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.