«Манге́ттенський проєкт» () — кодова назва програми розробки ядерної зброї у Сполучених Штатах Америки, здійснення якої формально почалося 13 серпня 1942 року. Перед цим, від 1939 року, дослідження проводив (S-1 Uranium Committee).
У проєкті брали участь вчені зі Сполучених Штатів Америки, Великої Британії, Німеччини та Канади. В рамках проєкту було створено три атомні бомби: плутонієву, що їй присвоєне власне ім'я «Триніті» (підірвана при першому ядерному випробуванні поблизу Аламогордо), уранову бомбу «Малюк» (скинута на Хіросіму 6 серпня 1945 року) і плутонієву бомбу «Товстун» (скинута на Нагасакі 9 серпня 1945 року). Проєктом керували американський фізик Роберт Оппенгеймер і генерал Леслі Гровз інженерного корпусу Армії США.
Щоб приховати призначення новоствореної структури, у складі військово-інженерних військ армії США було сформовано Мангеттенський інженерний округ (Manhattan Engineering District), а Гровза (на той час полковника) проведено в бригадні генерали і призначено командувачем цього округу.
У проєкті взяло участь близько 130 000 осіб, а його вартість склала майже 2 млрд доларів США. Більше 90 % витрат припадало на будівництво заводів і виробництво розщеплюваного матеріалу, а менше 10 % — на розробку та виробництво зброї. Дослідження та виробництво проходили на більш ніж 30 майданчиках у США, Великій Британії та Канаді. Проєкт також займався збором розвідданих німецького проєкту з виробництва ядерної зброї. У рамках місії «Алсос» персонал проєкту працював у Європі, іноді в тилу ворога, де збирав ядерні матеріали та документи, а також збирав німецьких учених.
Залучення найкращих наукових сил світу та величезних виробничих можливостей США дало змогу менш ніж за три роки створити перші у світі зразки ядерної зброї.
Однак, попри найсуворішу таємність проєкту, «атомні шпигуни» передали СРСР багато технічної інформації, яку було використано під час створення радянської атомної бомби.
Початок У серпні 1939 року фізики Лео Сілард і Юджин Вігнер склали так званий лист Ейнштейна Рузвельту, який містив попередження про можливу розробку нацистською Німеччиною надзвичайно потужної бомби нового типу. У зв'язку з цим автори листа закликали США забезпечити накопичення запасів уранової руди та фінансування досліджень Енріко Фермі та інших учених у галузі ланцюгових ядерних реакцій. Лист, підписаний Альбертом Ейнштейном, доставили президенту США Франкліну Рузвельту. Для дослідження проблем, порушених у листі Рузвельт призначив з Національного бюро стандартів головою . 1 листопада 1939 року комітет доповів Рузвельту, що використання урану дозволить створити зброю, руйнівна сила якої значно перевершує будь-що відоме.
На початку 1940 року Отто Фріш та Рудольф Паєрлс у Бірмінгемському університеті (Великобританія) оцінили критичну масу урану-235. Результат викладено в так званому «меморандумі Фріша — Паєрлса», який багато в чому ініціював широкомасштабні дослідження можливості створення ядерної зброї.
У червні 1940 року Урановий комітет перетворено на підкомітет S-1 .
28 червня 1941 року Рузвельт підписав указ 8807 про створення Управління наукових досліджень та розробок з Венівером Бушем на посаді директора.
У серпні 1941 року британський учений австралійського походження Марк Оліфант прилетів до США і провів низку зустрічей з американськими чиновниками та фізиками, агітуючи «за бомбу».
Дослідження атомної проблематики прискорив вступ США в Другу світову війну в грудні 1941 року. Коли навесні 1942 Артур Комптон оцінив величину критичної маси урану-235 у межах від 2 до 100 кг, то стало зрозуміло, що можна виготовити атомну бомбу, яку зможе взяти на борт літак. Президент Рузвельт, якому про це повідомили, санкціював початок практичної роботи зі створення такої зброї.
17 червня 1942 року Венівер Буш представив президенту доповідь, у якій виклав план подальшої роботи.
Учасники
У червні 1944 року в Мангеттенському проєкті було задіяно близько 129 000 осіб, з яких 84 500 — у будівельних роботах, 40 500 були працівниками заводів та 1800 — військовиками. Важливу роль проєкті зіграли люди-обчислювачіДэвид Скиннер. . При цьому 99 % працівників проєкту не знали, над яким кінцевим завданням вони працюють. 1945 року журнал «Лайф» написав, що до повідомлення про перше застосування атомної бомби лише кілька десятків людей знали кінцеву мету проєкту, ще близько тисячі знали, що те, що відбувається, якось пов'язане з атомом, а решта 100 тисяч працювали «як кроти в непроглядній темряві».
Учасники проєкту — фізики й інші учені зі світовим ім'ям: Рудольф Паєрлс, Отто Роберт Фріш, Едвард Теллер, Енріко Фермі, Лео Сілард, Джон фон Нейман, Юзеф Ротблат, Ісидор Рабі, Станіслав Улям, Роберт Вілсон, Віктор Вайскопф, Джеймс Конант, Герберт Йорк, Кеннет Бейнбрідж, Семюел Аллісон, Едвін Макміллан, Френк Оппенгеймер, Джон Лоуренс, Георгій Кістяковський, Ернест Лоуренс, Річард Робертс, The Manhattan Project (Motion picture), by Bruce Cameron Reed, page 97 Fred Loomis Mohler // The Encyclopedia of Mass Spectrometry: Volume 9: Historical Perspectives, Part B: Notable People in Mass Spectrometry, редактори Keith A. Nier, Alfred L. Yergey, P. Jane Gale, Александр Сакс, Ганс Бете, Сільван Швебер, Веннівер Буш, Уоллес Екерс, Ганс Галбан, Юджин Вігнер, Джон Кокрофт, Ернест Волтон, Річард Фейнман, Клаус Фукс та інші.
До секретного проєкту було долучено багато великих учених, які емігрували 1933 року з Німеччини (Фріш, Бете, Сілард, Фукс, Теллер, Блох та інші), а також Нільс Бор, вивезений з окупованої Німеччиною Данії.
Проєкт об'єднав вчених із Великобританії, Європи, Канади, США, серед яких було 12 лауреатів Нобелівської премії, в єдиний міжнародний колектив, який розв'язав задачу в найкоротші терміни.
При цьому Мангеттенський проєкт призвів до деякого погіршення відносин США та Великої Британії, оскільки , але потім відмовилися ділитися з нею отриманими результатами.
Уранова руда Ключовою сировиною для проєкту був уран. Найбагатшим джерелом уранової руди був рудник (Конго), але він був затоплений і закритий // Atomic-energy.ru (Архивировано). Проте бельгійський промисловець Едгар Сенж'є встиг перевезти достатню кількість цієї руди до США на склад у Статен-Айленді.
Розділення ізотопів урану та отримання плутонію Перспективними напрямками отримання ядерного матеріалу, що ділиться, було визнано отримання урану-235 збагаченням природного урану і напрацювання плутонію-239 опроміненням природного урану-238 нейтронами. Роботи в обох напрямках ішли паралельно. Головна складність при створенні вибухового пристрою на основі урану-235 полягала в збагаченні урану — тобто у підвищенні масової частки ізотопу 235U в матеріалі, щоб уможливити ланцюгову ядерну реакцію (у природному та низькозбагаченому урані розвитку ланцюгової реакції перешкоджає ізотоп 238U). Отримання плутонію-239 для плутонієвого заряду не було пов'язане безпосередньо зі складнощами в отриманні урану-235, оскільки в цьому випадку використовується уран-238 та спеціальний ядерний реактор.
Природний уран на 99,3 % складається з урану-238 і 0,7 % урану-235, але лише останній є розщеплюваним. Хімічно ідентичний уран-235 слід фізично відокремити від поширенішого ізотопу. Було розглянуто різні методи збагачення урану, більшість із яких практично здійснено в Оук-Риджі (штат Теннессі). У Оук-Риджі побудували завод електромагнітного розділення (Y-12), за який відповідав Е. Лоуренс, дифузійний завод (), за який відповідали Г. Юрі та Дж. Даннінг, і термодифузійний завод (), за який відповідав Ф. Абельсон.
Застосування найекономнішої технології, газової центрифуги, провалилосяR. Scott Kemp. Gas Centrifuge Theory and Development: A Review of U.S. Programs . Science and Global Security, 2009, Volume 17, pp. 1-19. Русский перевод: Теория и разработка газовых центрифуг: обзор американских программ ., проте електромагнітне розділення, газова дифузія та термодифузія успішно застосовано в проєкті.
Газова дифузія була найобнадійливішим, але й найпроблемнішим методом розділення ізотопів. Закон Ґрема каже, що швидкість дифузії газу обернено пропорційна квадратному кореню з його молекулярної маси, так що в контейнері з напівпроникною мембраною і сумішшю двох газів, молекули легшого газу проходитимуть через мембрану зі більшою швидкістю, ніж молекули важчого.
28 грудня 1942 року президент Рузвельт підписав розпорядження про будівництво заводів зі збагачення урану методом газової дифузії та електромагнітним методом, а також заводу з виробництва плутонію.
Завод Y-12 здійснював електромагнітне розділення ізотопів за методикою Лоуренса. У головному цеху було встановлено циклотрон (калютрон) розміром із двоповерховий будинок. Для створення всередині нього сильного магнітного поля використовували котушки зі срібних дротів. На їх виготовлення знадобилося 15 тис. тонн срібних злитків із Казначейства США.
На осінь 1942 року була достатня кількість чистих матеріалів (графіту, урану) для створення першого в світі робочого ядерного реактора. Ним займався Енріко Фермі, який працював у Чиказькому університеті. Реактор було зібрано під західними трибунами університетського стадіону «Стагг-філд». У ніч на 2 грудня 1942 року вперше в історії здійснено керовану самопідтримувану ланцюгову реакцію поділу ядер атомів урану.
Після створення цього експериментального реактора, в лютому 1943 року в Оук-Риджі почалося будівництво плутонієвого заводу. Перший реактор для напрацювання плутонію запущено 4 листопада 1943, перші зразки плутонію отримано в кінці листопада 1943 року.
Практично одночасно з будівництвом плутонієвого заводу в Оук-Риджі почалося будівництво другого промислового плутонієвого реактора в Генфорді (штат Вашингтон). За період від березня 1943 до вересня 1944 року в Генфорді споруджено ще три реактори для напрацювання плутонію. Їх створенням займався Г. Сіборг.
Освоєнням металургії плутонію займалася Металургійна лабораторія Чиказького університету, якою керував А. Комптон.
Розробка атомної бомби
За створення конструкції ядерного заряду відповідала створена 1943 року лабораторія в Лос-Аламосі, науковим керівником якої був Р. Оппенгеймер.
Розробка уранової бомби Бомба «Малюк» (Little Boy) була ядерним боєзарядом гарматного типу.
Сумнівів у роботі гарматної схеми не було, тому на полігоні її не випробовували. 6 серпня 1945 року бомбу «Малюк» скинуто на Хіросіму.
Розробка плутонієвої бомби Отримання плутонію-239 для плутонієвих зарядів не було пов'язане безпосередньо зі складнощами в отриманні урану-235, оскільки в разі плутонію-239 використовують спеціальний ядерний реактор і наявний у великій кількості уран-238. Навесні-влітку 1944 року з'ясувалося, що плутоній-239 має значні домішки ізотопу плутоній-240, схильного до спонтанного поділу. Тому гарматна схема для плутонієвої бомби виявилася нездійсненною: плутоній-240 вступить у реакцію поділу до того моменту, як елементи ядерного заряду з'єднаються в критичну масу. Відмовитися від використання плутонію було неможливо через те, що виробленого до літа 1945 року урану-235 вистачило б тільки на одну бомбу, а плутонію-239 було значно більше. Було прийнято рішення замість гарматної схеми для плутонієвої бомби використати імплозійну схему, за якої сфокусована вибухова хвиля стискала надкритичну масу плутонію досить швидко, щоб уникнути ефекту спонтанного поділу плутонію-240. Основними розробниками імплозійної схеми були Р. Толмен, Р. Сербер і Hoddeson, Lillian; Henriksen, Paul W.; Meade, Roger A.; Westfall, Catherine L. (1993). Critical Assembly: A Technical History of Los Alamos During the Oppenheimer Years, 1943—1945. New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-44132-2. OCLC 26764320.