Манхэттенский проект

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Манхэттенский проект
Изображение
Испытание «Тринити» — взрыв первой атомной бомбы «Штучка» (англ. Gadget) на полигоне Аламогордо, 16 июля 1945 года
Государство
Местонахождение
Расположение штаб-квартиры
Дата начала около1939
Дата окончания около1946
Представлено в работе Stallion Gate[вд]
Участник(и) Роберт ОппенгеймериЛесли Гровс
Место проведения исследования Реактор B
Цель проекта или миссии ядерное оружие
Продукция Толстяк,Малыш,Штучка[вд]ирасщепляющийся материал[вд]
Карта местонахождения
Логотип ВикискладаМедиафайлы на Викискладе

«Проект Манхэттен» (англ.Manhattan Project) — кодовое название программыСШАпо разработкеядерного оружия,осуществление которой формально началось 13 августа 1942 года[1].Перед этим с 1939 года исследования велись в «Урановом комитете» (S-1 Uranium Committee). В проекте принимали участие учёные изСоединённых Штатов Америки,Великобритании,ГерманиииКанады.

В рамках проекта были созданы три атомные бомбы:плутониевая«Штучка» (Gadget) (взорвана припервом ядерном испытании), урановый «Малыш» (Little Boy) (сброшена наХиросиму6 августа 1945 года) и плутониевый «Толстяк» (Fat Man) (сброшена наНагасаки9 августа 1945 года).

Руководили проектом американский физикРоберт Оппенгеймери генералЛесли Гровс.Для того, чтобы скрыть назначение вновь созданной структуры, в составе военно-инженерных войск армии США был сформирован Манхэттенский инженерный округ (Manhattan Engineering District), а Гровс (до той поры полковник) был произведён в бригадные генералы и назначен командующим этим округом[1].

В Манхэттенском проекте приняло участие около 130 000 человек[2],а его стоимость составила почти 2 миллиарда долларов США (около 22,5 миллиардов долларов по ценам 1996 года). Более 90 % затрат приходилось на строительство заводов и производство расщепляющегося материала, а менее 10 % — на разработку и производство оружия[3].Исследования и производство проводились на более чем 30 площадках в Соединённых Штатах, Великобритании и Канаде[4].Проект также занимался сбором разведданныхнемецкого проектапо производству ядерного оружия. В рамкахмиссии «Алсос»персонал Манхэттенского проекта работал в Европе, иногда в тылу врага, где собирал ядерные материалы и документы, а также собирал немецких учёных.

Привлечение лучших научных сил мира и огромных производственных возможностей США позволило создать первые в мире образцы ядерного оружия менее чем за три года[2].

Однако, несмотря на строжайшую секретность Манхэттенского проекта, «атомные шпионы» передалиСССРбольшой объём технической информации, которая была использована присоздании советской атомной бомбы.

Начало

[править|править код]

В августе 1939 года физикиЛео СилардиЮджин Вигнерсоставили так называемоеписьмо Эйнштейна Рузвельту,которое содержало предупреждение о возможной разработкенацистской Германиейчрезвычайно мощной бомбы нового типа. В связи с этим авторы письма призывали США обеспечить накопление запасовурановой рудыи финансирование исследованийЭнрико Фермии других учёных в областицепных ядерных реакций.Письмо было подписаноАльбертом Эйнштейноми доставлено президенту СШАФранклину Рузвельту.Рузвельт назначилЛаймана БриггсаизНационального бюро стандартовглавойУранового комитетадля исследования проблем, поднятых в письме. 1 ноября 1939 года комитет доложил Рузвельту, что использование урана позволит создать оружие, обладающее разрушительной силой, значительно превосходящей что-либо известное[5].

В начале 1940 годаОтто ФришиРудольф ПайерлсвБирмингемском университете(Великобритания) сделали оценкукритической массыурана-235.Результат был изложен в так называемом «меморандуме Фриша — Пайерлса», который во многом инициировал широкомасштабные исследования возможности создания ядерного оружия.

В июне 1940 года Урановый комитет был преобразован в подкомитет S-1Исследовательского комитета национальной обороны[5].

28 июня 1941 года Рузвельт подписал указ 8807 о созданииУправления научных исследований и разработоксВэниваром Бушемв должности директора.

В августе 1941 года британский учёныйавстралийскогопроисхожденияМарк Олифантприлетел в США и провёл ряд встреч с американскими чиновниками и физиками, агитируя «за бомбу»[6].

Вступление США во Вторую мировую войнув декабре 1941 года ускорило исследования по атомной проблеме. Когда весной 1942 годаАртур Комптоноценил величину критической массы урана-235 в пределах от 2 до 100 кг, то стало понятно, что можно изготовить атомную бомбу, которую сможет взять на борт самолёт. Президент Рузвельт был проинформирован об этом и санкционировал начало практической работы по созданию такого оружия.

17 июня 1942 года Вэнивар Буш представил президенту доклад, в котором изложил план дальнейшей работы[5].

Участники

[править|править код]
ГенералЛесли Гровсвыступает перед персоналом завода вОк-Ридж,29 августа 1945 года

В июне 1944 года в Манхэттенском проекте было задействовано около 129 000 человек, из которых 84 500 были задействованы в строительных работах, 40 500 были работниками заводов и 1800 были военнослужащими[7].Важную роль в проекте сыгралилюди-вычислители[8].При этом 99 % работников проекта не знали, для какой конечной задачи они работают. В 1945 году журнал «Лайф» написал, что до сообщения о первом применении атомной бомбы лишь несколько десятков человек знали конечную цель проекта, ещё около тысячи знали, что происходящее как-то связано с атомом, а остальные 100 тысяч работали «как кроты в кромешной тьме»[9].

В проекте участвовали физики и другие учёные с мировым именем[10]:Рудольф Пайерлс,Отто Фриш,Эдвард Теллер,Энрико Ферми,Нильс Бор,Клаус Фукс,Лео Силард,Джон фон Нейман,Ричард Фейнман,Джозеф Ротблат,Исидор Раби,Станислав Улам,Роберт Уилсон,Виктор Вайскопф,Герберт Йорк,Сэмюэл Аллисон,Эдвин Макмиллан,Роберт Оппенгеймер,Георгий Кистяковский,Эрнест Лоуренс,Ханс Бете,Ганс фон Хальбан,Франц Ойген Симон,Юджин Вигнер,Филипп Хауге Абельсон,Джон Кокрофт,Эрнест Уолтон,Роберт Сербер,Джон Кемени,Альберт Бартлетт,Ник Метрополис,Джеймс Франк,Миртл Бачелдер,Эмилио Сегре,Феликс Блох,Луис Альварес,Георг Плачек,Ву Цзяньсюн,Бруно Росси,Мария Гёпперт-Майер,Уильям Альфред Хигинботам,Норман Хилберри,Уолтер Зинн,Торфин Хогнесс,Джордж Монк.

К секретному проекту были подключены многие крупные учёные, эмигрировавшие в 1933 году из Германии (Фриш,Бете,Силард,Фукс,Теллер,Блохи другие), а такжеНильс Бор,вывезенный из оккупированной ГерманиейДании.

Манхэттенский проект объединил учёных из Великобритании, Европы, Канады, США, среди которых было 12 лауреатовНобелевской премии[5],в единый международный коллектив, решивший задачу в кратчайшие сроки.

При этом Манхэттенский проект привёл к некоторому ухудшениюотношений США и Великобритании:США воспользовались знаниями учёных из Великобритании,но затем отказались делиться с Великобританией полученными результатами[11].

Урановая руда

[править|править код]

Ключевым сырьем для проекта былуран.Богатейшим источником урановой руды являлсярудникШинколобве(Конго), но он был затоплен и закрыт[12].ОднакобельгийскийпромышленникЭдгар Сенжьеуспел перевезти в США достаточное количество этой руды на склад вСтатен-Айленде[13].

Разделение изотопов урана и получение плутония

[править|править код]

Перспективными направлениями получения ядерного делящегося материала были признаны получениеурана-235путём обогащения природного урана и наработкаплутония-239путём облучения природного урана-238нейтронами.Работы по обоим направлениям шли параллельно[5].Главная сложность при создании взрывного устройства на основе урана-235 заключалась вобогащении урана— то есть в повышении массовой доли изотопа235U в материале (в природном уране основным изотопом является238U,доля изотопа235U примерно равна 0,7 %), чтобы сделать возможнойцепную ядерную реакцию(в природном и низкообогащённом уране изотоп238U препятствует развитию цепной реакции). Получение плутония-239 для плутониевого заряда не было связано напрямую со сложностями в получении урана-235, так как в этом случае используется уран-238 и специальныйядерный реактор[5].

УстановкаK-25вОк-Ридже

Природный уран на 99,3 % состоит изурана-238и 0,7 %урана-235,но лишь последний является расщепляемым. Химически идентичный уран-235 должен быть физически отделен от более распространённого изотопа. Были рассмотрены различные методыобогащения урана,большинство из которых были практически осуществлены вОк-Ридж(штатТеннесси). В Ок-Ридж были построены завод электромагнитного разделения (Y-12), за который отвечалЭ. Лоуренс,диффузионный завод (К-25), за которые отвечалиГ. ЮрииДжон Рэй Даннинг,и термодиффузионный завод (S-50[англ.]), за который отвечалФ. Абельсон[2].

Применение наиболее экономной технологии,газовой центрифуги,провалилось[14][15],однако электромагнитное разделение,газовая диффузияитермодиффузияуспешно применялись в проекте.

Газовая диффузия была наиболее обещающим и в то же время наиболее проблемным методом разделения изотопов.Закон Грэхемагласит, что скорость диффузии газа обратно пропорциональна квадратному корню из его молекулярной массы, так что в контейнере, содержащем полупроницаемую мембрану и смесь двух газов, молекулы более легкого газа будут проходить через мембрану со скоростью, большей, чем молекулы более тяжелого.

28 декабря 1942 года президент Рузвельт подписал распоряжение о строительстве заводов по обогащению урана методом газовой диффузии и электромагнитным методом, а также завода по производству плутония[16].

Альфа-версия калютрона вЦентре национальной безопасности Y-12,Ок-Ридж

Завод Y-12 осуществлял электромагнитное разделение изотопов по методике Лоуренса. В главном цехе этого завода был установлен большойциклотрон(калютрон) размером с двухэтажный дом. Для создания внутри него сильного магнитного поля использовались катушки с серебряными проводами. На их изготовление потребовалось 15 тыс. тонн серебряных слитков изКазначейства США[5].

Чикагский ядерный реактор в процессе создания

К осени 1942 года уже имелось достаточное количество чистых материалов (графита,урана) для созданияпервого в мире успешно работавшего ядерного реактора.Им занималсяЭнрико Ферми,работавший вЧикагском университете.Реактор был собран под западными трибунами стадиона «Стагг-филд» Чикагского университета. В ночь на 2 декабря 1942 года впервые в истории была осуществлена управляемая самоподдерживающаясяцепная реакцияделения ядер атомов урана.

После создания этого экспериментального реактора в феврале 1943 года в Ок-Ридже началось строительство плутониевого завода.Первый реактор для наработки плутониябыл запущен 4 ноября 1943 года, первые образцы плутония были получены в конце ноября 1943 года.

Практически одновременно со строительством плутониевого завода в Ок-Ридже началось строительствовторого промышленного плутониевого реакторавХэнфорде(штатВашингтон). За период с марта 1943 по сентябрь 1944 года в Хэнфорде соорудили ещё три реактора для наработки плутония. Их созданием занималсяГ. Сиборг[5].

Освоением металлургии плутония занималасьМеталлургическая лаборатория Чикагского университета,которой руководилА. Комптон[2].

Разработка атомной бомбы

[править|править код]
Лос-Аламосская лаборатория,1944 год

За создание конструкции ядерного заряда отвечала созданная в 1943 годулаборатория в Лос-Аламосе,научным руководителем которой былР. Оппенгеймер[2].

Разработка урановой бомбы

[править|править код]

Бомба «Малыш» (Little Boy) была ядерным боезарядомпушечного типа.

Сомнений в работе пушечной схемы не было, поэтому её испытания на полигоне не проводились. Бомба «Малыш» быласброшена на Хиросиму6 августа 1945 года.

Разработка плутониевой бомбы

[править|править код]

Получениеплутония-239для плутониевых зарядов не было связано напрямую со сложностями в получении урана-235, так как в случае с плутонием-239 используется специальный ядерный реактор и имеющийся в большом количествеуран-238.Весной-летом 1944 года выяснилось, что плутоний-239 имеет значительные примеси изотопа плутоний-240, который имеет склонность к спонтанному делению. Из-за этогопушечная схемадля плутониевой бомбыоказалась неосуществимой:плутоний-240 вступит в реакцию деления до того момента, как элементы ядерного заряда соединятся в критическую массу. Отказаться от использования плутония не представлялось возможным из-за того, что выработанного к лету 1945 года урана-235 хватило бы только на одну бомбу, а плутония-239 было намного больше[источник не указан 939 дней].Было принято решение вместо пушечной схемы для плутониевой бомбы использоватьимплозивную схему,которая сжимала надкритическую массу плутония сфокусированной взрывной волной достаточно быстро, чтобы избежать эффекта спонтанного деления плутония-240. Основными разработчиками имплозивной схемы былиР. Толмен,Р. СербериСет Неддермайер[17].

ТабуляторIBM 601[англ.]

Имплозивная схема требовала большого объёма расчетов для выбора наилучшего и самого надежного варианта схемы[18].Так каквычислители-люди(в основном женщины) не справлялись с объёмом вычислений, в конце 1943 года были заказанытабуляторыIBM 601, которые весной 1944 года за три недели выполнили объём работ, который без них потребовал бы нескольких месяцев[19][20].Из нескольких вариантов имплозивной схемы путём экспериментов, опытов и расчетов был выбран Вариант III (Mark III), как наиболее многообещающий, и группа занялась более детальным обсчётом только этого варианта[источник не указан 987 дней].

За решение проблемы имплозивного обжатия плутониевого ядерного заряда атомной бомбы в Лос-Аламосе отвечал отделДжорджа Кистяковского.Оценки, выполненные Дж. Кистяковским, показали, что для этого необходимо использовать как «быстрые», так и «медленные» взрывчатые вещества. Кистяковским было создано новое «медленное» взрывчатое вещество, получившее название «баратол»[21].

Безоболочечное ядерное взрывное устройство «Штучка» (Gadget) на основе плутония-239 и имплозивной схемы «Вариант III» было взорвано во время испытания «Тринити» на полигонеАламогордов штатеНью-Мексико16 июля 1945 года. Испытание показало, что выбранный Вариант III имплозивной схемы сработал и достаточно надёжен.

Вариант этого устройства, оформленный в корпусавиабомбы«Толстяк» (Fat Man), был сброшен на Нагасаки 9 августа 1945 года.

Первое ядерное испытание и применение ядерного оружия

[править|править код]
Первый в мире ядерный взрыв, 16 июля 1945 года

Первое испытание (кодовое название «Тринити») ядерного взрывного устройства на основе плутония-239 (в ходе испытания тестировалась именно плутониевая бомба имплозивного типа) было проведено в штатеНью-Мексико16 июля 1945 года (полигонАламогордо).

В августе 1945 года США произвелибомбардировкуяпонских городовХиросимаиНагасаки.

После окончания войны

[править|править код]

Манхэттенский проект создавался с единственной военной целью: создать атомную бомбу к лету 1945 года. Все усилия военных, учёных и инженеров были направлены на создание работающего атомного оружия. Все расчёты, опыты и исследования в области атомного ядра, ядерной энергии велись только в том направлении, которое вело к конечной цели. Все другие побочные научные изыскания, исследования и варианты отбрасывались из-за жёстких сроков и ограниченности человеческих и материальных ресурсов.

Так как Манхэттенский проект выполнил свою единственную задачу, в сентябре 1945 года после окончания Второй мировой войны его стали покидать учёные, возвращаясь к своим прежним научным работам. Сменивший Роберта Оппенгеймера на посту научного директора Лос-Аламосской лабораторииНоррис Брэдбериещё в течение года с трудом поддерживал работу лаборатории, занимая оставшихся ученых теоретическими задачами в области термоядерного синтеза и улучшениями имевшихся атомных бомб до тех пор, пока в высших политических кругах не было принято решение, что делать с атомным оружием,кто будет осуществлять контроль за его хранением и разработкой,и как будет это всё финансироваться.

См. также

[править|править код]

Примечания

[править|править код]
  1. ↑12Atomic Energy for Military Purposes (The Smyth Report).Дата обращения: 20 октября 2021.Архивировано1 мая 2021 года.
  2. ↑12345Манхэттенский проект.Дата обращения: 18 октября 2021.Архивировано31 марта 2022 года.
  3. ↑The Costs of the Manhattan Project.Дата обращения: 20 октября 2021.Архивировано20 октября 2021 года.
  4. ↑Project Sites.Дата обращения: 20 октября 2021.Архивировано20 октября 2021 года.
  5. ↑12345678Военные корни ядерной энергетики.Дата обращения: 18 октября 2021.Архивировано18 октября 2021 года.
  6. ↑Mark Oliphant.Дата обращения: 20 октября 2021.Архивировано20 октября 2021 года.
  7. ↑Jones, Vincent.Manhattan: The Army and the Atomic Bomb.— Washington, D.C.: United States Army Center of Military History, 1985.Архивная копияот 7 октября 2014 наWayback Machine
  8. ↑Дэвид Скиннер.The Age of Female Computers(англ.).www.thenewatlantis.com.Дата обращения: 4 февраля 2020.Архивировано13 ноября 2015 года.
  9. ↑Город бомбы: из истории американского атомограда.Дата обращения: 18 октября 2021.Архивировано15 октября 2021 года.
  10. ↑В приведённом списке участников Манхэттенского проекта имеются неточности. Многие участники впоследствии не афишировали свою работу в проекте по этическим соображениям, возникшим после применения атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки.
  11. ↑Aylen, Jonathan (January 2015)."First Waltz: Development and Deployment of Blue Danube, Britain's Post-War Atomic Bomb".The International Journal for the History of Engineering & Technology.85(1): 31—59.doi:10.1179/1758120614Z.00000000054.ISSN1758-1206.
  12. ↑Судьба конголезского урана.Архивировано изоригинала7 марта 2014 года.// Atomic-energy.ru (Архивировано)
  13. ↑Edgar Sengier.Дата обращения: 25 декабря 2020.Архивировано12 ноября 2020 года.
  14. ↑R. Scott Kemp.Gas Centrifuge Theory and Development: A Review of U.S. ProgramsАрхивная копияот 13 августа 2017 наWayback Machine.Science and Global Security, 2009, Volume 17, pp. 1-19. Русский перевод:Теория и разработка газовых центрифуг: обзор американских программАрхивная копияот 8 августа 2017 наWayback Machine.
  15. ↑Whitley, Stanley (1984-01-01). "Review of the gas centrifuge until 1962. Part I: Principles of separation physics".Reviews of Modern Physics.56(1). American Physical Society (APS): 41—66.doi:10.1103/revmodphys.56.41.ISSN0034-6861.
  16. ↑K-25 Virtual Museum.Дата обращения: 20 октября 2021.Архивировано7 сентября 2021 года.
  17. ↑Hoddeson, Lillian; Henriksen, Paul W.; Meade, Roger A.; Westfall, Catherine L. (1993). Critical Assembly: A Technical History of Los Alamos During the Oppenheimer Years, 1943—1945. New York: Cambridge University Press.ISBN 978-0-521-44132-2.OCLC 26764320
  18. ↑Igniting the Light Elements: The Los Alamos Thermonuclear Weapon Project, 1942—1952 — by Anne C. Fitzpatrick, 2013,p.66
  19. ↑Trinity by the Numbers: The Computing Effort that Made Trinity Possible.Дата обращения: 19 октября 2021.Архивировано21 января 2022 года.
  20. ↑Computers and Nuclear Weapons Design.Дата обращения: 19 октября 2021.Архивировано25 августа 2021 года.
  21. ↑Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 40: научное открытие метода взрывной имплозии для получения сверхкритической массы ядерного заряда и украинский «След» в американском атомном проекте «Манхэттен».Дата обращения: 15 января 2024.Архивировано15 января 2024 года.

Литература

[править|править код]

Ссылки

[править|править код]
Источник —https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Манхэттенский_проект&oldid=138362513