ВМВ
13,1K subscribers

Путь к созданию ядерной бомбы. В цифрах и фактах. Интересных.

306 full reads

Масштабы Манхэттенского проекта и хронология событий. Или как строитель Пентагона и якобы агент коммунистов создавали атомную бомбу. Сомнительные инвестиции и все таки успех.

В предыдущей части,- Гровс оказался не первым руководителем проекта создания бомбы и кто её предложил создать.

Полковник Лесли Р. Гровс был способным быстро завершать крупные проекты (недавно он руководил строительством Пентагона, тогда крупнейшего офисного здания в мире). Гроувс также был непопулярным офицером с репутацией высокомерного и беспощадного человека. Позже он писал, что его первоначальный инструктаж был «чрезмерно оптимистичным». Основные исследования и разработки были завершены, и «вам просто нужно взять черновые чертежи, привести их в окончательную форму, построить несколько заводов и организовать оперативную группу и ваша работа будет завершена, и война закончится».

Приняв командование 17 сентября 1942 г., он немедленно "вступил в бой", подписав контракт на добычу радия в канадской Арктике и закупив 1250 тонн урановой руды, которыми располагали Соединенные Штаты, а также начав поставки из Бельгийского Конго.

Гровс также скупал недвижимость для строительства промышленных предприятий по производству U-235 в первые два дня работы. Через неделю, чтобы дать Гроувсу необходимые полномочия для продолжения его работы, армия повысила его до бригадного генерала.

Главными задачами на этапе работ были - получение практичных способов получения U235. А также запуск первого ураново-графитового недореактора, с различными сленговыми названиями -поленница, котел, свая и др.

В то время, как Гроувс оценивал методы и приступил к созданию установок для получения U-235, Энрико Ферми и его команда из Чикагского университета работали, чтобы определить, как лучше всего запустить и остановить цепную реакцию. В конце июля первая партия U-235 прибыла в лабораторию, а месяц спустя команда Ферми построила и испытала экспериментальный котел, эта работа приблизила самоподдерживающуюся цепную реакцию. Было ясно, что реактор больше возможен. Теперь цепная реакция была обеспечена. С сентября по ноябрь Ферми и его команда получили большие партии графита и 3 тонны урана. На заброшенной площадке для игры в сквош на стадионе Stagg Field при университете 16 ноября они начали строительство последней "сваи-котла", работая круглосуточно до финиша.

СР-1, так называлась последняя экспериментальная установка, была построена из графита и урана, который был у ученых. 2 декабря, Ферми и его команда снова собрались на площадке для игры в сквош. Артур Комптон, свидетель испытания, вспомнил, что когда он вошел в комнату, 20 ученых собрались на балконе, когда проводились последние проверки. Добровольцы (по прозвищу «отряд самоубийц») опасно расположились над реактором с ведрами жидкого кадмия, готовые пожертвовать собой, но, тем не менее, потушить огонь, залив его, если реакция не остановится. Незадолго до 03:20: вынули лишний графит и получили ожидаемый результат. Первая цепная реакция в U235 была достигнута.

Несмотря на то, что было произведено энергии, только чтобы зажечь небольшую лампочку, был сделан следующий важный шаг на заре атомной эры.

Карта схема США с объектами атомного проекта.
Карта схема США с объектами атомного проекта.

Ряд новых объектов, быстро санкционированных Гроувсом, начал возникать в изолированных местах по всей территории Соединенных Штатов для обработки U-235 и плутония в массовом масштабе, а в дикой местности Нью Мексики выросла новая сверхсекретная лаборатория для размещения ученых, которые будут проектировать и создавать оружие, которое будет использовать только что обработанный материал.

Для обогащения урана, Гроувс выбрал изолированное сельское поселение в Теннесси, чтобы построить электромагнитную и газодиффузионную установку. Рядом с рекой Клинч завод мог бы использовать мощную гидроэнергетику американского Управления долины Теннесси. Достаточно энергии, чтобы осветить город, потребовалось бы только для запуска электромагнитного процесса, поскольку Гровс намеревался построить самые большие в мире магниты для этой работы.

Новое здание под кодовым названием «Проект Х» выросло на 1100 акрах в 18 милях к северо-западу от Ноксвилла. Официально известный как Ок-Ридж, но его 79 000 жителей называли «Собачья пасть», это был «секретный город», которого не было на картах. На северо-западе Тихого океана, на берегу реки Колумия, предприятие по переработке плутония под кодовым названием «Проект W», Hanford Engineering Works, расположилось на территории резервации площадью 400 000 акров. В Хэнфорде работало 60 000 рабочих, которые построили его за год, а затем их заменили 17 000 человек - техников, которые производили плутоний, и их семьи.

Третий объект, «ПроектY», представлял собой централизованную лабораторию, которая могла бы справиться с разработкой и производством бомбы. Оппенгеймер, основываясь на своем опыте летней встречи с Гровсом, придумал идею лаборатории, чтобы положить конец неэффективности ряда команд в разных университетах, работающих над основными проблемами. Гроувс принял принцип работы новой лаборатории; 15 октября 1942 года он выбрал Оппенгеймера, чтобы возглавить ее, преодолев опасения своих офицеров службы безопасности, которые считали, что ученый из Беркли имеет неприемлемые взгляды, потому что боялись, что он в лучшем случае сочувствует коммунистам, а в худшем - настоящий нацистский агент- вот такой абсурд, творился в спецслужбах США тогда.

Лесли Ричард Гровс и Оппенгеймер, что то замышляют.
Лесли Ричард Гровс и Оппенгеймер, что то замышляют.

К тому времени, когда она будет завершена, лаборатория, построенная на изолированном холме в пустыне Нью-Мексико, станет еще одним секретным городом, в котором проживало 5 800 человек.

В конце 1942 года Ванневар Буш сказал президенту Рузвельту, что общая стоимость проекта атомной бомбы составит около 400 миллионов долларов. К моменту завершения проекта он стоил более чем в пять раз больше - в целом Соединенные Штаты потратили более 2 миллиардов долларов на Манхэттенский проект. В ценах 2021 года - это около 30-50 млрд. долл

Расходы на проект.Относительный масштаб и масштаб Манхэттенского проекта с августа 1942 года до его завершения в декабре 1946 года, как показано в людях (линейный график, шкала слева) и ежемесячных расходах (столбчатая диаграмма, шкала справа). Синий - строительные расходы, красный -исследование и производство, серый - всего расходы.
Расходы на проект.Относительный масштаб и масштаб Манхэттенского проекта с августа 1942 года до его завершения в декабре 1946 года, как показано в людях (линейный график, шкала слева) и ежемесячных расходах (столбчатая диаграмма, шкала справа). Синий - строительные расходы, красный -исследование и производство, серый - всего расходы.

Лаборатория, построенная на месте ранчо в Лос-Аламосе, была готова к заселению первоначальным составом ученых и их семей в конце марта 1943 года. За короткое время Оппенгеймер и Гровс поняли, что их первоначальные расчеты того, как нужно было много людей - сотня ученых - было сильно недооценено. С этого момента рост никогда не прекращался, так как в Лос-Аламосе постоянно расширялись новые рекруты и новые постройки.

Гроувс потребовал, чтобы рабочая бомба была готова летом 1945 года.

Чтобы сэкономить время, лаборатория одновременно начала работу над исследованиями и инженерными работами, необходимыми для разработки и создания бомбы, с ключевыми учеными и техническими специалистами, получившими даже дублирующие обязанности.

Изолированные, запертые за забором до конца войны, сотрудники лаборатории Лос-Аламоса приступили к выполнению своих задач.

Команда в Лос-Аламосе определила, что вероятны два метода активации атомной бомбы.

Процентное распределение персонала между подразделениями в Лос-Аламосе. Реорганизация в августе 1944 года объединила несколько отделов в междисциплинарные группы, сосредоточенные вокруг конкретных проблем. Сокращения разделов до реорганизации: Chem = Chemistry, Eng = Engineering, Ex = Experimental Physics, Theo = Теоретическая физика ,. Аббревиатуры после реорганизации: A = административный, CM = химия и металлургия, F = Fermi (подразделение которого изучало многие вопросы), G = гаджет, O = боеприпасы, R = исследования, Tr & A = Trinity и Alberta (тестирование и доставка). ), X = взрывчатые вещества.
Процентное распределение персонала между подразделениями в Лос-Аламосе. Реорганизация в августе 1944 года объединила несколько отделов в междисциплинарные группы, сосредоточенные вокруг конкретных проблем. Сокращения разделов до реорганизации: Chem = Chemistry, Eng = Engineering, Ex = Experimental Physics, Theo = Теоретическая физика ,. Аббревиатуры после реорганизации: A = административный, CM = химия и металлургия, F = Fermi (подразделение которого изучало многие вопросы), G = гаджет, O = боеприпасы, R = исследования, Tr & A = Trinity и Alberta (тестирование и доставка). ), X = взрывчатые вещества.

Первым было увеличение докритической таблетки обогащенного U-235 или плутония до большей подкритической массы, чтобы вызвать неконтролируемую цепную реакцию.

Вторым, хотя он казался маловероятным, был "имплозивный метод" сжатия массы U-235 или плутония путем использования управляемого взрыва обычной взрывчатки.

В то время, как ученые понимали теорию и физику, стало ясно, что требуется эксперт по боеприпасам и что нужен эксперт от военных. Основная проблема «пушечного метода» заключалась в том, что если две подкритические части не ударили бы достаточно быстро, бомба не взорвалась бы - она ​​произвела бы достаточно деления, чтобы разлететься на части, но не более того. Для нанесения достаточно сильного удара требовалось небольшое мощное орудие.

Военным экспертом, выбранным для этой работы, был капитан Уильям С. Парсонс, который начал свою военно-морскую карьеру в качестве артиллериста линкора, прежде чем отправиться на экспериментальную работу в Военно-морскую исследовательскую лабораторию (NRL). При Парсонсе, который прибыл сюда в июне 1943 года с женой и двумя дочерьми, началась работа над артиллерийским методом стрельбы бомбой - одним из аспектов проекта, который считался беспроигрышным вариантом.

 Уильям С. Парсонс. "Чем схема проще, тем надежней".
Уильям С. Парсонс. "Чем схема проще, тем надежней".

Команда из 200 экспертов по боеприпасам, Парсонс приступили к работе. В середине сентября команда произвела первый выстрел из многих в серии испытаний оружия, чтобы разработать миниатюрную высокоскоростную пушку, которая могла бы поместиться внутри бомбы, которая сама по себе была небольшой, чтобы поместиться в самолет.

В ноябре 1943 г. в лаборатории началось производство плутония в металлической форме. В то же время в Лос-Аламос начали прибывать британские ученые. После встречи между президентом Рузвельтом и премьер-министром Уинстоном Черчиллем в Кебеке соглашение о совместной работе и результатах программы создания бомбы вновь открыло двери, закрытые более чем годом ранее. Соглашение, подписанное 19 августа, оговаривало, что «мы никогда не будем использовать это агентство друг против друга», что «мы не будем использовать его против третьих лиц без согласия друг друга» и что «мы не будем передавать какую-либо информацию о Tube Alloys [кодовое название проекта атомной бомбы англичан] третьим сторонам, за исключением случаев взаимного согласия ».

Ключевые фигуры в первоначальном прорывном исследовании - лучшем в Великобритании - теперь присоединились к растущей команде в Лос-Аламосе. Среди них были Отто Фриш, Рудольф Пайерлс, Джеймс Чедвик, Уильям Пенни и молодой немецкий ученый-беженец Юаус Фукс.

Уран также оказался из Британского содружества, а не их Конго, продукт субарктических радиевых рудников в Порт-Радиум на берегу Большого Медвежьего озера. К моменту окончания войны американцы получили из Канады более 1500 тонн урана.

В начале 1944 г. работы по устройству пушечной бомбы продолжались, и к июлю 1944 г. проектирование было завершено. Однако растущие научные данные свидетельствуют о том, что такой принцип не будет работать с плутонием. Когда эта проблема решалась, работа в Ок-Ридже и Хэнфорде была сопряжена с рядом проблем. Неудачей окончилась попытка использовать магниты с 6000 тонн серебра ! из запасов Монетного двора США. Те самые, "самые большие магниты Гровса", и самые бесполезные.

К осени 1944 года производство U-235, которое должно было быть в тоннах, составляло менее нескольких фунтов. Существенные трудности ожидали при газодиффузном обогащении урана. Ценой значительной перестройки технологии и оборудования, проблему удалось в целом решить.

Синие - объекты правительства, оранжевые -научные центры, зеленые - субподрядчики- атомного проекта на 1945 г.Канадские объекты не все - главный - урановые и никелевые месторождения в Арктике.
Синие - объекты правительства, оранжевые -научные центры, зеленые - субподрядчики- атомного проекта на 1945 г.Канадские объекты не все - главный - урановые и никелевые месторождения в Арктике.

Производство плутония начиналось, и 26 сентября под наблюдением Энрико Ферми в Хэнфорде был запущен первый полномасштабный котел - теперь переименованный официально в «реактор». Затем, без предупреждения, реактор остановился на следующий день. Анализ проблемы вскоре обнаружил, что при делении выделяется ксенон-135, изотоп, который поглощает нейтроны даже лучше, чем U-238 или графит. Последовала еще одна дорогостоящая задержка, еще одна крупная сумма расходов. Реактор пришлось перепроектировать и перестроить, чтобы добавить больше «реактивности», чтобы преодолеть ксенон. 17 декабря 1944 г. изменения оказались эффективными, и в Хэнфорде началась полномасштабная наработка плутония.

Расходы по основным объектам проекта. 25 % расходов на электромагнитный завод - имели сомнительную окупаемость в проекте. Основные расходы были связаны со строительством производственных комплексов.
Расходы по основным объектам проекта. 25 % расходов на электромагнитный завод - имели сомнительную окупаемость в проекте. Основные расходы были связаны со строительством производственных комплексов.

В первые месяцы 1945 года успешное решение технологических задач и успех группы Парсона с пушечной задачей, убедили Оппенгеймера в том, что к лету того же года можно наработать достаточно U-235, чтобы построить одну урановую пушечную бомбу. Кроме того, было также ясно, что нацисты проиграли гонку по созданию атомной бомбы, они не достигли даже экспериментальных успехов американцев.

Источники :Nuclear Dawn - The Atomic Bomb from the Manhattan Project to the Cold War. James P. Delgado., https://lps.library.cmu.edu/ETHOS/article/id/22/

Окончание.