,_Air_Chief_Marshal_Sir_Charles_Portal_and_Admiral_of_the_Fleet_Sir_Dudley_Pound,_watching_a_display_of_anti-aircraft_gunnery,_June_1941_H10306.jpg/1280px-thumbnail.jpg)
Tube Alloys была научно-исследовательской программой, авторизованной Соединенным Королевством при участии Канады, для разработки ядерного оружия во время Второй мировой войны . Начиная с Манхэттенского проекта в Соединенных Штатах, британские разработки были засекречены , и поэтому должны были упоминаться под кодом даже в высших кругах правительства.
Возможность создания ядерного оружия была признана в начале войны. В Бирмингемском университете Рудольф Пайерлс и Отто Роберт Фриш совместно написали меморандум , в котором объяснялось, что небольшая масса чистого урана-235 может быть использована для создания цепной реакции в бомбе мощностью в тысячи тонн тротила . Это привело к формированию Комитета MAUD , который призвал к всеобъемлющим усилиям по разработке ядерного оружия. Уоллес Эйкерс , который курировал проект, выбрал намеренно вводящее в заблуждение кодовое название «Сплавы для труб». Его Директорат сплавов для труб был частью Департамента научных и промышленных исследований .
Программа Tube Alloys в Великобритании и Канаде была первым проектом по созданию ядерного оружия. Из-за высоких затрат для Великобритании, ведущей войну в пределах досягаемости бомбардировок своих врагов, Tube Alloys в конечном итоге была включена в Манхэттенский проект по Квебекскому соглашению с Соединенными Штатами. В соответствии с соглашением две страны должны были делиться технологиями ядерного оружия и воздерживаться от их использования друг против друга или против других стран без взаимного согласия. Однако Соединенные Штаты не предоставили Соединенному Королевству полных сведений о результатах Манхэттенского проекта. Советский Союз получил ценную информацию через своих атомных шпионов , которые внедрились как в британские, так и в американские проекты.
Соединенные Штаты прекратили сотрудничество после окончания войны в соответствии с Законом об атомной энергии 1946 года . Это побудило Соединенное Королевство возобновить свой собственный проект High Explosive Research . Были созданы производственные мощности, и британские ученые продолжили свою работу под эгидой независимой британской программы. В 1952 году Великобритания провела ядерное испытание под кодовым названием « Операция Ураган » и стала третьей ядерной державой . В 1958 году, в результате кризиса со «Спутником» и британской демонстрации двухступенчатой термоядерной бомбы , Соединенное Королевство и Соединенные Штаты подписали Соглашение о взаимной обороне между США и Великобританией , что привело к возобновлению особых ядерных отношений Великобритании с Соединенными Штатами.
Нейтрон был открыт Джеймсом Чедвиком в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета в феврале 1932 года. [1] [2] В апреле 1932 года его коллеги из Кавендиша Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон расщепили атомы лития ускоренными протонами . [3] [4] [5] Энрико Ферми и его команда в Риме провели эксперименты, включающие бомбардировку элементов медленными нейтронами, в результате чего образовались более тяжелые элементы и изотопы . [6] Затем, в декабре 1938 года, Отто Ган и Фриц Штрассман в лаборатории Гана в Берлине-Далеме бомбардировали уран замедленными нейтронами, [7] и обнаружили, что был получен барий , и, следовательно, что атомное ядро урана было расщеплено. [6] Хан написал своей коллеге Лизе Мейтнер , которая вместе со своим племянником Отто Робертом Фришем разработала теоретическое обоснование, которое они опубликовали в журнале Nature в 1939 году. [8] [9] Это явление было новым типом ядерного распада, и оно было мощнее любого другого, виденного ранее. Фриш и Мейтнер подсчитали, что энергия, высвобождаемая при каждом распаде, составляла приблизительно 200 000 000 электрон-вольт . По аналогии с делением биологических клеток они назвали этот процесс « делением ». [10]
За этим последовала группа ученых из Коллеж де Франс в Париже: Фредерик Жолио-Кюри , Ганс фон Хальбан , Лев Коварски и Франсис Перрен . В феврале 1939 года Парижская группа показала, что при делении урана выделяется два или три дополнительных нейтрона. Это важное наблюдение предполагало, что самоподдерживающаяся ядерная цепная реакция может быть возможна. [11] Термин « атомная бомба » уже был знаком британской публике по трудам Герберта Уэллса в его романе 1913 года «Освобожденный мир» . [12] Многим ученым сразу стало очевидно, что, по крайней мере, теоретически можно создать чрезвычайно мощное взрывчатое вещество, хотя большинство по-прежнему считало атомную бомбу невозможной. [13] Перрен определил критическую массу урана как наименьшее количество, которое может поддерживать цепную реакцию. [14] Нейтроны, используемые для деления урана, считаются медленными нейтронами, но когда нейтроны высвобождаются во время реакции деления, они высвобождаются как быстрые нейтроны, которые имеют гораздо большую скорость и энергию. Таким образом, для создания устойчивой цепной реакции существовала необходимость в замедлителе нейтронов, чтобы сдерживать и замедлять быстрые нейтроны, пока они не достигнут пригодного для использования уровня энергии. [15] Коллеж де Франс обнаружил, что как вода, так и графит могут быть использованы в качестве приемлемых замедлителей. [16]
В начале 1940 года Парижская группа теоретически решила, что тяжелая вода будет идеальным замедлителем. Они попросили французского министра вооружений получить как можно больше тяжелой воды из единственного источника, крупной гидроэлектростанции Norsk Hydro в Веморке в Норвегии. Французы обнаружили, что Германия уже предложила купить весь запас норвежской тяжелой воды, что указывало на то, что Германия также могла исследовать атомную бомбу. Французы сообщили норвежскому правительству о возможном военном значении тяжелой воды. [17] Норвегия передала весь запас в 187 литров (41 имп галлон; 49 галлонов США) агенту Второго бюро , который тайно доставил его во Францию как раз перед тем, как Германия вторглась в Норвегию в апреле 1940 года. 19 июня 1940 года, после немецкого вторжения во Францию , он был отправлен в Англию графом Саффолком и майором Ардейлом Вотье Голдингом на борту парохода Broompark . [18] Тяжёлая вода, стоимостью 22 000 фунтов стерлингов, [19] изначально хранилась в тюрьме Её Величества Уормвуд-Скрабс , а затем тайно хранилась в библиотеке Виндзорского замка . [20] [21] Парижская группа переехала в Кембридж, за исключением Жолио-Кюри, который остался во Франции и стал активным участником французского Сопротивления . [22]
В Великобритании ряд ученых рассматривали вопрос о том, практична ли атомная бомба. В Ливерпульском университете Чедвик и польский ученый-беженец Джозеф Ротблат занялись этой проблемой, но их расчеты оказались неубедительными. [23] В Кембридже лауреаты Нобелевской премии по физике Джордж Пейджет Томсон и Уильям Лоуренс Брэгг хотели, чтобы правительство предприняло срочные меры по приобретению урановой руды . Основным источником этого было Бельгийское Конго , и они беспокоились, что она может попасть в руки немцев. Не зная, как это сделать, они поговорили с сэром Уильямом Спенсом , магистром колледжа Корпус-Кристи в Кембридже . В апреле 1939 года он обратился к сэру Кеннету Пикторну , местному члену парламента, который донес их опасения до секретаря Комитета по имперской обороне , генерал-майора Гастингса Исмея . Исмей, в свою очередь, попросил сэра Генри Тизарда высказать свое мнение. Как и многие ученые, Тизард скептически относился к вероятности создания атомной бомбы, оценивая шансы на успех как 100 000 к 1. [24]
Даже при таких неблагоприятных обстоятельствах опасность была достаточно велика, чтобы ее воспринимать всерьез. Лорд Чартфилд , министр по координации обороны , проверил данные в Казначействе и Министерстве иностранных дел и обнаружил, что уран из Бельгийского Конго принадлежал компании Union Minière du Haut Katanga , чей британский вице-президент лорд Стоунхейвен организовал встречу с президентом компании Эдгаром Сенжье . Поскольку руководство Union Minière было дружелюбно по отношению к Великобритании, было сочтено нецелесообразным приобретать уран немедленно, но Комитету Тизарда по научному исследованию противовоздушной обороны было поручено продолжить исследования осуществимости атомных бомб. [24] Томсону из Имперского колледжа Лондона и Марку Олифанту , австралийскому физику из Бирмингемского университета , было поручено провести серию экспериментов с ураном. К февралю 1940 года команда Томсона не смогла создать цепную реакцию в природном уране, и он решил, что это не стоит продолжать. [25]
В Бирмингеме команда Олифанта пришла к другому выводу. Олифант делегировал задачу двум немецким ученым-беженцам, Рудольфу Пайерлсу и Отто Фришу, которые не могли работать над проектом радара Олифанта, поскольку были вражескими пришельцами и, следовательно, не имели необходимого допуска к секретной информации. [26] Фрэнсис Перрен рассчитал критическую массу урана, которая составила около 40 тонн (39 длинных тонн; 44 коротких тонны). Он подсчитал, что если вокруг него разместить отражатель нейтронов , то ее можно будет уменьшить до 12 тонн (12 длинных тонн; 13 коротких тонн). Пайерлс попытался упростить задачу, используя быстрые нейтроны, получаемые при делении, таким образом, опустив рассмотрение замедлителя. Он также рассчитал критическую массу сферы урана в теоретической статье, написанной в 1939 году, которая была «порядка тонн». [27]
Пайерлс знал важность размера критической массы, которая позволила бы цепной реакции иметь место, и ее практическое значение. Внутри сферы критической массы нейтроны спонтанно производятся расщепляемым материалом. Очень малая часть этих нейтронов сталкивается с другими ядрами, в то время как большая часть нейтронов выходит через поверхность сферы. Пайерлс вычислил равновесие системы, где число производимых нейтронов равняется числу выходящих. [28]
Нильс Бор предположил, что редкий изотоп урана-235 , который составляет всего около 0,7% природного урана, [29] в первую очередь ответственен за деление с быстрыми нейтронами, хотя это еще не было общепринятым. [30] Фриш и Пайерлс, таким образом, смогли пересмотреть свою первоначальную оценку критической массы, необходимой для ядерного деления урана, которая оказалась существенно меньше, чем предполагалось ранее. Они оценили, что металлической сферы урана-235 радиусом 2,1 сантиметра (0,83 дюйма) может быть достаточно. Это количество составляло приблизительно 1 килограмм (2,2 фунта) урана-235. [31] Эти результаты привели к меморандуму Фриша-Пайерлса , который был первым шагом в разработке программы ядерного оружия в Великобритании. Это ознаменовало начало агрессивного подхода к обогащению урана и разработке атомной бомбы. Теперь они начали исследовать процессы, с помощью которых они могли бы успешно разделить изотоп урана. [32]
Олифант передал их выводы Тизарду, который был председателем Комитета по научному исследованию воздушной войны (CSSAW). Тот, в свою очередь, передал их Томсону, которому CSSAW делегировал ответственность за исследования урана. [33] После обсуждений между Кокрофтом, Олифантом и Томсоном CSSAW создал Комитет MAUD для дальнейшего расследования. [34]
Комитет MAUD был основан в июне 1940 года. Первоначально комитет был частью Комитета по научному надзору за противовоздушной обороной , но позже получил независимость в составе Министерства авиационного производства . [35] Первоначально комитет был назван в честь своего председателя Томсона, но быстро сменил его на более скромное название — Комитет MAUD. [36] Название MAUD появилось необычным образом. Вскоре после того, как Германия вторглась в Данию, Бор отправил телеграмму Фришу. Телеграмма заканчивалась странной строкой: «Сообщите Кокрофту и Мод Рэй Кент». [37] Сначала считалось, что это код, касающийся радия или другой важной информации, связанной с атомным оружием, скрытый в анаграмме . Одним из предложений было заменить y на i, получив «радий взят». [38] Когда Бор вернулся в Англию в 1943 году, было обнаружено, что сообщение было адресовано экономке Бора Мод Рэй и Кокрофту. Мод Рэй была из Кента. Таким образом, комитет был назван Комитетом MAUD, заглавные буквы представляли собой кодовое имя, а не аббревиатуру. [37] Заседания обычно проводились в офисах Королевского общества в Лондоне. Помимо Томсона, его первоначальными членами были Чедвик, Кокрофт, Олифант и Филипп Мун , Патрик Блэкетт , Чарльз Эллис и Норман Хоуорт . [37] [39]
Четыре университета предоставили места, где проводились эксперименты. Лаборатория в Университете Бирмингема отвечала за всю теоретическую работу, например, за то, какой размер критической массы необходим для взрыва. Ею руководил Пайерлс с помощью немецкого ученого-беженца Клауса Фукса . Лаборатории в Университете Ливерпуля и Оксфордском университете экспериментировали с различными типами разделения изотопов. Группа Чедвика в Ливерпуле занималась термической диффузией , которая работала на основе принципа, что различные изотопы урана диффундируют с разной скоростью из-за теоремы о равнораспределении . Группа Франца Саймона в Оксфорде исследовала газовую диффузию изотопов. Этот метод работает по принципу, что при разных давлениях уран 235 будет диффундировать через барьер быстрее, чем уран 238. В конечном итоге наиболее перспективным методом разделения оказалась газовая диффузия. Группа Эгона Бретшера и Нормана Фезера в Кембридже исследовала, можно ли использовать другой элемент, который теперь называется плутоний , в качестве взрывчатого вещества. Благодаря французским ученым Оксфорд также получил единственный в мире запас тяжелой воды, что помогло им выдвинуть теорию о том, как уран может быть использован для получения энергии. [40]
Исследования комитета MAUD были собраны в двух отчетах, обычно известных как отчеты MAUD в июле 1941 года. В первом отчете, «Использование урана для бомбы», обсуждалась возможность создания супербомбы из урана, что они теперь считали возможным. Во втором, «Использование урана как источника энергии», обсуждалась идея использования урана в качестве источника энергии, а не просто бомбы. Комитет MAUD и отчет помогли осуществить британскую ядерную программу, проект Tube Alloys. Он не только помог начать ядерный проект в Великобритании, но и помог дать толчок американскому проекту. Без помощи комитета MAUD американская программа, проект Manhattan , началась бы на несколько месяцев позже. Вместо этого они смогли начать думать о том, как создать бомбу, а не о том, возможно ли это. [41] Историк Маргарет Гоуинг отметила, что «события, которые изменяют временную шкалу всего на несколько месяцев, тем не менее могут изменить историю». [42]
Отчеты MAUD были рассмотрены Группой по оборонным службам Научного консультативного комитета. Ее возглавлял лорд Хэнки , а другими ее членами были сэр Эдвард Эпплтон , сэр Генри Дейл , Альфред Эгертон , Арчибальд Хилл и Эдвард Мелланби . Группа провела семь заседаний в сентябре 1941 года и представила свой отчет лорду -президенту Совета сэру Джону Андерсону . На тот момент возникли опасения, что немецкие ученые пытаются предоставить своей стране атомную бомбу, и поэтому Британии нужно было закончить свою первой. В конечном итоге в отчете говорилось, что если есть хотя бы малейший шанс, что усилия по созданию бомбы могут произвести оружие такой мощности, то следует приложить все усилия, чтобы убедиться, что Британия не отстанет. В нем рекомендовалось, чтобы в то время как пилотный завод по разделению будет построен в Великобритании, производственный объект должен быть построен в Канаде. [43] Группа по оборонным службам представила свой отчет 24 сентября 1941 года, но к этому времени окончательное решение уже было принято. Лорд Черуэлл передал этот вопрос премьер-министру Уинстону Черчиллю , который стал первым национальным лидером, одобрившим программу создания ядерного оружия 30 августа 1941 года. Комитет начальников штабов поддержал это решение. [44]
Директорат Tube Alloys был создан как часть Департамента научных и промышленных исследований Эпплтона , и Уоллес Эйкерс , директор по исследованиям Imperial Chemical Industries (ICI), был выбран его главой. Андерсон и Эйкерс придумали название Tube Alloys. Оно было намеренно выбрано бессмысленным, «с благовидным налетом вероятности». [45] Для надзора за его работой был создан консультативный комитет, известный как Консультативный совет по Tube Alloys, под председательством Андерсона, а другими его членами были лорд Хэнки, лорд Черуэлл, сэр Эдвард Эпплтон и сэр Генри Дейл. Он занимался политическими вопросами. Для решения технических вопросов был создан Технический комитет с Эйкерсом в качестве председателя, а также Чедвиком, Саймоном, Хэлбаном, Пайерлсом и старшим должностным лицом ICI Роландом Эдгаром Слейдом в качестве его первоначальных членов, [45] с Майклом Перрином в качестве секретаря. Позже к нему присоединились Чарльз Гэлтон Дарвин , Кокрофт, Олифант и Фезер. [46]
Самой большой проблемой, с которой столкнулся комитет MAUD, было найти способ отделить 0,7% урана-235 от 99,3% урана-238. Это сложно, поскольку два типа урана химически идентичны. Разделение ( обогащение урана ) должно было быть достигнуто в больших масштабах. В Кембридже Эрик Ридеал и его команда исследовали использование газовой центрифуги . [19] Фриш решил провести газовую термодиффузию с использованием трубок Клузиуса , поскольку это казалось самым простым методом. Расчеты Фриша показали, что для извлечения желаемого количества разделения потребуется 100 000 трубок Клузиуса. Пайерлс обратился к Францу Саймону, который предпочел найти метод, более подходящий для массового производства. [47]
Когда Мун рассмотрел предложение о том, что газовая термодиффузия может быть методом выбора комитета MAUD, не было достигнуто соглашения о дальнейшем развитии. Комитет проконсультировался с Пайерлсом и Саймоном по поводу метода разделения и пришел к выводу, что «обычная» газовая диффузия является наилучшим методом для дальнейшего использования. Это основано на законе Грэма , том факте, что газы диффундируют через пористые материалы со скоростью, определяемой их молекулярной массой. Фрэнсис Уильям Астон применил этот метод в 1913 году, когда он разделил два изотопа неона , распылив образец тысячи раз через трубчатую глину. Толстые материалы, такие как трубчатая глина, оказались слишком медленными, чтобы быть эффективными в промышленных масштабах. Саймон предложил использовать металлическую фольгу, проколотую миллионами микроскопических отверстий, что позволило бы процессу разделения проходить быстрее. [47] Он подсчитал, что строительство завода, который будет отделять 1 килограмм (2,2 фунта) урана-235 от природного урана в день, обойдется примерно в 5 000 000 фунтов стерлингов, а его эксплуатация — в 1 500 000 фунтов стерлингов в год, за это время он потребит 2 000 000 фунтов стерлингов урана и другого сырья. [48] Комитет MAUD осознал, что атомная бомба не просто осуществима, но и неизбежна. [49]
В 1941 году Фриш переехал в Лондон, чтобы работать с Чедвиком и его циклотроном. Фриш построил там трубку Клузиуса, чтобы изучать свойства гексафторида урана. Фриш и Чедвик обнаружили, что это один из газов, для которого метод Клузиуса не работает. [50] Это была лишь незначительная неудача, поскольку Саймон уже занимался разработкой альтернативного метода разделения посредством обычной газовой диффузии. [51]
Химические проблемы производства газообразных соединений урана и чистого металлического урана изучались в Бирмингемском университете и компанией ICI . Майкл Клэпхэм , который в то время работал над технологией печати на заводе Kynoch Works в Астоне в Бирмингеме, провел ранние эксперименты с процессами производства урана. [52] Филип Бакстер из ICI, где у него был опыт работы с соединениями фтора, изготовил первую небольшую партию газообразного гексафторида урана для Чедвика в 1940 году. В декабре 1940 года компания ICI получила официальный контракт на 5000 фунтов стерлингов на производство 3 килограммов (6,6 фунта) этого жизненно важного материала для будущей работы. [19] Сам прототип газодиффузионного оборудования был изготовлен компанией Metropolitan-Vickers (MetroVick) в Траффорд-парке, Манчестер, по цене 150 000 фунтов стерлингов за четыре единицы. [53] Они были установлены на заводе MS, расположенном в долине около Райдимвина , в Уэльсе ; MS обозначало Министерство снабжения . Используемое здание было известно как P6, и было установлено испытательное оборудование. Эти устройства были испытаны командой из примерно семидесяти человек под руководством Пайерлса и Фукса. Результаты экспериментов привели к строительству газодиффузионного завода в Кейпенхерсте , Чешир. Пилотные установки ICI для производства 1 длинного центнера (51 кг) чистого металлического урана и 50–100 килограммов (110–220 фунтов) гексафторида урана в день начали работу в Уиднесе в середине 1943 года. [54]
Прорыв с плутонием был совершен Бретшером и Норманом Фезером в Кавендишской лаборатории. Они поняли, что реактор на медленных нейтронах, работающий на уране, теоретически будет производить значительные количества плутония-239 в качестве побочного продукта. Это происходит потому, что уран-238 поглощает медленные нейтроны и образует короткоживущий новый изотоп, уран-239 . Ядро нового изотопа быстро испускает электрон посредством бета-распада, производя новый элемент с атомной массой 239 и атомным номером 93. Ядро этого элемента также испускает электрон и становится новым элементом с атомным номером 94 и гораздо большим периодом полураспада. Бретшер и Фезер показали теоретически осуществимые основания того, что элемент 94 будет делящимся — легко расщепляться как медленными, так и быстрыми нейтронами с дополнительным преимуществом в виде химического отличия от урана. [55]
Это новое развитие событий было также подтверждено в независимой работе Эдвина М. Макмиллана и Филиппа Абельсона в Радиационной лаборатории Беркли также в 1940 году. Николас Кеммер из кембриджской группы предложил названия нептуний для нового элемента 93 и плутоний для 94 по аналогии с внешними планетами Нептуном и Плутоном за Ураном (уран был элементом 92). Американцы по счастливой случайности предложили те же названия. [55] Производство и идентификация первого образца плутония в 1941 году обычно приписывается Гленну Сиборгу , который использовал циклотрон , а не реактор в Калифорнийском университете . В 1941 году ни одна из групп не знала о существовании другой. [56]
Чедвик выразил обеспокоенность по поводу необходимости такого чистого плутония для создания возможной бомбы. Он также подозревал, что метод пушечного взрыва для плутониевой бомбы приведет к преждевременным взрывам из-за примесей. После того, как Чедвик встретился с Робертом Оппенгеймером в Лос-Аламосской лаборатории в 1943 году, он узнал о предлагаемой конструкции бомбы, которую они назвали имплозией. Предполагалось, что субкритическая масса плутония будет окружена взрывчатыми веществами, расположенными так, чтобы детонировать одновременно. Это приведет к сжатию плутониевого ядра и превращению его в сверхкритическое. Ядро будет окружено тампером из обедненного урана , который будет отражать нейтроны обратно в реакцию и способствовать взрыву, расщепляясь сам по себе. Эта конструкция решила опасения Чедвика по поводу чистоты, поскольку она не требовала уровня, необходимого для оружия деления пушечного типа . Самой большой проблемой с этим методом было создание взрывных линз . Чедвик взял эту информацию с собой и описал метод Олифанту, который затем взял ее с собой в Англию. [57]
Группа Хэлбана по тяжелой воде из Франции продолжила свои исследования медленных нейтронов в Кембриджском университете; но проекту был дан низкий приоритет, поскольку он не считался имеющим отношение к изготовлению бомбы. Он внезапно приобрел военное значение, когда стало ясно, что он обеспечивает путь к плутонию. [58] Британское правительство хотело, чтобы группа из Кембриджа была перемещена в Северную Америку, поближе к необходимому сырью и где проводились американские исследования. Но сэр Джон Андерсон хотел, чтобы британская группа сохранила свою индивидуальность, и был обеспокоен тем, что, поскольку американцы работали над проектами ядерных реакторов, используя ядерный графит вместо тяжелой воды в качестве замедлителя нейтронов, эта группа может не получить справедливой доли ресурсов. [59] У американцев были свои собственные опасения, особенно по поводу безопасности, поскольку только один из шести старших ученых в группе был британцем. [60] Они также были обеспокоены патентными правами; что французская группа попытается запатентовать ядерную технологию, основанную на довоенных работах. В качестве компромисса Томсон предложил переместить группу в Канаду. [59] [61]
Канадское правительство обратилось к нему, и Джек Маккензи , президент Национального исследовательского совета Канады , немедленно приветствовал и поддержал это предложение. Расходы и зарплаты будут разделены между британским и канадским правительствами, но британская доля будет поступать из военного подарка в размере миллиарда долларов от Канады. [62] Первые восемь сотрудников прибыли в Монреаль в конце 1942 года и заняли дом, принадлежащий Университету Макгилла . Три месяца спустя они переехали в помещение площадью 200 квадратных метров (2200 квадратных футов) в новом здании Монреальского университета . Лаборатория быстро разрослась до более чем 300 сотрудников; около половины из них были канадцами, нанятыми Джорджем Лоуренсом . Была набрана подгруппа теоретиков, которую возглавил чехословацкий физик Джордж Плачек . Плачек оказался очень способным руководителем группы и, как правило, считался единственным членом коллектива, имевшим статус самого высокого научного звания и тесные личные контакты со многими ключевыми физиками, участвовавшими в Манхэттенском проекте. Фридрих Панет стал главой химического отдела, а Пьер Оже — отдела экспериментальной физики. Фон Хальбан был директором лаборатории, но он оказался неудачным выбором, поскольку был плохим администратором и не очень хорошо работал с Национальным исследовательским советом Канады. Американцы считали его угрозой безопасности и возражали против французских атомных патентов, заявленных Парижской группой (совместно с ICI). [63] [61]
Сэр Джон Андерсон с нетерпением ждал возможности пригласить Нильса Бора на проект Tube Alloys, поскольку он был всемирно известным ученым, который не только внес бы свой вклад в проект, но и помог бы британскому правительству получить рычаги влияния в отношениях с Манхэттенским проектом. [64] В сентябре 1943 года до Бора в Дании дошли слухи, что нацисты считают его семью еврейской и что им грозит арест. Датское сопротивление помогло Бору и его жене бежать морем в Швецию 29 сентября 1943 года. [65] Когда известие о побеге Бора достигло Британии, лорд Черуэлл отправил телеграмму с просьбой к Бору приехать в Великобританию. Бор прибыл в Шотландию 6 октября на самолете de Havilland Mosquito, которым управляла British Overseas Airways Corporation (BOAC). [66]
По приглашению директора Манхэттенского проекта бригадного генерала Лесли Р. Гровса-младшего Бор посетил объекты Манхэттенского проекта в ноябре 1943 года. Гровс предложил Бору существенную плату, но Бор изначально отказался от предложения, поскольку хотел убедиться, что отношения между Соединенными Штатами и Великобританией остаются настоящим партнерством и сотрудничеством. В декабре 1943 года, после встречи с Альбертом Эйнштейном , Бор и его сын Оге обязались работать над Манхэттенским проектом. [67] Бор внес существенный вклад в усилия по разработке атомной бомбы. [68] Он также пытался предотвратить послевоенную гонку атомных вооружений с Советским Союзом, которую он считал серьезной угрозой. В 1944 году Бор представил несколько ключевых моментов, которые он считал существенными в отношении международного контроля над ядерным оружием. Он настоятельно призывал Великобританию и США проинформировать Советский Союз о Манхэттенском проекте, чтобы уменьшить вероятность того, что Советский Союз будет чувствовать угрозу, исходя из предпосылки, что другие страны создают бомбу за его спиной. [69] Его убеждения исходили из его убеждения, что русские уже знали о Манхэттенском проекте, что привело его к мысли, что нет смысла скрывать это от них. [70]
Доказательства Бора были получены из интерпретации письма, которое он получил от советского друга и ученого в России, которое он показал британским службам безопасности. [70] [71] Он рассуждал, что чем дольше Соединенные Штаты и Великобритания будут скрывать свои ядерные достижения, тем большую угрозу будут чувствовать русские и тем более склонными ускорить свои усилия по производству собственной атомной бомбы. С помощью судьи Верховного суда США Феликса Франкфуртера Бор встретился 26 августа 1944 года с президентом Соединенных Штатов Франклином Д. Рузвельтом , который изначально симпатизировал его идеям о контроле над ядерным оружием. Но Черчилль был категорически против информирования Советского Союза о такой работе. [72] [73] На Второй Квебекской конференции в сентябре 1944 года Рузвельт встал на сторону Черчилля, решив, что в интересах страны сохранить проект атомной бомбы в тайне. Более того, они решили, что Бор потенциально опасен и что необходимо принять меры безопасности, чтобы не допустить утечки информации им в остальной мир, в частности в Россию. [74]
В августе 1940 года британская миссия во главе с Тизардом и с членами, включая Кокрофта, была отправлена в Америку, чтобы наладить отношения и помочь продвинуть исследования в направлении военных технологий с американцами. Было передано несколько военных технологий, включая достижения в области радаров, противолодочной войны, авиационной техники и взрывчатых веществ. [75] Американская программа радаров, в частности, была оживлена дополнительным импульсом к разработке микроволновых радаров и неконтактных взрывателей . Это побудило американцев создать Радиационную лабораторию Массачусетского технологического института , которая позже послужила моделью для Лос-Аламосской лаборатории. Миссия не уделила много времени ядерному делению, состоялось всего две встречи по этому вопросу, в основном по обогащению урана. В частности, Кокрофт не сообщил о результатах Пайерлса и Фриша. Тем не менее, были важные последствия. Барьер был разрушен, и был разработан путь для обмена технической информацией между двумя странами. Более того, по обе стороны Атлантики укрепилось представление о том, что гражданские ученые играют важную роль в развитии военных технологий. [76]
В отчетах Комитета MAUD настоятельно рекомендовалось продолжить сотрудничество с Соединенными Штатами в области исследований ядерного деления. Чарльз К. Лауритсен , физик из Калифорнийского технологического института, работающий в Национальном комитете оборонных исследований (NDRC), в это время находился в Лондоне и был приглашен на заседание MAUD. [77] Комитет настаивал на быстрой разработке ядерного оружия с использованием газодиффузионного метода в качестве устройства для разделения изотопов. [78] Вернувшись в Соединенные Штаты, он смог проинформировать Ванневара Буша , директора Управления научных исследований и разработок (OSRD), о деталях, обсуждавшихся во время заседания. [78]
В августе 1941 года Марк Олифант, директор физического факультета Бирмингемского университета и один из первых членов Комитета MAUD, был отправлен в США для оказания помощи NDRC в разработке радаров. [79] Во время своего визита он встретился с Уильямом Д. Кулиджем . Кулидж был потрясен, когда Олифант сказал ему, что британцы предсказали, что всего десяти килограммов урана-235 будет достаточно для обеспечения цепной реакции, вызванной быстро движущимися нейтронами. [80] Находясь в Америке, Олифант обнаружил, что председатель Секции S-1 OSRD Лайман Бриггс спрятал переданные из Великобритании отчеты MAUD, содержащие первоначальные открытия, и не сообщил членам Комитета S-1 обо всех своих выводах. [79]
Олифант сам взял на себя инициативу просветить научное сообщество США о недавних новаторских открытиях, которые только что раскрыл Комитет MAUD. Олифант также отправился в Беркли, чтобы встретиться с Эрнестом Лоуренсом , изобретателем циклотрона. После того, как Олифант проинформировал Лоуренса о своем отчете по урану, Лоуренс встретился с председателем NDRC Джеймсом Брайантом Конантом , Джорджем Б. Пеграмом и Артуром Комптоном , чтобы передать детали, которые Олифант направил Лоуренсу. [78] Олифант не только смог связаться с Лоуренсом, он встретился с Конантом и Бушем, чтобы сообщить им о важных данных, обнаруженных MAUD. Способность Олифанта информировать американцев привела к тому, что Олифант убедил Лоуренса, Лоуренс убедил Комптона, а затем Джордж Кистяковски убедил Конанта двигаться вперед с ядерным оружием. Эти действия Олифанта привели к тому, что Буш передал этот отчет непосредственно президенту. [81]
Американские усилия быстро росли и вскоре превзошли британские, поскольку американские власти неохотно делились подробностями со своими британскими коллегами. Однако отдельные исследования продолжались в каждой стране с некоторым обменом информацией. Несколько ведущих британских ученых посетили Соединенные Штаты в начале 1942 года и получили полный доступ ко всей доступной информации. Они были поражены импульсом, который тогда приобрел американский проект атомной бомбы. Британский и американский обмен информацией и усилиями продолжался, но страны не объединяли свои усилия, руководя своими программами по отдельности. Более того, в 1941 году британское правительство отвергло и наложило вето на попытки и предложения Буша и Конанта по укреплению сотрудничества между Великобританией и Америкой. [82]
В июне 1942 года Инженерный корпус армии США принял Манхэттенский проект от OSRD, и Гроувс стал директором проекта. Он ужесточил меры безопасности, что иссушило поток информации в Великобританию. Американские чиновники были особенно обеспокоены тем, что Эйкерс и другие люди из ICI, участвовавшие в проекте Tube Alloys, пытались использовать американские ядерные научные знания для создания прибыльной послевоенной промышленности. [83] В октябре 1942 года Буш и Конант убедили Рузвельта, что Соединенные Штаты должны самостоятельно разрабатывать проект атомной бомбы, несмотря на соглашение о неограниченном научном обмене между США и Великобританией. [84]
Это катастрофически повлияло на усилия Британии, поскольку им не хватало рабочей силы, объектов, оборудования и материалов. Поэтому Tube Alloys отстали в гонке с Манхэттенским проектом. 30 июля 1942 года Андерсон посоветовал Черчиллю: «Мы должны признать тот факт, что ... [наша] новаторская работа ... является истощающимся активом, и что, если мы не капитализируем его быстро, мы будем опередлены. Теперь у нас есть реальный вклад, который мы можем внести в «слияние». Скоро у нас будет мало или ничего». [85] К тому времени, когда Британия это осознала, положение ухудшилось; Буш решил, что внешняя помощь для Манхэттенского проекта больше не нужна. Комитет по военной политике (MPC) поддержал аргументы Буша и ограничил доступ к секретной информации, которую Британия могла бы использовать для разработки своей программы атомного оружия, даже если это замедлит американские усилия. [86]
Американцы прекратили делиться любой информацией о производстве тяжелой воды, методе электромагнитного разделения , физических или химических свойствах плутония, деталях конструкции бомбы или фактах о реакциях на быстрых нейтронах. Это было серьезным разочарованием, которое помешало британцам и канадцам, которые сотрудничали в производстве тяжелой воды и нескольких других аспектах исследовательской программы. К 1943 году Британия прекратила посылать своих ученых в Соединенные Штаты, что замедлило темпы работы там, которая опиралась на усилия, возглавляемые британскими учеными. В марте 1943 года Конант обратился в Комитет по военной политике, который решил, что помощь Великобритании принесет пользу некоторым областям проекта. Чедвик, Уильям Пенни , Пайерлс, Олифант и другие британские ученые были достаточно важны, чтобы группа по проектированию бомбы в Лос-Аламосской лаборатории нуждалась в них, несмотря на риск раскрытия секретов конструкции оружия. [86]
Черчилль искал информацию о строительстве в Великобритании собственного газодиффузионного завода, завода по производству тяжелой воды и атомного реактора, несмотря на огромную стоимость. Газодиффузионный завод для производства килограмма оружейного урана в день, по оценкам, обошелся бы в 3 миллиона фунтов стерлингов на исследования и разработки, и до 50 миллионов фунтов стерлингов на строительство в Британии военного времени. Ядерный реактор для производства такого количества плутония в день должен был быть построен в Канаде. Его строительство заняло бы до пяти лет и стоило бы 5 миллионов фунтов стерлингов. Проект также потребовал бы мощностей для производства необходимой тяжелой воды (от 5 до 10 миллионов фунтов стерлингов) и металлического урана (1,5 миллиона фунтов стерлингов). Проект требовал бы первоочередного внимания, поскольку, по оценкам, для него требовалось бы двадцать тысяч рабочих — многие из них высококвалифицированные — полмиллиона тонн стали и беспрецедентные полгигаватта электроэнергии . Срыв других военных проектов был бы неизбежен, и вряд ли он был бы готов вовремя, чтобы повлиять на исход войны в Европе . Единодушный ответ состоял в том, что сначала следует предпринять еще одну попытку заручиться американским сотрудничеством. [87]
В июле 1943 года в Лондоне американские официальные лица прояснили некоторые основные недоразумения относительно британских мотивов, и после многих месяцев переговоров 19 августа 1943 года во время Квебекской конференции Черчиллем и Рузвельтом было подписано Квебекское соглашение . Британцы передали свои материалы американцам и взамен получили копии американских отчетов о ходе работ президенту. Tube Alloys был включен в Манхэттенский проект. [88] В разделе Квебекского соглашения, официально озаглавленном «Статьи соглашения, регулирующие сотрудничество между властями США и Великобритании в вопросе Tube Alloys», Великобритания и США согласились поделиться ресурсами, «чтобы как можно скорее осуществить проект Tube Alloys». [89] Лидеры также согласились, что:
Было также согласовано, что «любые послевоенные преимущества промышленного или коммерческого характера» будут решаться по усмотрению президента. [89] Квебекское соглашение учредило Комитет по объединенной политике для контроля над Манхэттенским проектом, в который вошли Генри Стимсон , Буш и Конант из Соединенных Штатов; фельдмаршал сэр Джон Дилл и полковник Дж. Дж. Ллевеллин были британскими членами, а К. Д. Хоу был канадским членом. [90] Ллевеллин вернулся в Соединенное Королевство в конце 1943 года и был заменен в комитете сэром Рональдом Яном Кэмпбеллом , которого, в свою очередь, сменил британский посол в Соединенных Штатах лорд Галифакс в начале 1945 года. Дилл умер в Вашингтоне, округ Колумбия, в ноябре 1944 года и был заменен как на посту начальника британской миссии Объединенного штаба , так и на посту члена Комитета по объединенной политике фельдмаршалом сэром Генри Мейтлендом Уилсоном . [91] Последующее Гайд-паркское соглашение от 19 сентября 1944 года распространило это сотрудничество на послевоенный период. [92]
Эйкерс вызвал Чедвика, Олифанта, Саймона и Пайерлса в Соединенные Штаты. Они прибыли в день подписания Квебекского соглашения, готовые оказать любую возможную помощь Манхэттенскому проекту. Эйкерса в целом не любили, и американцы отказались продолжать сотрудничество, если вместо него не будет назначен ведущий британский ученый, который был бы «принят и имел бы здравый смысл». Британские чиновники уперлись в право Великобритании самостоятельно назначать людей в свои правительственные агентства. Был достигнут компромисс, и Чедвик был назначен техническим советником Великобритании в Комитете по объединенной политике и главой британской миссии в Манхэттенском проекте. [93]
После урегулирования этого спора сотрудничество снова могло состояться. Чедвик хотел привлечь как можно больше британских ученых, если Гроувс их примет. Первый выбор Чедвика, Джозеф Ротблат, отказался отказаться от своего польского гражданства. Затем Чедвик обратился к Отто Фришу, который, к удивлению Чедвика, сразу же согласился стать гражданином Великобритании и начал процесс отбора, чтобы он мог поехать в Америку. Чедвик провел первые несколько недель ноября 1943 года, получая четкое представление о масштабном Манхэттенском проекте. Он осознал масштаб таких мест, как Оук-Ридж, штат Теннесси , который был новой штаб-квартирой проекта, и мог с уверенностью заключить, что без обнаружения аналогичного промышленного объекта в Германии шансы на успех нацистского проекта атомной бомбы были очень малы. [94]
При участии Чедвика главной целью было показать, что Квебекское соглашение было успешным. Обязанностью Великобритании было сотрудничать в полной мере и ускорить процесс. Чедвик использовал эту возможность, чтобы дать как можно большему числу молодых британских ученых опыт, чтобы они могли перенести этот опыт в послевоенную Британию. [95] В конце концов он убедил Гроувза в честности Ротблата в этом деле, и это привело к тому, что Ротблата приняли в Манхэттенский проект, не отказываясь от своего гражданства. Ротблат был оставлен ответственным за исследования трубчатых сплавов и принес с собой результаты, полученные после ухода Чедвика. [96]
Команда Монреаля в Канаде зависела от американцев в получении тяжелой воды с завода США по производству тяжелой воды в Трейле, Британская Колумбия , который был заключен по американскому контракту, а также в получении технической информации о плутонии. Американцы заявили, что будут поставлять тяжелую воду группе в Монреале, только если она согласится направить свои исследования по ограниченным направлениям, предложенным DuPont , ее главным подрядчиком по строительству реакторов. Несмотря на проделанную большую работу, к июню 1943 года Монреальская лаборатория полностью остановилась. Моральный дух был низок, и канадское правительство предложило отменить проект. В апреле 1944 года на заседании Комитета по объединенной политике в Вашингтоне было принято решение о том, что Канада построит реактор на тяжелой воде. Американцы согласились поддержать проект информацией и визитами, а также поставлять материалы, включая жизненно важный уран и тяжелую воду. Монреальской лаборатории будет предоставлен доступ к данным с исследовательских реакторов Металлургической лаборатории в Аргонне и графитового реактора X-10 в Ок-Ридже, но не с производственных реакторов на площадке в Хэнфорде ; также ему не должна была предоставляться никакая информация о химии плутония или методах его отделения от других элементов. Это соглашение было официально одобрено на заседании Комитета по комбинированной политике 19 сентября 1944 года. Джон Кокрофт стал директором Монреальской лаборатории. Лаборатории Чок-Ривер открылись в 1944 году, а в 1946 году Монреальская лаборатория была закрыта. Проект разработал реактор ZEEP , который стал критическим в сентябре 1945 года. [97] [61]
Уильям Пенни , один из ученых Tube Alloys, был экспертом по ударным волнам. В июне 1944 года он отправился в Америку, чтобы работать в Лос-Аламосской лаборатории в составе британской делегации. [98] Он работал над способами оценки последствий ядерного взрыва и написал статью о том, на какой высоте следует взрывать бомбы для максимального эффекта при атаках на Германию и Японию. [99] Он был членом целевого комитета, созданного Гроувсом для выбора японских городов для атомной бомбардировки, [100] а на Тиниане с Project Alberta в качестве специального консультанта. [101] Вместе с капитаном группы Леонардом Чеширом , отправленным в качестве британского представителя, он наблюдал за бомбардировкой Нагасаки с самолета наблюдения Big Stink . [102] Он также входил в состав послевоенной научной миссии Манхэттенского проекта в Хиросиму и Нагасаки, которая оценивала масштабы ущерба, нанесенного бомбами. [103]
Отчет Смита был опубликован Военным министерством США 12 августа 1945 года, в нем излагалась история атомной бомбы и включались технические детали, которые теперь могли быть обнародованы. В нем было мало ссылок на британский вклад в бомбу, и Белая книга , Заявления, касающиеся атомной бомбы , была спешно составлена Майклом Перрином. Этот отчет был опубликован сразу после того, как Клемент Эттли сменил Черчилля на посту премьер-министра, и был единственным официальным заявлением о британском вкладе за пятнадцать лет. [104]
Советский Союз получил подробности британских исследований от своих атомных шпионов Клауса Фукса, Энгельберта Броды , Мелиты Норвуд и Джона Кернкросса , члена печально известной Кембриджской пятерки . Алан Нанн Мэй был завербован позже в Канаде. Доклад Лаврентия Берии Сталину от марта 1942 года включал отчеты MAUD и другие британские документы, переданные Кернкроссом. [105] [106]
Фукс начал раскрывать Советскому Союзу информацию о возможном производстве британской атомной бомбы, когда он присоединился к проекту Tube Alloys, [107] хотя его вклад в советский шпионаж был более серьезным во время Манхэттенского проекта. [108] Фукс смог связаться с лондонским лидером КПГ Юргеном Кучинским , [109] который познакомил его с Саймоном Давидовичем Кремером, секретарем военного атташе в посольстве Советского Союза , который, в свою очередь, работал в ГРУ (русский: Главное Разведывательное Управление ), управлении внешней военной разведки Красной Армии . После трех встреч Фуксу прикрепили курьера, чтобы ему не пришлось искать оправдания для поездки в Лондон. Это была Урсула Кучинская , сестра Юргена Кучинского. Она также была немецкой коммунисткой, майором советской военной разведки и опытным агентом, работавшим со шпионской сетью Рихарда Зорге на Дальнем Востоке. [110]
С окончанием войны особые отношения между Великобританией и Соединенными Штатами «стали гораздо менее особыми». [111] Рузвельт умер 12 апреля 1945 года, и Соглашение в Гайд-парке не было обязательным для последующих администраций. [112] Фактически, оно было физически утеряно: когда Вильсон поднял этот вопрос на заседании Комитета по объединенной политике в июне, американская копия не была найдена. [113] Британцы отправили Стимсону фотокопию 18 июля 1945 года . [112] Даже тогда Гроувс сомневался в подлинности документа, пока американская копия не была обнаружена годы спустя в бумагах вице-адмирала Вильсона Брауна-младшего , военно-морского помощника Рузвельта, очевидно, неправильно поданная кем-то, не знавшим, что такое Tube Alloys, — кто думал, что это как-то связано с военно-морскими орудиями. [113] [114] [115]
Британское правительство верило, что Америка поделится ядерными технологиями, которые британцы рассматривали как совместное открытие. 9 ноября 1945 года Маккензи Кинг и премьер-министр Клемент Эттли отправились в Вашингтон, округ Колумбия, чтобы обсудить с президентом Гарри Трумэном будущее сотрудничество в области ядерного оружия и ядерной энергетики. [116] Три лидера согласились, что будет полное и эффективное сотрудничество в области атомной энергии, но британские надежды на полное возобновление сотрудничества в области ядерного оружия не оправдались. [117] Американцы вскоре дали понять, что это ограничивается фундаментальными научными исследованиями. [118]
Принятие Закона об атомной энергии 1946 года ( Закон Мак-Магона ) в августе 1946 года ясно дало понять, что Великобритании больше не будет разрешен доступ к атомным исследованиям Соединенных Штатов. Это отчасти стало результатом ареста за шпионаж Алана Нанна Мэя в феврале 1946 года. [119] 8 января 1947 года Эттли сформировал секретный комитет кабинета министров Gen 163, состоящий из шести министров кабинета, который постановил, что Британии необходима атомная бомба для сохранения своих позиций в мировой политике. [120] По словам министра иностранных дел Эрнеста Бевина , «Это совершенно не годится ... нам нужно это ... Я не против, но я не хочу, чтобы с каким-либо другим министром иностранных дел этой страны разговаривал или обращался к нему государственный секретарь Соединенных Штатов, как это было со мной в моих обсуждениях с мистером Бирнсом . Мы должны иметь это здесь, чего бы это ни стоило ... Нам нужно иметь чертов Юнион Джек поверх этого». [121]
Маршал Королевских ВВС лорд Портал был назначен руководителем проекта [122] под кодовым названием High Explosive Research . [123] Исследовательский центр атомной энергии ( AERE) недалеко от Харвелла, Оксфордшир , был создан Кокрофтом в 1946 году как главный центр военных и гражданских исследований и разработок в области атомной энергии . [124] Пенни руководил проектированием бомбы в качестве главного суперинтенданта исследований вооружения (CSAR, произносится как «Цезарь»), отвечая за Департамент исследований вооружения (ARD) Министерства снабжения в Форт-Холстеде в Кенте и Королевский арсенал в Вулидже . [125] В апреле 1950 года заброшенный аэродром времен Второй мировой войны, RAF Aldermaston в Беркшире, был выбран в качестве постоянного места расположения того, что стало Исследовательским центром атомного оружия (AWRE). [126] Пенни собрал команду, чтобы начать работу, сначала подготовив отчет, описывающий особенности, науку и идею, лежащую в основе американского имплозивного ядерного оружия Fat Man . Он разбил задачи разработки, необходимые для его копирования, выявив нерешенные вопросы, которые требовали дальнейшего исследования ядерного оружия. [127]
3 октября 1952 года под кодовым названием « Операция Ураган » первое британское ядерное устройство было успешно взорвано на островах Монте-Белло у западного побережья Австралии. [128] Кризис со спутником и разработка британской водородной бомбы привели к внесению поправок в Закон об атомной энергии в 1958 году и возобновлению особых ядерных отношений между Америкой и Великобританией в соответствии с Соглашением о взаимной обороне между США и Великобританией 1958 года . [129] [130]
.svg/1280px-Maple_Leaf_(from_roundel).svg.png){kind=small}
