Badanie możliwości konstrukcji broni
atomowej
Od września 1939 do września 1941[20]
Wstępne badania rekcji rozszczepienia wskazywały, iż prawdopodobnie tą drogą
można produkować duże ilości energii. Brano pod uwagę dwa, najbardziej obiecujące,
typy reaktorów: uranowo-grafitowy oraz chłodzony ciężką wodą. Możliwość zbudowania
bomby była w dalszym ciągu kontrowersyjna. Wraz ze wzrostem skali badań potrzebne
były coraz większe fundusze dla ich kontynuacji. Wybuch wojny w Europie spowodował
wzrost nacisku na naukowców, aby ci odpowiedzieli, czy budowa bomby jest możliwa.
Próby zyskania aprobaty rządowej, a co za tym idzie i dotacji, stały się bardzo
wyraźne.
Podczas tego okresu wywierano nacisk na rządy Stanów Zjednoczonych i Wielkiej
Brytanii, aby zwiększyły one wysiłki w kierunku badania możliwości budowy bomby
atomowej oraz rozwijania podstawowych technik temu służących. Znacznie większe
sukcesy w tej materii odnieśli Brytyjczycy - chociaż Stany Zjednoczone posiadały
liczną kadrę naukową, była ona wciąż wykorzystywana do prac nad pokojowymi badaniami.
Sukcesy Wielkiej Brytanii stały się bodźcem dla Amerykanów.
11 października 1939 - Alexander Sachs (pod naciskiem Szilarda) przedstawia
prezydentowi Rooseveltowi "list Einsteina". List ten był w istocie
podpisany przez Alberta Einsteina, treść zaś w porozumieniu z nim napisał Szilard.
Ostrzegał w nim prezydenta, iż zapewne można zbudować broń jądrową oraz nalegał
aby przede wziąć działania, któreby zapobiegły uzyskaniu przewagi w tej technologii
przez Niemców.
21 października 1939 - pierwsze spotkanie Doradczego Komitetu do spraw Uranu
(zwanego czasem "Komitetem Briggisa") w Waszyngtonie. Został on powołany
przez Roosevelta. Przewodniczącym został Lyman Briggs, a członkami: Szilard,
Wigner, Sachs, Teller, por. płk Adamson oraz komandor Hoover. Fizycy byli zadowoleni
z błyskawicznej reakcji rządu; Adamson był nastawiony wrogo. Teller potrzebował
6000 USD na przeprowadzenie eksperymentów z powolnymi neutronami - obiecano
mu je (choć nie bez kłopotów). Raport ze spotkania został wysłany do prezydenta
1 listopada.
Od początku nie było jasne dla wszystkich fizyków, rozpatrujących problem poważnie,
czy zastosowanie rozszczepienia prędkimi neutronami było niezbędne do zbudowania
bomby. Szybkie powielenie było istotne dla uzyskania znaczącej siły wybuchu
a proces spowalniania neutronów trwał za długo. Z drugiej jednak strony wiadomym
było, że średni przekrój czynny na rozszczepienie prędkimi neutronami dla U-238
był zbyt mały, aby możliwa była reakcja. Aż do tego momentu U-235 był rozpatrywany
jedynie ze względu na możliwość rozszczepienia neutronami powolnymi - nadawał
się wiec na użytek elektrowni jądrowych a nie bomb. Nikt do tej pory nie przedstawił
rozsądnego projektu budowy broni atomowej. Fakt, iż duży przekrój czynny dla
rozszczepienia powolnymi neutronami jest równoznaczny z dużym przekrojem dla
szybkiego rozszczepienia nie był dotychczas zauważony.
Luty 1940 - żyjący w Wielkiej Brytanii Frisch i Rudolf Peierls dostrzegają możliwość
rozszczepienia U-235 prędkimi neutronami. Na podstawie teoretycznych analiz
przekroju czynnego oszacowują masę krytyczną czystego U-235 na "funt lub
dwa" - sądzą, iż większość z tego materiału przereaguje przed eksplozją
bomby. Próbują przewidzieć prawdopodobne skutki eksplozji oraz omawiają możliwe
metody połączenia materiału jądrowego, jak również oceniają wykonalność separacji
izotopów. Kopię ich raportu, podsumowującego wyniki badań, otrzymuje Mark Oliphant,
który przekazuje ją Henremu Tizardowi, przewodniczącemu Komitetu Badań Naukowych
(Committee on the Scientific Survey). W tamtych czasach "Komitet Tizarda"
był najważniejszą instytucją naukową zajmującą się obroną w Wielkiej Brytanii.
Marzec 1940 - po wielu interwencjach Szilarda, Briggis w końcu wypłaca obiecane
6000 USD.
2 marca 1940 - John Dunning na Columbia University po raz pierwszy dokonuje
pomiarów przekroju poprzecznego na powolne neutrony dla U-235.
9 kwietnia 1940 - Niemcy napadają na Danię i Norwegię.
10 kwietnia 1940 - pierwsze spotkanie komitetu (później określanego kryptonimem
"Komitet Maud") zorganizowanego przez Tizarda w celu określenia polityki
Wielkiej Brytanii wobec "problemu uranu". Zgodzono się na prowadzenie
prac badawczych dotyczących separacji izotopów oraz szybkiego rozszczepienia.
27 kwietnia 1940 - drugie spotkanie Doradczego Komitetu do spraw Uranu. Decyzją
Briggsa wstrzymano prace nad szybkim rozszczepieniem oraz projektem badań stosu
uranowo-grafitowego dopóki nie ukończą się, dopiero co rozpoczęte, eksperymenty
laboratoryjne.
Maj 1940 - George Kistiakowsky podczas rozmowy z Vannevar Bushem w Instytycie
Carnegie proponuje dyfuzję gazową jako możliwą drogę separacji U-235.
10 maja 1940 - Niemcy rozpoczynają marsz ku podbojowi państw Europy Zachodniej
- atakują Holandię, Belgię i Francję.
27 maja 1940 - Louis Turner wysyła do Szilarda pracę w której dowodzi, że nie
odkryty dotychczas pierwiastek 94-239 powinien być równie przydatny do rozszczepienia
co U-235. Uważa, że może on być wyprodukowany poprzez bombardowanie U-238 neutronami,
czego efektem powinien być nietrwały U-239. Izotop ten doznaje dwóch rozpadów
beta minus do 93-239 i w końcowej formie do 94-239.
27 maja 1940 - Edwin McMillan i Philip Abelson publikują w "Physical Review"
artykuł zatytułowany "Radioaktywny pierwiastek 93", w którym opisują
odkrycie neptunu przez bombardowanie uranu neutronami. Brytyjczycy protestują
przeciwko publikacji w czasie wojny tekstu przekazującego tak istotne dane.
Czerwiec 1940 - grupa Tizarda otrzymuje nazwę "Komitet Maud". Franz
Simon rozpoczyna badania nas separacją izotopów metodą gazowej dyfuzji.
1 lipca 1940 - nowo utworzona Narodowa Rada Badań Naukowych ds. Obrony (National
Defense Research Council - NDRC), której przewodniczącym został Vannevar Bush,
bierze odpowiedzialność za badania dotyczące uranu. W swoim raporcie Briggs
żąda 140,000 USD na przyszłe prace: 40,000 USD na eksperymenty laboratoryjne,
oraz pozostałe 100,000 na badania na dużą skalę nad stosem uranowo-grafitowym.
Bush zgadza się jedynie na 40,000 USD.
Listopad 1940 - zdobywca Nagrody Nobla Harold Urey rozpoczął własne, niezwiązane
z rządowymi, badania nad technicznymi aspektami separacji izotopów.
1 listopad 1940 - zadeklarowane 40,000 USD z Narodowej Rady Badań Naukowych
ds. Obrony w końcu wpłynęły i rozpoczęły się prace na Uniwersytecie stanu Kalifornia
nad budową dużego, podkrytycznego, stosu grafitu i tlenku uranu.
Grudzień 1940 - okresowe sprawozdanie Komitetu Maud zawiera raport Simona dotyczący
separacji izotopów. Raport ten stwierdza, iż dyfuzja gazowa umożliwia separację
izotopów na skalę wystarczającą do produkcji bomby atomowej.
Luty 1941 - Philip Abelson rozpoczyna pracę nad wzbogacaniem uranu w Laboratoriach
Naukowych Marynarki Wojennej (Naval Research Laboratory). Jako metodę separacji
wybiera termodyfuzję.
26 lutego 1941 - Glenn Seaborg i Arthur Wahl udowadniają istnienie pierwiastka
o liczbie atomowej 94. Nazywają go później "pluton".
Marzec 1941 - korzystając z nowo wyznaczonego przekroju czynnego na szybkie
neutrony U-235, Peierls ponownie określił masę krytyczną U-235 na około 8.2
kg samego materiału, lub na 4-4.5 kg gdy jest on otoczony reflektorem. Memorandum
sporządzone przez Komitet Maud, opisujące znaczenie szybkiego rozszczepienia
przy budowie bomby, zostało przekazane do Stanów Zjednoczonych - Lyman Briggs
tylko przejrzał dokument i nie pokazał go nikomu.
6 marca 1941 - Seaborg i Wahl poraz pierwszy odizolowują czysty neptun-239 (0.25
miligram), który w ciągu kilku dni uległ rozpadowi do, (ledwo) widocznego, czystego
plutonu.
28 marca 1941 - Joseph Kennedy, Seaborg i Emilio Segre wykazują, że pluton ulega
rozszczepieniu powolnymi neutronami, dzięki czemu staje się materiałem mogącym
posłużyć do budowy bomby.
Maj 1941 - po miesiącach rosnącego nacisku ze strony naukowców w Wielkiej Brytanii,
Narodowa Rada Badań Naukowych ds. Obrony ponownie rozpatruje sprawę energii
atomowej i powierza ją Narodowej Akademii Nauk (National Academy of Sciences).
Raport datowany na 17 maja omawia wojskowe wykorzystanie nowej techniki do produkcji
energii, nie wspomina nawet jednak o możliwym użyciu jej do produkcji bomby.
W tym samym czasie Bush tworzy większe i bardziej potężne Biuro Badań Naukowych
i Wdrożeń (Office of Scientific Research and Development - OSRD) i zostaje jego
dyrektorem. Biuro jest upoważnione do prowadzenia dużych projektów inżynieryjnych
będących uzupełnieniem badań.
Również w tym miesiącu Tokutaro Hagiwara z Uniwersytetu Kyoto dyskutuje nad
możliwością zainicjowania reakcji fuzji przez bombę atomową - prawdopodobnie
jest to pierwsza wzmianka na ten temat.
18 maja 1941 - Segre i Seaborg utrzymują, iż przekrój czynny na wolne neutrony
dla Pu-239 stanowi 170% tego z U-235. Dowodzi to, iż Pu-239 jest nawet lepszym
materiałem do budowy bomby atomowej.
15 lipca 1941 - Komitet Maud zatwierdza swój finalny raport i rozwiązuje się.
Raport zawiera techniczne aspekty przyszłej bomby atomowej, propozycje rozwoju
niezbędnych technik, oraz szacunkowe koszty projektu.
Chociaż końcowy raport Maud błyskawicznie trafia do Vannevara Busha, postanawia
on poczekać z dalszymi działaniami dotyczącymi rozwoju prac nad rozszczepieniem
do oficjalnego przekazania mu kopii raportu.
Sierpień-Wrzesień 1941 - Fermi wraz ze swoją grupą badawczą na Uniwersytecie
stanu Kalifornia rozpoczął montaż podkrytycznego stosu zawierającego 30 ton
grafitu i 8 ton tlenku uranu. Otrzymany współczynnik powielania neutronów wynosi
k=0.81 - potrzebne są czystsze materiały.
Wrzesień 1941 - Fermi pyta Tellera o zdanie na temat, czy eksplozja materiału
rozszczepialnego może zainicjować reakcję w deuterze. Teller stwierdził, że
nie.