.

Создание ядерного оружия - Манхэттенский проект

Хронология событий.

    18 Июня 1942 полковник Джеймс Маршалл (James Marshall) получает приказ организовать производственную базу для объединения усилий ученых и инженеров по созданию ядерного оружия. Новая организация была создана в августе и получила название "Manhattan Engeineer District", в последствии просто "The Manhattan Project".

    17 Сентября 1942 руководителем проекта был назначен полковник Лесли Ричард Грувс (Leslie Richard Groves). Собственно с этого дня и можно начинать отсчет активной фазы работ, которые будут продолжаться последующие три года. Будучи опытным адимистратором, после своего назначения Грувс развернул бурную деятельность.
Грувс

    18 Сентября 1942 отдается распоряжение о вывозе с острова Стейтен (Staten) 1250 тонн конголезской урановой руды, принадлежащей Бельгии и на следующий день - о покупки 52000 акров земли под будущее производство в Ок- Ридж (Oak Ridge). 23 Сентября Грувс повышается в звании до бригадного генерала, а 26 он получает наивысший приоритет для своего проекта.

Еще в апреле 1942 Энрико Ферми в Чикаго преступил к разработке первого в мире исследовательского ядерного реактора. В течении осени программа производства делящихся материалов для него передается от ученых промышленным корпорациям - DuPont и Kellog Corp. Грувс настаивает на немедленном начале подготовительных работ, несмотря на то, что окончательно проект получения делящихся веществ еще не был доведен до конца.

    15 Октября 1942 Грувс предлагает профессору физики университета Беркли Роберту Оппенгеймеру, проявившему свои административные способности в ходе работы над предшествовавшей Манхэттенскому проекту программе S-1, возглавить "проект Y", новый головной исследовательский центр по разработке ядерного оружия. Место его строительства было утверждено 16 ноября - местечко под Лос-Аламосом, штат Нью-Мексико.
Оппенгеймер

Властность и манера общения Грувса не снискали ему множество друзей среди ученых. Однако с Опеенгеймером у него сложились хорошие отношения, каждый из них понимал, как важен другой для проекта в целом.

    1 Декабря 1942 после 17 дневной круглосуточной работы группа Ферми закончила создание реактора CP-1, способного к осуществлению цепной реакции. Он содержал 36.6 тонны оксида урана, 5.6 тонн металлического урана и 350 тонн графита.

    2 Декабря 1942 в 15:49 на CP-1 состоялась первая цепная реакция, тепловая мощность которой составила 0.5 ватт. Позднее, мощность при которой реакция оставалась управляемой, была повышена до 200 ватт.

    Январь 1943 - на базе производства в Хэнфорде (Hanford) (780 квадратных миль земли близ реки Колумбия) начинают создаваться реакторы по производству плутония и предприятие по его обогащению и доведению до оружейного качества.

    Март 1943 - по мере прибытия персонала, начинает свою работу исследовательский центр в Лос-Аламосе.

    До конца 1943 года продолжалось создание плутониего производства в Хэнфорде и завода по обогащению урана (путем газовой диффузии и электромагнитной сепарации) в Ок- Ридж. Так же, в это время в Ок- Ридж строится большой исследовательский реактор X-10, на нем будет синтезироваться плутоний для проведения дальнейших исследований.
В Лос-Аламосе продолжалась разработка пушечной конструкции бомбы, в которой два куска делящегося вещества сближаются друг с другом, составляя критическую массу. Работы по другому принципу получения критической массы, за счет имплозии (направленному внутрь взрыву, резко увеличивающему плотность делящего вещества), набирают обороты к середине года. схемы построения зарядов

    Осенью 1943 происходят первые неудачные попытки начать крупномасштабное производство U-235 на электромагнитном сепараторе "Альфа". В конце года начинается коренная модернизация установки.

Осенью был начат проект Альберта (Alberta), целью которого было создание армейского подразделения, способного обеспечить боевое применения ядерного оружия. Для этого предусматривалось изменение бомбардировщиков, обучение и подготовка их экипажей.

    В 1944 году одновременно велись работы по трем направлениям:
I.Разработка бомб.
II.Получение U-235 и Pu-239 в промышленных масштабах.
III.Подготовка к боевому использованию.

    В январе 1944 года основной проблемой, с которой пришлось столкнуться, оказалась сложность создания мембран для газовых диффузионных установок K-25 в Ок-Ридж. Перспективы создания таких мембран на тот момент были туманны, поэтому Грувс приостанавливает работы по их созданию на неопределенный срок.
K-25
предприятие по обогащению U-235 K-25

В это время Абельсон (Abelson), разрабатывавший способ обогащения урана при помощи термодиффузии, узнает о проблемах с K-25 и предлагает Оппенгеймеру воспользоваться его методом.

    5 Апреля 1944 из Ок- Ридж прибывает первая партия плутония, произведенного в реакторе X-10. Эмилио Сегр (Emilio Segre) сразу же начинает исследование интенсивности спонтанного деления ядер плутония. 15 Апреля он сообщает, что по предварительной оценке интенсивность деления слишком велика для построения бомбы на основе соединения двух частей критической массы. Однако информации недостаточно, и измерения продолжаются.

    В середине мая 1944, спустя полгода после начала усиленных исследований, наметился некоторый прогресс в создании имплозионного дизайна плутониевой бомбы. После нескольких реорганизаций количество задействованных в этой программе специалистов возросло. Новые вычислительные машины IBM, а кроме того, двое английских ученых, Джеффри Тэйлор и Джэймс Так (Geoffry Taylor, James Tuck), внесли серьезный вклад в проект. Тэйлор указал на проблему нестабильности при имплозии (особенно нестабильности Рэлея-Тейлора), а Так высказал идею взрывных линз, как средство для формирования волны детанационного фронта.

    3 Июня 1944 после посещения производства по обогащению урана в Навальской исследовательской лаборатории (Naval research laboratory) специальная экспертная группа рекомендовала строительство такого же для снабжения электромагнитного сепаратора в Ок- Ридж.

    18 Июня 1944 Грувс заключает контракт на строительство в трехмесячный срок жидкостной термодиффузионной обогатительной установки S-50.

    4 Июля 1944 Опенгеймер докладывает коллегам окончательные результаты измерений числа спонтанных делений атомов плутония - 50 делений/кг*с - это более чем в 100 раз выше предполагавшегося уровня, слишком много для ружейного варианта построения заряда.
    Это открытие было поворотным пунктом для Лос-Аламоса, Манхэттенского проекта и в конечном счете, для всех послевоенных работ. Проект пушечной схемы для плутония оказался непригоден, и Оппенгеймер перебрасывает все силы на продолжение разработки имплозионного варианта. Проведение аналитических расчетов заменялось, там где это возможно, численными методами.
    За следующий год новая технология формирования детонационного фронта будет создана, сделана надежной, по ходу решиться большое количество не только инженерных, но и научных проблем.

    20 Июля 1944 руководство Лос-Аламоса приняло решение о привлечении всех доступных ресурсов на плутониевый проект. Вместо существующего положения дел, когда все организовывалось вокруг отдельных научных или инженерных задач, теперь работы велись в применимости к ружейной и имплозонной схемам построения зарядов, причем последней уделялось особое внимание. Реорганизация завершилась менее чем в две недели.

    Август 1944. Грувс делает первый прогноз даты завершения проекта, предположительно - середина весны 1945.
ВВС начали модернизацию 17 бомбардировщиков B-29 в качестве носителей атомного оружия.

    Сентябрь 1944 оказался трудным месяцем:
    Газовая диффузионная установка K-25 была наполовину завершена, однако по-прежнему не был решен вопрос с мембранами для нее.
    Электоромагнитный сепаратор Y-12 функционировал с КПД 0.05%.
    Жидкостная термодиффузионная установка S-50 в Ок- Ридж частично функционировала, но утечки в ней мешали развить достаточную мощность.
    Имелся лишь один рабочий проект ядерной бомбы - ружейный урановый вариант, правда общее количество высокообогащенного U-235 на тот момент составляло всего несколько граммов и отсутствовали проверенные методы получения его в достаточных количествах.
    Производство плутония еще не начиналось, правда прогнозы на этот счет вселяли оптимизм. Ситуация отражала урановую с точностью до наоборот: имелся способ получения в достаточных количествах плутония, но не существовало отработанной схемы построения бомбы на основе него.
Y-12
предприятие по обогащению U-235 Y-12
Alpha
Alpha - первый ускоритель на Y-12
Beta
Beta - второй ускоритель на Y-12
пост управления
пост управление ускоротилем Alpha

Проект "Альберта" перешел в новую фазу, когда подполковник ВВС Пол Тиббетс (Paul Tibbets) начал организацию подразделения 509, которому предстояло использовать атомное оружие. Это подразделение существует и по сей день, как стратегическое бомбардировочное соединение ВВС США.

    26 Сентября 1944 первый полноразмерный реактор для производства плутония "B-pile" был закончен и загружен ураном. Он содержал около 200 тонн металлического урана, 1200 тонн графита и охлаждался водой со скоростью 5 кубометров/мин. Его расчетная мощность - 250 Мвт, и 6 кг плутония в месяц. Но без сюрпризов здесь не обошлось. В этот день Э. Ферми дал команду на запуск. После нескольких часов работы на 100 МВт мощность реактора самопроизвольно упала по необъяснимой причине, на следующий день мощность так же самопроизвольно возросла. Причина этого выяснилась через несколько дней и заключалась в том, что среди продуктов деления урана оказался газ Xe-135, являющийся активным поглотителем нейтронов. Он и вызывал снижение мощности. B-реактор, и строящиеся еще реакторы были модифицированы для преодоления этой трудности.

    27 Октября 1944 Оппенгеймер одобрил проведение будущего испытания в долине Джордана дел Муэрто (Jornada del Muerto), испытательный полигон Аламагордо (Alamagordo), штат Нью-Мексико. Грувс одобряет проект пятью днями позже.

    Конец 1944. К концу года положение дел таково:
    Y-12 выходит на производство 40 грамм/день высокообогащенного U-235 к ноябрю и 90 грамм/день к декабрю.
    В серединя декабря первые успешные испытания детонационных линз укрепляют уверенность в создании имплозионного проекта бомбы.
    17 Декабря начинает работать второй плутониевый реактор "D-pile". Настает время крупномасштабного производства плутония.
D-pile
реактор для производства плутония "D-pile" в Хэнфорде

    В 1945 году проект выходит на финишную прямую:
 
Январь 1945.
    Y-12 выходит на производство 204 грамм/день 80% U-235, достаточное количество материала (~40 кг) планируется получить к 1 июля.
    Диффузионные установки в K-25 получают пригодные к применению мембранны, загружаются гексафторидом урана и начинают работать.
    18 Января в эксперименте "Дракон", проводимом Фрисчем (Frisch), достигается критическая конфигурация делящегося вещества за счет быстрых нейтронов. Наибольший выход мощности составил 20 МВт за 3 мс, это подняло температуру на 6°C.
 
Февраль 1945.
    В Хэнфорде заработал еще один плутониевый реактор - F.
    Проект урановой бомбы полностью завершен и утвержден. Планируется развертывание и боевое использование единственного экземпляра бомбы.
    Плутоний прибывает из Хэнфорда.
    В качестве базы для атомной атаки выбирается тихоокеанский остров Тиниан.
    На совещании между Оппенгеймером, Грувсом и руководителями отделов Лос-Аламосской лаборатории, 28 февраля, обсуждается подход к устройству плутониевой бомбы.
 
Март 1945.
    Начинает функционировать термическая диффузионная установка S-50.
    5 Марта Оппенгеймер утверждает проект имплозионных линз для плутониего заряда.
    К середине месяца появляются первые результаты наблюдений сжатия при имплозии.
 
Апрель 1945.
    3 Апреля на Тиниане начинается подготовка к развертыванию 509 соединения ВВС США.
    11 Апреля Оппенгеймер сообщает об исполнении имплозионного сжатия в мини-тестах.
    12 Апреля президент Рузвельт умирает от инсульта.
    13 Апреля президент Труман ставится в известность о существовании проекта по созданию атомного оружия.
    25 Апреля Труман получает первый подробный отчет от Стимсона (Stimson) и Грувса.
    27 Апреля создается первоначальный список целей для бомбардировки. В него вкючались 17 целей, в том числе: бухта Токио (для демонстрации), Йокогама, Нагойа, Осака, Кобе, Хиросима, Кокура, Фукуока, Нагасаки, Сасебо. Многие позднее были исключены из списка, так-как подверглись сильной обычной бомбардировке.
 
Май 1945.
    7 Мая. В целях калибровки регистрирующего оборудования производится "100-тонный тест" - подрыв 108 тонн тротила/гексагена смешанного с радиок-тивными веществами суммарной активностью 1000 кюри. Взрыв производится в 730 м от места будущего испытания Gadget'а
    8 Мая. Капитуляция Германии.
    10 Мая. Список целей был сокращен до: Киото, Хиросима, Йокогама, арсенал в Кокуре.
    В середине мая Little Boy был готов к использованию, за исключением уранового ядра. Необходимое количество урана предполагается получить не позднее 1 августа.
    25 Мая. Вторжение на японский остров Кюсю назначено на 1 ноября.
    28 Мая. В коммитет по целям "Target Committe" входит подполковник Тиббетс (Tibbets). Согласно прогнозу Тиббетса к 1 января 1946 г. большинство японских городов будет уничтожены бомбардировками. Список возможных целей для атомного удара изменяется: Киото, Хиросима, Ниигата.
    30 Мая. Стимсон исключает Киото из списка предполагаемых целей.
 
Июнь 1945.
    10 Июня. 509 Авиазвено с доработанными для несения ядерного оружия B-29 начинает прибывать на о. Тиниан.
    24 Июня. Фрисч после критических испытаний подтверждает пригодность имплозионного ядра.
    На исходе месяца ЛиМэй (LeMay) оценивает, что 20-я воздушная армия уничтожит 60 крупных городов Японии к 1 октября.
 
Июль 1945. В этом месяце производятся последние приготовления к испытанию, получившего название "Тринити", проведение которого назначено на 16 июля на бомбовом полигоне Аламагордо, штат Нью-Мексико.
    3 Июля. Закончена отливка U-235 снаряда для Little Boy, 24 июля будет закончено изготовление урановой мишени. 6 Августа эта бомба будет использована при первой атомной бомбардировке в Хиросиме.
    7 Июля. Закончено изготовление взрывных линз для плутониевой бомбы.
    10 Июля. Лучшие из имеющихся линз выбираются для "Тринити".
    11 Июля. Начинается сборка атомного заряда "Gadget".
    12,13 Июля. Плутониевое ядро и остальные компоненты Gadget'а отправляются из Лос-Аламоса для окончательной сборки близ отметки 0 полигона. Сборка происходит 13 июля с 13:00 до 17:45. За это время устанавливаются взрывные линзы, урановый отражатель и плутониевое ядро.
    14 Июля. Происходит подъем Gadget'а на 30 метровую башню, установка и подключение детонаторов.
Little Boy по частям отправляется из Сан-Франциско на Тиниан.

16 Июля 1945. В 5:29:45 производится успешное испытание заряда "Gadget". Мощность взрыва: 20-22 кТ.


По материалам The High Energy Weapons Archive