Manhattan Project, Yhdysvaltain hallituksen tutkimusprojekti (1942-45), joka tuotti ensimmäiset atomipommit.
Jack Aeby/Los Alamos National Laboratory
mikä johti Manhattan-projektiin?
vuonna 1939 yhdysvaltalaiset tiedemiehet, joista monet olivat paenneet fasistihallintoja Eurooppaan, olivat tietoisia ydinfission edistymisestä ja olivat huolissaan siitä, että natsi-Saksa saattaisi kehittää ydinaseen. Fyysikot Leo Szilard ja Eugene Wigner suostuttelivat Albert Einsteinin lähettämään kirjeen Yhdysvaltain presidentille. Franklin D. Roosevelt varoitti häntä tästä vaarasta ja neuvoi häntä perustamaan amerikkalaisen ydintutkimusohjelman. Vastatoimena perustettiin uraania käsittelevä neuvoa-antava komitea. Projektin alku voitaisiin ajoittaa 6. joulukuuta 1941 perustettuun Office of Scientific Research and Development-virastoon, jota johti Vannevar Bush.
ketkä olivat tärkeimmät Manhattan-projektiin liittyneet tutkijat?
yhdysvaltalainen fyysikko J. Robert Oppenheimer johti projektia atomipommin kehittämiseksi, ja Edward Teller oli ensimmäisten projektiin värvättyjen joukossa. Leo Szilard ja Enrico Fermi rakensivat ensimmäisen ydinreaktorin. Ernest Orlando Lawrence oli ohjelmapäällikkö, joka vastasi uraani-235: n erottamisen sähkömagneettisen prosessin kehittämisestä. Muita merkittäviä tutkijoita olivat Otto Frisch, Niels Bohr, Felix Bloch, James Franck, Emilio Segrè, Klaus Fuchs, Hans Bethe ja John von Neumann. Hanketta valvonut henkilö ei kuitenkaan ollut tiedemies. Hän oli prikaatikenraali Leslie R. Groves.
mitä Manhattan-projekti teki?
Manhattan-projekti valmisti ensimmäisen atomipommin. Useita tutkimuslinjoja tehtiin samanaikaisesti. Oak Ridgessä Tennesseessä tutkittiin sekä sähkömagneettisia että fuusiomenetelmiä fissioituvan uraani-235: n erottamiseksi uraani-238: sta. Plutonium-239: n valmistusta jatkettiin Chicagon yliopistossa Hanford Engineer Worksissa Washingtonissa. Sillä välin Los Alamosissa New Mexicossa tiedemiehet keksivät keinon saada fissiokelpoinen aine ylikriittiseen massaan (ja siten räjähdykseen) ja valvoa sen ajoitusta, ja keksivät aseen sen majoittamiseksi. Ensimmäinen koe 16. heinäkuuta 1945 Alamogordon lentotukikohdassa New Mexicossa aiheutti valtavan ydinräjähdyksen.
mitkä olivat Manhattan-projektin välittömät ja pitkäaikaiset tulokset?
vaikka monet fyysikot vastustivat atomipommin varsinaista käyttöä, U. S. Pres. Harry S. Truman uskoi pommin taivuttavan Japanin antautumaan ilman Yhdysvaltain hyökkäystä, ja 6. elokuuta 1945 Hiroshimaan pudotettiin atomipommi, joka tappoi välittömästi ainakin 70 000 ihmistä (kymmeniätuhansia kuoli myöhemmin säteilymyrkytykseen). Kolme päivää myöhemmin Nagasakiin pudotettiin pommi. Sen jälkeen yhä useammat maat ovat tulleet siihen tulokseen, että ydinaseiden hallussapito on paras tapa taata niiden turvallisuus, vaikka niiden pelätään lisäävän ydinaseiden käytön mahdollisuuksia.
amerikkalaiset tiedemiehet, joista monet olivat pakolaisia Euroopan fasistisista hallinnoista, ryhtyivät vuonna 1939 organisoimaan hanketta, jonka tarkoituksena oli hyödyntää vastikään tunnustettua fissioprosessia sotilaallisiin tarkoituksiin. Ensimmäisen yhteyden hallitukseen otti G. B. Pegram Columbian yliopistosta, joka järjesti Enrico Fermin ja laivastoministeriön välisen konferenssin maaliskuussa 1939. Kesällä 1939 tutkijakollegansa taivuttelivat Albert Einsteinin käyttämään vaikutusvaltaansa ja esittelemään Pres: lle hallitsemattoman fissioketjureaktion sotilaallisen potentiaalin. Franklin D. Roosevelt. Helmikuussa 1940 annettiin 6 000 dollaria tutkimuksen aloittamiseen National Bureau of Standardsin (myöhemmin National Institute of Standards and Technology) johtajan L. J. Briggsin johtaman komitean valvonnassa. Joulukuuta 1941 Vannevar Bushin johtaman Office of Scientific Research and Development-viraston alaisuuteen.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Yhdysvaltain liityttyä toiseen maailmansotaan sotaministeriö sai yhteisvastuun hankkeesta, koska vuoden 1942 puoliväliin mennessä oli selvää, että Yhdysvaltain olisi rakennettava valtava määrä koelaitoksia, laboratorioita ja tuotantolaitoksia. Armeijan pioneerijoukot, jotta kootut tiedemiehet voisivat suorittaa tehtävänsä. Kesäkuussa 1942 Corps of Engineers’ Manhattan District määrättiin aluksi johtamaan rakennustöitä (koska suuri osa varhaisista tutkimuksista oli tehty Columbian yliopistossa Manhattanilla), ja syyskuussa 1942 prikaatikenraali Leslie R. Groves asetettiin vastaamaan kaikista hankkeeseen liittyvistä armeijan toimista (pääasiassa insinööritoiminnasta). ”Manhattan Projectista” tuli koodinimi koko maahan ulottuvalle tutkimustyölle.
Los Alamos National Laboratory
vuonna 1940 tiedettiin, että saksalaiset tutkijat olivat tekemässä samankaltaista projektia ja että myös britit tutkivat ongelmaa. Syksyllä 1941 Harold C. Urey ja Pegram vierailivat Englannissa yrittäen perustaa yhteistyöpyrkimyksen, ja vuoteen 1943 mennessä perustettiin Yhdistyneen kuningaskunnan ja Kanadan kanssa yhdistetty politiikkakomitea. Tuona vuonna joukko noiden maiden tiedemiehiä muutti Yhdysvaltoihin liittyäkseen siellä hankkeeseen.
jotta hanke onnistuisi nopeasti, oli useita tutkimus-ja kehityslinjoja jatkettava samanaikaisesti ennen kuin oli varmaa, onnistuuko yksikään. Tämän jälkeen räjähdysaineet oli valmistettava ja niistä oli tehtävä sopivia käytettäväksi varsinaisessa aseessa.
uraani-235: tä, oletetun pommin olennaista fissioituvaa komponenttia, ei voida erottaa luonnollisesta kumppanistaan, paljon runsaammasta uraani-238: sta, kemiallisin keinoin; näiden isotooppien atomit on pikemminkin erotettava toisistaan fysikaalisin keinoin. Useita fysikaalisia menetelmiä tämän tekemiseksi tutkittiin intensiivisesti, ja valittiin kaksi: sähkömagneettinen prosessi, joka kehitettiin Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä Ernest Orlando Lawrencen johdolla, ja diffuusioprosessi, joka kehitettiin Ureyn johdolla Columbian yliopistossa. Molemmat prosessit ja erityisesti diffuusiomenetelmä vaativat suuria, monimutkaisia laitoksia ja valtavia määriä sähkövoimaa, jotta pienetkin määrät erotettua uraani-235: tä voitiin tuottaa. Philip Hauge Abelson kehitti kolmannen menetelmän nimeltä terminen diffuusio, jota käytettiin jonkin aikaa myös alustavan erotuksen aikaansaamiseksi. Nämä menetelmät otettiin tuotantoon 180 neliökilometrin laajuisella alueella lähellä Knoxvilleä Tennesseessä, joka tunnettiin alun perin nimellä The Clinton Engineer Works, myöhemmin nimellä Oak Ridge.
Encyclopædia Britannica, Inc.
halkeamiskelpoisen plutonium-239: n valmistamiseen oli käytettävissä vain yksi menetelmä. Se kehitettiin Chicagon yliopiston metallurgisessa laboratoriossa Arthur Holly Comptonin johdolla ja siihen liittyi transmutaatio uraani-238: n reaktorikasassa. Joulukuussa 1942 Fermi onnistui vihdoin tuottamaan ja ohjaamaan fissioketjureaktion tässä reaktorikasassa Chicagossa.
National Archives and Records Administration (ARC Identifier 542144)
plutonium-239: n suurtuotanto edellytti suurikokoisen ja tehoisen reaktorin rakentamista, joka vapauttaisi noin 25 000 kilowattituntia lämpöä jokaista tuotettua plutoniumgrammaa kohti. Siihen kuului kemiallisten uuttomenetelmien kehittäminen, jotka toimisivat olosuhteissa, joita ei ole koskaan ennen koettu. Välivaihe tämän menetelmän käyttöönotossa otettiin rakentamalla keskikokoinen reaktori Oak Ridgeen. Suurtuotantoreaktorit rakennettiin eristetylle 2 600 neliökilometrin alueelle Columbia – joelle Pascon pohjoispuolella Washingtonissa-The Hanford Engineer Works.
ennen vuotta 1943 itse pommin suunnittelu ja toiminta oli pitkälti teoreettista, joka perustui useissa eri paikoissa tehtyihin perusteellisiin kokeisiin. Tuona vuonna perustettiin J. Robert Oppenheimerin johtama laboratorio syrjäiselle mesalle Los Alamosiin New Mexicoon, 55 kilometriä Santa Festä pohjoiseen. Tämän laboratorion oli kehitettävä menetelmiä tuotantolaitosten halkeamiskelpoisten tuotteiden pelkistämiseksi puhtaaksi metalliksi ja metallin valmistamiseksi vaadittuihin muotoihin. Oli kehitettävä menetelmiä fissiokelpoisen materiaalin nopeaan kokoamiseen ylikriittisen massan (ja siten ydinräjähdyksen) aikaansaamiseksi, ja lisäksi oli rakennettava toimiva ase, joka pudotettaisiin lentokoneesta ja sulatettaisiin räjähtämään oikealla hetkellä ilmassa kohteen yläpuolella. Useimmat näistä ongelmista oli ratkaistava ennen kuin mitään merkittävää määrää fissiokelpoista materiaalia voitiin tuottaa, jotta ensimmäiset riittävät määrät voitiin käyttää taistelurintamalla mahdollisimman vähällä viiveellä.
Los Alamos National Laboratory, New Mexico
kesään 1945 mennessä Hanfordin tehtailta oli saatu riittävästi plutonium-239: ää ydinräjähdyksen tuottamiseen, ja aseiden kehitys ja suunnittelu oli niin pitkällä, että varsinainen ydinräjähteen kenttäkoe voitiin ajoittaa. Tällainen testi ei ollut yksinkertainen asia. Oli koottava monimutkaisia ja monimutkaisia laitteita, jotta onnistumisen tai epäonnistumisen täydellinen diagnoosi voitiin tehdä. Tähän mennessä Manhattan-projektiin hyväksytty alkuperäinen 6 000 dollaria oli kasvanut 2 miljardiin dollariin.
ensimmäinen atomipommi räjähti 16.heinäkuuta 1945 kello 5.30 Alamogordon lentotukikohdassa 120 mailia (193 kilometriä) Albuquerquesta etelään New Mexicossa. Se räjäytettiin tieteellisten laitteiden ympäröimän terästornin päällä, ja etävalvonta tapahtui 10 000 metrin päässä olevien tutkijoiden ja muutaman arvovieraan miehittämissä bunkkereissa. Räjähdys tuli voimakkaana valonvälähdyksenä, äkillisenä lämpöaaltona ja myöhemmin valtavana jylinänä, kun paineaalto ohitti ja kaikui laaksossa. Tulipallo nousi nopeasti, ja sitä seurasi sienipilvi, joka ulottui 12 200 metrin korkeuteen. Pommi tuotti räjähdysvoiman, joka vastasi 15 000-20 000 tonnia trinitrotolueenia (TNT); torni höyrystyi täysin ja ympäröivä aavikon pinta sulautui lasiin 800 metrin säteellä (730 metriä). Seuraavassa kuussa kaksi muuta projektin valmistamaa atomipommia, joista ensimmäinen käytti uraani-235: tä ja toinen plutoniumia, pudotettiin Japanin Hiroshimaan ja Nagasakiin.
Courtesy of Los Alamos National Laboratory, New Mexico