался на ФБР и свое собственное автономное разведывательное подразделение G-2 для расследования потенциальных нарушений безопасности. В конечном итоге во время войны было расследовано более 1500 случаев «пустых разговоров». Даже Гарри Трумэн не был проинформирован о проекте, когда он был вице-президентом, и узнал о нем только после смерти Рузвельта. [257]
Из-за относительного успеха в сокрытии истории от газет Байрон Прайс , глава Управления цензуры , в конечном итоге назвал Манхэттенский проект «самым охраняемым секретом войны». [259] В 1945 году Life подсчитал, что до бомбардировок Хиросимы и Нагасаки «вероятно, не более нескольких десятков человек во всей стране знали полное значение Манхэттенского проекта, и, возможно, только тысяча других знали, что работа над атомами была вовлечена». Журнал писал, что более 100 000 других, занятых в проекте, «работали как кроты в темноте». Предупрежденные, что раскрытие секретов проекта карается 10 годами тюрьмы или штрафом в размере 10 000 долларов США (что эквивалентно 169 000 долларов США в 2023 году), они следили за «циферблатами и переключателями, пока за толстыми бетонными стенами происходили загадочные реакции», не зная цели своей работы. [260] [261] [262]
В декабре 1945 года армия США опубликовала секретный отчет, оценивающий аппарат безопасности, окружающий Манхэттенский проект. В отчете говорится, что проект «охранялся более тщательно, чем любая другая сверхсекретная военная разработка». Окружающая инфраструктура безопасности была настолько обширной и тщательной, что в первые дни проекта в 1943 году следователи проверили 400 000 потенциальных сотрудников и 600 компаний на предмет потенциальных рисков безопасности. [263]
Добровольная цензура атомной информации началась еще до Манхэттенского проекта. После начала Европейской войны в 1939 году американские ученые начали избегать публикации исследований, связанных с военными, а в 1940 году научные журналы начали просить Национальную академию наук очищать статьи. Уильям Л. Лоренс из The New York Times , который написал статью о делении атома в The Saturday Evening Post от 7 сентября 1940 года, позже узнал, что правительственные чиновники попросили библиотекарей по всей стране в 1943 году отозвать выпуск. [264] Однако Советы заметили молчание. В апреле 1942 года физик-ядерщик Георгий Флоров написал Иосифу Сталину об отсутствии статей о делении атома в американских журналах; это привело к тому, что Советский Союз начал свой собственный проект по созданию атомной бомбы. [265]
Манхэттенский проект работал в условиях строгой секретности, чтобы его раскрытие не побудило страны Оси, особенно Германию, ускорить свои собственные ядерные проекты или предпринять тайные операции против проекта. [266] Управление цензуры полагалось на прессу в соблюдении добровольного кодекса поведения, который оно опубликовало, и проект поначалу избегал уведомления офиса. К началу 1943 года газеты начали публиковать отчеты о крупном строительстве в Теннесси и Вашингтоне, и офис начал обсуждать с проектом, как сохранить секретность. В июне он попросил газеты и вещателей избегать обсуждения «атомного расщепления, атомной энергии, атомного деления, атомного расщепления или любого из их эквивалентов. Использование в военных целях радия или радиоактивных материалов, тяжелой воды, высоковольтного разрядного оборудования, циклотронов». [267] [259]
Перспектива саботажа всегда присутствовала, а иногда и подозревалась, когда происходили сбои в работе оборудования. Хотя были некоторые проблемы, которые, как считалось, были результатом небрежности или недовольства сотрудников, не было подтвержденных случаев саботажа, спровоцированного странами Оси. [268] Однако 10 марта 1945 года японский огненный шар врезался в линию электропередачи, и вызванный скачок напряжения привел к временной остановке трех реакторов в Хэнфорде. [269] При таком количестве вовлеченных людей обеспечение безопасности было затруднено. Для решения вопросов безопасности проекта был сформирован специальный отряд Корпуса контрразведки . [270] К 1943 году стало ясно, что Советский Союз пытается проникнуть в проект. Подполковник Борис Т. Паш , глава Отдела контрразведки Западного командования обороны , расследовал предполагаемый советский шпионаж в Радиационной лаборатории в Беркли. Оппенгеймер сообщил Пашу, что к нему обратился его коллега-профессор из Беркли, Хокон Шевалье , с предложением передать информацию Советскому Союзу. [271]
Самым успешным советским шпионом был Клаус Фукс , физик и член британской миссии, который был тесно связан с работой в Лос-Аламосе над проектом имплозивной бомбы. [272] Его шпионская деятельность не была раскрыта до 1950 года в результате проекта «Венона» . Раскрытие его шпионской деятельности нанесло ущерб ядерному сотрудничеству Соединенных Штатов с Великобританией и Канадой, [273] и другие случаи шпионажа были впоследствии раскрыты, что привело к аресту Гарри Голда , Дэвида Грингласса , а также Юлиуса и Этель Розенберг . [274] Другие шпионы, такие как Джордж Коваль и Теодор Холл, оставались неизвестными в течение десятилетий. [275] Ценность шпионажа трудно количественно оценить, поскольку основным ограничением советского проекта атомной бомбы была нехватка урановой руды. Это могло сэкономить Советам по крайней мере один или два года на разработку собственной бомбы, [276] хотя некоторые историки утверждают, что Советы потратили столько же времени на проверку и копирование информации, сколько сэкономили бы, если бы доверяли ей. [277]
Помимо разработки атомной бомбы, Манхэттенский проект был ответственен за сбор разведданных о немецком проекте ядерной энергетики . Считалось, что японская программа ядерного оружия не была далеко продвинута, поскольку у Японии был небольшой доступ к урановой руде, но изначально опасались, что Германия была очень близка к разработке собственного оружия. По инициативе Манхэттенского проекта была проведена кампания бомбардировок и саботажа против заводов по производству тяжелой воды в оккупированной немцами Норвегии. [278] Была создана небольшая миссия, совместно укомплектованная Управлением военно-морской разведки , OSRD, Манхэттенским проектом и армейской разведкой (G-2), для расследования научных разработок противника. Она не ограничивалась теми, которые касались ядерного оружия. [279] Начальник армейской разведки генерал-майор Джордж В. Стронг назначил Бориса Паша командующим подразделением, [280] которое имело кодовое название «Alsos» (по-гречески «роща»). [281] Сэмюэл Гоудсмит был научным руководителем миссии «Alsos». [282]
Миссия «Алсос» в Италии допрашивала сотрудников физической лаборатории Римского университета после захвата города в июне 1944 года. [283] Тем временем Паш сформировал объединенную британско-американскую миссию «Алсос» в Лондоне под командованием капитана Хораса К. Калверта для участия в операции «Оверлорд» . [284] Гроувс посчитал, что риск того, что немцы попытаются сорвать высадку в Нормандии с помощью радиоактивных ядов, был достаточным, чтобы предупредить генерала Дуайта Д. Эйзенхауэра и отправить офицера для инструктажа его начальника штаба, генерал-лейтенанта Уолтера Беделла Смита . [285] Под кодовым названием «Операция «Пепперминт»» было подготовлено специальное оборудование, а группы службы химического оружия прошли обучение его использованию. [286]
Следуя за наступающими армиями союзников, команда «Алсос» допрашивала ученых и обыскивала объекты в освобожденных районах Франции и Германии, чтобы узнать о немецких работах. В ноябре 1944 года Гоудсмит пришел к выводу, что немецкая ядерная программа так и не вышла за рамки лабораторной стадии. Как он выразился позже: «Имеющиеся доказательства определенно доказывали, что у Германии не было атомной бомбы и вряд ли она появится в разумные сроки». [287]
Допрос немецких пленных показал, что в Ораниенбурге обрабатывались уран и торий , поэтому Гроувс организовал бомбардировку 15 марта 1945 года, чтобы опровергнуть его захват Советским Союзом. [288] Команда «Алсос» отправилась в Штассфурт в советской оккупационной зоне и забрала 11 тонн руды из WIFO . [289] В апреле 1945 года Паш, командуя смешанными силами, известными как T-Force, провел операцию Harborage , зачистку тыла противника в Хехингене , Бизингене и Хайгерлохе — сердце немецких ядерных усилий. T-Force захватили ядерные лаборатории, документы, оборудование и материалы, включая тяжелую воду и 1,5 тонны металлического урана. [290] [291]
Команды «Алсос» окружили немецких ученых, включая Курта Дибнера , Отто Гана , Вальтера Герлаха , Вернера Гейзенберга и Карла Фридриха фон Вайцзеккера . Их доставили в Англию и интернировали в Фарм-Холле , где за ними тайно наблюдали. [292]
Единственным самолетом союзников, способным нести 17-футовый (5,2 м) длинный Thin Man или 59-дюймовый (150 см) широкий Fat Man, был британский Avro Lancaster , но использование британского самолета вызвало бы трудности с обслуживанием. Гроувс надеялся, что американский Boeing B-29 Superfortress можно будет модифицировать для перевозки Thin Man, соединив два его бомбовых отсека вместе. [293] Это стало ненужным после того, как Thin Man был заброшен, поскольку Little Boy был достаточно коротким, чтобы поместиться в бомбовый отсек B-29, [223] но модификации все еще требовались. Командование материально-технического обеспечения ВВС США в Райт-Филд , штат Огайо, начало Silverplate , кодовое название модификации B-29, в ноябре 1943 года. Испытательные сбросы проводились на армейском аэродроме Мьюрок и на военно-морской испытательной станции артиллерии в Калифорнии с тыквенными бомбами Thin Man и Fat Man для проверки их баллистических, взрывательных и устойчивых характеристик. [294]
509- я смешанная группа была сформирована 17 декабря 1944 года на военном аэродроме Вендовер , штат Юта, под командованием полковника Пола У. Тиббетса . Ее 393-я бомбардировочная эскадрилья , оснащенная самолетами Silverplate B-29, отрабатывала дальние полеты над водой и сбрасывала тыквенные бомбы. [295] Специальное подразделение, известное как Project Alberta, было сформировано в Лос-Аламосе под командованием Парсонса для оказания помощи в подготовке и доставке бомб. [295] 509-я смешанная группа была развернута на Северном поле на острове Тиниан в июле 1945 года. [296] Большая часть компонентов для Little Boy покинула Сан-Франциско на крейсере USS Indianapolis 16 июля и прибыла на Тиниан 26 июля. Оставшиеся компоненты, включавшие шесть колец из высокообогащенного урана, были доставлены тремя самолетами Douglas C-54 Skymasters из 320-й эскадрильи транспортников 509-й группы. [297] Две сборки Fat Man отправились на Тиниан в специально модифицированных самолетах B-29 509-й составной группы, а первое плутониевое ядро было отправлено в специальном самолете C-54. [298]
В конце декабря 1944 года, обеспокоенный тяжелыми потерями, произошедшими в битве за Арденны , Рузвельт дал указание Гроувсу и Стимсону, что если атомные бомбы будут готовы до окончания войны с Германией, они должны быть готовы сбросить их на Германию, но Япония считалась более вероятной. [299] В конце апреля 1945 года был создан комитет по выбору целей для определения того, какие города должны быть целями, и он рекомендовал Кокуру , Хиросиму , Ниигату и Киото . Стимсон вмешался, заявив, что он будет принимать решение о выборе целей и что он не разрешит бомбардировку Киото по причине его исторической и религиозной значимости. [300] В конечном итоге вместо него был выбран Нагасаки . [301] В мае 1945 года был создан Временный комитет для консультирования по военному и послевоенному использованию ядерной энергии. Временный комитет, в свою очередь, создал научную группу, состоящую из Артура Комптона, Ферми, Лоуренса и Оппенгеймера; научная группа высказала свое мнение не только о вероятных физических эффектах атомной бомбы, но и о ее вероятном военном и политическом воздействии. На заседании 1 июня Временный комитет постановил, что «бомба должна быть использована против Японии как можно скорее; что она должна быть использована на военном заводе, окруженном домами рабочих; и что она должна быть использована без предварительного предупреждения». [302] [303]
На Потсдамской конференции в Германии президент Гарри С. Трумэн сообщил Сталину, что у США есть «новое оружие необычайной разрушительной силы», не вдаваясь в подробности. Поскольку он не проявил «особого интереса», Трумэн ошибочно предположил, что Сталин не понял. На самом деле советские шпионы информировали Сталина о работе и запланированном испытании. [304] [305] [306]
Приказ о нападении от генерала Томаса Т. Хэнди генералу Карлу Спаатсу был одобрен Маршаллом и Стимсоном 25 июля, в котором указывалось, что «первая специальная бомба» будет использована «примерно после 3 августа 1945 года», а «дополнительные бомбы» будут использованы «как только будут готовы персоналом проекта». [307] Оперативный план состоял в том, чтобы сбросить первую бомбу 2 августа, вторую — 10 августа и третью — около 24 августа. Однако из-за погодных условий над Японией и желания визуальной бомбардировки дата первой бомбардировки была перенесена на 6 августа, а второй — на 9 августа. [308]
6 августа 1945 года Enola Gay , Boeing B-29 Superfortress из 393-й бомбардировочной эскадрильи, пилотируемый Тиббетсом, взлетел с Северного поля с Little Boy в бомбоотсеке. Хиросима, штаб-квартира 2-й генеральной армии и Пятой дивизии , а также порт погрузки, была основной целью, а Кокура и Нагасаки были альтернативными вариантами. Парсонс, оружейник, отвечавший за миссию, завершил сборку бомбы в воздухе, чтобы свести к минимуму риски ядерного взрыва в случае крушения во время взлета. [309] Бомба взорвалась на высоте 1750 футов (530 м) со взрывом, который позже был оценен как эквивалент 13 килотонн тротила. [310] Была разрушена территория площадью около 4,7 квадратных миль (12 км 2 ). Японские чиновники определили, что 69% зданий Хиросимы были разрушены, а еще 6–7% повреждены. По предварительным оценкам, 66 000 человек были убиты и 69 000 ранены; более поздние переоценки, включавшие людей, не учтенных предыдущими методами, таких как корейские рабы и дополнительные солдаты, пришли к выводу, что к декабрю 1945 года в результате атаки могло погибнуть 140 000 человек. [311] [312] [313] [314]
Утром 9 августа 1945 года Bockscar , второй B-29, пилотируемый командиром 393-й бомбардировочной эскадрильи майором Чарльзом У. Суини , взлетел с Fat Man на борту. На этот раз Эшворт был оружейником, а Кокура была основной целью. Когда они достигли Кокуры, они обнаружили, что облачность скрыла город, не дав провести визуальную атаку, требуемую приказом. После трех заходов и с низким уровнем топлива они направились к второстепенной цели, Нагасаки. Эшворт решил, что будет использоваться радиолокационный подход, если цель будет скрыта, но разрыв облаков над Нагасаки в последнюю минуту позволил осуществить визуальный подход, как и было приказано. Fat Man был сброшен над промышленной долиной города на полпути между сталелитейным и оружейным заводами Mitsubishi на юге и артиллерийским заводом Mitsubishi-Urakami на севере. Мощность полученного взрыва была эквивалентна 21 килотонне тротила, примерно столько же, сколько и у взрыва в Тринити, но он был ограничен долиной Ураками , а большая часть города, включая центр города, была защищена промежуточными холмами. Около 44% города было разрушено, а оценки потерь колеблются от 40 000 до 80 000 человек убитыми и не менее 60 000 ранеными. [315] В целом, по оценкам, погибло 35 000–40 000 человек и 60 000 ранеными. [316] [317] [311]
Гроувс ожидал, что еще одна атомная бомба будет готова к использованию 19 августа, еще три — в сентябре и еще три — в октябре. [318] Были подготовлены еще две сборки Fat Man, и 11 и 14 августа они должны были отправиться с Киртланд-Филд в Тиниан. [317] В Лос-Аламосе техники работали 24 часа подряд, чтобы отлить еще одно плутониевое ядро . [319] Хотя оно было отлито, его еще нужно было спрессовать и покрыть, что заняло бы до 16 августа. [320] Таким образом, оно могло быть готово к использованию 19 августа.
10 августа Трумэну сообщили, что готовится еще одна бомба. Он приказал, чтобы никакие дополнительные атомные бомбы не использовались без его прямого разрешения. По словам Генри А. Уоллеса , Трумэн сказал своему кабинету, что «мысль об уничтожении еще 100 000 человек была слишком ужасна. Ему не нравилась идея убить, как он сказал, «всех этих детей». [321] Гроувс приостановил отправку третьего ядра 13 августа. [322]
11 августа Гроувс позвонил Уоррену с приказом организовать группу по обследованию, чтобы сообщить об ущербе и радиоактивности в Хиросиме и Нагасаки, как только закончится война. Группа, оснащенная портативными счетчиками Гейгера, прибыла в Хиросиму 8 сентября во главе с Фарреллом и Уорреном, с японским контр-адмиралом Масао Цузуки, который выступал в качестве переводчика. Они оставались в Хиросиме до 14 сентября, а затем обследовали Нагасаки с 19 сентября по 8 октября. [323] Эта и другие научные миссии в Японию предоставили ценные данные о последствиях атомной бомбы и привели к созданию Комиссии по жертвам атомной бомбы . [324]
В ожидании бомбардировок Гроувс поручил физику Генри ДеВольфу Смиту подготовить очищенную техническую историю проекта для общественного потребления. Идея свободного распространения такой информации была спорной; решение сделать это было принято лично Трумэном. « Отчет Смита » был обнародован 12 августа 1945 года. [325]
Япония объявила о своей капитуляции 15 августа. [326] Необходимость бомбардировок стала предметом споров среди историков . Некоторые задавались вопросом, достигла бы «атомная дипломатия» тех же целей, и относительного веса, который бомбы и объявление войны Советским Союзом оказали на готовность Японии капитулировать. [327] Отчет Франка был наиболее заметным усилием, подталкивающим к демонстрации, но был отклонен научной группой Временного комитета. [328] Петиция Силарда , составленная в июле 1945 года и подписанная десятками ученых, работавших над Манхэттенским проектом, была поздней попыткой предупредить Трумэна об его ответственности за использование такого оружия. [329] [330]
Манхэттенский проект мгновенно стал знаменитым после бомбардировки Хиросимы и частичного снятия с него секретности. Его широко признавали за окончание войны, и Гроувс работал над тем, чтобы воздать должное своим подрядчикам, чья работа до сих пор была секретной. Гроувс и Николс вручили им награды «E» армии и флота , а более 20 президентских медалей «За заслуги» были вручены ключевым подрядчикам и ученым, включая Буша и Оппенгеймера. Военнослужащие получили орден «Легион заслуг» . [331]
Манхэттенский проект просуществовал до 31 декабря 1946 года, а Манхэттенский округ — до 15 августа 1947 года. [332] За это время он столкнулся с многочисленными трудностями, вызванными техническими проблемами, последствиями быстрой демобилизации и отсутствием ясности относительно его долгосрочной миссии.
В Хэнфорде производство плутония снизилось, поскольку реакторы B, D и F изнашивались, отравленные продуктами деления и разбухание графитового замедлителя, известное как эффект Вигнера . Разбухание повредило загрузочные трубы, где уран облучался для получения плутония, сделав их непригодными для использования. Производство было сокращено, и самый старый блок, котел B, был закрыт, чтобы по крайней мере один реактор оставался доступным. Исследования продолжались, и DuPont и Металлургическая лаборатория разрабатывали процесс экстракции окислительно-восстановительным растворителем в качестве альтернативного метода экстракции плутония процессу фосфата висмута, который оставлял неизрасходованный уран в состоянии, из которого его было нелегко извлечь. [333]
Инженерное дело по бомбам было выполнено подразделением Z Division, [334] первоначально расположенным в Wendover Field, но переведенным в Oxnard Field , штат Нью-Мексико, в сентябре 1945 года, чтобы быть ближе к Лос-Аламосу. Это ознаменовало начало базы Sandia . Соседний Kirtland Field использовался как база B-29 для испытаний на совместимость и падение самолетов. [335] Когда офицеры-резервисты были демобилизованы, их заменили около пятидесяти тщательно отобранных кадровых офицеров. [336]
Николс рекомендовал закрыть S-50 и Alpha-пути в Y-12. Это было сделано в сентябре. [337] Хотя Alpha-пути работали лучше, чем когда-либо, [338] они не могли конкурировать с K-25 и новым K-27, который начал работу в январе 1946 года. В декабре завод Y-12 был закрыт, сократив фонд заработной платы Tennessee Eastman с 8600 до 1500 человек и сэкономив 2 миллиона долларов в месяц. [339]
Нигде демобилизация не была такой проблемой, как в Лос-Аламосе, где произошел отток талантов. Многое еще предстояло сделать. Бомбы, использованные в Хиросиме и Нагасаки, требовали доработки, чтобы сделать их более простыми, безопасными и надежными. Методы имплозии должны были быть разработаны для урана вместо расточительного метода пушки, и композитные уран-плутониевые сердечники были необходимы теперь, когда плутоний был в дефиците. Однако неопределенность относительно будущего лаборатории мешала убедить людей остаться. Оппенгеймер вернулся на свою работу в Калифорнийском университете, и Гроувс назначил Норриса Брэдбери временной заменой; Брэдбери оставался на этом посту в течение следующих 25 лет. [340] Гроувс пытался бороться с недовольством, вызванным отсутствием удобств, с помощью строительной программы, которая включала улучшенное водоснабжение, триста домов и места отдыха. [333]
Персонал Манхэттенского проекта принял участие в первых послевоенных ядерных испытаниях, операции «Перекресток» , проведенных на атолле Бикини в июле 1946 года. Были взорваны две бомбы типа «Толстяк» — одна в воздухе, другая под водой — для исследования воздействия ядерного оружия на военные корабли. [341] [342] Прессе и международным наблюдателям было разрешено присутствовать, что сделало испытания международным зрелищем. [343]
После внутренних дебатов по поводу мирного управления ядерной программой, Закон об атомной энергии 1946 года создал Комиссию по атомной энергии США, которая взяла на себя функции и активы проекта. Он установил гражданский контроль над атомными разработками. Военные аспекты были взяты на себя Проектом специального оружия вооруженных сил (AFSWP). [344]
После бомбардировок Хиросимы и Нагасаки ряд физиков Манхэттенского проекта основали Бюллетень ученых-атомщиков (1945) и Чрезвычайный комитет ученых-атомщиков (1946), которые начинались как чрезвычайная акция, предпринятая учеными, которые видели острую необходимость в образовательной программе об атомном оружии. [345] Перед лицом разрушительной силы бомб и в ожидании гонки ядерных вооружений несколько участников проекта, включая Бора, Буша и Конанта, выразили мнение, что необходимо достичь соглашения о международном контроле над ядерными исследованиями и атомным оружием . План Баруха , представленный в речи перед недавно сформированной Комиссией по атомной энергии ООН (UNAEC) в июне 1946 года, предлагал создание международного органа по атомному развитию, но не был принят. [346]
Расходы по проекту до 1 октября 1945 года составили 1,845 млрд долларов, что эквивалентно менее чем девяти дням военных расходов, и 2,191 млрд долларов, когда КАЭ взяла на себя управление 1 января 1947 года. Общая сумма ассигнований составила 2,4 млрд долларов. 84% расходов до конца 1945 года были потрачены на заводы в Ок-Ридже и Ханфорде, производившие обогащенный уран и плутоний, необходимые для топлива бомб. На обоих объектах большая часть расходов была потрачена на строительство (74% в Ок-Ридже, 87% в Ханфорде), а остальное — на эксплуатацию. [348] [349] [350]
Первоначальное финансирование проекта осуществлялось из общего бюджета Управления научных исследований и разработок . Поскольку планировалось передать работу Инженерному корпусу армии, Буш написал Рузвельту в конце 1942 года, что «было бы губительно для необходимой секретности защищать перед комитетом по ассигнованиям любой запрос на финансирование этого проекта». Вместо этого первоначальное финансирование осуществлялось из дискреционных фондов , к которым Рузвельт имел доступ. [351]
По мере того, как он рос в размерах и стоимости, Конгресс намеренно не знал о проекте из-за опасений, что конгрессмены склонны к утечке информации, и потому что опасались, что проект покажется пустым занятием . Заявки на ассигнования тихо проскальзывали в другие законопроекты, но растущие расходы проекта и большие мощности (которые, как казалось многим, ничего не производили) привлекли внимание нескольких аудиторов Конгресса. Комитет Трумэна , расследовавший военные растраты и мошенничество, несколько раз пытался провести аудит проекта, но каждый раз их запросы отклонялись. [352]
Эти запросы Конгресса, наряду с необходимостью плавного утверждения бюджета, привели к тому, что Буш, Гроувс и Стимсон весной 1944 года согласились, что нескольким высокопоставленным конгрессменам следует рассказать о цели проекта. К марту 1945 года официально было проинформировано ровно семь конгрессменов. [352] Средства были спрятаны в запросах на ассигнования с неприметными заголовками, часто «Инженерная служба армии» и «Ускорение производства». В конце мая 1945 года, чтобы еще больше ускорить бюджетные вопросы и заручиться сотрудничеством Альберта Дж. Энгеля , который угрожал раскрыть существование проекта, если ему не расскажут о нем больше, еще пяти конгрессменам разрешили посетить объект в Оук-Ридже, чтобы убедиться в «разумности различных жилых помещений, которые были предоставлены, [и] в том, что они действительно наблюдают размер и масштаб установок, и что некоторые сложности проекта будут им продемонстрированы». [k]
Во время войны Манхэттенский проект в конечном итоге произвел три использованные бомбы (устройство Trinity, Little Boy и Fat Man), а также дополнительную неиспользованную бомбу Fat Man, в результате чего средняя стоимость одной бомбы во время войны составила около 500 миллионов долларов в долларах 1945 года. Для сравнения, общая стоимость проекта к концу 1945 года составляла около 90% от общей суммы, потраченной на производство американского стрелкового оружия (не включая боеприпасы), и 34% от общей суммы, потраченной на американские танки за тот же период. [347] Это был второй по стоимости оружейный проект, предпринятый Соединенными Штатами во время войны, уступая только Boeing B-29 Superfortress . [354]
.jpg/1280px-Aerial_view_of_Niagara_Falls_Storage_Site,_Lewiston,_New_York_(2002).jpg)
Политические и культурные последствия разработки ядерного оружия были глубокими. Уильям Лоуренс из The New York Times , первый, кто использовал фразу « Атомный век », [359] стал официальным корреспондентом Манхэттенского проекта весной 1945 года. Он был свидетелем как испытания «Тринити» [360] , так и бомбардировки Нагасаки и написал официальные пресс-релизы о них. Он продолжил писать серию статей, восхваляющих достоинства нового оружия. Его репортажи помогли повысить осведомленность общественности о потенциале ядерной технологии и мотивировали ее развитие в Соединенных Штатах и Советском Союзе. [361]
Манхэттенский проект оставил после себя сеть национальных лабораторий : Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли , Национальная лаборатория Лос-Аламоса , Национальная лаборатория Оук-Риджа , Аргоннская национальная лаборатория и Лаборатория Эймса . Еще две были основаны Гроувсом вскоре после войны: Национальная лаборатория Брукхейвена в Аптоне, штат Нью-Йорк , и Национальные лаборатории Сандия в Альбукерке, штат Нью-Мексико. Гроувс выделил им 72 миллиона долларов на исследовательскую деятельность в финансовом году 1946–1947. [362] Они были в авангарде крупномасштабных исследований, которые Элвин Вайнберг , директор Национальной лаборатории Оук-Риджа, назвал бы Большой наукой . [363]
Лаборатория военно-морских исследований давно интересовалась перспективой использования ядерной энергии для движения военных кораблей и стремилась создать свой собственный ядерный проект. В мае 1946 года Нимиц, теперь начальник военно-морских операций , решил, что ВМС вместо этого должны работать с Манхэттенским проектом. Группа морских офицеров была направлена в Ок-Ридж, самым старшим из которых был капитан Хайман Г. Риковер , который стал там помощником директора. Они погрузились в изучение ядерной энергии, заложив основы для атомного флота . [364] Похожая группа военно-воздушных сил прибыла в Ок-Ридж в сентябре 1946 года с целью разработки ядерных самолетов . [365] Их проект «Ядерная энергия для движения самолетов» столкнулся с серьезными техническими трудностями и в конечном итоге был отменен. [366]
Способность новых реакторов создавать радиоактивные изотопы в ранее неслыханных количествах вызвала революцию в ядерной медицине . Начиная с середины 1946 года, Ок-Ридж начал распространять радиоизотопы в больницах и университетах, в первую очередь йод-131 и фосфор-32 для диагностики и лечения рака. Изотопы также использовались в биологических, промышленных и сельскохозяйственных исследованиях. [367]
Его производственные площадки, работающие с новыми технологиями, экзотическими веществами и в условиях секретности и спешки, также оставили огромное наследие отходов и экологического ущерба. Например, в Ханфорде едкие и радиоактивные отходы хранились в «наспех изготовленных, однослойных, стальных, подземных резервуарах для хранения», которые должны были быть временными, ожидая более постоянного решения. [368] Вместо этого ими пренебрегли и в конечном итоге произошла утечка. Проблемы такого рода привели к тому, что Ханфорд стал «одним из самых загрязненных мест ядерных отходов в Северной Америке» и предметом значительных усилий по очистке после того, как он был дезактивирован в конце холодной войны. [369]
Передав контроль Комиссии по атомной энергии, Гроувс попрощался с людьми, работавшими над Манхэттенским проектом:
Пять лет назад идея атомной энергетики была всего лишь мечтой. Вы превратили эту мечту в реальность. Вы ухватились за самые туманные идеи и воплотили их в реальность. Вы построили города, о которых раньше не знали. Вы построили промышленные предприятия таких масштабов и с такой точностью, которые до сих пор считались невозможными. Вы создали оружие, которое положило конец войне и тем самым спасло бесчисленное количество жизней американцев. Что касается применения в мирное время, вы приоткрыли завесу над перспективами нового мира. [370]
Национальный исторический парк «Манхэттенский проект» был создан 10 ноября 2015 года. [371]
Первоначально опубликовано как Los Alamos Report LAMS-2532
