Манхэттенский проект

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Проект Манхэттен»)
Перейти к: навигация, поиск
Испытание первой атомной бомбы «Тринити» на полигоне Аламогордо, 16 июля 1945 года.

«Проект Манхэттен» (англ. Manhattan Project) — кодовое название программы США по разработке ядерного оружия, осуществление которой началось 17 сентября 1943 года. Перед этим исследования велись в «Урановом комитете» (S-1 Uranium Committee, с 1939 года). В проекте принимали участие учёные из Соединённых Штатов Америки, Великобритании, Германии и Канады.

В рамках проекта были созданы три атомные бомбы: плутониевая «Штучка» (Gadget) (взорвана при первом ядерном испытании), урановый «Малыш» (Little Boy) (сброшена на Хиросиму 6 августа 1945 года) и плутониевый «Толстяк» (Fat Man) (сброшена на Нагасаки 9 августа 1945 года).

Руководили проектом американский физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли 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, по имени которого и весь проект получил своё название[источник не указан 753 дня].

Начало[править | править вики-текст]

В августе 1939 года физики Лео Силард и Юджин Вигнер составили так называемое письмо Эйнштейна Рузвельту, которое содержало предупреждение о возможной разработке Германией чрезвычайно мощной бомбы нового типа. В связи с этим авторы письма призывали США обеспечить накопление запасов урановой руды и финансирование исследований Энрико Ферми и других учёных в области цепных ядерных реакций. Письмо было подписано Альбертом Эйнштейном и доставлено президенту Франклину Рузвельту. Рузвельт назначил Лаймана Бриггса[en] из Национального бюро стандартов главой Уранового комитета для исследования проблем, поднятых в письме. 21 октября 1939 года Бриггс созвал собрание, на котором присутствовали Силард, Вигнер и Эдвард Теллер. В ноябре комитет доложил Рузвельту, что использование урана позволит создать оружие, обладающее разрушительной силой, значительно превосходящей что-либо известное.

Бриггс предложил выделить 167 000 долларов на исследования урана, в особенности изотопа уран-235, и недавно открытого плутония. 28 июня 1941 года Рузвельт подписал исполнительный приказ 8807 о создании Бюро научных исследований и разработок (англ. en:Office of Scientific Research and Development) с Вэниваром Бушем в должности директора.

В июне 1939 года Отто Фриш и Рудольф Пайерлс в Бирмингемском университете (Великобритания) сделали прорывное исследование критической массы урана-235. Их расчеты показали, что она должна составлять порядка 10 килограммов.

Основные сведения[править | править вики-текст]

К секретному проекту, стартовавшему в 1939 году, были подключены многие крупные учёные, эмигрировавшие в 1933 году из Германии (Фриш, Бете, Силард, Фукс, Теллер, Блох и другие), а также Нильс Бор, вывезенный из оккупированной Германией Дании. В рамках проекта его сотрудники работали на европейском театре военных действий, проводя сбор ценной информации о немецкой ядерной программе (см. Миссия «Алсос»).

К лету 1945 года военное ведомство США сумело получить атомное оружие, действие которого было основано на использовании двух видов делящегося материала — изотопа урана-235 («урановая бомба»), либо изотопа плутония-239 («плутониевая бомба»). Главная сложность при создании взрывного устройства на основе урана-235 заключалась в обогащении урана — то есть в повышении массовой доли изотопа 235U в материале (в природном уране основным изотопом является 238U, доля изотопа 235U примерно равна 0,7 %), чтобы сделать возможной цепную ядерную реакцию (в природном и низкообогащённом уране изотоп 238U 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 специальный ядерный реактор.

Первое испытание ядерного взрывного устройства «Тринити» на основе плутония-239 (в ходе испытания тестировалась именно плутониевая бомба имплозивного типа) было проведено в штате Нью-Мексико 16 июля 1945 года (полигон Аламогордо). После этого взрыва Гровс очень показательно ответил на слова Оппенгеймера: «Война кончена», — он сказал: «Да, но после того, как мы сбросим ещё две бомбы на Японию».

В СССР разработкой ядерного оружия занимался Специальный комитет при Совете министров СССР под руководством Л. П. Берии. Первое испытание атомного оружия в Советском Союзе было осуществлено в 1949 году, спустя четыре года после первого ядерного испытания в США.

Участники[править | править вики-текст]

В июне 1944 года в Манхэттенском проекте было задействовано около 129 000 служащих, из которых 84 500 были задействованы в строительных работах, 40 500 являлись операторами (?) и 1800 военных. Позже число военнослужащих увеличилось до 5600. Важную роль в проекте сыграли люди-вычислители[1].

В проекте участвовали физики и другие учёные с мировым именем[2]: 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, Кеннет Бэйнбридж, Сэмюэл Аллисон, Эдвин Макмиллан, Роберт Оппенгеймер, Джон Лоуренс, Георгий Кистяковский, Ганс Бизе, Эрнест Лоуренс, Р. Робертс, Ф. Молер, Александр Сакс, Ханс Бете, Швебер, Буш, Эккерс, Халбан[en], Симон, Э. Вагнер, Филипп Хауге Абельсон, Джон Кокрофт, Эрнест Уолтон, Роберт Сербер, Джон Кемени, Альберт Бартлетт, Ник Метрополис, Джеймс Франк, Миртл Бачелдер.

Манхэттенский проект объединил учёных из Великобритании, Европы, Канады, США, в единый международный коллектив, решивший задачу в кратчайшие сроки. Тем не менее, Манхэттенский проект сопровождался напряжённостью в отношениях США и Великобритании. Великобритания считала себя обиженной стороной, так как США воспользовались знаниями учёных из Великобритании (комитет «Мауд Комитти»), но отказались делиться с Великобританией получаемыми результатами.

Разработка урановой бомбы[править | править вики-текст]

Бомба «Малыш» (Little Boy) была ядерным боезарядом пушечного типа. Сомнений в работе пушечной схемы не было, поэтому её испытания на полигоне не проводились. Бомба «Малыш» была сброшена на Хиросиму 6 августа 1945 года.

Урановая руда[править | править вики-текст]

Ключевым сырьем для проекта был уран, который использовался в качестве сырья для реакторов.

Богатейшим источником урановой руды являлся рудник Шинколобве[en] (Конго), но он был затоплен и закрыт.[3]

Природный уран на 99,3 % состоит из урана-238 и 0,7 % урана-235, но лишь последний является расщепляемым. Химически идентичный уран-235 должен быть физически отделен от более распространённого изотопа. Были рассмотрены различные методы обогащения урана, большинство из которых были проведены в Национальной лаборатории Ок-Ридж.

Применение наиболее очевидной технологии, центрифуги, провалилось, однако электромагнитное разделение, газовая диффузия и термодиффузия успешно применялись в проекте.

Разделение изотопов[править | править вики-текст]

Центрифуги
Электромагнитное разделение
Газовая диффузия

Газовая диффузия была наиболее обещающим и в то же время наиболее проблемным методом разделения изотопов. Закон Грэхема гласит, 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.

Установка K-25 в Ок-Ридже

В ноябре 1942 года Комитет по военной политике одобрил сооружение 600-этапной установки для газовой диффузии.

Термодиффузия

Разработка плутониевой бомбы[править | править вики-текст]

Получение плутония-239 для 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 количестве уран-238. Весной-летом 1944 года выяснилось что плутоний-239 имеет значительные примеси изотопа плутоний-240, который имеет склонность к спонтанному делению. Из-за этого пушечная схема для плутониевой бомбы оказалась неосуществимой: плутоний-240 вступит в реакцию деления до того момента, как элементы ядерного заряда соединится 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. Было принято решение вместо пушечной схемы для плутониевой бомбы использовать имплозивную схему, которая сжимала надкритическую массу плутония сфокусированной взрывной волной достаточно быстро, чтобы избежать эффекта спонтанного деления плутония-240.

Имплозивная схема требовала большого объема расчетов для выбора наилучшего и самого надежного варианта схемы[4]. Так как вычислители-люди (в основном женщины) не справлялись с объемом вычислений, в конце 1943 года были заказаны табуляторы IBM 601, которые за весной 1944 года за 3 недели выполнили 6-месячный объем работ. Из нескольких вариантов имплозивной схемы путем экспериментов, опытов и расчетов был выбра Вариант III (Mark III), как наиболее многообещающий, и группа занялась более детальным обсчетом только этого варианта.

Безоболочечное ядерное врывное устройство «Штучка» (Gadget) на основе плутония-239 и имплозивной схемы "Вариант III" было взорваное во время испытания «Тринити» на полигоне Аламогордо в штате Нью-Мексико 16 июля 1945 года. Испытание показало, что выбранный Вариант III имплозивной схемы сработал и достаточно надежен.

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

После окончания войны[править | править вики-текст]

Манхэттенский проект создавался с единственной военной целью: создать атомную бомбу к лету 1945 года. Все усилия военных, ученых и инженеров были направлены на создание работающего атомного оружия. Все расчеты, 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 жестких сроков и ограниченности человеческих и материальных ресурсов.

Так как Манхэттенский проект выполнил свою единственную задачу, в сентябре 1945 после окончания Второй мировой войны года Лос-Аламос стали покидать ученые, возвращаясь к своим прежним научным работам. Сменивший Роберта Оппенгеймера на посту научного директора Лос-Аламосской лаборатории Норрис Брэдбери еще 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 все финансироваться.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Дэвид Скиннер. The Age of Female Computers  (англ.) на сайте thenewatlantis.com
  2. 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.
  3. Судьба конголезского урана // Atomic-energy.ru (Архивировано)
  4. Igniting the Light Elements: The Los Alamos Thermonuclear Weapon Project, 1942-1952 - by Anne C. Fitzpatrick, 2013,p.66

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]