Кіріспе
Фриш-Пейерль меморандумы – қолданылатын ядролық қарудың алғашқы техникалық сипаттамасы болды. Ол 1940 жылдың наурыз айында Германиядан шыққан еврей физиктері Отто Фриш және Рудольф Пейерльс екеуі Ұлыбританиядағы Бірмингем университетінде Марк Олифанттың жұмысында болғанда жазылған. Меморандум атом бомбасы үшін қажетті бөлінетін материалдың сынды массасының мөлшері туралы алғашқы есептеулерді қамтыды. Ол қажетті көлемнің әуемен жеткізілетін бомбаға сыйып, шағын болуы мүмкін екенін көрсетті. Сондай-ақ, ол ядролық қарудың стратегиялық және моральдық салдарына қатысты болжамдар жасады. Бұл Ұлыбритания мен Американы MAUD комитетіне, «Труба қоспалары» жобасына, «Манхэттен» жобасына және, әрі қарай, Хиросима мен Нагасакиге тасталған атом бомбаларына алып келді.
The Frisch–Peierls memorandum was the first technical exposition of a practical nuclear weapon. It was written by expatriate German Jewish physicists Otto Frisch and Rudolf Peierls in March 1940 while they were both working for Mark Oliphant at the University of Birmingham in Britain during World War II. The memorandum contained the first calculations about the size of the critical mass of fissile material needed for an atomic bomb. It revealed that the amount required might be small enough to incorporate into a bomb that could be delivered by air. It also anticipated the strategic and moral implications of nuclear weapons. It helped send both Britain and America down a path which led to the MAUD Committee, the Tube Alloys project, the Manhattan Project, and ultimately the atomic bombings of Hiroshima and Nagasaki.
Рудольф Пейерлс
Рудольф Пейерлс 1907 жылы Берлинде дүниеге келген. Ол физиканы Берлин университетінде, Мюнхен университетінде Арнольд Зоммерфельдтің, Лейпциг университетінде Вернер Гейзенбергтің және Цюрихтегі ЭТХ-да Вольфганг Паулидің басшылығымен оқыды. 1929 жылы Лейпцигте докторлық диссертациясын қорғағаннан кейін Цюрихте Паулидің ассистенты болды. 1932 жылы ол Рокфеллер стипендиясын алды, оны Энрико Фермидің жетекшілігімен Римде, содан кейін Кембридж университетінің Кавендиш зертханасында Ральф Х. Фаулердің жетекшілігімен оқу үшін пайдаланды. Германияда Адольф Гитлер билікке келгендіктен, ол 1933 жылы туған жеріне қайтпай, Ұлыбританияда қалуды шешті. Ол Манчестер университетінде Ханс Бетемен бірге жұмыс істеді, сосын Кембридждегі Монд зертханасында. 1937 жылы австралиялық және жаңа тағайындалған физика профессоры Марк Олифант оны Бирмингем университетіндегі қолданбалы математика кафедрасына шақырды.
Отто Фриш
Отто Роберт Фриш 1904 жылы Венада дүниеге келген. Ол 1926 жылы Вена университетінде физика мамандығы бойынша докторлық диссертациясын қорғады. 1930 жылға дейін Берлиндегі Физикалық-техникалық Рейхсансталда жұмыс істеді, содан кейін Нобель сыйлығын алған ғалым Отто Штерннің жетекшілігімен Гамбург университетінде қызметке орналасты. Стерн мен Фриш арий емес болғандықтан, Гитлер билікке келгеннен кейін қызметтен босатылды. Стерн Фришке Лондон университетінің Биркбек колледжінде Патрик Блэкеттпен бірге Ұлыбританияда жұмыс табуға көмектесті және Академиялық көмек кеңесінен грант алды. Ол бұдан кейін Нильс Бормен бірге Копенгагендегі Нильс Бор институтында бес жыл жұмыс істеді, онда ол ядролық физикаға, әсіресе нейтрондар физикасына көбірек бейімделді. 1939 жылғы 16 қаңтарда жарияланған Майтнер мен Фриштің мақаласы бұл құбылыстың физикасын түсіндірді. Фриш Копенгагенге оралып, онда ядролық бөліну реакциясынан пайда болған бөлшектерді оқшаулауға қол жеткізді. Фриш кейіннен еске алды: Ядролық бөлінудің ашылуы туралы жаңалықты Бор 1939 жылғы қаңтарда Америкаға жеткізді. Бор және Джон А. Уилер ядролық бөліну механизмін түсіндіру үшін Бор мен Фриц Калкар әзірлеген сұйық тамшы моделін қолдана бастады. Георг Плачек, ядролық бөліну идеясына күмәмен қараған, Борға уранның неліктен өте жылдам және өте баяу нейтрондармен бөлінуін түсіндіруді сұрады. Бордың түйсігі бойынша, төмен энергиядағы бөліну уранның 235 изотопына байланысты, ал жоғары энергияда ол негізінен уранның 238 изотопына байланысты. 16 сәуірде Бор, Плачек, Уилер, Юджин Вигнер және Леон Розенфельд атом бомбасын жасау үшін ядролық тізбекті реакцияны пайдалану мүмкіндігін талқылады және ол мүмкін емес деген қорытындыға келді. Бор: «Бомба жасау үшін бір елдің барлық күш-жігері қажет болады», - деп атап өтті. Пейерлс де модераторды ескермей, бөліну нәтижесінде пайда болатын жылдам нейтрондарды пайдалану арқылы мәселені жеңілдетуге тырысты. Содан кейін ол 1939 жылы жазылған теориялық мақаласында уран металл сферасының сындық массасын есептеп шығарды. Кейіннен ол «критикалық массаның» мөлшері «тонналарға жуық болғанын» еске алды. Сондықтан мақаланың ядролық қаруға қатысы жоқ деп есептедім». Алайда Бор уранның 235 изотопының нейтрондарды сіңіруге әлдеқайда бейім екенін, сондықтан төмен энергиялы нейтрондарды қолданғанда да бөлінетінін айтты. Фриш таза уран-235 шарсын жасаса, не болады деп ойлады. Ол Пейерлстің формуласын пайдаланып есептегенде, таң қалдырарлық нәтиже алды. Кейін Пейерлс былай деп мәлімдеді: Құжаттың құпиялылығын түсінген Пейерлс оны өзі теріп шығарды. Бір көшірмесі жасалды. Бүгінде түпнұсқасы Оксфорд университетінің Бодлеан кітапханасында сақтаулы.
The news of the discovery of fission was brought to America by Bohr in January 1939. Bohr and John A. Wheeler set to work applying the liquid drop model developed by Bohr and Fritz Kalckar to explain the mechanism of nuclear fission. George Placzek, who was skeptical about the whole idea of fission, challenged Bohr to explain why uranium seemed to fission with both very fast and very slow neutrons. Bohr had an epiphany that the fission at low energies was due to the uranium 235 isotope, while at high energies it was due mainly to the more abundant uranium 238 isotope. On 16 April, Bohr, Placzek, Wheeler, Eugene Wigner and Leon Rosenfeld discussed whether it would be possible to use a nuclear chain reaction to make an atomic bomb, and concluded that it was not. Bohr observed that "It would take the entire efforts of a country to make a bomb." Peierls also attempted to simplify the problem by using the fast neutrons produced by fission, thus omitting consideration of moderator. He then calculated the critical mass of a sphere of uranium metal in a theoretical paper written in 1939. He later recalled that the size of the critical mass "was of the order of tons. It therefore appeared to me that the paper had no relevance to a nuclear weapon." However, Bohr had argued that the uranium 235 isotope was far more likely to capture neutrons, so fissile even using neutrons of low energy. Frisch wondered what would happen if he were able to produce a sphere of pure uranium 235. When he used Peierls' formula to calculate this, he received a startling answer. Peierls later observed that:
Realising the sensitive nature of the document, Peierls typed it himself. One carbon copy was made. Today the original is in the Bodleian Library at Oxford University.
Техникалық емес
Меморандум екі бөлімнен тұрды. Бірінші бөлімі – олардың есептеулерінің салдарының көрнекті және толық сипаттамасы болды. Онда мұндай қаруға қарсы ең тиімді қорғаныс – Германия жасаудан бұрын оны өзіміз жасау деген ұсыныс қамтылған еді. Осы екі ғалым бірнеше бетке сыйып, кейіннен Суық соғыстың геосаясатын анықтайтын қарулану тежелу саясатын көре білді. Екінші бөлімі – олардың қорытындыларын негіздеген ғылымды түсіндірді.
Ықпал
Меморандум Олифантқа берілді, ол оны әуе соғысын ғылыми зерттеу комитетінің (CSSAW) төрағасы Тизардқа тапсырды. Ол өз кезегінде оны CSSAW уран зерттеулерін жүктеген комитеттің төрағасы Томсонға жіберді. Томсонның комитеті таратылуға жақын еді. Олар урандағы ядролық реакцияларды және ядролық реакторда графитті нейтрон баяулатушы ретінде қолдануды зерттеген, бірақ нәтижелері жағымсыз болды және графиттің нейтрондарды сіңіру жылдамдығы мұндай реакторды іске асыруға тым жоғары деген қорытындыға келді. Фриш пен Пейерлстің меморандумы Томсонды қайта қарастыруға итермеледі. Коккрофт, Олифант және Томсон арасындағы талқылардан кейін CSSAW одан әрі зерттеу үшін MAUD комитетін құрды. Фриш пен Пейерлс жау шетелдік азаматтар болғандықтан бастапқыда комитет отырыстарына қатысудан шеттетілді, бірақ кейін техникалық кіші комитетке қосылды. MAUD комитетінің зерттеулері екі есепте жинақталды, олар 1941 жылдың шілдесінде MAUD есептері деп белгілі болды. Бірінші есеп, "Бомба жасау үшін уранды пайдалану", ураннан аса қуатты бомба жасау мүмкіндігін талқылады, енді олар оның мүмкін екенін ойлады. Екінші есеп, "Энергия көзі ретінде уранды пайдалану", уранды тек бомба үшін ғана емес, энергия көзі ретінде пайдалану идеясын қарастырды. MAUD комитеті мен есебі британдық ядролық бағдарламаны, Tube Alloys жобасын іске асыруға көмектесті. Бұл Ұлыбританияда ядролық жобаны бастауға ғана емес, американдық жобаның да басталуына септігін тигізді. MAUD комитетінің көмегі болмағанда, американдық бағдарлама, Манхэттен жобасы, бірнеше ай кешігіп басталған болар еді. Олардың орнына, бомба жасау мүмкін бе, жоқ па деген мәселені емес, қалай жасау керектігін ойлауға кірісті. Тарихшы Маргарет Гоуинг: "Уақыт шкаласын бірнеше айға ғана өзгертетін оқиғалардың өзі тарихты өзгерте алады" деп атап өтті. 1941 жылдың тамызында Олифант микротолқынды радар бойынша американдықтарға көмектесу үшін АҚШ-қа жіберілді. Ол MAUD комитетінің маңызды жаңалықтарын американдық ғылыми қауымдастыққа жеткізуге белсенділік танытты. Ол досы Эрнест Лоуренспен кездесу үшін Берклиге сапар шекті, ол көп ұзамай оның ынтасын бөлісті. Олифант американдықтарды ядролық қаруды дамытуға көндірді, ал оның ықпалы Ванневар Буштың есепті тікелей президентке ұсынуына әкелді. Лео Силард кейін былай деп жазды: "Егер Конгресс атом энергиясы жобасының нағыз тарихын білсе, онда ол ерекше қызметтер көрсеткен араласушы шетелдіктерге арналған арнайы медаль жасауға көз жеткізер еді, ал доктор Олифант оны алғашқы болып алуға лайық болар еді".