五分钟了解《曼哈顿计划》美原子弹计划

概述

曼哈顿计划是美国陆军部于1942年6月开始实施的旨在利用核裂变反应来研制原子弹的计划，该计划集军事、科研、工业为一体，动员了10万多人参加，历时3年，耗资20亿美元，成功进行了世界上首次核爆炸，于1945年7月16日在新墨西哥州阿拉莫戈多进行试验，并制造出两颗实用的原子弹。

1933年起，因为纳粹德国的犹太政策，大量欧洲科学家流亡美国，但德国的原子弹研究仍属世界前列，还于1939年启动了“铀[yóu]计划”。同年，科学家利奥·西拉德联合爱因斯坦给美国总统罗斯福写信，提醒罗斯福原子弹的威力大于任何常规武器。随后，美国成立铀委员会，加速对铀的研究计划。

1942年6月，美国总统罗斯福正式下令在铀委员会工作的基础上，实施研制原子弹的曼哈顿计划。同年9月，准将莱斯利·格罗夫斯替代美国军事工程部的马歇尔成为曼哈顿计划的行政领导，而物理学家罗伯特·奥本海默也于同年担任了曼哈顿计划的科研指导。

随后，曼哈顿计划目标被分解为三个方面，即生产钚[bù]，生产浓缩铀-235，研制核炸弹，并为此建造了洛斯阿拉莫斯、汉福特、橡树岭等实验室和工厂，其最终目标是赶在战争结束以前造出原子弹。

计划背景

原子弹技术突破

20世纪30年代期间，原子核研究取得诸多进展。英国科学家詹姆斯·查德威克于1932年发现了中子。

1938年，德国化学家奥托·哈恩和弗里茨·斯特拉斯曼提出了一项重要假设，即“铀的原子核可分裂成两个或更多的大碎片，且每一碎化都是中间质量原子的原子核”。次年，德国理论物理学家利泽·迈特纳和奥托·弗里希据此推测出了铀原子核的“裂变”，并预言每次裂变活动将释放出大量能量，且产生连锁反应，这一推测为原子弹的研制提供了理论基础。

同年，德国便以德国物理学家海森堡为总负责人，启动了研究原子弹的“铀计划”。

爱因斯坦-西拉德信件

20世纪30年代，由于纳粹德国的犹太政策，许多欧洲科学家离开德国，而作为犹太难民的最大接受国，美国接受了遭到纳粹文化清洗运动驱逐的绝大部分有犹太血统的科学家和文化精英。

1939年7月，由于担心纳粹德国会率先制造出原子弹，流亡科学家利奥·西拉德等人劝说美籍科学家阿伯特·爱因斯坦给美国总统罗斯福写信，提醒罗斯福原子弹的威力强大于任何常规武器，若德国抢先研制成功，将带来巨大危害性。

罗斯福命国家标准局局长莱曼·布里格斯组建铀顾问委员会，详议爱因斯坦-西拉德信提及的问题。1939年11月，委员会回复罗斯福称，铀可被制成炸弹，其破坏力将远大于目前所知的任何武器，但待解决的问题仍然多且复杂。

奥本海默（左）和格罗夫斯（右）

S-1委员会成立

1940年6月以后，美国的铀计划迅速扩张，美国国防部科研委员会成立，铀顾问委员会划入国防部科研委员会。

为了将所有科研能力统一起来，更有效的为战争服务，罗斯福于1941年6月下令成立美国科学研究与开发办公室，原国防部科研委员会成为科学研究与开发办公室的一个下属机构，铀顾问委员会升级为科学研究与开发办公室的一个分部，被称为S-1委员会。在委员会的指导下，几个项目同时开展。哥伦比亚大学和普林斯顿大学进行铀裂变过程研究，通过实验验证了铀-235的慢-快中子裂变。加利福尼亚大学生产出铀的过渡元素钚，并提出钚的分离方法。1941年11月6日，负责检查“铀计划”的德国国家科学院断言将在3~4年内制造出裂变炸弹，这导致美国关于铀的研究计划进一步加快。

英美科学交流

与此同时，英国原子能委员会向英国政府报告，发展铀弹的计划是可以实现的，并且会对战争产生决定性作用，于是英国也成立了研制原子弹的机构，代号“管合金计划”。但由于德国对英国的持续轰炸和封锁，英国的“管合金计划”推进困难。由于担心德国和苏联抢先制造出原子弹，英国决定向美国分享制造原子弹的技术，同美国在研制原子弹方面进行合作。

实施过程

原子弹计划正式获批

1941年12月6日，罗斯福批准制造原子弹的计划。

1942年初，美国科学家对原子弹的机制、研究方向，甚至费用和完成时间都有了大致的构想，但核研究的庞大工程超过了科学研究机构的能力。且彼时美国经济已经转向战争，没有一家工业公司能在短期内建成这项工程。

美国总统罗斯福的科学技术顾问范内瓦·布什认为，只有拥有最高优先权的军队，才能在战争结束前生产出核原料。

于是，他在1942年3月给罗斯福的报告中，预言可在1944年前完成裂变炸弹，提出把原子弹研制和生产管理移交给军队负责，并提议投入陆军工兵部队，建设原子弹生产工厂。

1942年6月，罗斯福正式下令在美国铀委员会的基础上实施制造原子弹的曼哈顿计划，并力争抢在德国之前完成。

罗斯福为原子弹计划批准了4亿美元的财政支持，这笔款项分为2.2亿的曼哈顿计划研究费用，和1.8亿的原材料采购费用。美国陆军工兵部队也很快于8月份组成一个新分区，准备根据美国铀委员会建议，建设4种分别采用不同方法的铀同位素分离工厂和其他的研制、生产基地。军队把整个计划取名为替代物质研发计划，指派美国军事工程部的马歇尔将军负责全部行动。制工作统一由新的领导机构“曼哈顿工程管理区”（简称“曼工区”）接管。

1942年9月，莱斯利·格罗夫斯晋升为准将，替代马歇尔正式就任曼哈顿工程区司令，成为曼哈顿计划的行政领导人。

而总统科学顾问布什成为格罗夫斯、罗斯福总统等组成的领导委员会主席，负责向罗斯福汇报重大问题。统一后的“曼哈顿计划”直属总统，任何人不得干预，连副总统都不知道它的全盘机密。在参加“曼哈顿工程”的15万人当中，仅有12人知道全盘工作计划。

此后不久，格罗夫斯又任命物理学家罗伯特·奥本海默担任曼哈顿计划的原子实验室主任，并在奥本海默的建议下，将新墨西哥沙漠里的洛斯阿拉莫斯作为选址，用来建设实验室进行新的快中子反应和原子弹结构研究。不久后，费米、尤金·维格纳等数位从欧洲逃难来到美国的物理学家也加入曼哈顿计划。

汉福特工厂工人

芝加哥1号堆建成

1942年12月，以费米为首的一批科学家，在芝加哥大学的实验室里，建成了世界上第一座原子反应堆，实现了人类历史上第一次人工控制的核反应，从实验上证明了链式反应理论的正确性，也为原子弹的制造提供了可靠的基础。

12月17日，由于安全和电力供应等问题，格罗夫斯决定将原本打算建在橡树岭的钚工厂改建在华盛顿州靠近哥伦比亚河的汉福特，由康普顿等芝加哥的物理学家和杜邦公司的工程师转移到这里指导工厂建设。这座大型反应堆，主要负责将部分铀-238转换成钚-239，以生产原子弹所需要的裂变材料钚。

奥本海默主导Y计划

洛斯阿拉莫斯实验室既要承担原子弹的总装任务，又负责原子弹的研制工作，代号“Y计划”。

1943年3月，费米领导的小组在洛斯阿拉莫斯实验室组装成一台加速器。4月，洛斯阿拉莫斯实验室完成前期建设，正式开始工作。当月，原子研究所成立。原子研究所在橡树岭和汉福特两家工厂配合下，开始进行原子弹的设计与制造工作。

截止7月，在此工作的科学家、技术人员及军人共计250人，虽远超于奥本海默此前预计的“30名科学家”的人员配置，但仍无法满足实验室的工作任务。且许多从欧洲流亡科学家对实验基地的简陋设施、铁丝围墙以及严格管理不满。为安抚他们的情绪，奥本海默及格罗夫斯尽可能将洛斯阿拉莫斯改建成20世纪的西部拓荒小镇。

而此时奥本海默忙于奔波在加州与新墨西哥州间，一边物色更多科学人才，一边安排将伯克利的一些仪器运往洛斯阿拉莫斯。

魁北克协定获批

1943年7月，罗斯福与丘吉尔在加拿大魁北克会议上签订了两国联合研制原子弹的“魁北克协议”，英国终止其“管合金计划”，而加入美国的“曼哈顿计划”。美国、英国、加拿大科学家共同协作，发挥各自的优势，推进计划进行。

“瘦子”原子弹外壳

原子弹制造完成

经过一段时间研究，洛斯阿拉莫斯实验室先后提出了“手枪式”和“内爆式”的炸弹设计。

1945年初，“内爆式”炸弹的研究取得了一定成效，测试炸弹各种不同模型的主要实验开始进入最后阶段，通过科学家奥图·弗里施等人的实验，洛斯阿拉莫斯的研究人员得出重要结果，即制造弹芯的原料大约需要15千克的铀，或是5千克的钚。

此时，格洛夫斯在写给参谋长联席会议主席马歇尔的一份备忘录里提出，第一颗原子弹大约将于1945年8月1日准备就绪。由于此时纳粹德国政权已经陷入崩溃，格洛夫斯建议太平洋舰队司令部应当待命行动，在原子弹生产完毕时投入日本。对此，马歇尔和罗斯福等均表示赞同。

1945年4月，罗斯福病逝，不久后德国投降。

同年5月，格罗夫斯等决定把原子弹研制的最后期限定为7月24日，并同意了奥本海默等提出的试爆请求。而此时，作为炸弹燃料的铀和钚并没有充足的生产。

6月底，橡树岭工厂生产出20公斤铀 235。7月，汉福特工厂生产出60公斤的钚 239。

这些原料被立刻装填，于是在7月初，美国便制成了两颗原子弹，其中一枚装料为铀 235，另一枚为钚239。不久，第三枚原子弹也降生了。它们的代号分别是“男孩”、“瘦子”和“胖子”。

广岛市（左）与长崎市（右）原子弹爆炸后所产生的蘑菇云

轰炸日本

1945年7月16日凌晨5点30分，原子弹“瘦子”在新墨西哥州阿拉莫戈多的一片沙漠地带（因试验场名字，又叫三位一体爆炸）进行试爆，释放出20000吨TNT炸药的当量，巨大的热量使得半径为800米范围内的沙土全部溶化成一层玻璃态物质。原子弹试爆成功几小时后，组装原子弹的元件被送往美国前线。

1945年7月24日，美国陆军部发出指令，预计在8月3日以后气象许可的条件下，对广岛、长崎等预设城市投下第一颗原子弹。

同年8月6日、9日，作为对日本政府无视《波茨坦宣言》的回应，美国对日本的广岛、长崎分别投下一颗原子弹。

8月15日，日本宣布向同盟国无条件投降。9月2日，日本无条件投降签字仪式举行，世界反法西斯战争也落下帷幕。

计划裁撤

1946年，在第二次世界大战结束后，美国国会通过了《原子能法案》，规范了战时设置，将原子能的控制权从军队手中夺过来，转由议会监督。该法案规定原子能委员会为开发原子能的唯一负责人，接替了战争时代的曼哈顿计划，曼哈顿计划就此结束。