Projekt Manhattan, rządowy projekt badawczy USA (1942-45), który wyprodukował pierwsze bomby atomowe.
co doprowadziło do projektu Manhattan?
w 1939 roku amerykańscy naukowcy, z których wielu uciekło przed faszystowskimi reżimami w Europie, byli świadomi postępów w rozszczepieniu jądrowym i obawiali się, że nazistowskie Niemcy mogą opracować broń jądrową. Fizycy Leo Szilard i Eugene Wigner przekonali Alberta Einsteina do wysłania listu do USA. Franklin D. Roosevelt ostrzegł go przed tym niebezpieczeństwem i doradził mu utworzenie amerykańskiego programu badań jądrowych. W odpowiedzi powołano Komitet Doradczy ds. uranu. Początek projektu można datować na 6 grudnia 1941 roku, wraz z utworzeniem Biura Badań Naukowych i rozwoju, na czele którego stanął Vannevar Bush.
kim byli najważniejsi naukowcy związani z projektem Manhattan?
amerykański fizyk J. Robert Oppenheimer kierował projektem opracowania bomby atomowej, a Edward Teller był jednym z pierwszych zwerbowanych do projektu. Leo Szilard i Enrico Fermi zbudowali pierwszy reaktor jądrowy. Ernest Orlando Lawrence był szefem programu odpowiedzialnym za rozwój elektromagnetycznego procesu oddzielania uranu-235. Inni znani badacze to Otto Frisch, Niels Bohr, Felix Bloch, James Franck, Emilio Segrè, Klaus Fuchs, Hans Bethe i John von Neumann. Osoba, która nadzorowała projekt, nie była jednak naukowcem. Był nim gen. bryg. Leslie R. Groves.
co zrobił Projekt Manhattan?
Projekt Manhattan wyprodukował pierwszą bombę atomową. Równolegle prowadzono kilka kierunków badań. W Oak Ridge w Tennessee zbadano zarówno metody elektromagnetyczne, jak i fuzji rozdzielające rozszczepialny uran-235 od uranu-238. Produkcja plutonu-239, po raz pierwszy osiągnięta na Uniwersytecie w Chicago, była kontynuowana w Hanford Engineer Works w Waszyngtonie. W międzyczasie w Los Alamos w Nowym Meksyku naukowcy znaleźli sposób na doprowadzenie materiału rozszczepialnego do masy nadkrytycznej (a tym samym eksplozji) i kontrolowanie czasu i opracowali broń do jego przechowywania. Pierwszy test, 16 lipca 1945 roku, w Bazie Lotniczej Alamogordo w Nowym Meksyku, spowodował masową eksplozję jądrową.
jakie były natychmiastowe i długoterminowe rezultaty projektu Manhattan?
chociaż wielu fizyków było przeciwnych faktycznemu użyciu bomby atomowej, U. S. Pres. Harry S. Truman wierzył, że bomba przekona Japonię do kapitulacji bez konieczności amerykańskiej inwazji, a 6 sierpnia 1945 roku bomba atomowa została zrzucona na Hiroszimę, zabijając natychmiast co najmniej 70 000 ludzi (dziesiątki tysięcy kolejnych zmarło później z powodu napromieniowania). Trzy dni później na Nagasaki zrzucono bombę. Od tego czasu coraz większa liczba krajów doszła do wniosku, że posiadanie broni jądrowej jest najlepszym sposobem zagwarantowania ich bezpieczeństwa, pomimo obaw, że proliferacja jądrowa zwiększa szanse na użycie takiej broni.
amerykańscy naukowcy, wielu z nich to uchodźcy z faszystowskich reżimów w Europie, podjęli w 1939 roku kroki w celu zorganizowania projektu wykorzystania nowo uznanego procesu rozszczepienia do celów wojskowych. Pierwszy kontakt z rządem nawiązał G. B. Pegram z Uniwersytetu Columbia, który w marcu 1939 zorganizował konferencję między Enrico Fermi a Departamentem Marynarki Wojennej. Latem 1939 roku Albert Einstein został namówiony przez kolegów naukowców do wykorzystania swoich wpływów i zaprezentowania potencjału militarnego niekontrolowanej reakcji łańcuchowej rozszczepienia na Pres. Franklin D. Roosevelt. W lutym 1940 roku udostępniono 6000 dolarów na rozpoczęcie badań pod nadzorem Komitetu kierowanego przez L. J. Briggsa, dyrektora National Bureau of Standards (później National Institute of Standards and Technology). 6 grudnia 1941 roku projekt został przekazany pod kierownictwo Biura Badań Naukowych i rozwoju, na czele którego stanął Vannevar Bush.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Po wejściu Stanów Zjednoczonych do II Wojny Światowej Departament Wojny otrzymał wspólną odpowiedzialność za projekt, ponieważ w połowie 1942 roku było oczywiste, że wiele zakładów pilotażowych, laboratoriów i zakładów produkcyjnych musi zostać zbudowanych przez USA. Korpus Armijny inżynierów, aby zebrani naukowcy mogli wykonać swoją misję. W czerwcu 1942 r.Korpus inżynierów dzielnicy Manhattan został początkowo przydzielony do zarządzania pracami budowlanymi (ponieważ większość wczesnych badań przeprowadzono na Uniwersytecie Columbia na Manhattanie), a we wrześniu 1942 r. gen. bryg. Leslie R. Groves został wyznaczony do kierowania wszystkimi działaniami wojskowymi (głównie działaniami inżynieryjnymi) związanymi z projektem. „Projekt Manhattan” stał się kryptonimem prac badawczych, które rozciągałyby się na cały kraj.
Los Alamos National Laboratory
w 1940 roku wiadomo było, że niemieccy naukowcy pracują nad podobnym projektem, a Brytyjczycy również badają problem. Jesienią 1941 roku Harold C. Urey i Pegram odwiedzili Anglię, aby podjąć próbę utworzenia wspólnego wysiłku, a w 1943 roku utworzono połączony komitet polityczny z Wielką Brytanią i Kanadą. W tym samym roku wielu naukowców z tych krajów przeniosło się do Stanów Zjednoczonych, aby dołączyć do tamtejszego projektu.
Jeśli projekt miał szybko osiągnąć sukces, kilka linii badań i rozwoju musiało być prowadzonych jednocześnie, zanim było pewne, czy któryś z nich może odnieść sukces. Materiały wybuchowe musiały być następnie produkowane i nadawać się do użycia w rzeczywistej broni.
Uran-235, podstawowy rozszczepialny Składnik postulowanej bomby, nie może być oddzielony od jej naturalnego towarzysza, znacznie obfitszego uranu-238, środkami chemicznymi; Atomy tych odpowiednich izotopów muszą być raczej oddzielone od siebie środkami fizycznymi. Kilka metod fizycznych, aby to zrobić, zostało intensywnie zbadanych i wybrano dwa – proces elektromagnetyczny opracowany na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley pod kierunkiem Ernesta Orlando Lawrence ’ a i proces dyfuzji opracowany pod kierunkiem Ureya na Uniwersytecie Columbia. Oba te procesy, a zwłaszcza metoda dyfuzji, wymagały dużych, złożonych urządzeń i ogromnych ilości energii elektrycznej do wytworzenia nawet niewielkich ilości oddzielonego uranu-235. Philip Hauge Abelson opracował trzecią metodę zwaną dyfuzją termiczną, która była również stosowana przez pewien czas do wstępnego oddzielenia. Metody te zostały wprowadzone do produkcji na 70 mil kwadratowych (180 km kwadratowych) traktu w pobliżu Knoxville, Tennessee, pierwotnie znany jako Clinton Engineer Works, później jako Oak Ridge.
Encyclopædia Britannica, Inc.
do produkcji materiału rozszczepialnego plutonu-239 dostępna była tylko jedna metoda. Został opracowany w laboratorium metalurgicznym Uniwersytetu w Chicago pod kierunkiem Arthura Holly Comptona i obejmował transmutację w stosie reaktora uranu-238. W grudniu 1942 Fermi wreszcie udało się wyprodukować i kontrolować reakcję łańcuchową rozszczepienia w tym stosie reaktora w Chicago.
produkcja ilościowa plutonu-239 wymagała budowy reaktora o dużych rozmiarach i mocy, który uwolniłby około 25 000 kilowatogodzin ciepła na każdy gram produkowanego plutonu. Wiązało się to z opracowaniem procedur ekstrakcji chemicznej, które działały w warunkach nigdy wcześniej nie spotykanych. Pośredni krok w wprowadzeniu tej metody do produkcji podjęto przy budowie średniej wielkości reaktora w Oak Ridge. Reaktory produkcyjne na dużą skalę zostały zbudowane na odizolowanym odcinku o powierzchni 1000 mil kwadratowych (2600 km kwadratowych) na rzece Columbia na północ od Pasco w stanie Waszyngton-Hanford Engineer Works.
przed 1943 rokiem prace nad zaprojektowaniem i funkcjonowaniem samej bomby były w dużej mierze teoretyczne, oparte na fundamentalnych eksperymentach przeprowadzonych w wielu różnych miejscach. W tym samym roku na odizolowanym mesa w Los Alamos w Nowym Meksyku, 34 mil (55 km) na północ od Santa Fe, powstało laboratorium kierowane przez J. Roberta Oppenheimera. Laboratorium to musiało opracować metody redukcji rozszczepialnych produktów zakładów produkcyjnych do czystego metalu i wytwarzania metalu do wymaganych kształtów. Trzeba było opracować metody szybkiego łączenia ilości materiału rozszczepialnego w celu osiągnięcia masy nadkrytycznej (a tym samym wybuchu jądrowego), wraz z rzeczywistą konstrukcją dostarczalnej broni, która byłaby zrzucana z samolotu i łączona w celu zdetonowania w odpowiednim momencie w powietrzu nad celem. Większość z tych problemów musiała zostać rozwiązana przed wyprodukowaniem znacznej ilości materiału rozszczepialnego, tak aby pierwsze odpowiednie ilości mogły być użyte na froncie walki z minimalnym opóźnieniem.
dzięki uprzejmości Los Alamos National Laboratory, New Mexico
latem 1945 r.w zakładach Hanford dostępne były ilości plutonu-239 wystarczające do wytworzenia wybuchu jądrowego, a rozwój i projektowanie broni były wystarczająco zaawansowane, aby można było zaplanować rzeczywistą próbę polową materiału wybuchowego. Taki test nie był prostą sprawą. Skomplikowany i złożony sprzęt musiał zostać zmontowany, aby można było uzyskać pełną diagnozę sukcesu lub porażki. Do tego czasu oryginalne 6000 dolarów autoryzowanych na Projekt Manhattan wzrosło do 2 miliardów dolarów.
pierwsza bomba atomowa eksplodowała o 5:30 rano 16 lipca 1945 roku w Bazie Lotniczej Alamogordo 120 mil (193 km) na południe od Albuquerque w stanie Nowy Meksyk. Został zdetonowany na szczycie stalowej wieży otoczonej sprzętem naukowym, a Zdalne monitorowanie odbywało się w bunkrach zajmowanych przez naukowców i kilku dygnitarzy oddalonych o 10 000 jardów (9 km). Wybuch nastąpił jako intensywny błysk światła, nagła Fala ciepła, a później ogromny ryk, gdy fala uderzeniowa przeszła i odbiła się echem w dolinie. Kula ognia gwałtownie wzrosła, a następnie Chmura grzybów rozciągająca się na 40 000 stóp (12 200 metrów). Bomba generowała energię wybuchową równą 15 000 do 20 000 ton trinitrotoluenu (TNT); wieża została całkowicie wyparowana, a otaczająca Pustynna powierzchnia stopiła się ze szkłem w promieniu 800 jardów (730 metrów). W następnym miesiącu na Hiroszimę i Nagasaki w Japonii zrzucono dwie inne bomby atomowe wyprodukowane w ramach projektu, pierwszą wykorzystującą uran-235 i drugą wykorzystującą Pluton.
Courtesy of Los Alamos National Laboratory, New Mexico