Исполнительный комитет S-1 заложил основу Манхэттенского проекта , инициировав и координируя ранние исследовательские работы в Соединенных Штатах, а также взаимодействуя с проектом Tube Alloys в Великобритании.
После открытия ядерного деления в декабре 1938 года возможность того, что нацистская Германия может разработать ядерное оружие, побудила Лео Силарда и Юджина Вигнера составить письмо Эйнштейна-Сциларда президенту Соединенных Штатов Франклину Д. Рузвельту в августе 1939 года. В ответ на это в Национальном бюро стандартов был создан Консультативный комитет по урану под председательством Лаймана Дж. Бриггса для определения возможности создания ядерного оружия . В июне 1940 года был создан Национальный комитет по оборонным исследованиям (NDRC) для координации исследований, связанных с обороной, а Консультативный комитет по урану стал Урановым комитетом NDRC. В июне 1941 года Рузвельт создал Управление научных исследований и разработок под руководством Ванневара Буша (OSRD), в которое был включен NDRC, теперь под руководством Джеймса Б. Конанта . Урановый комитет стал Урановой секцией ОСРД, которая вскоре была переименована в секцию S-1 по соображениям безопасности. К маю 1942 года стало ясно, что секция S-1 стала слишком громоздкой, и в июне 1942 года ее заменил меньший Исполнительный комитет S-1 .
Возможность создания ядерного оружия была продемонстрирована британским комитетом MAUD , а его результаты были переданы Консультативному комитету по урану миссией Тизарда . Секция S-1 координировала исследования в области ядерного оружия в Соединенных Штатах в сотрудничестве с проектом British Tube Alloys. Армия Соединенных Штатов создала Манхэттенский округ в июне 1942 года и взяла на себя ответственность за разработку ядерного оружия от Исполнительного комитета S-1 в сентябре 1942 года. Контракты на исследования и разработки OSRD были прекращены по мере их истечения, а контракты на производство были прекращены и переданы армии. Хотя Исполнительный комитет S-1 оставался консультативным органом, он стал бездействующим. OSRD и NDRC продолжали влиять на Манхэттенский проект посредством участия Буша и Конанта в Комитете военной политики, который контролировал то, что стало Манхэттенским проектом .
Открытие ядерного деления в декабре 1938 года, о котором сообщили в выпуске Die Naturwissenschaften от 6 января 1939 года Отто Ган и Фриц Штрассман , и его правильная идентификация как ядерного деления Лизой Мейтнер в выпуске Nature от 11 февраля 1939 года , вызвали большой интерес среди физиков. Еще до публикации новость была доставлена в Соединенные Штаты датским физиком Нильсом Бором , который открыл Пятую Вашингтонскую конференцию по теоретической физике с Энрико Ферми 26 января 1939 года. Результаты были быстро подтверждены физиками-экспериментаторами, в первую очередь Ферми и Джоном Р. Даннингом в Колумбийском университете . [1]
Возможность того, что нацистская Германия может разработать ядерное оружие, была особенно тревожной для ученых-беженцев из Германии и других фашистских стран, многие из которых покинули Европу в 1930-х годах. Двое из них, Лео Силард и Юджин Вигнер, составили письмо Эйнштейна-Сциларда президенту Соединенных Штатов Франклину Д. Рузвельту . В нем Рузвельту сообщалось о существовании немецкого проекта по созданию ядерного оружия , предупреждалось, что немцы, вероятно, работают над атомной бомбой с использованием урана , и настоятельно рекомендовалось Соединенным Штатам обеспечить источники урана и провести исследования в области технологий ядерного оружия. Письмо было подписано Альбертом Эйнштейном 2 августа 1939 года, но его доставка была отложена из-за начала Второй мировой войны в Европе с вторжением Германии в Польшу в сентябре 1939 года. В конечном итоге письмо было передано Рузвельту лично экономистом Александром Саксом 11 октября 1939 года. [2] В этот день он встретился с президентом, секретарем президента, бригадным генералом Эдвином «Па» Уотсоном и двумя экспертами по артиллерийскому вооружению, подполковником армии Кейтом Ф. Адамсоном и командующим ВМС Гилбертом К. Гувером . Рузвельт подвел итог разговору так: «Алекс, то, чего ты хочешь, — это убедиться, что нацисты не взорвут нас». [3] Он сказал Уотсону: «Это требует действий». [3]
В результате письма Рузвельт попросил ученого Лаймана Дж. Бриггса , директора Национального бюро стандартов , организовать Консультативный комитет по урану. [4] Федеральные консультативные комитеты были особенностью федерального правительства с 1794 года, когда Джордж Вашингтон назначил один для расследования « Виски бунта» . [5] Большинство из них существуют недолго, прекращая свою деятельность через пару лет, а их состав менялся, когда новый президент вступал в должность. [6] Комитет состоял из Бриггса, Адамсона и Гувера. Его первое заседание состоялось 21 октября 1939 года в Национальном бюро стандартов в Вашингтоне, округ Колумбия. Помимо членов комитета, в нем приняли участие физики Фред Л. Молер из Национального бюро стандартов и Ричард Б. Робертс из Института Карнеги в Вашингтоне , а также Силард, Вигнер и Эдвард Теллер . Эйнштейн был приглашен, но отказался присутствовать. Адамсон скептически отнесся к перспективе создания атомной бомбы, но был готов выделить 6000 долларов (что эквивалентно 130 000 долларов в текущих ценах 2023 года) на закупку урана и графита для экспериментов Силарда и Ферми по созданию цепной ядерной реакции в Колумбийском университете. [7]
Консультативный комитет по урану отчитался перед президентом 1 ноября 1939 года. Признавая, что наука не доказана и что ядерная цепная реакция является не более чем теоретической возможностью, он предвидел, что ядерная энергия может быть использована в качестве двигателя для подводных лодок, и что атомная бомба «станет возможным источником бомб с разрушительной силой, значительно большей, чем что-либо известное в настоящее время». [8] Комитет рекомендовал правительству закупить 50 коротких тонн (45 т) оксида урана и 4 коротких тонны (3,6 т) графита для экспериментов по цепной реакции. Он также рекомендовал добавить в комитет Эйнштейна, Карла Комптона , Джорджа Б. Пеграма и Сакса. Когда он прочитал отчет, Сакс почувствовал, что он слишком академичен и не смог убедительно изложить свои положения. [9]
Эксперименты с делением урана уже проводились в университетах и научно-исследовательских институтах США. Альфред Ли Лумис поддерживал Эрнеста Лоуренса в Радиационной лаборатории Беркли . Ванневар Буш также проводил аналогичные исследования в Институте Карнеги. [10] В Колумбийском университете, пока Ферми и Силард исследовали возможность создания цепной ядерной реакции, Даннинг рассматривал возможность, выдвинутую Нильсом Бором и Джоном А. Уилером, но отвергнутую Ферми, что именно редкий изотоп урана-235 в уране был в первую очередь ответственен за деление. [1] Он поручил Альфреду О. К. Ниру из Университета Миннесоты подготовить образцы урана, обогащенного ураном-234 , ураном-235 и ураном-238 , с помощью масс-спектрометра . [11]
Они были готовы в феврале 1940 года, и Даннинг, Юджин Т. Бут и Аристид фон Гроссе затем провели серию экспериментов. Они продемонстрировали, что уран-235 действительно был в первую очередь ответственен за деление с медленными нейтронами, [11] но не смогли определить точные сечения захвата нейтронов , поскольку их образцы не были достаточно обогащены. [12] Пеграм переслал результаты Бриггсу 11 марта 1940 года; впоследствии они были опубликованы в выпусках Physical Review от 15 марта и 15 апреля 1940 года. [13] [14] Бриггс сообщил Уотсону 9 апреля, что сомнительно, что цепная реакция может быть инициирована в уране без обогащения урана , и поэтому настоятельно рекомендовал провести исследования в области технологии разделения изотопов . [12] Результаты Нира, Бута, Даннинга и фон Гросса обсуждались Джесси Бимсом , Россом Ганном , Ферми, Ниром, Мерле Туве и Гарольдом Юри на весеннем заседании Американского физического общества в Вашингтоне, округ Колумбия, в последнюю неделю апреля 1940 года. [12] Газета New York Times сообщила, что участники конференции утверждали «вероятность того, что какой-то ученый взорвет значительную часть Земли с помощью крошечного кусочка урана». [15] [16]
Консультативный комитет по урану снова собрался в Национальном бюро стандартов 27 апреля 1940 года. На этот раз к ним присоединился контр-адмирал Гарольд Г. Боуэн-старший , директор Военно-морской исследовательской лаборатории (NRL), а также Сакс, Пеграм, Ферми, Сцилард и Вигнер. И снова Эйнштейн, хотя и был приглашен, отказался присутствовать. На встрече были выявлены различия между оптимистичными Сцилардом и Саксом и более осторожным Ферми. Комитет согласился продолжить работу в Колумбии, которая, как он надеялся, продемонстрирует, возможна ли цепная реакция. Боуэн и Ганн предложили создать научный подкомитет для консультирования Консультативного комитета по урану. Туве и Ванневар Буш из Института Карнеги выразили заинтересованность в этом, и Бриггс создал его. Под председательством Бриггса в его состав вошли Юри, Пеграм, Туве, Бимс, Ганн и Грегори Брейт . Научный подкомитет впервые собрался 13 июня 1940 года в Национальном бюро стандартов. Он рассмотрел проделанную к тому времени работу и рекомендовал усилить поддержку исследований как в области ядерных цепных реакций, так и в области разделения изотопов. [17]
Немецкое вторжение в Бельгию в мае 1940 года вызвало беспокойство по поводу судьбы урановой руды из Бельгийского Конго , крупнейшего в мире источника; [17] последовавшая за этим битва за Францию вызвала тревогу в администрации по поводу направления, в котором развивалась война. 12 июня 1940 года Буш и Гарри Хопкинс обратились к президенту с предложением создать Национальный комитет по оборонным исследованиям (NDRC) для координации оборонных исследований. [18] NDRC был официально создан 27 июня 1940 года, и Буш стал его председателем. [19] Он немедленно поглотил Консультативный комитет по урану, что действительно было одной из его целей. [18] Буш немедленно реорганизовал Консультативный комитет по урану в Комитет NDRC по урану, подчиняющийся непосредственно ему. Бриггс остался председателем, но Гувер и Адамсон были исключены из его состава, в то время как Туве, Пеграм, Бимс, Ганн и Юри были добавлены. По соображениям безопасности в Комитет по урану не были назначены иностранные ученые. Публикация исследований по урану, делению и разделению изотопов была теперь запрещена. [20]
Тем временем Отто Фриш и Рудольф Пайерлс , два исследователя из Бирмингемского университета в Англии, которым по иронии судьбы было поручено исследовать ядерное оружие Марком Олифантом, поскольку, будучи вражескими иностранцами в Британии, они не имели права участвовать в секретных военных работах, в марте 1940 года опубликовали меморандум Фриша-Пайерлса. Меморандум противоречил общепринятому мнению того времени о том, что для изготовления бомбы потребуется много тонн урана, требующих доставки на корабле. Расчеты в меморандуме показали, что бомбу можно было бы изготовить, используя всего от 1 до 10 килограммов (от 2,2 до 22,0 фунтов) чистого урана-235, что было бы вполне практично для перевозки самолетом. [21] [22] [23]
Олифант передал меморандум Генри Тизарду , и был создан Комитет MAUD для дальнейшего расследования. [24] Он пришел к выводу, что атомная бомба не только технически осуществима, но и может быть произведена всего за два года. Комитет единогласно рекомендовал продолжить разработку атомной бомбы в срочном порядке, хотя и признал, что требуемые ресурсы могут превышать доступные Великобритании. Комитет MAUD завершил отчет MAUD 15 июля 1941 года и был распущен. Отчет состоял из двух частей: в первой был сделан вывод о том, что бомба на основе урана-235 может быть создана всего за два года с использованием 25 фунтов (11 кг) урана-235 с выходом, эквивалентным 1800 тоннам тротила (7500 ГДж); во второй был сделан вывод о том, что контролируемое деление может быть источником энергии для питания машин и источником радиоизотопов. В результате доклада комитета MAUD британцы начали программу создания атомной бомбы под кодовым названием Tube Alloys . [25]
Юри начал рассматривать методы разделения изотопов. Процесс центрифуги считался наиболее перспективным. [26] Бимс разработал такой процесс в Университете Вирджинии в 1930-х годах, но столкнулся с техническими трудностями. Процесс требовал высоких скоростей вращения, но на определенных скоростях развивались гармонические колебания, которые грозили разорвать оборудование на части. Поэтому было необходимо быстро ускоряться на этих скоростях. В 1941 году он начал работать с гексафторидом урана , единственным известным газообразным соединением урана, и смог отделить уран-235. В Колумбийском университете Юри поручил Карлу П. Коэну исследовать этот процесс, и он создал основу математической теории, позволившей спроектировать центробежную разделительную установку, которую Вестингауз взялся построить. Другой возможностью была газовая диффузия , которую Джордж Б. Кистяковски предложил на обеде 21 мая 1940 года. [27]
Миссия Тизарда в сентябре 1940 года поделилась результатами британцев с американцами, но это лишь заставило их осознать, что они отстают от британцев, а возможно, и от немцев. [28] 15 апреля 1941 года Бриггс получил записку от Рудольфа Ладенбурга , физика из Принстонского университета , в которой говорилось:
Вам может быть интересно, что мой коллега, прибывший из Берлина через Лиссабон несколько дней назад, привез следующее сообщение: надежный коллега, работающий в технической исследовательской лаборатории, просил его сообщить нам, что большое количество немецких физиков интенсивно работают над проблемой урановой бомбы под руководством Гейзенберга , что сам Гейзенберг старается как можно дольше задерживать работу, опасаясь катастрофических результатов успеха. Но он не может не выполнить данные ему поручения, и если проблема может быть решена, то она будет решена, вероятно, в ближайшем будущем. Поэтому он дал нам совет поторопиться, если США не придут слишком поздно. [29]
Поэтому Буш поручил Национальной академии наук провести обзор уранового проекта . Комитет по обзору возглавил Артур Комптон , а в его состав вошли физики Эрнест О. Лоуренс , Джон К. Слейтер и Джон Х. Ван Флек , а также химик Уильям Д. Кулидж . 17 мая 1941 года он опубликовал благоприятный отчет, рекомендовав активизировать усилия, но Буша беспокоил акцент на ядерной энергетике вместо ядерного оружия, и он поручил двум инженерам, Оливеру Э. Бакли из Bell Telephone Laboratories и Л. Уоррингтону Чаббу из Westinghouse, подготовить второй отчет с акцентом на оценку того, как скоро можно будет ожидать практических выгод. [30]
28 июня 1941 года Рузвельт издал указ 8807, создав Управление научных исследований и разработок (OSRD), [31] с Бушем в качестве его директора, лично ответственного перед президентом. Новая организация включила в себя NDRC, теперь возглавляемый Джеймсом Б. Конантом . [19] Комитет по урану стал Урановой секцией OSRD, которая вскоре была переименована в Секцию S-1 по соображениям безопасности. [32] [33] В Секцию S-1 Буш добавил Сэмюэля К. Эллисона , Брейта, Эдварда У. Кондона , Ллойда П. Смита и Генри Д. Смита ; Ганн был исключен в соответствии с политикой NDRC не иметь в секциях военнослужащих армии или флота. Бриггс остался председателем, а Пеграм стал заместителем председателя. [34]
В соответствии с пожеланиями президента, вопросы политики были ограничены президентом, Уоллесом, Бушем, Конантом, военным министром Генри Стимсоном и начальником штаба армии , генералом Джорджем К. Маршаллом . Чтобы реализовать это, Секция S-1 была выведена за пределы NDRC, непосредственно под Бушем, который мог санкционировать закупки. Гарольд Д. Смит , директор Бюро бюджета , дал Бушу заверения, что если ресурсы OSRD окажутся недостаточными, дополнительное финансирование будет предоставлено из средств, контролируемых президентом. [35]
Олифант вылетел в Соединенные Штаты из Англии в августе 1941 года, чтобы выяснить, почему Бриггс и его комитет, по-видимому, игнорировали отчет MAUD. К своему ужасу Олифант обнаружил, что отчеты и другие документы, отправленные непосредственно Бриггсу, не были предоставлены всем членам комитета; Бриггс запер их в сейфе. Затем Олифант встретился с Эллисоном, Кулиджем, Конантом и Ферми, чтобы объяснить срочность. На этих встречах Олифант говорил об атомной бомбе с убедительностью и уверенностью и объяснял, что у Великобритании нет ресурсов, чтобы осуществить этот проект в одиночку, поэтому это дело Соединенных Штатов. [36]
Буш встретился с Рузвельтом и его вице -президентом Генри Уоллесом 9 октября 1941 года и проинформировал их о ходе работы секции S-1. [37] Он лично передал третий отчет Артура Комптона, датированный 1 ноября, Рузвельту 19 ноября 1941 года. [38] 6 декабря 1941 года Буш провел совещание для организации ускоренного исследовательского проекта под руководством Комптона, где Юри исследовал газовую диффузию для обогащения урана, а Лоуренс исследовал методы электромагнитного обогащения. [39]
На следующий день японское нападение на Перл-Харбор привело к вступлению Соединенных Штатов в войну. [40] Поскольку Соединенные Штаты находились в состоянии войны, финансирование теперь было доступно в суммах, невообразимых годом ранее. Когда на заседании секции S-1 18 декабря 1941 года Лоуренс запросил 400 000 долларов на электромагнитное разделение, секция немедленно рекомендовала предоставить его. Комптону было выделено 340 000 долларов на исследования ядерных реакторов в Колумбийском и Принстонском университетах и 278 000 долларов в Чикагском университете . Еще 500 000 долларов были выделены на сырье. Его предложенный график был не менее захватывающим: произвести ядерную цепную реакцию к июлю 1942 года и атомную бомбу к январю 1945 года. В январе 1942 года он создал Металлургическую лабораторию , централизовав работу в Чикагском университете. [41]
На заседании Секции S-1 9 марта 1942 года присутствовал бригадный генерал Вильгельм Д. Стайер , начальник штаба недавно созданных Служб снабжения армии США . Контракты OSRD должны были истечь в конце июня, а поскольку страна находилась в состоянии войны, существовала острая конкуренция за сырье. Было решено, что в 1942–43 годах армия профинансирует 53 миллиона долларов из 85 миллионов долларов программы. 18 июня 1942 года полковнику Джеймсу С. Маршаллу было приказано организовать армейский компонент проекта. [42] [43]
Маршалл основал свою окружную штаб-квартиру на 18-м этаже дома 270 по Бродвею в Нью-Йорке. Он выбрал название «Разработка заменяющих материалов» (DSM), но оно не прижилось. Полковник Лесли Р. Гроувс-младший , глава строительного отделения в Управлении начальника инженеров, посчитал, что это привлечет излишнее внимание. Вместо этого новому району дали безобидное название «Манхэттенский инженерный округ» , следуя обычной практике наименования инженерных округов в честь города, в котором находилась их штаб-квартира. Название проекта вскоре последовало примеру. Он был официально учрежден начальником инженеров , генерал-майором Юджином Рейболдом 16 августа 1942 года. [43]
К маю 1942 года Конант почувствовал, что Секция S-1 стала слишком громоздкой. Она не собиралась с мартовского заседания. Когда в мае ему понадобился совет экспертов, он призвал меньшую группу и рекомендовал, чтобы она руководила работой OSRD, в основном техническими и контрактными аспектами проекта, в то время как армия занималась инжинирингом, строительством и выбором площадки. Закупки были обязанностью OSRD, но она могла обратиться за помощью к армии в случае возникновения трудностей. Буш получил одобрение президента на это, и 19 июня 1942 года он упразднил Секцию S-1 и заменил ее Исполнительным комитетом S-1. Конант был назначен ее председателем, а Бриггс, Комптон, Лоуренс, Эгер Мерфри и Юри — ее другими членами. [42] [43] [44]
Заседания Исполнительного комитета S-1 состоялись 25 июня, 9 июля, 30 июля, 26 августа, 13–14 сентября, 26 сентября, 23–24 октября, 14 ноября, 9 декабря и 19 декабря 1942 года, а также 14 января, 10–11 февраля, 18 марта, 29 апреля и 10–11 сентября 1943 года. [45] На его первом заседании 25 июня 1942 года присутствовали Буш, Стайер и полковники Маршалл и Кеннет Николс . На нем обсуждалось приобретение земли для производственных объектов проекта, которые армия рекомендовала разместить в окрестностях Ноксвилла, штат Теннесси , с бостонской фирмой Stone & Webster в качестве основного подрядчика проекта. Заседание 30 июля 1942 года было посвящено обзору прогресса в области разделения изотопов методами центробежной и газовой диффузии. [46] На встрече 26 августа 1942 года был рассмотрен проект Лоуренса по электромагнитному разделению и расширение программы по производству тяжелой воды . [44]
Встреча в сентябре 1942 года состоялась в Богемиан-Гроув . На ней присутствовали Николс и майор Томас Т. Креншоу-младший, а также физик Роберт Оппенгеймер . [47] На этой встрече было решено большинство нерешенных вопросов, стоящих перед проектом, [47] но Буш и Конант посчитали, что пришло время армии взять проект на себя, что уже было одобрено президентом 17 июня 1942 года. После некоторого обсуждения было решено, что Гроувс, который будет повышен до звания бригадного генерала, станет директором Манхэттенского проекта 23 сентября 1942 года. Он будет подчиняться Комитету по военной политике (MPC), в который войдут Стайер, Буш (с Конантом в качестве его заместителя) и контр-адмирал Уильям Р. Пернелл . [47]
Армия взяла под полный контроль контракты OSRD на исследования и разработки по мере их истечения. Контракты на производство были расторгнуты и переданы армии, в основном 31 марта 1943 года. [45] Хотя Исполнительный комитет S-1 оставался консультативным органом, он стал неактивным, хотя формально не был распущен. Буш и Конант продолжали влиять на Манхэттенский проект посредством участия в MPC. [48] [49]
