Кіріспе

Ұлыбританияның Канаданың қатысуымен екінші дүниежүзілік соғыс кезінде ядролық қаруды әзірлеуге рұқсат берген ғылыми-зерттеу және әзірлеу бағдарламасы – Tube Alloys. АҚШ-тағы Манхэттен жобасынан бұрын басталған британдықтардың күш-жігері құпия сақталды, сондықтан тіпті үкіметтегі жоғары лауазымды тұлғалардың арасында да оларды кодтық атаумен атауға тура келді. Соғыстың басында-ақ ядролық қару мүмкіндігі мойындалды. Бірмингем университетінде Рудольф Пейерлс пен Отто Роберт Фриш бірлесіп, таза 235 уранның шағын мөлшері бомбада мыңдаған тонна ТНТ-нің күшімен тізбекті реакцияны тудыруға қолданылуы мүмкін екенін түсіндіретін меморандум жазды. Бұл MAUD комитетінің құрылуына әкелді, ол ядролық қаруды әзірлеуге барлық күш-жігерді жұмсауды талап етті. Жобаны басқарған Уоллес Акерс қасақана шатастыратын "Tube Alloys" (Түбелік қорытпалар) кодтық атын таңдады. Оның Tube Alloys дирекциясы Ғылыми және өндірістік зерттеулер департаментінің құрамына кірді. Ұлыбритания мен Канададағы Tube Alloys бағдарламасы – ядролық қару жобасының бастапқы кезеңі болды. Жоғары шығындар мен Ұлыбританияның жауларының бомбалау қашықтығында соғыс жүргізуіне байланысты Tube Alloys ақыр соңында Америка Құрама Штаттарымен Квебек келісімі арқылы Манхэттен жобасына біріктірілді. Осы келісімге сәйкес екі ел ядролық қару технологиясын бөлісуге және өзара келісімсіз бір-біріне немесе басқа елдерге қарсы оны қолданудан бас тартуға келісті. Алайда, АҚШ Ұлыбританияға Манхэттен жобасының нәтижелері туралы толық мәлімет бермеді. КСРО атомдық тыңшылары арқылы құнды ақпарат алды, олар британдық және американдық жобалардың ішіне еніп кірген. Соғыс аяқталғаннан кейін, 1946 жылғы Атом энергиясы туралы заңға сәйкес АҚШ ынтымақтастықты тоқтатты. Бұл Ұлыбританияны өзінің "Жоғары жарылғыш заттар зерттеу" жобасын қайта іске қосуға итермеледі. Өндіріс орындары құрылды және британдық ғалымдар тәуелсіз британдық бағдарлама аясында жұмыстарын жалғастырды. 1952 жылы Ұлыбритания "Operation Hurricane" (Ураган операциясы) кодтық атауымен ядролық сынақ жүргізіп, үшінші ядролық қару державасы атанды. 1958 жылы, Спутник дағдарысынан кейін және британдықтардың екі сатылы термоядролық бомбасын көрсеткеннен кейін, Ұлыбритания мен АҚШ АҚШ-Ұлыбритания өзара қорғаныс келісіміне қол қойды, бұл Ұлыбританияның АҚШ-пен ядролық ерекше қарым-қатынасын жаңартты.

Жарылыс бөлінуін ашу

Нейтронды Джеймс Чадвик 1932 жылғы ақпанда Кембридж университетінің Кавендиш зертханасында ашқан. 1932 жылғы сәуірде оның Кавендиш әріптестері Джон Коккрофт пен Эрнест Уолтон жеделдетілген протондармен литий атомдарын бөліп жіберді. Энрико Ферми және оның командасы Римде элементтерді баяу нейтрондармен бомбалау тәжірибелерін жүргізді, нәтижесінде ауыр элементтер мен изотоптар алынды. 1938 жылғы желтоқсанда Отто Хан мен Фриц Страссманн Берлиндегі Ханның зертханасында уранды баяулатылған нейтрондармен бомбалады және барий пайда болғанын, демек уранның атом ядросы бөлінгенін анықтады. Хан өзінің әріптесі Лиза Майтнерге хат жазды, ол өзінің туысы Отто Роберт Фришпен бірге 1939 жылы Nature журналында жариялаған теориялық түсіндірмені жасады. Бұл құбылыс – ядролық ыдыраудың жаңа түрі және бұрынғыдан әлдеқайда күшті болды. Фриш пен Майтнер әр ыдыраудан шығатын энергияның шамамен 200 000 000 электрон вольтқа тең екенін есептеп шығарды. Олар биологиялық жасушалардың бөлінуіне аналогия бойынша осы процеске "жарылыс" деген ат қойды.

Париж тобы

Бұл жұмысты Париждегі Колледж де Франс ғалымдары тобы жалғастырды: Фредерик Жолио Кюри, Ханс фон Халбан, Лью Коварски және Фрэнсис Перрин. 1939 жылғы ақпанда Париж тобы уранның бөлінуі кезінде қосымша екі-үш нейтронның шығатынын көрсетті. Бұл маңызды байқау өздігінен жалғасатын ядролық тізбекті реакцияның мүмкін екенін ұсынды. "Атом бомбасы" термині 1913 жылғы Х.Г. Уэллстің "Азат болған әлем" романы арқылы британдық қоғамға бұрыннан таныс болатын. Көптеген ғалымдарға, кем дегенде теориялық тұрғыдан, өте қуатты жарылғыш құрал жасау мүмкін екендігі бірден анық болды, бірақ көпшілігі атом бомбасын мүмкін емес деп есептеді. Перрин уранның сыни массасын тізбекті реакцияны қолдауға қабілетті ең кішкентай мөлшер деп анықтады. Уранның бөлінуіне қолданылатын нейтрондар баяу нейтрондар саналады, бірақ бөліну реакциясы кезінде босатылатын нейтрондар жылдам нейтрондар түрінде босатылады, олардың жылдамдығы мен энергиясы жоғары. Осылайша, тұрақты тізбекті реакцияны жүзеге асыру үшін, жылдам нейтрондарды ұстап, пайдалы энергия деңгейіне дейін баяулатуға қабілетті нейтрондық модератор қажет болды. Колледж де Франс су мен графитті де қанағаттанарлық модераторлар ретінде қолдануға болатынын анықтады. 1940 жылдың басында Париж тобы теориялық тұрғыдан ауыр судың ең қолайлы модератор болатынына келісті. Олар француз қарулану министрінен Норвегиядағы Веморк гидроэлектр стансасынан – жалғыз көзден мүмкіндігінше көп ауыр су алуды сұрады. Француздар Германияның норвегиялық ауыр судың барлық қорына сатып алу туралы ұсыныс жасағанын білді, бұл Германияның да атом бомбасын зерттеуі мүмкін екенін көрсетеді. Француздар норвегия үкіметін ауыр судың әскери маңызы туралы ескертті. Норвегия барлық қорын Deuxième Bureau агентіне берді, ол Германия 1940 жылдың сәуірінде Норвегияға шабуыл жасамас бұрын оны Францияға жасырын жеткізді. 1940 жылдың 19 маусымында, Германияның Францияға басып кіргеннен кейін, ол Суфолк графы мен майор Ардейл Вотье Голдингтің бортында Англияға жөнелтілді. 22 000 фунт стерлингке бағаланған ауыр су бастапқыда HM Wormwood Scrubs түрмесінде сақталды, ал кейіннен Виндзор сарайының кітапханасында жасырын сақталды. Париж тобы Кембриджге көшті, Жолио Кюри Францияда қалды және француз қарсыласының қызметіне белсенді қатысты.

Фриш пен Пейрл меморандумы

Британияда бірқатар ғалымдар атом бомбасының мүмкіндігін қарастырды. Ливерпуль университетінде Чадвик пен поляк босқыны ғалым Джозеф Ротблат бұл мәселені зерттеді, бірақ олардың есептеулері нақты нәтиже бермеді. Кембриджде физика саласындағы Нобель сыйлығының лауреаттары Джордж Пейджет Томсон мен Уильям Лоуренс Брэгг үкіметтен уран кенін сатып алу үшін жедел шаралар қабылдауды сұрады. Бұл кеннің басты көзі Бельгия Конгосы болды, және олар оның неміс қолына тиюі мүмкін деп алаңдады. Не істеу керектігін білмей, олар Кембридждегі Корпус-Кристи колледжінің магистрі сэр Уильям Спенске жүгінді. 1939 жылдың сәуір айында ол жергілікті парламент мүшесі сэр Кеннет Пикторнға хабарласты, ол өз алаңдаушылығын Империялық қорғаныс комитетінің хатшысы генерал-майор Гастингс Исмайға жеткізді. Исмай өз кезегінде сэр Генри Тизардтан пікір сұрады. Көптеген ғалымдар сияқты Тизард та атом бомбасын жасаудың ықтималдығына күмән келтірді, сәттілік мүмкіндігін 100 000-нан 1-ге бағалады. Мұндай үлкен қауіп болса да, оны қабылдауға тура келді. Қорғаныс координациясы жөніндегі министр лорд Чартфилд Қаржы және Сыртқы істер министрліктерін тексерді және Бельгия Конгосының ураны Union Minière du Haut Katanga компаниясына тиесілі екенін анықтады. Компанияның британдық вице-президенті лорд Стоунхейвен президент Эдгар Сенжиермен кездесу ұйымдастырды. Union Minière басшылығы Ұлыбританияға жақын болғандықтан, уранды бірден сатып алудың қажеті жоқ деп шешті, бірақ Тизардтың Әуе қорғанысы ғылыми зерттеу комитетіне атом бомбасының мүмкіндігін зерттеуді жалғастыру тапсырылды. Лондон Императорлық колледжіндегі Томсон мен Бирмингем университетіндегі австралиялық физик Марк Олифантқа уранмен тәжірибелер жүргізу тапсырылды. 1940 жылдың ақпан айына қарай Томсонның тобы табиғи уранда тізбекті реакция жасауға қол жеткізе алмады және оны жалғастырудың қажеті жоқ деп шешті. Бірмингемде Олифанттың тобы басқаша нәтижеге келді. Ол екі неміс босқыны ғалымына – Рудольф Пейерлске және Отто Фришқа тапсырма берді. Олар Олифанттың радар жобасында жұмыс істей алмады, себебі жау шетелдіктер саналып, қажетті қауіпсіздік рұқсаты болмады. Франсис Перрин уранның сыни массасын есептеген. Пейерлс бұл мәселені жеңілдету үшін, бөліну кезінде пайда болатын жылдам нейтрондарды пайдаланып, модераторды ескермеді. Ол да 1939 жылы жазған теориялық еңбегінде уран сферасының сыни массасы "тонналармен өлшенетінін" көрсетті. Пейерлс тізбекті реакцияны жүзеге асыруға мүмкіндік беретін сыни массаның мөлшерінің маңыздылығын және оның практикалық қолданысын білді. Сыни массалы сфераның ішінде бөлінетін материал өздігінен нейтрондарды шығарады. Бұл нейтрондардың өте аз бөлігі басқа ядролармен соқтығысады, ал көп бөлігі сфера бетінен қашып кетеді. Пейерлс жүйенің тепе-теңдігін есептеді, онда шығарылған нейтрондардың саны қашып кеткендерге тең болды. Нильс Бор уранның тек 0,7% құрайтын сирек кездесетін уран-235 изотопының жылдам нейтрондармен бөлінуге жауапты екенін болжады, бірақ бұл әлі де баршаға қабылданбаған еді. Сондықтан Фриш пен Пейерлс урандағы ядролық бөлінуге қажетті сыни массаның бастапқы бағасын бұрынғыдан әлдеқайда төмендетуге мүмкіндік алды. Олардың есебуынша, радиусы 2,5 метр болатын уран-235 металл сферасы жеткілікті болуы мүмкін. Бұл шамамен уран-235-тің белгілі бір мөлшеріне тең болды. Бұл нәтижелер Фриш-Пейерлс меморандумына әкелді, ол Ұлыбританиядағы ядролық қару бағдарламасын дамытудағы алғашқы қадам болды. Бұл уранды байыту және атом бомбасын жасауға бағытталған белсенді тәсілдің басталуын білдірді. Олар уран изотоптарын бөлудің жолдарын зерттеуге кірісті. Олифант олардың қорытындыларын Аэрохимиялық соғыс ғылыми зерттеу комитетінің (CSSAW) төрағасы ретінде Тизардқа жеткізді. Ол өз кезегінде оларды CSSAW уран зерттеулерін жүргізуге тапсырған Томсонға берді. Коккрофт, Олифант және Томсон арасындағы талқылаулардан кейін CSSAW одан әрі зерттеу үшін MAUD комитетін құрды.

MAUD комитеті

МАУД комитеті 1940 жылғы маусымда құрылды. Комитет бастапқыда Әуе қорғанысын ғылыми зерттеу комитетінің құрамында болған, бірақ кейін Ұшақ өндірісі министрлігіне тәуелсіздік алды. Комитет алғашында төрағасы Томсонның атымен аталып, бірақ тез арада MAUD комитеті деп өзгертілді. MAUD атауының пайда болуы ерекше жағдаймен байланысты. Германия Данияны басып алғаннан кейін Бор Фришке телеграмма жіберді. Телеграмманың соңында: "Коккроф пен Мод Рэй Кентке хабарласыңдар" деген сөздер болды. Бастапқыда бұл радий немесе басқа да маңызды атом қаруы туралы ақпаратты жасырған код деп ойланды. Бір ұсыныс бойынша, "y" әрпін "i" әрпімен алмастырғанда "радий алынды" деген сөз шығады. 1943 жылы Бор Англияға оралғанда, хабардың Бордың үй шаруасы Мод Рэй мен Коккрофтқа жолданғаны анықталды. Мод Рэй Кенттен шыққан. Осылайша комитет MAUD комитеті деп аталды, мұндағы үлкен әріптер акроним емес, кодтық атауды білдіреді. Кездесулер әдетте Лондондағы Корольдік қоғам кеңселерінде өтті. Томсоннан басқа, комитеттің алғашқы мүшелері Чадвик, Коккрофт, Олифант, Филип Мун, Патрик Блэкетт, Чарльз Эллис және Норман Хоуорт болды. Төрт университет эксперименттер жүргізілетін орындарды қамтамасыз етті. Бирмингем университетінің зертханасы теориялық жұмыстардың барлығына жауапты болды, мысалы, жарылыс үшін қандай сыни масса қажеттігін анықтау. Оны Пейерлс басқарды, ал оған неміс ғалымы Клаус Фукс көмектесті. Ливерпуль және Оксфорд университеттерінің зертханалары изотоптарды бөлудің әртүрлі әдістерін зерттеді. Ливерпульдегі Чадвик тобы жылулық диффузиямен айналысты, бұл уран изотоптарының әртүрлі жылдамдықпен таралуына негізделген, себебі эквипарция заңына сәйкес олардың энергиялары тең болады. Оксфордтағы Франц Симон тобы изотоптардың газ тәрізді диффузиясын зерттеді. Бұл әдіс уран-235-тің уран-238-ге қарағанда төмен қысымда кедергі арқылы жылдам өтуіне негізделген. Соңында, газдық диффузия әдісі ең перспективті деп танылды. Кембридждегі Эгон Бречер мен Норман Федер тобы плутоний деп аталатын басқа элементті жарылғыш зат ретінде қолдану мүмкіндігін зерттеді. Француз ғалымдарының көмегімен Оксфорд әлемдегі жалғыз ауыр су қорын алды, бұл оларға уранды энергия үшін қалай пайдалануға болатынын теориялық тұрғыдан қарастыруға көмектесті. MAUD комитетінің зерттеулері 1941 жылғы шілдеде жарияланған екі есепте жинақталды, олар MAUD есептері деп белгілі болды. Бірінші есеп, "Бомба үшін уранды пайдалану", ураннан супербомба жасау мүмкіндігін талқылады, енді олар мұны мүмкін деп есептеді. Екінші есеп, "Энергия көзі ретінде уранды пайдалану", уранды энергия көзі ретінде пайдалану идеясын қарастырды, тек бомба ретінде емес. MAUD комитеті мен оның есептері британдық ядролық бағдарламаны іске қосуға көмектесті, ол Tube Alloys жобасы деп аталды. Бұл британдық ядролық жобаны ғана бастаумен шектелмей, американдық жобаға да көмектесті. MAUD комитетінің көмегі болмағанда, Манхэттен жобасы бірнеше айға кешігіп басталған болар еді. Оның орнына олар бомба жасау мүмкін бе, жоқ па деген сұрақ емес, қалай жасауға болатынын ойлауға кірісті. Тарихшы Маргарет Гоуинг "бірнеше айға ғана уақыт шкаласын өзгертетін оқиғалардың өзі тарихты өзгерте алатынын" атап өтті. MAUD есептерін Ғылыми кеңесші комитетінің қорғаныс қызметтері тобы қарады. Оған лорд Хэнки төрағалық етті, ал басқа мүшелері сэр Эдвард Апплтон, сэр Генри Дейл, Альфред Эгертон, Арчибальд Хилл және Эдвард Меланби болды. Топ 1941 жылғы қыркүйекте жеті кездесу өткізді және өз есебін Кеңес Лорд-президентіне, сэр Джон Андерсонға ұсынды. Осы кезде неміс ғалымдары өз елдерін атом бомбасымен қамтамасыз етуге тырысып жатыр деп қорқынышты, сондықтан Ұлыбритания олардан бұрын аяқтауы керек еді. Есеп соңында, егер бомба жасауға мүмкіндік болса, онда Ұлыбританияның артта қалмауы үшін барлық күш-жігер жұмсалуы керек деп айтылды. Ол Ұлыбританияда пилоттық бөлу орналысын салуды және өндіріс орнын Канадада салуды ұсынды. Қорғаныс қызметтері тобы 1941 жылғы 24 қыркүйекте есебін ұсынды, бірақ соңғы шешім осы уақытқа дейін қабылданды. Лорд Червелл бұл мәселені премьер-министр Уинстон Черчилльге жеткізді, ол 1941 жылғы 30 тамызда ядролық қару бағдарламасын мақұлдаған алғашқы ұлттық көшбасшы болды. Штаб басшылары комитеті бұл шешімді қолдады.

Ұйым

Апплтонның ғылыми және өнеркәсіптік зерттеулер департаментінің құрамында «Түтік қорытпалары» дирекциясы құрылды, ал Императорлық химиялық өнеркәсіптердің (ICI) ғылыми директоры Уоллес Акерс оның басшысы болып тағайындалды. Андерсон мен Акерс «Түтік қорытпалары» деген атауды ұсынды. Бұл атау мағынасыз болу үшін әдейі таңдалды, «сенімділік сыяқты көрінетін» әсер беру мақсатында. Оның жұмысын бақылау үшін «Түтік қорытпалары» консультативтік кеңесі атты кеңесші комитет құрылды, оған Андерсон төрағалық етті, ал лорд Хэнки, лорд Червелл, сэр Эдвард Апплтон және сэр Генри Дейл мүшелік етті. Бұл комитет саяси мәселелермен айналысты. Техникалық мәселелерді шешу үшін Акерстің төрағалығымен Техникалық комитет құрылды, ал Чадвик, Саймон, Халбан, Пейерлс және ICI-дің жоғары лауазымды қызметкері Роланд Эдгар Слейд оның алғашқы мүшелері болды, ал Майкл Перрин хатшылық қызметін атқарды. Кейіннен Чарльз Галтон Дарвин, Коккрофт, Олифант және Фезер де қосылды.

Изотоптық бөліну

MAUD комитетінің ең үлкен мәселесі уран-235-тің 0,7%-ын уран-238-дің 99,3%-ынан бөлудің жолын табу болды. Бұл қиындыққа себебі, уранның екі түрі де химиялық тұрғыдан бірдей болатын. Бөлу (уран байыту) үлкен масштабта жүзеге асырылуы тиіс еді. Кембриджде Эрик Ридеал және оның командасы газ центрифугасын пайдалануды зерттеді. Фриш Клюзиус түтіктерін қолданып газдық жылу диффузиясын жүргізуді жөн көрді, себебі бұл әдіс ең оңайы сияқты көрінді. Фриштің есептеулеріне сәйкес, қажетті бөліну мөлшерін алу үшін 100 000 Клюзиус түтігі қажет болатын. Пейерлс Франц Симонға жүгінді, ол жапсарып өндіріске ыңғайлы әдіс табуды қалаған. Мун газдық жылу диффузиясын МАУД комитетіне ұсынғанда, оны іске асыру туралы келісімге келе алмады. Комитет Пейерлс пен Симонмен бөлу әдісі туралы кеңескеннен кейін, «жалпы» газдық диффузия ең тиімді әдіс екеніне қорытынды жасады. Бұл Грэм заңына сүйенеді, яғни газдардың саңылаулы материалдар арқылы таралу жылдамдығы олардың молекулалық салмағымен анықталады. Франсис Уильям Астон 1913 жылы осы әдісті қолданып, неонның екі изотопын құбыр балшығы арқылы мыңдаған рет диффузиялау арқылы бөліп алған. Бірақ құбыр балшығы сияқты қалың материалдар өнеркәсіптік масштабта тиімді болу үшін тым баяу болып шықты. Симон миллиондаған микроскопиялық тесіктермен тесілген металл фольганы пайдалану арқылы бөлу процесін жеделдетуге болатынын ұсынды. Оның бағалауынша, табиғи ураннан уран-235-ті бөліп шығаратын зауытты салуға шамамен 5 000 000 фунт стерлинг, ал оны бір жыл ішінде жұмыс істеуге 1 500 000 фунт стерлинг жұмсалады, соның ішінде 2 000 000 фунт уран және басқа да шикізатты қажет етеді. MAUD комитеті атом бомбасын жасау ғана емес, сонымен қатар оның жасалуы сөзсіз екенін түсінді. 1941 жылы Фриш Лондонға көшіп, Чадвик пен оның циклотронымен жұмыс істеді. Фриш онда уран гексафторидінің қасиеттерін зерттеу үшін Клюзиус түтігін құрды. Фриш пен Чадвик бұл Клюзиус әдісі үшін жарамсыз газдардың бірі екенін анықтады. Бұл үлкен сәтсіздік болмады, өйткені Симон жалпы газдық диффузия арқылы бөлудің балама әдісін әзірлеумен айналысып жатқан. Уранның газ тәрізді қосылыстарын және таза уран металлын өндірудің химиялық мәселелері Бирмингем университетінде және ICI компаниясында зерттелді. Майкл Клэпхем сол кезде Бирмингемдегі Астон қаласындағы Кинок заводында баспа технологиясы бойынша жұмыс істеді. ICI компаниясынан Филип Бакстер, фтор қосылыстарымен жұмыс істеу тәжірибесіне ие болды, 1940 жылы Чадвик үшін газдық уран гексафторидінің алғашқы шағын партиясын жасады. ICI 1940 жылдың желтоқсан айында болашақ жұмыстар үшін осы маңызды материалды жасау үшін 5 000 фунт стерлингтік ресми келісімшарт алды. Газдық диффузия жабдығының прототипі Манчестердегі Траффорд Парктегі Метрополитен Виккерс (МетроВик) компаниясымен төрт данаға 150 000 фунт стерлингке жасалды. Олар Уэльстегі Рхидмуин маңындағы аңғарда орналасқан М. С. зауытында орнатылды; М. С. – Жабдықтау министрлігі. Пайдаланылған ғимарат P6 деп аталды және сынақ жабдықтары орнатылды. Бұл қондырғыларды Пейерлс пен Фукс басшылығымен шамамен жетпіс адамнан тұратын команда сынады. Тәжірибелердің нәтижелері Чеширдегі Капенхерсте газдық диффузия зауытын салуға әкелді. ICI пилоттық зауыттары таза уран металлын және күніне уран гексафторидін өндіру үшін 1943 жылдың ортасында Виднес қаласында жұмыс істей бастады.

Плутоний

Плутонийді зерттеудегі маңызды жаңалықты Бретшер мен Норман Федер Кавендиш зертханасында жасады. Олар уранмен отындырылған баяу нейтронды реактордың теориялық тұрғыдан плутоний-239-дың көп мөлшерін қосалқы өнім ретінде шығаратынын анықтады. Бұның себебі – уран-238 баяу нейтрондарды сіңіріп, қысқа ғұмырлы жаңа изотоп – уран-239-ды құрайды. Жаңа изотоптың ядросы бета-ыдырау арқылы электронды бөліп шығарып, атомдық массасы 239 және атомдық нөмірі 93 болатын жаңа элементті жасайды. Бұл элементтің ядросы да электронды бөліп шығарып, атомдық нөмірі 94 және жартылай ыдырау мерзімі ұзақ жаңа элементке айналады. Бретшер мен Федер 94-ші элементтің ураннан химиялық құрамымен ерекшеленетін, сонымен қатар баяу және жылдам нейтрондармен оңай ыдырайтынын теориялық тұрғыдан көрсетті. Бұл жаңалық 1940 жылы Беркли радиациялық зертханасында Эдвин М. Макмиллан мен Филип Абельсонның тәуелсіз жұмыстарымен расталды. Кембридж тобының мүшесі Николас Кеммер, ураннан тыс орналасқан Нептун мен Плутон планеталарына аналогия бойынша, жаңа 93-ші элементке «нептуний» және 94-ші элементке «плутоний» деген аттарды берді (уран – 92-ші элемент). Америкалық ғалымдар да дәл осындай атауларды ұсынды. 1941 жылы плутонийдің алғашқы үлгісін өндіру және анықтау жөніндегі еңбек Гленн Сиборгқа тиесілі деп есептеледі, ол Калифорния университетінде реактордың орнына циклотрон қолданды. 1941 жылы екі команданың ешқайсысы бір-бірінің жұмысынан хабардар болған жоқ. Чадвик мұндай таза плутонийдің бомба жасау үшін қажеттілігіне қатысты алаңдаушылық білдірді. Сондай-ақ, ол плутоний бомбасын «пулемет тәсілімен» жарылғызу әрекеті, қоспалардың салдарынан ерте жарылысқа алып келуі мүмкін деп күдіктенді. 1943 жылы Лос-Аламос зертханасында Роберт Оппенгеймермен кездескеннен кейін Чадвик, олар «имплозия» деп атап жүрген бомба жобасы туралы білді. Плутонийдің сындық массасы бір уақытта жарылатын жарылғыш заттармен қоршалуы тиіс еді. Бұл плутоний ядросының қысылуына және суперкритикалық күйге жетуіне әкелер еді. Ядроны кемітілген уранмен қоршап, ол реакцияға нейтрондарды қайтаратын және өзінің ыдырауы арқылы жарылысқа үлес қосатын еді. Бұл жоба Чадвиктің тазалыққа қатысты алаңдаушылықтарын шешті, себебі ол «пулеметтік» типтегі бөліну қаруына қажетті деңгейді талап етпейді. Бұл әдістің ең үлкен қиындығы – жарылғыш линзаларды жасау болды. Чадвик осы ақпаратты өзімен алып, Олифантқа түсіндірді, ол оны Англияға алып кетті.

Монреаль зертханасы

Франциядан келген Халбанның ауыр су тобы Кембридж университетінде баяу нейтрондық зерттеулерін жалғастырды; бірақ жобаға төмен басымдық берілді, себебі ол бомба жасаумен байланысты емес деп есептелді. Плутоний алуға жол ашатынын түсінгенде, ол кенеттен әскери маңызға ие болды. Британ үкіметі Кембридж тобын Солтүстік Америкаға көшіруді қалады, онда қажетті шикізат пен американдық зерттеулер жүргізіліп жатқан жер жақын болатын. Бірақ сэр Джон Андерсон британдық топтың өз ерекшелігін сақтап қалуын қалады және американдықтар ауыр судың орнына ядролық графитті нейтрондық тежегіш ретінде қолданып, ядролық реакторларды құрастырып жатқанын ескергенде, бұл топқа ресурстардың әділ үлесі берілмей қалуы мүмкін деп қорқады. Америкалықтар қауіпсіздік туралы алаңдады, өйткені топтағы алты жетекші ғалымның тек біреуі британдық еді. Олар сондай-ақ патенттік құқықтарға қатысты алаңдады; француз тобы соғысқа дейінгі жұмыстарға негізделген ядролық технологияны патенттеуге тырысады деп күдіктенді. Келісім ретінде Томсон топты Канадаға көшіруді ұсынды. Канада үкіметіне жүгініп, Канада Ұлттық зерттеулер кеңесінің президенті Джек Маккензи бұл ұсынысты бірден қабылдап, қолдады. Құн мен жалақы британдық және канадалық үкіметтер арасында бөлінетін еді, бірақ британдық үлесі Канаданың миллиард долларлық соғыс сыйлығынан төленеді. Алғашқы сегіз қызметкер 1942 жылдың соңында Монреальге келді және Макгилл университетіне қарасты үйді иеленді. Үш айдан кейін олар Монреаль университетінің жаңа ғимаратындағы бір бөлікке көшіп барды. Зертхана тез арада 300-ден астам қызметкерге дейін өсті; олардың шамамен жартысы Джордж Лоуренс жалдаған канадалықтар еді. Теоретиктердің кіші тобы құрылды және оны чехословакиялық физик Джордж Плачек басқарды. Плачек өте қабілетті топ жетекшісі екенін көрсетті және жалпы алғанда, ең жоғары ғылыми дәрежеге ие және Манхэттен жобасына қатысқан көптеген маңызды физиктермен жақын байланыста болған жалғыз қызметкер ретінде есептелді. Фридрих Панет химия бөлімінің басшысы, ал Пьер Оже – эксперименталды физика бөлімінің басшысы болды. Фон Халбан зертхана директоры болды, бірақ ол нашар әкімшілік қабілетке ие болғандықтан және Канада Ұлттық зерттеулер кеңесімен жақсы қарым-қатынас орната алмағандықтан, сәтті таңдау болмады. Америкалықтар оны қауіпсіздікке қауіпті деп қарады және Париж тобының (ICI-мен бірлесіп) талап еткен француз атом патенттеріне қарсылық білдірді. Ол АҚШ пен Ұлыбритания ядролық жетістіктерін қаншалықты ұзақ жасырса, соғұрлым ресейліктер қауіптеніп, өздерінің атом бомбасын жасауға тырысады деп ойлады. АҚШ Жоғарғы Сотының судьясы Феликс Франкфуртердің көмегімен Бор 1944 жылдың 26 тамызында АҚШ президенті Франклин Д. Рузвельтпен кездесті, ол бастапқыда ядролық қаруды бақылау туралы оның идеяларына көңіл бөлді. Бірақ Черчилль Кеңес Одағын мұндай жұмыстар туралы хабардар етуге қатысты қарсы болды. 1944 жылдың қыркүйек айында Квебекте өткен екінші конференцияда Рузвельт Черчилльдің жағына шығып, атом бомбасы жобасын құпия ұстауды ұлт мүддесіне сай деп шешті. Сонымен қатар, олар Бордың қауіпті екенін және оның ақпаратты әлемге, әсіресе Ресейге таратуына жол бермеу үшін қауіпсіздік шараларын қабылдау қажет деп шешті.

Тизард миссиясы

1940 жылдың тамызында Тизард басқарған және Коккрофтты қоса алған британдық миссия Америкаға қарым-қатынас орнату және американдықтармен соғыс технологиясын зерттеуді дамытуға көмектесу үшін жіберілді. Радар, су астына қарсы күрес, авиациялық инженерия және жарылғыш заттар сияқты бірнеше әскери технологиялар бөлісілді. Американдық радар бағдарламасы, әсіресе, микротолқынды радар мен жақындық қозғалтқыштарын дамытуға қосымша күш берді. Бұл американдықтарды Массачусетс Технологиялық Институтының (MIT) радиациялық зертханасын құруға итермеледі, ол кейін Лос-Аламос зертханасының үлгісі болды. Миссия ядролық бөлінуге көп көңіл бөлмеді, тақырып бойынша бар болғаны екі кездесу өтті, ол негізінен уранды байыту туралы болды. Атап айтқанда, Коккрофт Пирлс пен Фриштің нәтижелерін баяндамады. Дегенмен, маңызды салдарлар болды. Екі ел арасындағы техникалық ақпарат алмасуға кедергі бұзылды және жол ашылды. Сонымен қатар, Атлантиканың екі жағында да әскери технологияларды дамытудағы маңызды рөлдегі азаматтық ғалымдар туралы түсінік нығайтылды.

Олифанттың АҚШ-қа сапары

MAUD комитетінің баяндамаларында ядролық бөлінуді зерттеуде АҚШ-пен ынтымақтастықты жалғастыру қажеттігі айтылды. Осы кезеңде Ұлттық қорғаныс зерттеу комитетінің (NDRC) физигі Чарльз К. Лаурицен Лондонда болып, MAUD комитетінің отырысына қатысуға шақырылды. Комитет газды диффузия әдісін изотоптарды бөлу құралы ретінде пайдаланып, ядролық қаруды жылдам дамытуды ұсынды. АҚШ-қа оралғаннан кейін ол ғылыми зерттеулер және даму басқармасының (OSRD) директоры Ванневар Бушқа отырыста талқыланған мәліметтер туралы баяндады. 1941 жылдың тамызында Бирмингем университетінің физика кафедрасының директоры және MAUD комитетінің алғашқы мүшесі Марк Олифант радиолокациялық зерттеулерге көмек көрсету үшін АҚШ-қа жіберілді. Ол Уильям Д. Кулиджбен кездесті. Кулидж Олифанттың британдықтардың уран-235-тің он килограмы ғана жылдам нейтрондармен тізбекті реакцияны іске қосуға жеткілікті екенін болжағанын естігенде таң қалды. Америкада болғанда Олифант OSRD S 1 бөлімінің төрағасы Лайман Бриггстің Ұлыбританиядан келген MAUD комитетінің есептерін, бастапқы жаңалықтарды қамтитын есептерді құлыптап қойғанын және S 1 комитетінің мүшелерін оның барлық нәтижелері туралы хабардар етпегенін анықтады. Олифант АҚШ-тағы ғылыми қауымдастыққа MAUD комитетінің соңғы жаңалықтарын жеткізу үшін жеке бастама көтерді. Олифант циклотронды ойлап тапқан Эрнест Лоуренспен кездесу үшін Берклиге де сапар шекті. Олифант Лоуренске уран туралы баяндамасын жеткізгеннен кейін, Лоуренс NDRC төрағасы Джеймс Брайант Конант, Джордж Б. Пеграм және Артур Комптонмен кездесіп, Олифанттың Лоуренске берген мәліметтерін жеткізді. Олифант Лоуренспен ғана емес, сонымен қатар Конант пен Бушпен де кездесіп, MAUD комитетінің ашқан маңызды деректері туралы хабардар етті. Олифанттың американдықтарды хабардар етуі Лоуренсті, Лоуренстің Комптонды, ал Джордж Кистиаковскийдің Конантты ядролық қаруды дамытуға көндіруіне әкелді. Осы әрекеттердің нәтижесінде Буш бұл баяндаманы тікелей президентке ұсынды.

Ақпарат алмасу тоқтатылады

Американың күш-жігері жылдам өсті және көп ұзамай британдықтардан басып өтті, себебі американдық билік британдық әріптестерімен толық мәліметтермен бөлісуге құлшынбады. Дегенмен, әр елде жеке зерттеулер ақпарат алмасумен қатар жалғасты. 1942 жылдың басында бірнеше британдық ғалым АҚШ-қа сапар шегіп, қолдағы барлық ақпаратқа толық қол жеткізді. Олар американдық атом бомбасы жобасының күшіне таң қалды. Британдықтар мен американдықтар ақпарат алмасуды және күш-жігерді жалғастырды, бірақ елдер өз бағдарламаларын бөлек жүргізіп, күштерін біріктірмеді. Сонымен қатар, 1941 жылы британ үкіметі Буш пен Конанттың Ұлыбритания мен Америка арасындағы ынтымақтастықты күшейтуге бағытталған әрекеттері мен ұсыныстарын қабылдамай, вето қойды. 1942 жылдың маусым айында АҚШ Әскери инженерлік корпусы Манхэттен жобасын OSRD-ден қабылдады, ал Гроувз жоба директоры болды. Ол қауіпсіздікті күшейтті, бұл Британияға ақпарат ағынын тоқтатты. Американдық шенеуніктер Айкерс және «Түтік қоспалары» жобасына қатысқан ICI-дің басқа да қызметкерлері американдық ядролық ғылыми білімді пайдаланып, соғыстан кейін пайдалы өнеркәсіп құруға тырысып жатқанына алаңдады. 1942 жылдың қазан айында Буш пен Конант Рузвельтті АҚШ пен Ұлыбритания арасындағы шектеусіз ғылыми алмасу туралы келісімге қарамастан, АҚШ атом бомбасын жобалауды тәуелсіз дамытуы керек екеніне көндірді. Бұл британдық күш-жігеріне зиян келтірді, себебі олар жұмыс күші, құрылыстар, жабдықтар мен материалдар жетіспеді. Сондықтан «Тюб-Лойз» Манхэттен жобасына қарсы жарыста қалып қойды. 1942 жылдың 30 шілдесінде Андерсон Черчилльге: «Біздің пионерлік жұмысымыз құнсызданып бара жатқанын және оны жылдам пайдаланбасақ, бізден озып кететінін мойындауымыз керек. Бізде «бірігуге» үлес қосу мүмкіндігі бар. Көп ұзамай бізде мүлдем болмайды» деп кеңес берді. Британия бұл туралы түсінген кезде жағдай нашарлап кетті. Буш Манхэттен жобасына сыртқы көмек енді қажет емес деп шешті. Әскери саясат комитеті (ӘСК) Буштың аргументтерін қолдады және Британияның атомдық қаруды дамыту үшін пайдалана алатын құпия ақпаратқа қол жеткізуін шектеді, тіпті бұл американдық күш-жігерін баяулатса да. Америкалықтар ауыр су өндірісі, электромагниттік бөлу әдісі, плутонийдің физикалық немесе химиялық қасиеттері, бомба дизайнының егжей-тегжейі немесе жылдам нейтрондық реакциялар туралы мәліметтерді бөлісуді тоқтатты. Бұл британдықтар мен канадалықтар үшін үлкен көңілі тоқтату болды, олар ауыр су өндірісі және зерттеу бағдарламасының басқа да бірнеше аспектілерінде ынтымақтасып жұмыс істеді. 1943 жылы Британия өз ғалымдарын АҚШ-қа жіберуді тоқтатты, бұл британдық ғалымдар басқарған жұмыстың қарқынын баяулатты. 1943 жылдың наурыз айында Конант Әскери саясат комитетіне жүгінді, ол жобаның кейбір салаларында Британияның көмегі пайдалы болады деп шешті. Чадвик, Уильям Пенни, Пейерлс, Олифант және басқа да британдық ғалымдар Лос-Аламос зертханасындағы бомба жасау тобына қажет болды, қару дизайнының құпиясын ашу қаупіне қарамастан.

"Тюбелік қорытпалар" жобасындағы кеңес тыңшылары

Кеңес Одағы Клаус Фукс, Энгельберт Брода, Мелита Норвуд және танымал Кембриджтік бестіктің мүшесі Джон Кернкросс – атомдық тыңшылары арқылы британдық зерттеулердің толық мәліметтерін алды. Алан Нанн Мей кейінрек Канадада тартылды. Лаврентий Берияның 1942 жылғы наурызда Сталинге ұсынған баяндамасында Кернкросс өткізген МАУД есебі және басқа да британдық құжаттар қамтылған. Фукс "Тюб қорытпалары" жобасына қатысқанда британдық атом бомбасын жасау мүмкіндігі туралы Кеңес Одағына ақпарат беруді бастады, алайда оның советтік тыңшылыққа салған үлесі Манхэттен жобасы кезінде одан да ауыр болды. Фукс Лондонға орналасқан КПД жетекшісі Юрген Кучинскиймен байланысқа шықты, ал Кучинский оны Кеңес Одағының елшілігіндегі әскери атташесінің хатшысы, Қызыл Армияның шетелдік әскери барлау басқармасы ГРУ-да (Рес.: Главное Разведывательное Управление) қызмет ететін Саймон Давидович Кремермен таныстырды. Үш кездесуден кейін Фукске Лондонға сылтау іздемейтін курьер тағайындалды. Ол Юрген Кучинскийдің қарындасы Урсула Кучинская еді. Ол сондай-ақ неміс коммунисі, Кеңес әскери барлау қызметінің майоры және алыс Шығыста Ричард Сорге тыңшылар желісімен жұмыс істеген тәжірибелі агент болды.

Соғыстан кейінгі

Соғыс аяқталғаннан кейін Ұлыбритания мен АҚШ арасындағы ерекше қарым-қатынас "айтарлықтай ерекшелігін жоғалтты". Рузвельт 1945 жылғы 12 сәуірде қайтыс болды, ал Хайд-парк келісімі келесі әкімшіліктер үшін міндетті болған жоқ. Шындығында, ол жоғалып кетті: Вильсон маусым айында Біріктірілген саясат комитетінің отырысында осы мәселені көтерді, бірақ американдық нұсқасын таба алмады. Британдықтар 1945 жылғы 18 шілдеде Стимсонға фотокөшірмесін жіберді. Тіпті содан кейін де Гроувс құжаттың нақтылығына күдік келтірді, бірақ бірнеше жылдан кейін американдық нұсқасы Рузвельттің теңізшіл кеңесшісі вице-адмирал Уилсон Браунның құжаттарынан табылды – оны, көріне, "Тюб қорытпалары" дегенді білмейтін адам қателікпен жіберген. Ол оны теңіз қаруымен байланысты деп ойлаған. Британ үкіметі Американың ядролық технологиямен бөлісетініне сенді, британдықтар оны ортақ жаңалық деп қарады. 1945 жылғы 9 қарашада Маккензи Кинг және премьер-министр Клемент Атли президент Гарри Трумэнмен ядролық қару және ядролық энергия саласындағы болашақ ынтымақтастық туралы кеңесу үшін Вашингтонға барды. Үш көшбасшы атом энергиясы саласында толық және тиімді ынтымақтастыққа келісті, бірақ ядролық қару бойынша ынтымақтастықты толыққанды жаңарту үміті британдықтар үшін көңіл көшірді. Американдықтар бұл ынтымақтастықтың негізгі ғылыми зерттеулермен ғана шектелетінін көрсетті. 1946 жылғы тамыздағы Атом энергиясы туралы заң (МакМахон заңы) Ұлыбританияның АҚШ-тың атомдық зерттеулеріне енуіне рұқсат етілмейтінін анық көрсетті. Бұл 1946 жылғы ақпанда Алан Нанн Мейдің тыңшылық қылғаны үшін тұтқындалуына байланысты болды. 1947 жылғы 8 қаңтарда Атли алты министрден тұратын құпия Gen 163 Кабинет комитетін құрды, ол Ұлыбританияның әлемдік саясаттағы беделін сақтау үшін атом бомбасы қажет деп шешті. Сыртқы істер министрі Эрнест Бевиннің сөзімен айтқанда: "Бұл жарамайды, біз оны жасауымыз керек. Мен өзім үшін алаңдамаймын, бірақ мен осы елдің басқа сыртқы істер министрінің АҚШ Мемлекеттік хатшысымен, мен Бёрнс мырзамен болған пікірлесімдегідей сөйлесіп тұрғанын қаламаймын. Біз бұл нәрсені қалай болса да осында әкелуіміз керек, қанша тұрса да. Біз оның үстіне қанды Одақ жалауын орнатуымыз керек". Корольдік әуе күштерінің маршалы Лорд Портал жоғары жарылғыш зерттеулер деп аталатын жұмысты басқаруға тағайындалды. 1946 жылы Коккрофт құрған Оксфордширдегі Харвеллге жақын Атом энергиясын зерттеу мекемесі (AERE) әскери және азаматтық атом энергиясын зерттеу және дамытудың негізгі орталығы болды. Пенни бомбаны жобалау жұмысына Бас қару-жарақ зерттеу инспекторы (CSAR, "Caesar" деп айтылады) ретінде жетекшілік етті, ол Кенттегі Форт-Халстедтегі және Вулвичтегі Корольдік арсеналдағы Қару-жарақ зерттеу департаментінің (ARD) жауапты болды. 1950 жылғы сәуірде Беркширдегі RAF Aldermaston тасталған Екінші дүниежүзілік соғыс әуежайы Атомдық қаруды зерттеу мекемесінің (AWRE) тұрақты үйі ретінде таңдалды. Пенни жұмысты бастау үшін команда жинады, алдымен американдық Fat Man имплозиялық типтегі ядролық қарудың ерекшеліктерін, ғылымын және идеясын сипаттайтын есеп дайындады. Ол оны қайта жасау үшін қажетті даму міндеттерін бөліп, ядролық қару туралы қосымша зерттеулерді қажет ететін маңызды мәселелерді анықтады. 1952 жылғы 3 қазанда "Hurricane операциясы" кодымен Австралияның батыс жағалауындағы Монте-Белло аралдарында алғашқы британдық ядролық құрылғы сәтті жарылды. Спутник дағдарысы және британдық сутек бомбасының жасалуы 1958 жылы Атом энергиясы туралы заңға өзгерістер енгізуге және 1958 жылғы АҚШ-Ұлыбритания арасындағы өзара қорғаныс келісімі бойынша Америка мен Ұлыбритания арасындағы ядролық ерекше қарым-қатынасты қайта жаңартуға әкелді.