Уильям Джордж Пенни, барон Пенни , OM , KBE , FRS , FRSE (24 июня 1909 – 3 марта 1991) был английским математиком и профессором математической физики в Имперском колледже Лондона , а затем ректором Имперского колледжа Лондона . Он сыграл ведущую роль в развитии High Explosive Research , секретной ядерной программы Великобритании, которая началась в 1942 году во время Второй мировой войны и привела к созданию первой британской атомной бомбы в 1952 году.
Будучи главой британской делегации, работавшей над Манхэттенским проектом в Лос-Аламосской лаборатории , Пенни изначально проводил расчеты для прогнозирования последствий ущерба, вызванного взрывной волной атомной бомбы . Вернувшись домой, Пенни руководил британским управлением ядерного оружия под кодовым названием Tube Alloys и руководил научными исследованиями в Исследовательском центре атомного оружия , что привело к первому взрыву британской ядерной бомбы в ходе операции «Ураган» в 1952 году. После испытания Пенни стал главным советником нового Управления по атомной энергии Соединенного Королевства (UKAEA). Позднее он был председателем этого управления, которое он использовал в международных переговорах по контролю над ядерными испытаниями в рамках Договора о частичном запрещении ядерных испытаний .
Известный научный вклад Пенни включал математические разработки для сложной волновой динамики, как ударных , так и гравитационных волн , а также предложение задач оптимизации и решений в гидродинамике (которая играет важную роль в материаловедении и металлургии ). В последние годы жизни Пенни читал лекции по математике и физике; с 1967 по 1973 год он был ректором Имперского колледжа Лондона.
Уильям Джордж Пенни родился в Гибралтаре 24 июня 1909 года, он был старшим ребенком и единственным сыном Уильяма Альфреда Пенни, сержанта-майора в артиллерийском корпусе британской армии , который тогда служил за границей, и Бланш Эвелин Джонсон, которая работала кассиром до замужества. [1] Его родители часто переезжали, но Пенни не всегда сопровождал их. После начала Первой мировой войны Пенни, его мать и сестры переехали в Ширнесс , Кент , где он пошел в начальную школу. Затем он посещал школу недалеко от Колчестера и, наконец, с 1924 по 1926 год учился в Технической школе для мальчиков Ширнесса, где проявил талант к науке. Он занимался боксом и легкой атлетикой , выиграв школьный забег на 100 ярдов (91 м). Он также играл в крикет и был центральным нападающим в школьной футбольной команде. [2]
В 1927 году страсть Пенни к науке привела его в местную научную лабораторию, где он работал за 10 шиллингов в неделю (что эквивалентно 38 фунтам стерлингов в 2023 году) в качестве лаборанта. [2] Это помогло ему получить стипендию округа Кент и королевскую стипендию в Королевском колледже наук (RCS), колледже, входящем в состав Имперского колледжа Лондона . Он играл на позиции центрального нападающего в футбольной команде RCS. Ему разрешили пропустить первый год обучения, и он окончил его в 1929 году, получив степень бакалавра наук по математике с отличием первой степени в возрасте 20 лет. Его талант был признан премией губернатора по математике от факультета наук. [1] [3]
Пенни предложили должность исследователя в Лондонском университете , где он учился на докторскую степень. Он провел семестр в Университете Гронингена в Нидерландах, [3] где он работал с Ральфом Кронигом . Вместе они разработали модель Кронига–Пенни , которая описывала движение электронов в периодических полях. [4] Пенни получил степень доктора философии (PhD) по математике в 1931 году. [3] Он принял стипендию Фонда Содружества и отправился в Соединенные Штаты, где стал иностранным научным сотрудником в Университете Висконсин-Мэдисон , обучаясь у Джона Х. Ван Флека , и получил степень магистра гуманитарных наук . [3] Находясь в Соединенных Штатах, он посетил лабораторию Карла Андерсона в Калифорнийском технологическом институте и Радиационную лабораторию Эрнеста Лоуренса в Калифорнийском университете . Он был гостем на ранчо Роберта Оппенгеймера в Нью-Мексико , видел, как Бейб Рут играет в бейсбол , и был зрителем на Олимпийских играх 1932 года в Лос-Анджелесе . [1]
Вернувшись в Англию в 1933 году, Пенни получил стипендию 1851 Exhibition Scholarship для поступления в Тринити-колледж в Кембридже . [1] Он сменил свою математическую карьеру на физику и провел тщательное исследование и теоретический анализ структуры металлов и магнитных свойств кристаллов вместе с Джоном Леннардом-Джонсом . [4] В 1935 году Пенни представил свою финальную диссертацию, которая содержала фундаментальную работу по применению квантовой механики к физике кристаллов. Кембриджский университет присудил ему степень доктора философии в 1935 году и доктора наук по математической физике в 1936 году. [1] В 1936 году он был избран в стипендию Стокса в Пембрук-колледже, Кембридж , но в том же году вернулся в Лондон и был назначен рецензентом математики в Имперском колледже Лондона, должность, которую он занимал с 1936 по 1945 год. [1] 27 июля 1935 года Пенни женился на Адель Минни Элмс, студентке университета из Кента, которую он знал со времен своей жизни в Ширнессе. У них было двое сыновей: Мартин, который родился в 1938 году, и Кристофер, который родился в 1941 году . [1] [5]
Пенни зарегистрировался как готовый к научной военной работе, но ничего не слышал в течение нескольких месяцев после начала Второй мировой войны в сентябре 1939 года. Затем к нему обратился Джеффри Тейлор . Тейлор был экспертом по гидродинамике и имел дело с большим количеством вопросов от правительственных департаментов относительно последствий взрывов, чем он успевал отвечать. Он спросил Пенни, может ли тот исследовать поведение подводного взрыва. Пенни стал членом Комитета по физике взрывчатых веществ (Physex) и сообщил о своих результатах другому комитету, Undex, который управлялся Адмиралтейством и интересовался подводными взрывами, такими как взрывы мин , торпед и глубинных бомб , и их воздействием на корпуса кораблей и подводных лодок . Большая часть данных о подводных взрывах была получена во время Первой мировой войны. [6]
Совместно с офицерами-инженерами Королевского флота Пенни проектировал и руководил разработкой волнорезов Бомбардон , стальных конструкций, которые стали частью гаваней Малберри , которые были размещены у пляжей Нормандии после вторжения в День Д. Эти мобильные волнорезы защищали десантные суда и войска от атлантических волн. Работа Пенни заключалась в расчете воздействия волн на бомбардоны и разработке наиболее эффективного их расположения. [6]
Соглашение Квебека от августа 1943 года предусматривало британскую поддержку американского Манхэттенского проекта , целью которого была разработка атомных бомб . [7] Несмотря на возражения Адмиралтейства и Имперского колледжа, Пенни был отправлен в команду британских ученых в Лос-Аламосской лаборатории Манхэттенского проекта в Нью-Мексико, где требовались знания о взрывах и их последствиях. [8] В Лос-Аламосе Пенни получил признание за свои научные таланты, а также за свои лидерские качества и способность работать в гармонии с другими. Через несколько недель после прибытия он был добавлен в основную группу ученых, принимающих ключевые решения в направлении программы. [9] Генерал-майор Лесли Гроувс , директор Манхэттенского проекта, позже писал:
На протяжении всего проекта жизненно важные решения принимались только после самого тщательного рассмотрения и обсуждения с людьми, которые, как я считал, могли дать самые дельные советы. В целом, для этой операции это были Оппенгеймер, фон Нейман , Пенни, Парсонс и Рэмси . [10]
Одним из заданий Пенни в Лос-Аламосе было прогнозирование последствий разрушения от взрывной волны атомной бомбы. Вскоре после прибытия в Лос-Аламос он выступил с докладом на эту тему. Ученый проекта Манхэттен Рудольф Пайерлс вспоминал, что:
Вскоре после прибытия он выступил с докладом о влиянии взрывных волн на людей, включив в него множество ужасных подробностей, к которым его американская аудитория не была привычна. Он представил все это в своей обычной веселой манере, и поэтому на время получил прозвище «улыбающийся убийца». [4]
Жена Пенни так и не оправилась от послеродовой депрессии после рождения Кристофера и умерла 18 апреля 1945 года. Он договорился с медсестрой Джоан Квеннелл, чтобы она присматривала за мальчиками. [1] [5] Он хотел вернуться домой, но Гроувс сказал Джеймсу Чедвику , британскому представителю Манхэттенского проекта в Вашингтоне, округ Колумбия , что Пенни слишком важен для проекта, чтобы его отпускать. 27 апреля 1945 года Пенни отправился в Вашингтон на совещание по выбору цели. Он дал совет относительно высоты взрыва, которая обеспечила бы оптимальные разрушительные эффекты, в то же время гарантируя, что огненный шар не коснется земли, тем самым избежав постоянного радиационного заражения на земле. Комитет выбрал четыре города из списка семнадцати. Пенни попытался спрогнозировать жертвы и последствия ущерба, но это было сложно, поскольку точная энергия бомб не была известна. [11] Ответом на это стал испытательный взрыв «Тринити» 16 июля 1945 года. Пенни был назначен наблюдателем на самолете, но полет был отменен из-за плохой погоды, и он не стал свидетелем испытания. [12] Спустя пять дней Пенни выступил с докладом о результатах испытания, в ходе которого предсказал, что бомба сравняет с землей город с населением в триста или четыреста тысяч человек. [13]
В следующем месяце Пенни отправился на остров Тиниан в рамках проекта Альберта , группы ученых и военных, которые собирали атомные бомбы. Вместе с капитаном группы Королевских ВВС (RAF) Леонардом Чеширом из британской миссии Объединенного штаба в Вашингтоне он представлял Соединенное Королевство. Американские власти запретили им наблюдать за бомбардировкой Хиросимы , но после обращения к Чедвику им разрешили сопровождать вторую миссию. 9 августа 1945 года Пенни стал свидетелем бомбардировки Нагасаки, пролетев с Чеширом на самолете наблюдения B-29 Big Stink . Big Stink пропустил встречу с бомбардировщиком Bockscar , поэтому они стали свидетелями вспышки взрыва Нагасаки с воздуха на слишком большом расстоянии, чтобы сфотографировать огненный шар, а цель была скрыта облаками. [14] Будучи ведущим экспертом по последствиям взрывов, Пенни был членом группы ученых и военных аналитиков, которые вошли в Хиросиму и Нагасаки после капитуляции Японии 15 августа 1945 года, чтобы оценить последствия применения ядерного оружия. [15]
Пенни вернулся в Соединенное Королевство гражданским рейсом из Соединенных Штатов в сентябре 1945 года. Он привез с собой артефакты из Хиросимы и Нагасаки, и с него взяли 450 фунтов стерлингов (что эквивалентно 25 000 фунтов стерлингов в 2023 году) за перевес багажа. [15] Он женился на Джоан Квеннелл 3 ноября 1945 года. [1] Пенни вернулся в Имперский колледж, где написал отчет о Хиросиме и Нагасаки. Он подсчитал, что мощность бомбы, сброшенной на Хиросиму, составляла 10 килотонн тротила (42 ТДж), а бомбы, сброшенной на Нагасаки, — около 30 килотонн тротила (130 ТДж). Он хотел вернуться к академической жизни, и ему предложили кафедру математики в Оксфордском университете . [5]
В конце войны британское правительство, теперь уже под руководством премьер-министра - лейбориста Клемента Эттли , считало, что Америка поделится технологией, которую британские лидеры рассматривали как совместное открытие в соответствии с условиями Квебекского соглашения 1943 года и Гайд-паркского соглашения 1944 года . [16] В декабре 1945 года Эттли приказал построить атомный котел для производства плутония и запросил отчет с подробными требованиями к британским атомным бомбам. [17] К Пенни обратился Ч. П. Сноу и попросил занять должность главного суперинтенданта исследований вооружений (CSAR, называемого «Цезарь») в Форт-Холстеде в Кенте, поскольку он подозревал, что Британия собирается создать собственную атомную бомбу, и он хотел, чтобы Пенни занял эту должность. Как CSAR он отвечал за все виды исследований вооружений. [18]
В 1946 году по просьбе Гроувса и ВМС США Пенни вернулся в США, где в июле 1946 года был назначен ответственным за исследования последствий взрыва для операции «Перекресток» на атолле Бикини на Маршалловых островах . [17] Он написал отчеты о последствиях двух ядерных взрывов. Его репутация еще больше укрепилась, когда после того, как сложные контрольно-измерительные приборы не справились с испытанием Эйбла из-за того, что бомба не попала в намеченную цель, он смог определить мощность, используя наблюдения с помощью простых устройств, сделанных из бензиновых банок. Второе испытание, Бейкер, было подводным испытанием, и оно произвело на Пенни большое впечатление. Он размышлял о возможных последствиях взрыва атомной бомбы вблизи портового города в Великобритании. [19]
Принятие Закона Мак-Магона (Закона об атомной энергии) в августе 1946 года ясно дало понять, что Британии больше не будет разрешен доступ к американским атомным исследованиям. Пенни покинул Соединенные Штаты и вернулся в Соединенное Королевство, где он составил планы для секции атомного оружия в своем департаменте, представив их Контролеру производства атомной энергии, Маршалу Королевских ВВС Лорду Порталу , в ноябре 1946 года. [20] В январе 1947 года Пенни отправился в Соединенные Штаты, чтобы посетить симпозиум по испытаниям Crossroads. Поскольку почти все другие аспекты атомного сотрудничества между странами были прекращены, его личная роль рассматривалась как поддержание контакта между сторонами. Он вернулся в Великобританию в конце февраля 1947 года. [21]
Правительство Эттли решило, что Британии нужна атомная бомба для сохранения статуса великой державы . [22] [23] По словам министра иностранных дел Эрнеста Бевина , «Мы должны иметь эту штуку здесь, чего бы это ни стоило... Мы должны иметь чертов Юнион Джек , развевающийся над ней». [24] [25] Официально решение приступить к британскому проекту атомной бомбы было принято в январе 1947 года. Правительство также одобрило предложение Портала назначить Пенни ответственным за разработку бомбы. [26] Проект базировался в Королевском арсенале в Вулидже и имел кодовое название «Исследования взрывчатых веществ» (HER). [27] В мае 1947 года Пенни был официально назначен руководителем проекта HER. [26] В следующем месяце он начал собирать команды ученых и инженеров для работы над новыми технологиями, которые необходимо было разработать. Он собрал 34 старших члена своей молодой команды в библиотеке Королевского арсенала и прочитал двухчасовую лекцию о принципах создания атомной бомбы. [27]
К середине 1948 года стало ясно, что первоначальная оценка Пенни о том, что ему потребуется 220 сотрудников, была далека от истины, и что ему понадобится около 500 человек. Это означало не только изъятие персонала из других проектов, но и полную отмену некоторых. [28] В октябре 1948 года он подал запрос на разработку нового, отдельного места для HER по соображениям безопасности, защиты и экономии. [29] Это было одобрено, но потребовалось еще шесть месяцев, чтобы найти подходящее место. Была выбрана бывшая авиабаза RAF Aldermaston . [30]
В то же время было решено отделить HER от Исследовательского центра вооружений (AWRE). Это привело к болезненной бюрократической борьбе за персонал, чья экспертиза была необходима для исследований как ядерного оружия, так и управляемых ракет . В конце концов, HER сохранил 25 из 30 ключевых сотрудников, которых хотел AWRE. Участок был передан 1 апреля 1950 года. Пенни стал главным суперинтендантом исследований взрывчатых веществ (CSHER). [31] Первый этап работ в Олдермастоне был завершен в декабре 1951 года, но здание по переработке плутония было передано только в апреле 1952 года, в месяце, когда первый плутоний должен был прибыть из Уиндскейла . На пике строительства в 1953 году на участке работало более 4000 человек. [32] 3 октября 1952 года под кодовым названием « Операция Ураган » первое британское ядерное устройство было успешно взорвано у западного побережья Австралии на островах Монте-Белло . [33]
Hurricane был всего лишь первой серией британских испытаний ядерного оружия в Австралии . Дальнейшие испытания требовали площадки на суше, поэтому Пенни посетил Австралию и выбрал место на Эму-Филд в Южной Австралии для серии испытаний Operation Totem в 1953 году. [34] Эму-Филд оказался слишком удаленным, поэтому Пенни выбрал более доступное место в Маралинге . Решение разработать британскую водородную бомбу означало, что срочно требовалась определенная научная информация, а Маралинга еще не была готова, поэтому вторая серия испытаний, Operation Mosaic , была проведена на островах Монте-Белло в 1956 году. [35] Последующие испытания Operation Buffalo были проведены в Маралинге в сентябре и октябре 1956 года. [36] Пенни лично руководил испытаниями Totem и Buffalo. [37]
Пенни был в курсе проблем связей с общественностью, связанных с испытаниями, и делал четкие выступления для австралийской прессы. Перед одной из серий испытаний лорд Каррингтон , Верховный комиссар Соединенного Королевства в Австралии , так описал присутствие Пенни в прессе: «Сэр Уильям Пенни создал в Австралии репутацию, которая является совершенно уникальной: его внешность, его очевидная искренность и честность, и общее впечатление, которое он производит, что он предпочел бы копать свой сад — и делал бы это, если бы не существенный характер его работы — сделали его публичной фигурой определенной величины в глазах австралийцев». [38] [39]
Британия чувствовала необходимость быстро разработать оружие мегатонного класса, поскольку казалось, что атмосферные испытания вскоре могут быть запрещены договором. В результате Великобритания хотела продемонстрировать свою способность производить оружие мегатонного класса, проведя его контрольные испытания до того, как будут введены какие-либо правовые запреты. Премьер-министр Гарольд Макмиллан надеялся убедить США изменить Закон Макмэна, который запрещал обмениваться информацией даже с британцами, продемонстрировав, что у Великобритании есть технология для создания термоядерного оружия (водородной бомбы), и он назначил Пенни ответственным за разработку этой бомбы. Бомба Orange Herald была разработана и выдавалась за термоядерную бомбу, когда на самом деле это было усиленное оружие деления , в котором небольшая часть энергии поступала от синтеза. [40] Маловероятно, что эти сообщения обманули американских наблюдателей. [41] Последующее успешное развитие британского термоядерного оружия, совпавшее с кризисом спутника, привело к внесению поправок в Закон Мак-Магона и восстановлению особых ядерных отношений с Соединенными Штатами. [42]
В конце 1950-х годов существовало внутреннее и международное давление с целью прекращения атмосферных ядерных испытаний. Пенни возглавлял делегацию Великобритании на конференции, созванной в Женеве 1 июля 1958 года. Макмиллан взял Пенни с собой в качестве советника на конференцию на Бермудских островах в декабре 1961 года, где Макмиллан встретился с президентом Джоном Ф. Кеннеди и заключил Нассауское соглашение . Пенни продолжил работу в качестве советника правительства по контролю над вооружениями и принял участие в предварительном обсуждении, предшествовавшем подписанию Договора о частичном запрещении испытаний в Москве в июле 1963 года. [43]
Ядерные разработки были переданы из Министерства снабжения (MoS) недавно сформированному Управлению по атомной энергии Соединенного Королевства (UKAEA). [44] Пенни стал членом Совета UKAEA в 1954 году, [45] и он возглавлял его официальное расследование пожара в Уиндскейле в 1957 году . Когда сэр Джон Кокрофт ушел в 1959 году, чтобы стать магистром Черчилль-колледжа в Кембридже , Пенни сменил его на посту члена по научным исследованиям. Он стал заместителем председателя в 1961 году и председателем в 1964 году. [38] У UKAEA были сложные рабочие отношения с Центральным советом по производству электроэнергии (CEGB). Стиль управления Пенни заключался в том, чтобы избегать конфронтации и искать консенсус, когда это возможно, а роль UKAEA в ядерной энергетике была консультативной. Он одобрил решение CEGB 1966 года о разработке усовершенствованного газоохлаждаемого реактора . Он принял решение приступить к созданию прототипа быстрого реактора в Даунрее и модернизировать завод по обогащению урана в Кейпенхерсте . [46]
Пенни был ректором Имперского колледжа Лондона с 1967 по 1973 год. Работа оказалась гораздо более утомительной, чем он ожидал, и времени на личные исследования не было. Университетский сектор быстро расширялся в 1960-х годах, и было много кадровых и финансовых трудностей, с которыми приходилось бороться. Ему приходилось иметь дело с беспорядками сотрудников и студентов. Пенни согласился иметь наблюдателей от студентов в Совете по исследованиям, и он выступал посредником в сделках с Ассоциацией преподавателей университетов . Имперский колледж теперь имел прямой доступ к финансированию Комитета по грантам университета и больше не зависел от Лондонского университета, но денег все еще было мало. Тщательное финансовое управление создало избыток доходов над расходами. [47] Колледж назвал в его честь лабораторию Уильяма Пенни в кампусе Южного Кенсингтона , которая открылась в 1988 году. [48] Он был первым председателем Постоянного комитета Великобритании по безопасности конструкций с 1976 по 1982 год . [49]
В 1946 году Пенни стал членом Королевского общества. С 1956 по 1960 год он был его казначеем, а с 1958 по 1969 год — вице-президентом. [45] В 1962 году он стал членом Национальной академии наук США , [50] в 1970 году — членом Королевского общества Эдинбурга , [51] а в 1973 году — членом Американского философского общества . [52] В 1967 году он получил медаль Вильгельма Экснера. [53] Среди наград, полученных им в 1969 году, были медаль Рамфорда от Королевского общества , медаль и премия Глейзбрука от Института физики и медаль Джеймса Альфреда Юинга от Института инженеров-строителей , а в следующем году он был награжден золотой медалью Кельвина . [51] Он был удостоен почетной степени Мельбурнского университета в 1956 году, Даремского университета в 1957 году, Оксфордского университета в 1959 году, Батского университета в 1966 году и Университета Рединга в 1970 году. [51] За свои заслуги перед Соединенными Штатами он был награжден Медалью Свободы в 1946 году. [54] Пенни был назначен офицером Ордена Британской империи в 1946 году, [55] и был повышен до рыцаря-командора ордена в 1952 году. [56] Он стал пожизненным пэром , приняв титул барона Пенни из Ист-Хендреда в королевском графстве Беркшир 7 июля 1967 года, [57] и был награжден Орденом за заслуги в 1969 году. [58] Как пожизненный пэр он имел право заседать в Палате лордов , но сделал это только двенадцать раз между 1967 и 1973 г. и проголосовал только за три законопроекта: за санкции против Родезии в 1968 г., за поправку к законопроекту о перераспределении в 1969 г. и за вступление Соединенного Королевства в Европейские сообщества в 1970 г. [37]
В последующие годы он признался, что сомневался в своей работе, но считал ее необходимой. Когда в 1985 году его агрессивно допрашивала Королевская комиссия Макклелланда, расследующая программы испытаний в Монте-Белло и Маралинге, он признал, что по крайней мере один из двенадцати тестов имел небезопасные уровни радиоактивных осадков. Однако он утверждал, что была принята надлежащая осторожность и что испытания соответствовали принятым на международном уровне стандартам безопасности того времени. [38] Джим Макклелланд в целом разделял точку зрения Пенни, но отдельные свидетельства об обратном получили широкое освещение в прессе. Продвигая более австралийские националистические взгляды, тогда распространенные в правительстве Боба Хоука , Макклелланд также выявил «злодеев» в предыдущих австралийских и британских администрациях. Будучи старшим свидетелем, Пенни вынес на себе основную тяжесть обвинений, и его здоровье сильно пострадало от этого опыта. В 1991 году ему поставили диагноз рак, и он умер 3 марта 1991 года в своем доме в деревне Ист-Хендред в возрасте 81 года. [1] [59] Перед смертью он сжег свои личные документы. [48]
В некрологе Пенни в New York Times его назвали «отцом британской бомбы». [60] The Guardian описала его как «путеводную звезду», а его научное и административное руководство, как говорят, сыграло решающую роль в ее успешном и своевременном создании. [61] Его руководство командой, которая взорвала первую британскую водородную бомбу на острове Рождества, сыграло важную роль в восстановлении обмена ядерными технологиями между Великобританией и США в 1958 году, [40] и ему приписывают ведущую роль в переговорах, которые привели к Договору о частичном запрещении испытаний в 1963 году. [62] Его модель Кронига-Пенни для поведения электрона в периодическом потенциале до сих пор преподается и используется в физике твердого тела и используется для объяснения происхождения запрещенных зон . [63]