Введение
Группа, способствовавшая началу Манхэттенского проекта
Исполнительный комитет S 1 заложил основу для Манхэттенского проекта, инициировав и координировав ранние исследовательские усилия в Соединенных Штатах и взаимодействуя с проектом Tube Alloys в Великобритании. После открытия ядерного деления в декабре 1938 года, опасения, что нацистская Германия может разработать ядерное оружие, побудили Лео Силарда и Юджина Вигнера в августе 1939 года составить письмо Эйнштейна — Силарда президенту Соединенных Штатов Франклину Д. Рузвельту. В ответ на это в Национальном бюро стандартов под председательством Лаймана Дж. Бриггса был создан Консультативный комитет по урану для определения возможности создания ядерного оружия. В июне 1940 года был создан Комитет по научным исследованиям в области национальной обороны (КНДО) для координации исследований, связанных с обороной, и Консультативный комитет по урану стал Урановым комитетом КНДО. В июне 1941 года Рузвельт создал Управление научных исследований и разработок под руководством Ванневара Буша (OSRD), которое включило в себя КНДО, теперь под руководством Джеймса Б. Конанта. Урановый комитет стал Урановым отделом OSRD, который вскоре по соображениям безопасности был переименован в Секцию S 1. К маю 1942 года Секция S 1 стала слишком громоздкой, и в июне 1942 года была заменена более компактным Исполнительным комитетом S 1. Британский комитет MAUD продемонстрировал возможность создания ядерного оружия, и его результаты были переданы Консультативному комитету по урану миссией Tizard. Секция S 1 координировала исследования в области ядерного оружия в Соединенных Штатах в сотрудничестве с британским проектом Tube Alloys. Армия Соединенных Штатов создала Манхэттенский округ в июне 1942 года и в сентябре 1942 года взяла на себя ответственность за разработку ядерного оружия от Исполнительного комитета S 1. Контракты OSRD на научные исследования и разработки прекращались по истечении срока действия, а производственные контракты были прекращены и переданы армии. Хотя Исполнительный комитет S 1 оставался консультативным органом, он перестал быть активным. OSRD и КНДО продолжали оказывать влияние на Манхэттенский проект через участие Буша и Конанта в Военно-политическом комитете, который контролировал Манхэттенский проект.
Происхождение
Открытие ядерного деления в декабре 1938 года, о котором сообщили Отто Ган и Фриц Штрассман в выпуске журнала Die Naturwissenschaften от 6 января 1939 года, и его правильная идентификация как ядерного деления Лизой Майтнер в выпуске журнала Nature от 11 февраля 1939 года вызвали огромный интерес среди физиков. Еще до публикации эту новость в Соединенные Штаты привез датский физик Нильс Бор, который открыл Пятую Вашингтонскую конференцию по теоретической физике вместе с Энрико Ферми 26 января 1939 года. Результаты были быстро подтверждены экспериментальными физиками, в первую очередь Ферми и Джоном Р. Даннингом из Колумбийского университета. Возможность разработки нацистской Германией ядерного оружия особенно беспокоила ученых-беженцев из Германии и других фашистских стран, многие из которых покинули Европу в 1930-х годах. Двое из них, Лео Силард и Юджин Вигнер, подготовили проект письма Эйнштейна — Силарда президенту Соединенных Штатов Франклину Д. Рузвельту. В письме Рузвельта информировали о существовании немецкого проекта по созданию ядерного оружия, предупреждали, что немцы, вероятно, работают над атомной бомбой на основе урана, и настоятельно рекомендовали Соединенным Штатам обеспечить поставки урана и начать исследования в области ядерных технологий. Письмо было подписано Альбертом Эйнштейном 2 августа 1939 года, но его доставка была отложена из-за начала Второй мировой войны в Европе с вторжением Германии в Польшу в сентябре 1939 года. В конечном итоге, 11 октября 1939 года, письмо лично вручил Рузвельту экономист Александр Сакс. В этот день он встретился с президентом, его секретарем, бригадным генералом Эдвином "Па" Уотсоном и двумя экспертами по вооружению – подполковником армии Китом Ф. Адамсоном и командиром ВМС Гилбертом С. Гувером. Рузвельт по итогам беседы сказал: "Алекс, ты хочешь, чтобы нацисты не уничтожили нас". И добавил Уотсону: "Это требует немедленных действий".
Консультативный комитет по урану
В результате письма Рузвельт попросил ученого Лаймана Дж. Бриггса, директора Национального бюро стандартов, организовать Консультативный комитет по урану. Федеральные консультативные комитеты были частью федерального правительства с 1794 года, когда Джордж Вашингтон назначил один из них для расследования Мятежа Виски. Большинство из них недолговечны, они прекращают свою деятельность через пару лет, а их состав меняется с приходом нового президента. Комитет состоял из Бриггса, Адамсона и Гувера. Первое заседание состоялось 21 октября 1939 года в Национальном бюро стандартов в Вашингтоне, округ Колумбия. Помимо членов комитета, в нем приняли участие физики Фред Л. Молер из Национального бюро стандартов и Ричард Б. Робертс из Института Карнеги в Вашингтоне, а также Силард, Вигнер и Эдвард Теллер. Эйнштейна пригласили, но он отказался. Адамсон скептически относился к перспективе создания атомной бомбы, но был готов выделить 6000 долларов (6000.0 в 1940 году эквивалентно приблизительно <расчетной сумме> в сегодняшних долларах) на закупку урана и графита для экспериментов Силарда и Ферми по созданию ядерной цепной реакции в Колумбийском университете. Консультативный комитет по урану отчитался перед президентом 1 ноября 1939 года. Признавая, что научная обоснованность этого вопроса не доказана и что ядерная цепная реакция – не более чем теоретическая возможность, он предвидел, что ядерная энергия может быть использована в качестве движителя для подводных лодок, и что атомная бомба "может стать источником бомб с разрушительной силой, значительно превосходящей все, что известно на данный момент". Комитет рекомендовал правительству закупить оксид урана и графит для экспериментов с цепной реакцией. Он также рекомендовал включить в состав комитета Эйнштейна, Карла Комптона, Джорджа Б. Пеграма и Сакса. Когда Сакс прочитал отчет, он посчитал его слишком академичным и не отражающим суть проблемы. В университетах и исследовательских институтах США уже проводились эксперименты по делению урана. Альфред Ли Лумис поддерживал Эрнеста Лоуренса в Радиационной лаборатории в Беркли. Ванневар Буш также проводил аналогичные исследования в Институте Карнеги. В Колумбийском университете, пока Ферми и Силард изучали возможность создания ядерной цепной реакции, Даннинг рассматривал возможность, предложенную Нильсом Бором и Джоном А. Уилером, но отвергнутую Ферми, что именно редкий изотоп урана-235 в первую очередь отвечает за деление. Он попросил Альфреда О. К. Ниера из Университета Миннесоты подготовить образцы урана, обогащенные ураном-234, ураном-235 и ураном-238, используя масс-спектрометр. Они были готовы в феврале 1940 года, после чего Даннинг, Юджин Т. Бут и Аристид фон Гроссе провели серию экспериментов. Они продемонстрировали, что именно уран-235 в первую очередь отвечает за деление под воздействием медленных нейтронов, но не смогли определить точные сечения захвата нейтронов из-за недостаточной степени обогащения образцов. Пеграм передал результаты Бриггсу 11 марта 1940 года, и они были опубликованы в журнале Physical Review 15 и 15 апреля 1940 года. Бриггс сообщил Уотсону 9 апреля, что маловероятно инициировать цепную реакцию в уране без его обогащения, и поэтому настоятельно рекомендовал начать исследования в области технологии разделения изотопов. Результаты Нира, Бута, Даннинга и фон Гросса были обсуждены Джесси Бимсом, Россом Ганном, Ферми, Ниром, Мерлом Туве и Гарольдом Юри на весеннем собрании Американского физического общества в Вашингтоне, округ Колумбия, в последнюю неделю апреля 1940 года. В газете "Нью-Йорк Таймс" сообщалось, что участники конференции спорили о "вероятности того, что какой-нибудь ученый взорвет значительную часть Земли с помощью крошечного количества урана". 27 апреля 1940 года Консультативный комитет по урану вновь собрался в Национальном бюро стандартов. На этот раз к ним присоединился контр-адмирал Гарольд Боуэн-старший, директор Военно-морской исследовательской лаборатории (ВМЛ), вместе с Саксом, Пеграмом, Ферми, Силардом и Вигнером. И снова Эйнштейн, хотя и был приглашен, отказался присутствовать. На встрече были подчеркнуты разногласия между оптимистичными Силардом и Саксом и более осторожным Ферми. Комитет согласился продолжить работу в Колумбийском университете, надеясь, что она продемонстрирует, возможна ли цепная реакция. Боуэн и Ганн предложили создать научный подкомитет для консультирования Консультативного комитета по урану. Туве и Ванневар Буш из Института Карнеги проявили к этому интерес, и Бриггс его создал. Под председательством Бриггса в его состав вошли Юри, Пеграм, Туве, Бимс, Ганн и Грегори Брайт. Научный подкомитет впервые собрался 13 июня 1940 года в Национальном бюро стандартов. Он рассмотрел проделанную работу на данный момент и рекомендовал увеличить поддержку исследований как в области ядерных цепных реакций, так и в области разделения изотопов. Вторжение Германии в Бельгию в мае 1940 года вызвало обеспокоенность судьбой урановой руды из Бельгийского Конго, крупнейшего в мире источника; последовавшая за этим Битва за Францию вызвала тревогу в администрации по поводу направления войны. 12 июня 1940 года Буш и Гарри Хопкинс обратились к президенту с предложением создать Национальный комитет оборонных исследований (НКОИ) для координации исследований, связанных с обороной. НКОИ был официально создан 27 июня 1940 года, а его председателем стал Буш. Он немедленно поглотил Консультативный комитет по урану, что и было одной из его целей. Буш немедленно реорганизовал Консультативный комитет по урану в Комитет НКОИ по урану, который подчинялся непосредственно ему. Бриггс остался председателем, но Гувер и Адамсон были исключены из его состава, а Туве, Пеграм, Бимс, Ганн и Юри были добавлены. В целях безопасности к Комитету по урану не были назначены ученые, родившиеся за границей. Публикация исследований по урану, делению и разделению изотопов была запрещена.
Tuve, Beams, Gunn, and Gregory Breit. The scientific subcommittee met for the first time on June 13, 1940, at the National Bureau of Standards. It reviewed the work thus far and recommended increased support for research into both nuclear chain reactions and isotope separation. The German invasion of Belgium in May 1940 generated concern over the fate of uranium ore from the Belgian Congo, the world's largest source; the subsequent Battle of France created alarm in the administration over the direction the war was taking. On June 12, 1940, Bush and Harry Hopkins went to the president with a proposal to create a National Defense Research Committee (NDRC) to coordinate defense related research. The NDRC was formally created on June 27, 1940, with Bush as its chairman. It immediately absorbed the Advisory Committee on Uranium, which was indeed one of its purposes. Bush immediately reorganised the Advisory Committee on Uranium as the NDRC Committee on Uranium, reporting directly to him. Briggs remained chairman, but Hoover and Adamson were dropped from its membership, while Tuve, Pegram, Beams, Gunn, and Urey were added. For security reasons, no foreign born scientists were appointed to the Uranium Committee. Publication of research into uranium, fission and isotope separation was now banned.
Комитет МАУД
Между тем, Отто Фриш и Рудольф Пейерлс, два исследователя из Бирмингемского университета в Англии, которым, по иронии судьбы, Марк Олифант поручил изучать ядерное оружие, поскольку, будучи лицами вражеского происхождения в Британии, они не имели права участвовать в секретных военных разработках, в марте 1940 года представили меморандум Фриша — Пейерлса. Меморандум опровергал распространенное в то время мнение о необходимости многих тонн урана для создания бомбы, требующей доставки морским транспортом. Расчеты, представленные в меморандуме, показали, что бомба может быть возможна, используя всего лишь небольшое количество чистого урана-235, что было бы вполне практически для транспортировки самолетами. Олифант передал меморандум Генри Тизарду, после чего был создан комитет MAUD для дальнейшего изучения этого вопроса. Комитет пришел к выводу, что атомная бомба не только технически осуществима, но и может быть создана всего за два года. Комитет единогласно рекомендовал немедленно приступить к разработке атомной бомбы, хотя и признал, что необходимые ресурсы могут превышать возможности Великобритании. Комитет MAUD завершил доклад MAUD 15 июля 1941 года и был распущен. Доклад состоял из двух частей: первая заключалась в том, что бомба на основе урана-235 может быть создана всего за два года, используя урана-235 с энергетическим эквивалентом; вторая заключалась в том, что управляемая цепная реакция деления может служить источником энергии для машин и источником радиоизотопов. В результате доклада комитета MAUD британцы начали программу разработки атомной бомбы под кодовым названием Tube Alloys.
Дальнейшее развитие британской экономики
Ури начал рассматривать методы разделения изотопов. Центрифугирование считалось наиболее перспективным методом. Бимс разработал такой процесс в Университете Вирджинии в 1930-х годах, но столкнулся с техническими трудностями. Процесс требовал высоких скоростей вращения, но на определенных скоростях возникали гармонические колебания, угрожавшие разрушить оборудование. Поэтому было необходимо быстро преодолевать эти скорости. В 1941 году он начал работать с гексафторидом урана, единственным известным газообразным соединением урана, и смог выделить уран-235. В Колумбийском университете Ури поручил Карлу П. Коэну изучить этот процесс, и тот разработал математическую теорию, позволяющую спроектировать центрифугу для разделения изотопов, строительство которой взяла на себя компания Westinghouse. Другой возможностью была газовая диффузия, которую предложил Джордж Б. Кистиаковский на обеде 21 мая 1940 года. В сентябре 1940 года британская миссия Тизарда поделилась своими результатами с американцами, но это лишь заставило их осознать, что они отстают от британцев, а возможно, и от немцев. 15 апреля 1941 года Бриггс получил записку от Рудольфа Ладенбурга, физика из Принстонского университета, в которой говорилось:
Буш поручил Национальной академии наук провести обзор уранового проекта. Председателем комиссии по обзору был назначен Артур Комптон, а в ее состав вошли физики Эрнест О. Лоуренс, Джон К. Слейтер и Джон Х. Ван Влек, а также химик Уильям Д. Кулидж. 17 мая 1941 года комиссия представила положительный отчет, рекомендовав активизировать усилия, но Буша обеспокоил акцент на ядерной энергии, а не на ядерном оружии, и он привлек двух инженеров – Оливера Э. Бакли из Bell Telephone Laboratories и Л. Уоррингтона Чабба из Westinghouse – для подготовки второго отчета с упором на оценку сроков получения практических результатов.
Секция S-1
28 июня 1941 года Рузвельт издал исполнительный приказ № 8807, учредивший Управление научных исследований и разработок (OSRD), директором которого был назначен Буш, лично ответственный перед президентом. Новая организация поглотила NDRC, председателем которой стал Джеймс Б. Конант. Комитет по урану преобразовали в Урановый отдел OSRD, который вскоре по соображениям безопасности был переименован в Секцию S 1. В состав Секции S 1 Буш включил Сэмюэля К. Эллисона, Брейта, Эдварда У. Кондона, Ллойда П. Смита и Генри Д. Смита; Ганн был исключен в соответствии с политикой NDRC, запрещавшей участие военнослужащих в работе секций. Бриггс остался председателем, а Пеграм – вице-председателем. В соответствии с пожеланиями президента, вопросы политики решались президентом, Уоллесом, Бушем, Конантом, военным министром Генри Стимсоном и начальником штаба армии, генералом Джорджем Маршаллом. Для реализации этого Секция S 1 была выведена из-под контроля NDRC и поставлена непосредственно под руководство Буша, который получил право санкционировать закупки. Директор Бюро бюджета Гарольд Д. Смит заверил Буша, что в случае нехватки ресурсов OSRD будет выделено дополнительное финансирование из средств, находящихся в распоряжении президента. В августе 1941 года Олифант прилетел в США из Англии, чтобы выяснить, почему Бриггс и его комитет, по-видимому, игнорируют доклад MAUD. К своему ужасу Олифант обнаружил, что отчеты и другие документы, направленные непосредственно Бриггсу, не были доведены до сведения всех членов комитета; Бриггс хранил их под замком в сейфе. Затем Олифант встретился с Эллисоном, Кулиджем, Конантом и Ферми, чтобы объяснить неотложность ситуации. На этих встречах Олифант говорил об атомной бомбе с убежденностью и уверенностью, подчеркивая, что Великобритания не располагает достаточными ресурсами для самостоятельной реализации проекта, и поэтому исход дела зависит от Соединенных Штатов. 9 октября 1941 года Буш встретился с Рузвельтом и вице-президентом Генри Уоллесом и проинформировал их о ходе работы Секции S 1. 19 ноября 1941 года он лично передал Рузвельту третий доклад Артура Комптона от 1 ноября. 6 декабря 1941 года Буш провел совещание по организации ускоренного исследовательского проекта под руководством Комптона, в рамках которого Ури должен был заниматься газовой диффузией для обогащения урана, а Лоуренс – методами электромагнитного обогащения. На следующий день японская атака на Перл-Харбор привела к вступлению США в войну. С началом войны финансирование стало доступным в объемах, о которых годом ранее и мечтать не приходилось. На заседании Секции S 1 18 декабря 1941 года, когда Лоуренс запросил 400 000 долларов на электромагнитное разделение, секция немедленно рекомендовала удовлетворить его просьбу. Комптону было выделено 340 000 долларов на исследования ядерных реакторов в Колумбийском и Принстонском университетах и 278 000 долларов в Чикагском университете. Еще 500 000 долларов было выделено на закупку сырья. Его предлагаемый график был не менее амбициозен: создание ядерной цепной реакции к июлю 1942 года и создание атомной бомбы к январю 1945 года. В январе 1942 года он создал Металлургическую лабораторию, централизовав все работы в Чикагском университете.