Początki prac nad budową bomby atomowej

Od września 1941 do września 1942[21]

Czas ten charakteryzowało skromne rozpoczęcie zorganizowanych prac nad budową bomby atomowej w dwóch krajach: Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych - znaczna część planów podstawowych badań pozostała na deskach kreślarskich. Czas pomiędzy OSRD (Biuro Badań Naukowych i Wdrożeń) a programem wojskowym był zdezorganizowany, pełen biurokracji oraz, pod rządami Comptona, źle prowadzony. Mimo tych przeszkód prace teoretyczne stawały się dokładniejsze, a eksperymenty na dużą skalę prowadziły prosto ku osiągnięciu samo-podtrzymującej się reakcji. Pierwsze próby rozwoju niezbędnej infrastruktury potrzebnej do budowy broni atomowej (zakup materiałów, kompleksów nieruchomości, skompletowanie zespołów badawczych, przygotowanie podstawowych projektów inżynierskich) dały pewien postęp.

3 września 1941 - za wiedzą Winstona Churchilla, Komitet Szefów Sztabu zgodził się na rozpoczęcie programu atomowego.
3 października 1941 - końcowy raport Komitetu Maud dotarł do Stanów Zjednoczonych oficjalnymi kanałami.
9 października 1941 - Bush przedstawia raport Maud Rooseveltowi. Prezydent aprobuje rozleglejszy projekt badania możliwości budowy bomby atomowej, który miał na celu również potwierdzenie brytyjskich szacunków.
21 października 1941 - Compton organizuje spotkanie w Schenectady (Nowy Jork) z Lawrencem, Oppenheimerem, Georgem Kistiakowskym i Jamesem Conantem (nowym szefem NDRC) w celu omówienia raportu Komitetu Maud oraz ostatnich wyników prac. Efektem spotkania jest wspólny wniosek, iż budowa bomby jest prawdopodobna.
1 listopad 1941 - Compton publikuje końcowy raport Narodowej Akademii Nauk, w którym podkreśla znaczenie rozwijania prac nad budową bomby U-235. Raport jest przedstawiony prezydentowi 27 listopada.

Listopad 1941 - John Dunning i Eugene Booth demonstrują pierwszą mierzalną próbkę U-235 wzbogaconego dzięki dyfuzji gazowej.
6 grudnia 1941 - Bush organizuje spotkanie w Waszyngtonie, którego celem jest przyspieszenie programów badawczych. Compton odpowiada za fundusze. Urey ma pracować nad dyfuzją gazową i produkcją ciężkiej wody na Columbia University. Lawrence będzie pracował nad separacją elektromagnetyczną w Berkeley a Eger Murphree nad separacją metodą wirówkową oraz będzie nadzorował wyniki nadań inżynieryjnych. Contat zaleca produkcję Pu-239 - nie podjęto jednak żadnych decyzji w tej materii.
7 grudnia 1941 - japończycy atakują Pearl Harbor.
8 grudnia 1941 - Stany Zjednoczone wypowiadają Japonii wojnę.
11 grudnia 1941 - Stany Zjednoczone wypowiadają Rzeszy Niemieckiej i Włochom wojnę (wcześniej państwa te zadeklarowały wojnę Stanom Zjednoczonym).
18 grudnia 1941 - zorganizowane zostaje pierwsze spotkanie członków projektu S-1, popieranego przez OSRD. S-1 decyduje rozpocząć badania na pełną skalę nad reakcją rozszczepienia oraz jej wykorzystaniem w budowie broni atomowej.

Styczeń 1942:
* Compton tworzy Laboratorium Metalurgiczne na Uniwersytecie w Chicago pełniącego funkcję centrum naukowego. Przenosi prace nad "zapalnikami uranowymi" - reaktorami - do niego.
* Oppenheimer organizuje program fizyki teoretycznej prędkich neutronów na Berkeley.
Luty 1942 - Compton proponuje Gregorowi Breitowi koordynację badań nad fizyką prędkich neutronach. W tym czasie dostępne dane eksperymentalne na temat wszystkich aspektów reakcji prędkich neutronów oraz ich udziale w szybkim rozszczepieniu były bardzo skromne i nieprecyzyjne. Wiedza techniczna jest także ograniczona.
Ważne jest, aby uzmysłowić sobie, że w początku 1942 roku fizyka rozszczepienia, a zwłaszcza fizyka prędkich neutronów, była dziedziną mało poznaną. Możliwość, że jakieś nie odkryte dotąd zjawisko może zniszczyć rozwój programów atomowych było całkiem realne, dlatego niezbędne były rozległe badania które upewniłyby, że program budowy bomby nie jest kierowany w ślepą uliczkę. Skromna oraz niska jakość danych eksperymentalnych była głównym problemem wtedy nawet, gdy żadnych problemów nie odkryto.
23 marca 1942 - liderzy programu S-1 przedyskutowują dalsze priorytety. Conant ponagla, aby rozwijać wszystkie metody mogące służyć do produkcji materiałów rozszczepialnych: dyfuzję gazową, separację wirówkową i elektromagnetyczną oraz wytwarzanie plutonu w reaktorach grafitowych oraz wodnych ciężkich. Argumentował, że doprowadzi to do skrócenia czasu wytworzenia materiału, niezależnie od kosztów.

Kwiecień 1942
* Fermi przenosi się do Chicago. Buduje na tamtejszym uniwersytecie eksperymentalny stos o współczynniku k=0.995. Planuje konstrukcję pierwszego na świecie stosu krytycznego, którego nazwał CP-1. Wysiłki Fermiego koncentrują się na zapewnieniu odpowiedniej czystości i wystarczającej jakości grafitu i uranu dla wykorzystania w budowie reaktora.
* Seaborg przyjeżdża do Chicago i rozpoczyna prace nad separacją plutonu na skalę przemysłową oraz jego oczyszczaniem.
* Percival Keith z Kellog Co. rozpoczyna projektowanie pilotowego zakładu dyfuzji gazowej.
18 maja 1942 - Breit odchodzi, zostawiając badania nad fizyką neutronów. Compton proponuje jego stanowisko Oppenheimerowi.
19 maja 1942 - Oppenheimer w liście do Larwenca pisze, że problemy związane z budową bomby są w zasadzie rozwiązane oraz że sześciu dobrych fizyków powinno dopracować pozostałe szczegóły w pół roku. Jego optymizm był oparty o przeświadczeniu, że łączenie metodą działa (wstrzeliwanie) jest odpowiednie zarówno dla uranu jak i plutonu.

Czerwiec 1942
* Oppenheimer dołącza do Laboratorium Metalurgicznego wspomagając prace nad fizyką prędkich neutronów oraz przygotowuje zarys całego programu fizyki neutronów.
* rozpoczęła się produkcja plutonu poprzez napromieniowanie w cyklotronie.
* rada inżynieryjna przy Laboratorium Metalurgicznym rozpoczyna pracę nad rozwojem reaktorów produkujących pluton na dużą skalę
* Roosevelt zgadza się przeznaczyć 85 milionów USD na wojskowy program atomowy.
18 czerwca 1942 - z powodu narastających problemów organizacyjnych płk James Marshall dostaje rozkaz od gen. bryg. Steyra zorganizowania Wojskowego Korpusu Saperów (Army Corps of Engineers), który miał przejąć i zreorganizować program budowy bomby atomowej.

Lipiec-Wrzesień 1942 - Oppenheimer organizuje teoretyczną grupę badawczą w Berkeley, której zadaniem ma być stworzenie podstawowego projektu bomby. W skład grupy wchodzą: Oppenheimer, Hans Bethe, Teller, John Van Vleck, Felix Bloch, Robert Serber i Emil Konopiński. Podczas lata grupa ta opracowuje zasady projektowania bomby oraz rozważa możliwość budowy bomb fuzyjnych (termojądrowych). Oppenheimer wyłania się jako naturalny lider. Grupa oszacowuje masę U-235 niezbędną do wywołania eksplozji o dużej sile wybuchu na 30 kg (około 100 kt), ocenia również, że budowa megatonowych bomb fuzyjnych jest wielce prawdopodobna.
W tym czasie Richard C. Tolman i Serber dyskutowali na temat użycia specjalnie uformowanego materiału wybuchowego, którego celem było zgniecenie bryły materiału rozszczepialnego (tzw. implozja; więcej na ten temat: 3.1.4.1.1 Implozja) do poziomu krytycznego. Metoda ta miałaby zostać użyta w miejsce działa. Serber twierdzi, że byli oni współautorami krótkiego raportu na ten temat, którego jednak nie odnaleziono.
Fermi i jego ludzie są zaangażowani w organizowanie materiałów wymaganych dla CP-1.
27 czerwca 1942 - pierwszy ładunek napromieniowanego uranu dociera do Laboratorium Metalurgicznego (500 funtów - około 136 kg).
Połowa września 1942 - Fermi ze współpracownikami demonstruje eksperymentalny stos o współczynniku powielania neuronów równym prawie k=1.04. Osiągnięcie samo-podtrzymującej się reakcji łańcuchowej jest teraz pewne.
20 września 1942 - Seaborg odizolowuje czysty pluton dzięki procesowi separacji odpowiedniemu dla skali przemysłowej.