曼哈顿计划

曼哈顿计划
A fiery mushroom cloud lights up the sky.
美軍於1945年7月16日進行了世界上首次的「 三位一體」核試爆。

存在時期 1942–1946
國家或地區
部門 美国陆军工程兵团
駐軍/總部 美国 田纳西州 橡树岭
參與戰役
紀念日 1942年8月13日
指挥官
著名指揮官 肯尼斯·尼科尔斯
佩章
曼哈頓區於1945年
使用的肩章
Manhattan District.svg
曼哈頓計劃的徽章
(非官方)
Manhattan Project emblem.png

曼哈顿计划英语:Manhattan Project)是 第二次世界大戰期間研發與製造 原子彈的一項大型軍事工程,由 美國以及給予相關支援的 英國加拿大執行,該計划於1942年到1946年間直屬於 美國陸軍工程兵團莱斯利·理查德·格罗夫斯將軍領導,工程原名為「代用材料項目發展」(Development of Substitute Materials),後改為「曼哈頓工程區」(Manhattan District)。期間,美方也吸收了較早展開的英國核武器研發計畫——「 合金管工程」之成果。曼哈顿计划早在1939年即秘密地展開,雇佣了超过13萬人员,花费了将近20億美金(相當於2014年260億美金),超过90%的費用用于建造工厂和制造 核裂变的原材料,用于制造和发展武器的部份僅佔不到10%,此一工程在橫跨美國、英國和加拿大三國的30多個城市中均有進行。

戰爭期間,美軍研發出兩種類型的原子彈,一為設計上較簡單、使用 鈾235製成的「 槍式英语 Gun-type fission weapon」,由於鈾235在天然鈾中僅佔0.7%,其他絕大部分都是質量相同、難以分離的同位素 鈾238,故美方以三種分離方式來提高其鈾-235的 濃度——電磁(「 卡留管英语 Calutron」)、氣體(「 氣體擴散法」)與熱(「 索瑞特效應」),大部分工作都在 田纳西州 橡树岭一地進行。

1941年12月7日,日本 偷袭美国珍珠港,美国对日宣战,自此开始,美国正式卷入二战。此时, 纳粹德国已经开始了 德國核武器開發計畫「铀计划」(德語:Uranprojekt),目的是制造出 核武器,运用在二战之中。一些美国科学家提出,要在纳粹德国之前研发出原子弹。

1942年12月2日,在 费米的指导下 [1],世界上第一个实验性原子反应堆在 芝加哥建成,成功实现了可控的链式反应。1943年春,奥本海默领导科研人员开始制造原子弹的工作;翌年,美国橡树岭工厂生产出第一批浓缩铀原材料;1945年7月12日,第一颗实验性 原子弹开始最后的装配。7月16日,美国的第一颗原子弹在 新墨西哥州的沙漠中试爆成功, 爆炸当量大约21,000吨TNT炸弹。8月6日,美国向 广岛投放名为 小男孩的原子弹;3日后(8月9日),向 长崎投擲名为 胖子的原子弹。8月15日,日本宣告无条件投降, 第二次世界大战结束 [2]

可行性

主要理论技术分支

1942年初,美国科学家就对制造 原子弹的理论,研究方向,预算和时间有大概的估计。在重核元素分离方面,有 加州大学伯克利分校的劳伦斯(Lawrence)团队研究 电磁分离法, 哥伦比亚大学 埃格尔·默弗里英语 Eger V. Murphree 杰西·比姆斯英语 Jesse Beams研究小组研究 气体扩散法,华盛顿卡内基研究所的菲利普·阿伯尔森(Philip Abelson)研究 热扩散法。 [3] 在核反应堆技术方面,哥伦比亚大学的 哈罗德·尤里研究 重水阿瑟·康普顿则指导他手下的科学家在 哥伦比亚大学芝加哥大学普林斯顿大学建设的冶金实验室研究用 石墨作为中子慢化剂的反应堆。 [4] 但是这个项目整体过于庞大远远超过了美国科研机构的能力范围,唯有使其转向军事研究且赋予最高优先级,才有可能在战争结束前完成原子弹制造。 1942年3月9日 布什科南特向美国顶级决策小组呈交了一份总值为9000万美元的计划预算(5400万美元用于美国工程兵部队修建实验设施,3100万美元用于OSRD进行的研究,500万美元的1943财政年的紧急拨款),该报告被呈至罗斯福总统并被立即批准执行。

炸弹的设计可行性

以现在来的眼光来看,原子弹的设计原理是使处于亚 临界状态的 裂变装料瞬间达到超临界状态,有两种基本方式,即内爆式和枪式。内爆式是依靠处于亚临界质量的裂变装药外层的重元素反射层(主要为 铀-238)外层高能炸药爆炸产生的内轰聚爆波压缩内层使其密度骤然增大达到超 临界质量。而枪式是将2-4块处于亚临界状态的裂变材料通过化学炸药爆炸而迅速合拢达到超临界状态。 [5]

而在1943年,枪式和球形原子弹的设计理念已经被 格伦·西博格和他的团队探讨过了,而且奥本海默等人也开始对快中子计算法计算 临界质量的研究,同时奥本海默和 伊利诺伊大学 罗伯特·赛培尔英语 Robert Serber也研究了关于 中子如何进入核链式反应以及由 链式反应产生的爆炸冲击波的具体形式。 [6]

总结

可见,曼哈顿计划开始之前,计划的各种前沿研究已经展开而且各方面都有进展,除了一些需要进一步实验进行验证和研究的理论以外,大部分策划都已经完成,因此从可行性层面上讲曼哈顿计划是完全没问题的。

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