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曼哈頓計劃

(美國陸軍部研製原子彈計劃)

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美國陸軍部於1942年6月開始實施利用核裂變反應來研製原子彈的計劃,亦稱曼哈頓計劃(Manhattan Project)。該工程集中了當時西方國家(除納粹德國外)最優秀的核科學家,動員了10萬多人蔘加這一工程,歷時3年,耗資20億美元,於1945年7月16日成功地進行了世界上第一次核爆炸,並按計劃製造出兩顆實用的原子彈。整個工程取得圓滿成功。在工程執行過程中,負責人L.R.格羅夫斯和R.奧本海默應用了系統工程的思路和方法,大大縮短了工程所耗時間。這一工程的成功促進了第二次世界大戰後系統工程的發展。
中文名
曼哈頓計劃
外文名
Manhattan Project
相關名人
愛因斯坦、羅斯福、奧本海默
計劃背景
二戰期間
計劃時間
1942年6月~1945年7月16日
計劃成果
原子能法令;核能產業;二戰定大局

曼哈頓計劃背景

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到1941年12月6日,美國正式制定了代號為“曼哈頓”的絕密計劃。 羅斯福總統賦予這一計劃以“高於一切行動的特別優先權”。
1937年2月,納粹德國開始執行了“鈾計劃”。1941年末,珍珠港事件後,美國參加了二次大戰,與納粹德國宣戰。一些美國科學家提議要先於納粹德國製造出原子彈
例如愛因斯坦給羅斯福的原信如下:
Albert Einstein
Old Grove Rd.
Nassau Point
Peconic, Long Island
August 2nd, 1939
F.D. Roosevelt
President of the United States
White House
Washington, D.C.
Sir:
Some recent work by E.Fermi and L. Szilard, which has been communicated to me in manuscript, leads me to expect that the element uranium may be turned into a new and important source of energy in the immediate future. Certain aspects of the situation which has arisen seem to call for watchfulness and, if necessary, quick action on the part of the Administration. I believe therefore that it is my duty to bring to your attention the following facts and recommendations:
In the course of the last four months it has been made probable – through the work of Joliot in France as well as Fermi and Szilard in America – that it may become possible to set up a nuclear chain reaction in a large mass of uranium by which vast amounts of power and large quantities of new radium-like elements would be generated. Now it appears almost certain that this could be achieved in the immediate future.
This new phenomenon would also lead to the construction of bombs, and it is conceivable – though much less certain – that extremely powerful bombs of a new type may thus be constructed. A single bomb of this type, carried by boat and exploded in a port, might very well destroy the whole port together with some of the surrounding territory. However, such bombs might very well prove to be too heavy for transportation by air.
The United States has only very poor ores of uranium in moderate quantities. There is some good ore in Canada and the former Czechoslovakia, while the most important source of uranium is Belgian Congo.
In view of the situation you may think it desirable to have more permanent contact maintained between the Administration and the group of physicists working on chain reactions in America. One possible way of achieving this might be for you to entrust with this task a person who has your confidence and who could perhaps serve in an inofficial capacity. His task might comprise the following:
a) to approach Government Departments, keep them informed of the further development, and put forward recommendations for Government action, giving particular attention to the problem of securing a supply of uranium ore for the United States;
b) to speed up the experimental work, which is at present being carried on within the limits of the budgets of University laboratories, by providing funds, if such funds be required, through his contacts with private persons who are willing to make contributions for this cause, and perhaps also by obtaining the co-operation of industrial laboratories which have the necessary equipment.
I understand that Germany has actually stopped the sale of uranium from the Czechoslovakian mines which she has taken over. That she should have taken such early action might perhaps be understood on the ground that the son of the German Under-Secretary of State, von Weizs?cker, is attached to the Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin where some of the American work on uranium is now being repeated.
Yours very truly
Albert Einstein
譯文如下:
阿爾伯特.愛因斯坦
老格魯夫大街
科尼克, 長島
1939年8月2日
F.D.羅斯福
美國總統
白宮
華盛頓特區
總統先生,
通過和E.弗爾米,I.西拉德進行關於研究草稿的交流,最近的工作使我相信在不久的將來,鈾元素將成為一種新型的重要的能源。由此引起的許多問題需要我們提高警覺性,假如有必要的話,政府部門應當採取迅速的行動。因此我相信我有責任提醒您關注以下的事實和建議。
在過去的四個月裏,通過約里奧在法國的工作,以及弗爾米和西拉德在美國進行的工作,使用大量的鈾來建立核鏈式反應堆,從而產生巨大的能量和大量的新型類鐳元素已成為可能。現在基本可以確定這將在不久的將來實現。
這種新的現象將引導着炸彈的構造,並且這是有可能的--儘管還不是那麼確定--威力十分巨大的炸彈將因此而可能被製造出來。這樣一顆單個的炸彈,用船運載,並在港口爆炸,將可能會摧毀整個港口以及周圍的環境。然而,這樣的炸彈對於空中運輸可能顯得太過於沉重。
美國只有很少量適合使用的鈾礦石。有一些好的礦石在加拿大和捷克斯洛伐克,但最好的鈾資源還是在剛果。
基於這樣的情況你也許會認為在美國建造鏈式反應堆的物理學家和行政部門保持永久的關係是有必要的。對於你而言實現這樣的可能的方式就是,將這一任務委託給一個你信任的人,而他將以一個非官方的身份進行工作。他的任務也許包括以下內容:
1. 接近政府部門,熟悉未來的發展情況,並且給政府的工作提出建議,特別是關注為美國獲取鈾礦的供應。
2. 通過提供資金加速實驗活動,解決目前由預算有限的大學實驗室來進行的問題。假如已經有資金,則通過和願意為這一事業奉獻的個人聯繫,或者是和具有必要設備的公司實驗室進行合作。
我瞭解到德國實際上已經停止了捷克斯洛伐克礦山的鈾交易,並對其進行了接管。它已經採取這樣早的行動是可以理解的,根據德國副國務卿的兒子魏茨澤克,供職於柏林凱撒--威廉研究會,而在那裏美國關於鈾的活動一直在重複着。
你真誠的,
阿爾伯特.愛因斯坦
1942年初,美國科學家雖然對原子彈的機制、應該努力的方向,甚至費用和時間都有了大致的構想,但核研究的龐大工程已經超過了科學研究機構的能力。當時美國經濟已經轉向戰爭,沒有一家工業公司能在短期內完成有關生產設施的建設。美國核研究的負責人之一布什認為,只有軍隊以最高優先權,才能在戰爭結束前生產出核原料來。1942年3月9日,他在給羅斯福總統的報告中,強調了原子彈的光明前景,提出把全部的研製和生產管理移交給軍隊。6月17日,布什給羅斯福準備了一份將核計劃全部交給軍隊領導執行的詳細報告。此時羅斯福在白宮辦公室裏,早已研究了愛因斯坦的信,正一直舉棋不定。接到布什的建議後,羅斯福立即批覆了布什的報告。

曼哈頓計劃絕密計劃

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羅斯福總統賦予這一計劃以“高於一切行動的特別優先權”。 “曼哈頓”計劃規模大得驚人。由於當時還不知道分裂鈾235的3種方法哪種最好,只得用3種方法同時進行裂變工作。這項複雜的工程成了美國科學的熔爐,在 “曼哈頓”工程管理區內,彙集了以奧本海默為首的一大批來自世界各國的科學家。科學家人數之多簡直難以想象,在某些部門,帶博士頭銜的人甚至比一般工作人員還要多,而且其中不乏諾貝爾獎得主。“曼哈頓”工程在頂峯時期曾經起用了53.9萬人,總耗資高達25億美元。這是在此之前任何一次武器實驗所無法比擬的。

曼哈頓計劃軍方支持

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在參謀長聯席會議主席馬歇爾的支持下,美國軍方同意按原S-1委員會(負責鈾研究的一個機構)的建議,開始建設4種分別採用不同方法的鈾同位素分離工廠和其他的研製、生產基地。軍隊把整個計劃取名為“代用材料發展實驗室”,指派美國軍事工程部的馬歇爾上校負責全部行動。
由於馬歇爾上校循規蹈矩,與科學顧問們又合不來,使研究計劃優先權的升級和氣體分離工廠地址的選擇拖延了兩個月。9月,政府戰時辦公室和軍隊高層領導決定,領導修建美國國防部大樓五角大樓的格羅夫斯上校接替馬歇爾上校。格羅夫斯在赴任之前,被提升為准將。

曼哈頓計劃優先權

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格羅夫斯在上任後不到48小時內就成功地把計劃的優先權升為最高級,並選定田納西州橡樹嶺作為鈾同位素分離工廠基地。因為馬歇爾上校的總辦公室最初將設在紐約城,他們決定把新管區的名稱命名為“曼哈頓”。於是,“曼哈頓工程區(或簡稱為曼工區)”就這樣誕生了。美國整個核研究計劃不久後取名為 “曼哈頓計劃”。

曼哈頓計劃最終目標

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曼哈頓計劃的最終目標是趕在戰爭結束以前造出原子彈。雖然在這個計劃以前,S-1執行委員會就肯定了它的可行性,但要實現這一新的爆炸,還有大量的理論和工程技術問題需要解決。在勞倫斯、康普頓等人的推薦下,格羅夫斯請奧本海默負責這一工作。為了使原子彈研究計劃能夠順利完成,根據奧本海默的建議,軍事當局決定建立一個新的快中子反應和原子彈結構研究基地,這就是後來聞名於世的洛斯阿拉莫斯實驗室。奧本海默憑着他的才能與智慧,以及他對於原子彈的深刻洞察力,被任命為洛斯阿拉莫斯實驗室主任。正是由於這樣一個至關重要的任命,才使他在日後贏得了美國“原子彈之父”的稱號。
奧本海默開始時對困難估計不足,認為只要6名物理學家和100多名工程技術人員就足夠了。但實驗室到1945年時,發展到擁有2000多名文職研究人員和3000多名軍事人員,其中包括1000多名科學家。
鑑於大多數科學家都反對實驗室的軍事化,格羅夫斯同意加州大學成為洛斯阿拉莫斯名義上的管理單位和合同保證單位,基地的軍隊負責實驗室建設、後勤供應和安全保障。這就保證了實驗室內部的自由學術討論。奧本海默鼓勵科學家們大膽地討論原子彈的有關科學問題,提出即使看門人的意見,也會對原子彈的成功有一定的幫助。奧本海默注意傾聽任何人的意見,掌握着整個實驗進程。有些參與核研究的物理學家後來回憶説,他們自己甚至都不如奧本海默清楚自己工作的細節和進展。在很多問題上,都是由於奧本海默的決斷才取得突破,保證了原子彈研製時間表的執行。奧本海默在科學家、普通職工和政府官員中的威望越來越高。洛斯阿拉莫斯素有“諾貝爾獎獲得者集中營”之譽,人們稱奧本海默為這個集中營的“營長”。奧本海默沒有獲過諾貝爾獎,卻擁有如此高的個人威望,他的組織才能與人格魅力由此可見一斑。
在“曼哈頓工程區”工作的15萬人當中,只有12個人知道全盤的計劃。其實,全體人員中很少有人知道他們是在從事製造原子彈的工作。例如,洛斯阿拉莫斯計算中心長時期內進行復雜的計算,但大部分工作人員不瞭解這些工作的實際意義。由於他們不知道工作目的,所以也就不可能使他們對工作發生真正的興趣。後來,有一個年輕人説明了他們是在做什麼樣的工作。此後,這裏的工作達到了高潮,並且有許多工作人員自願留下來加班加點。經過全體人員的艱苦努力,原子彈的許多技術與工程問題得到解決。

曼哈頓計劃製造成功

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1942年12月2日,在恩利克.費米的指導下,芝加哥大學建成世界上第一個實驗型原子反應堆,成功地進行可控的鏈式反應。
1943年春奧本海默領導的製造原子彈的工作,在洛斯阿拉莫斯的實驗室開始。
1944年3月,橡樹嶺工廠生產第一批濃縮鈾235。
1945年7月12日,一顆實驗性原子彈開始最後裝配。
1945年7月15日凌晨5點30分,世界上第一顆原子彈在新墨西哥州阿拉莫戈多的一片沙漠地帶爆炸(因試驗場名字,又叫三位一體爆炸。)試驗成功7月25日,在太平洋的比基尼環礁,原子彈試爆成功。8月6日和9日,美國分別在日本廣島長崎投下了原子彈。隨着蘇聯軍隊出兵我國東北,日本天皇於15日宣佈無條件投降,第二次世界大戰結束了。
曼哈頓計劃不僅造出了原子彈,也留下了14億美元的財產,包括一個具有9000人的洛斯阿拉莫斯核武器實驗室;一個具有36000人、價值9億美元的橡樹嶺鈾材料生產工廠和附帶的一個實驗室;一個具有17000人、價值3億多美元的漢福特鈈材料生產工廠,以及分佈在伯克利和芝加哥等地的實驗室。

曼哈頓計劃原子能法令

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1946年7月,在原子彈研製成功一週年之際,美國參、眾兩院經過激烈的爭論,通過了一項由參議員麥克馬洪提出的議案。杜魯門於8月1日簽署命令,提案開始正式生效,這就是《1946年原子能法令》。它標誌着美國戰時核計劃的結束和新的過渡時期的開始,也成為和平時期整個美國原子能發展的指導綱領。
《1946年原子能法令》正式生效後,格羅夫斯領導的曼哈頓工程在國會和政府的同意下,繼續支撐着整個核計劃。當美國新的原子能委員會組成後,杜魯門決定在1946年的最後一天晚上12點,將原曼哈頓工程的全部財產和權力移交給原子能委員會,從而正式開始了一個新的過渡時期。原子能委員會設有四個部:研究部,它控制一切與原子能有關的研究;生產部,它擁有並控制一切生產裂變材料和原子能的設施,組織核裂變材料的生產;工程部,它指導一切與原子能發展有關的設備和工程;軍事應用部,它處理與軍備有關的原子能事項。原子能委員會總部也從橡樹嶺遷到了華盛頓
後來,美國政府決定建立國家實驗室,其中最著名的有芝加哥附近的阿貢國家實驗室和紐約長島的布魯克海文國家實驗室(BNL)。這兩個實驗室為高能物理的發展做出了貢獻,特別是丁肇中教授,就是於1974年利用布魯克海文實驗室的加速器AGS發現J粒子的,並因此獲得諾貝爾物理學獎