06.Kalendarium rozwoju broni nuklearnej.doc

6. Kalendarium rozwoju broni nuklearnej

Tematem tego rozdziału jest omówienie rozwoju badań prowadzących do zbudowania broni atomowej, w szczególności zaś Projektu Manhattan. Znaleźć tu można chronologicznie posegregowane informacje, które jako całość w miarę wiernie oddają historię wczesnych badań jądrowych.

Kalendarium zostało podzielone na kilka okresów, których granice wyznaczają istotne wydarzenia. Każdy okres rozpoczyna się krótką charakterystyką.

6.1 Wczesna historia badań jądrowych
6.2 Odkrycie rozszczepienia i poznanie jego własności
6.3 Badanie możliwości konstrukcji broni atomowej
6.4 Początki prac nad budową bomby
6.5 Projekt Manhattan
6.6 Wyścig ku zwycięstwu - ostatni rok
6.7 Kalendarium prac nad budową bomby atomowej w Związku Radzieckim

Początek formularza

Szybka nawigacja:       

Dół formularza

6.1 Wczesna historia badań jądrowych

Od roku 1920 do grudnia 1938

Podczas tych lat odkryto zjawiska, które stały się niezbędne w dalszych pracach nad rozszczepieniem jądrowym.

3 czerwca 1920 - Ernest Rutherford rozważa możliwość istnienia i właściwości neutronów w "Bakerian Lecture".

28 grudnia 1931 - Irena Joliot-Curie informuje o wynikach badań nad cząstkami wyprodukowanymi podczas bombardowania berylu promieniowaniem alfa. Uważa, że otrzymane cząstki, będące w istocie neutronami, to energetyczne promieniowanie gamma.

7-17 lutego 1932 - w serii eksperymentów James Chadwick wykazuje istnienie neutronów.

12 września 1932 - Leo Szilard przedstawia idee wywołania reakcji łańcuchowej poprzez pochłanianie neutronów przez jądra atomowe, czemu towarzyszyłoby wydzielenie dużych ilości energii. Uważa także, że metodę tę można zastosować do budowy bomby. Przyspiesza to datę odkrycia rozszczepienia o ponad sześć lat.

10 maja 1934 - grupa badawcza Enrico Fermiego publikuje wyniki eksperymentów, podczas których bombardowano jądra uranu neutronami. Wykryto kilka radioaktywnych produktów.

4 lipca 1934 - Leo Szilard patentuje technologię wykorzystania neutronów, włączając w to reakcję łańcuchową i koncepcję masy krytycznej.

Wrzesień 1934 - Ida Noddack publikuje artykuł w "Zeitschrift fur Angewandte Chemie", w którym wykazuje, iż dziwne produkty bombardowania uranu neutronami mogą być spowodowane rozpadem jąder atomów na mniejsze fragmenty.

22 października 1934 - Enrico Fermi odkrywa zasadę moderacji neutronowej oraz zjawisko wzmożonego pochłaniania wolnych neutronów.

8 października 1935 - Ministerstwo Wojny Wielkiej Brytanii odrzuca poufną ofertę Szilarda, chcącego zrzec się bezpłatnie praw do swoich patentów dotyczących energii nuklearnej.

Grudzień 1935 - Chadwick otrzymuje Nagrodę Nobla za odkrycie neutronu.

Luty 1936 - Brytyjczycy godzą się na przywrócenie Szilardowi jego patentów.

6.2 Odkrycie rozszczepienia i poznanie jego własności

Od grudnia 1938 do września 1939

Okres ten, rozpoczęty odkryciem rozszczepienia przez Hahna, charakteryzował się badaniem działania i własności tego procesu. Rozpoczęły się również dyskusje na temat możliwego zastosowania rozszczepienia, nie poparte jednak żadnymi eksperymentami.

21 grudnia 1938 - Otto Hahn publikuje na łamach "Naturwissenschaften" artykuł, w którym dowodzi występowania śladów baru w produkcie po zbombardowanymi neutronami jądrami uranu, inaczej mówiąc dowodzi istnienia rozszczepienia jądrowego.

13 stycznia 1939 - Otto Frisch obserwuje rozszczepienie bezpośrednio przez detekcję produktów reakcji. Wraz ze swoim współpracownikiem określają tę przemianę jądrową mianem "rozszczepienia".

Połowa stycznia 1939 - Leo Szilard dowiaduje się o odkryciu rozszczepienia od Eugene Wignera. Od razu zdaje sobie sprawę, iż w reakcji tej, ze względu na mniejszą masę atomową powstałych cząstek, powstaje nadmiar neutronów, które mogą być emitowane.

26 stycznia 1939 - Niels Bohr publicznie ogłasza odkrycie reakcji rozszczepienia na corocznym kongresie fizyki teoretycznej na Uniwersytecie Georga Washingtona w Waszyngtonie.

29 stycznia 1939 - Robert Oppenheimer dowiaduje się o odkryciu rozszczepienia. Uważa on, że nadmiar neutronów musi być wyemitowany oraz, że umożliwia to budowę bomby.

5 lutego 1939 - Niels Bohr dochodzi do wniosku, że U-235 i U-238 mają różne właściwości rozszczepienia. Wnioskuje, iż do rozszczepienia U-238 potrzebne są neutrony prędkie podczas gdy do rozszczepienia U-235 wymagane są neutrony powolne.

Aż do tego momentu istniało bardzo wiele niejasności związanych z rozszczepieniem - za wiele, aby można było stwierdzić czy i w jaki sposób można wywołać samo-podtrzymującą się reakcję łańcuchową. Niepewnymi były zwłaszcza: 1) liczba neutronów wytworzonych w jednym ogniwie reakcji, oraz 2) przekrój czynny dla rozszczepienia i absorpcji dla różnych poziomów energetycznych jąder izotopów uranu. Dla podtrzymania reakcji łańcuchowej istotny jest zarówno znaczący nadmiar produkcji neutronów jak i odpowiednio duży stosunek pomiędzy rozszczepieniem a absorpcją.

Różnice pomiędzy U-235 a U-238 były istotne przy rozważaniu budowy bomby atomowej, czy też innego źródła energii jądrowej. W tamtych czasach do badań dostępny był jedynie uran naturalny, który zawiera jedyne 0.71% U-235.

Marzec 1939 - Fermi i Herbert Anderson odkrywają, że na miejsce każdego neutrona wykorzystanego w reakcji rozszczepienia wyemitowanych jest około dwóch nowych neutronów.

Czerwiec 1939 - Fermi i Szilard publikują w "Physical Review" wyniki eksperymentów, podczas których badali powielanie neutronów w próbce tlenku uranu umieszczonego w zbiorniku z wodą. Okazało się, że uran naturalny i woda nie są w stanie wytworzyć samo-podtrzymującej się reakcji.

3 lipca 1939 - Szilard w liście do Fermiego opisuje idee użycia uranu otoczonego węglem (grafitem) w celu stworzenia reakcji łańcuchowej.

31 sierpnia 1939 - Bohr i John Wheeler publikują w "Physical Review " artykuł analizujący teorię rozszczepienia. Stwierdzili, iż U-235 jest materiałem bardziej rozszczepialnym niż U-238 oraz, że nie odkryty jeszcze pierwiastek 94-239 powinien się charakteryzować równie wysokim stopniem rozszczepienia.

1 września 1939 - Niemcy napadają na Polskę. Rozpoczyna się II Wojna Światowa.

6.3 Badanie możliwości konstrukcji broni atomowej

Od września 1939 do września 1941

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.

6.4 Początki prac nad budową bomby atomowej

Od września 1941 do września 1942

Okres ten charakteryzował się skromnym rozpoczęciem zorganizowanych prac nad budową bomby atomowej w Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych - większość z planów podstawowych badań pozostała na deskach kreślarskich. Czas pomiędzy OSRD (Biuro Badań Naukowych i Wdrożeń) a programem wojskowym był zdezorganizowany, przepełniony biurokracją oraz, pod rządami Comptona, źle prowadzony. Mimo to prace teoretyczne zaczęły być bardziej dokładne, a eksperymenty na dużą skalę prowadziły prosto do ku osiągnięciu samo-podtrzymującej się reakcji.
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.

6.5 Projekt Manhattan

Od września 1942 do stycznia 1945

W czasie tego okresu, lat wojny z Japonią, program był kontynuowany, rozwijano techniki jądrowe co w efekcie doprowadziło do zbudowania pierwszych bomb atomowych. Dzięki agresywnym, ale zrozumiałym, działaniom gen. bryg. Grovesa program uzyskał prawdziwego wigoru oraz otrzymał najwyższy priorytet. Dostępne były ogromne fundusze - jedynym ograniczeniem była szybkość absorbowania pieniędzy przez program oraz prędkość w odnajdowaniu nowego personelu. Bardzo szybko zdecydowano się wykorzystać na duża skalę wszystkie trzy dostępne metody produkcji materiałów rozszczepialnych: wzbogacanie uranu poprzez dyfuzję gazową i separację elektromagnetyczną oraz wytwarzanie plutonu w reaktorach uranowo-grafitowych. W podpunkcie tym przedstawiony zostanie wczesny okres trwania Projektu Manhattan, w którym rozwiązano wiele naukowych i technicznych problemów związanych z budową bomby jak i metodami produkcji.

Sierpień 1942 - płk Marshall z Wojskowego Korpusu Saperów tworzy nową jednostkę organizacyjną nazwaną Dystrykt Inżynieryjny Manhattan (Manhattan Engineer District - MED).

29 sierpnia 1942 - Bush odsyła raport Conanta Sekretarzowi Wojny, zwracając szczególną uwagę na bardzo pozytywne wyniki grupy Oppennheimera. Bush dołącza własną notatkę na temat organizacji i kierowania projektem, w którym wskazuje na konieczność wyznaczenia nowego szefa projektu.

13 września 1942 - spotkanie komitetu S-1; naukowcy dyskutują na temat potrzeby stworzenia centralnego laboratorium prędkich neutronów - operacja to uzyskuje kryptonim Projekt Y.

15 września 1942 - od tego dnia aż do 15 listopada, grupa Fermiego otrzymuje dostawy uranu i grafitu mającego posłużyć do budowy CP-1.

17 września 1942 - płk Leslie Richard Groves został powiadomiony o 10:30 przez gen. Brehona Somervella, że jego poprzedni przydział zamorski został anulowany i od teraz ma zająć się dowodzeniem Inżynieryjnego Dystryktu Manhattan. Wcześniej Groves zajmował się wartym przeszło bilion dolarów projektem, w skład którego wchodziła między innymi budowa Pentagonu.

18 września 1942 - Groves kupuje 1250 ton rudy uranowej wysokiej jakości pochodzącej z belgijskiego Konga.

19 września 1942 - Groves kupuje 52 000 akrów ziemi w pobliżu rzeki Clinch w Tennessee - na miejscu tym stanie w przyszłości zakład w Oak Rige. Wkrótce potem rozpoczynają się wstępne prace.

23 września 1942 - Groves został awansowany do stopnia generała brygady.

26 września 1942 - pod naciskiem Grovesa Komisja Produkcji Wojennej (War Production Board) pozwala na użycie w razie potrzeby na cele Projektu Manhattan materiałów najwyższej jakości.

29 września 1942 - Oppenheimer proponuje wybudowanie małego laboratorium szybkich neutronów, w którym mianoby rozwijać badania służące do budowy bomby. W tej fazie pomysł zakłada budowę małego laboratorium naukowego, który nie miałby uczestniczyć w aspekcie inżynieryjno-produkcyjnym bomby atomowej.

Październik 1942
* Groves włącza Du Ponta do programu produkcji plutonu.
* Contant proponuje Bushowi, aby ilość danych wymienianych z Wielką Brytania, obecnie głównie jednostronnie (Stany Zjednoczone -> Wielka Brytania) została poważnie zredukowana. Bush przesyła propozycję Rooseveltowi. Działanie takie jest to wynikiem braku dostępu Amerykanów do brytyjskich prac dotyczących dyfuzji gazowej, które mogłyby przyspieszyć prace nad budową zakładu separacji w Stanach.
* separacja metodą wirówkową została zarzucona ze względu na kłopoty techniczne.

5 października 1942 - Groves wizytuje Laboratorium Metalurgiczne oraz spotyka się z czołowymi naukowcami, włączając w to Oppenheimera. Nakazuje, aby kluczowe decyzje inżynieryjne dotyczące produkcji plutonu, nad którymi dyskutowano miesiącami, podjąć w 5 dni.

15 października 1942 - Groves proponuje Oppenheimerowi kierownictwo Projektu Y, zmierzającego do budowy nowego, głównego laboratorium zajmującego się badaniem i projektowaniem broni atomowej.

19 października 1942 - Vannevar Bush popiera nominację Oppenheimera po spotkaniu z nim i Grovesem.

3 listopad 1942 - Seaborg donosi, że z powodu dużej aktywności rozpadów alfa w plutonie, drobne ilości pierwiastków o niskiej liczbie atomowej mogą spowodować poważny problem. Raport ten potwierdził wcześniejsze obawy dotyczące zagrożenia dla całego projektu płynącego z nieznanych zjawisk. Później, w tym samym miesiącu, powołany zostaje Komitet Lewisa, którego celem był przegląd dotychczasowych prac oraz wskazywanie kierunku do przyszłych badań.

16 listopad 1942
* grupa Fermiego rozpoczyna budowę CP-1.
* Groves i Oppenheimer odwiedzają Los Alamos w Nowym Meksyku i wybierają je na miejsce budowy Ośrodka Y (Site Y; związanego z Projektem Y).

Grudzień 1942
* Podczas tego miesiąca zreorganizowano pracę nad dyfuzja gazową. Pod presją Komitetu Lewisa dyfuzję gazową wybrano jako główny sposób wzbogacania uranu. Zostaje stworzony Kellex, oddział Kellogu, którego zadaniem jest budowa zakładu separacji i który od razu po podpisaniu kontraktu przystępuje do pracy.
* Bush dostarcza Rooseveltowi szacunek całkowitych kosztów Projektu Manhattan na 400 milionów USD (około pięciokrotnie więcej od kosztów planowanych). Roosevelt akceptuje raport wydatków.
* Wykonano plany i podpisano pierwsze kontrakty na wykonawstwo eksperymentalnego reaktora, zakładu separacji plutonu i zakładu separacji elektromagnetycznej w Oak Ridge.

1 grudnia 1942 - po 17 dniach pracy grupa Fermiego kończy budowę CP-1. Zawiera on 36.3 ton tlenku uranu, 5.6 ton metalicznego uranu i 350 ton grafitu. Budowę ukończono szybciej niż zakładały to plany z uwagi na szybsze osiągnięcie konfiguracji krytycznej.

2 grudnia 1942 - o godzinie 15:49 CP-1 osiągnął stan krytyczny. Uzyskał on współczynnik powielania równy k=1.0006 a jego moc wyjściowa wynosiła 0.5 wata (ostatecznie uzyskiwano maksymalnie 200 watów).

6 grudnia 1943 - M. M. Sundt Company został kontrahentem mającym wybudować Laboratorium w Los Alamos. Sundt rozpoczyna pracę natychmiast, bez jakichkolwiek planów czy projektów, ponieważ ma oddać obiekt w najkrótszym możliwym czasie.

Styczeń 1943 - Groves kupuje Zakłady Inżynieryjne w Hanford (Hanford Engineer Works), 780 mil terenu w stanie Waszyngton, na cele reaktorów produkujących pluton oraz zakładów separacji.

18 lutego 1943 - rozpoczyna się budowa Y-12 w Oak Ridge, zakładu separacji U-235 metodą elektromagnetyczną.

Marzec 1943 - oryginalny program budowy infrastruktury jest niemal ukończony - do Los Alamos zaczął już przybywać personel. Od tego momentu aż do ukończenia wojny ośrodek ten cały czas się rozwijał.

27 marca 1943 - Tolman pisze do Oppenheimera o możliwości użycia kulistego materiału wybuchowego, który zwiększając ciśnienie umieszczonego w nim ładunku rozszczepialnego spowodowałby przekroczenie poziomu masy krytycznej. Jest to pierwsze zachowane świadectwo opisujące implozję (chociaż nie użyto tego terminu).

Kwiecień 1943 - na początku miesiąca oryginalne plany budowy ośrodka w Los Alamos są wykonane w 96%. Jest teraz oczywiste, że plany te są nieadekwatne do potrzeb.

W tym czasie w Los Alamos odbyła się seria spotkań około 100 osobowego personelu naukowego. 5,7,9,12 i 14 kwietnia odbyły się szkolenia na których wykładał Robert Serber (później opublikowane pod tytułem "The Los Alamos Primer" - "Elementarz Los Alamos"); od 15 kwietnia do 6 maja odbyły się spotkania organizacyjne mające na celu ustalenie programu badań:
* Seth Neddermeyer miał rozpocząć badania nad implozją
* Bethe został wybrany jako kierownik wydziału teoretycznego. Teller dostał mniej ważną posadę kierownika badań nad fuzją jądrową.
* Oppenheimer odpowiadał za wyprodukowanie do 1 stycznia 1944 metodą separacji elektromagnetycznej 100 g uranu wzbogaconego do poziomu 25% U-235.

Od początku prowadzenia prac naukowych w Los Alamos zamierzano wykorzystać metodę działa (wstrzeliwania) zarówno dla bomby uranowej jak i plutonowej. Metoda ta była dobrze poznana od strony technicznej oraz sądzono, że daje ona dużą szansę osiągnięcia sukcesu. Z powodu limitów czasowych nałoż...