«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.
Начало
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
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».
См. также: Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки
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.
Разработка плутониевой бомбы
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 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. 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 весной 1944 года за 3 недели выполнили 6-месячный объем работ. 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.
Безоболочечное ядерное взрывное устройство «Штучка» (Gadget) на основе плутония-239 и имплозивной схемы "Вариант III" было взорвано 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 надёжен.
Вариант этого устройства, оформленный в корпус авиабомбы «Толстяк» (Fat Man), был сброшен на Нагасаки 9 августа 1945 года.
После окончания войны
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 Лос-Аламос стали покидать учёные, возвращаясь к своим прежним научным работам. Сменивший Роберта Оппенгеймера на посту научного директора Лос-Аламосской лаборатории Норрис Брэдбери ещё 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.