Manhattan Projesi

Manhattan Projesi, İkinci Dünya Savaşı sırasında ilk nükleer silahları üretmek üzere oluşturulan bir araştırma ve geliştirme projesiydi. Birleşik Krallık ve Kanada'nın desteğiyle Amerika Birleşik Devletleri tarafından yönetildi. Proje, 1942'den 1946'ya kadar ABD Ordusu Mühendisler Birliği'nden Tümgeneral Leslie Groves'un yönetimi altındaydı. Nükleer fizikçi Robert Oppenheimer, gerçek bombaları tasarlayan Los Alamos Laboratuvarı'nın yöneticisiydi. Projenin ordu bileşeni, ilk karargahı Manhattan'da olduğu için Manhattan Bölgesi olarak belirlendi; yer adı yavaş yavaş tüm proje için resmi kod adı olan "Development of Substitute Materials"ın yerini aldı. Proje süregelirken, daha önceki İngiliz muadili Tube Alloys'u bünyesine kattı. Manhattan Projesi 1939'da mütevazı bir şekilde başladı ancak 130.000 kişiyi istihdam edecek şekilde büyüdü ve yaklaşık 2 milyar ABD Dolarına mal oldu (2021 yılı için yaklaşık 24 milyar ABD dolarına eşdeğer). Maliyetin yüzde 90'ından fazlası fabrika inşa etmek ve fisil malzeme üretmek içindi, yüzde 10'dan azı silahların geliştirilmesi ve üretimi içindi. Araştırmalar ve üretimi Amerika Birleşik Devletleri, Birleşik Krallık ve Kanada'daki otuzdan fazla tesiste gerçekleştirildi.

Proje, savaş sırasında her ikisi de aynı anda geliştirilen iki tür atom bombasının geliştirilmesine yol açtı: nispeten basit bir silah tipi fisyon silahı ve daha karmaşık, çökertme tipi bir nükleer silah. Thin Man ile tabanca tipi tasarımın plütonyum ile kullanımının pratik olmadığı kanıtlandı. Bu nedenle, doğal uranyumun yalnızca yüzde 0,7'sini oluşturan bir izotop olan uranyum-235 kullanan Little Boy adlı daha basit bir silah tasarımı geliştirildi. En yaygın izotop olan uranyum-238 ile kimyasal olarak aynı olduğu ve neredeyse aynı kütleye sahip olduğu için, ikisini ayırmak zor oldu. Uranyumu zenginleştirmek için üç yöntem kullanıldı: kalutron, gaz difüzyonu ve termoforez. Bu çalışmanın çoğu, Tennessee, Oak Ridge'deki Clinton Engineer Works'te gerçekleştirildi.

Berkeley'de bulunan California Üniversitesi'ndeki araştırmacıların 1940'ta keşfettiği uranyum çalışmalarına paralel olarak plütonyum üretme çabası da vardı. Dünyanın ilk yapay nükleer reaktörü olan Chicago Pile-1'in fizibilitesinin 1942'de Chicago Üniversitesi'ndeki Metalurji Laboratuvarı'nda gösterilmesinden sonra, proje Washington eyaletinde uranyumun ışınlandığı ve plütonyuma dönüştürüldüğü yer olan Oak Ridge'deki X-10 Grafit Reaktörü ve Hanford'daki üretim reaktörlerini tasarladı. Plütonyum daha sonra bizmut fosfat işlemi kullanılarak uranyumdan kimyasal olarak ayrıldı. Fat Man plütonyum çökertme tipi silah, Los Alamos Laboratuvarı tarafından uyumlu bir tasarım ve geliştirme çabasıyla geliştirildi.

Proje aynı zamanda Alman nükleer silah projesi hakkında istihbarat toplamakla da görevlendirilmişti. Alsos Operasyonu aracılığıyla, Manhattan Projesi personeli Avrupa'da, bazen de düşman hatlarının gerisinde görev yaptı ve burada nükleer malzemeler, belgeler ve Alman bilim insanlarını topladılar. Manhattan Projesi'nin sıkı güvenliğine rağmen, Sovyet atom casusları programa başarılı bir şekilde sızdı.

Şimdiye kadar patlatılan ilk nükleer cihaz, 16 Temmuz 1945'te New Mexico'daki Alamogordo Bombalama ve Topçu Menzili'nde yapılan Trinity testi sırasında çökertme silahı tipi bir bombaydı. Little Boy ve Fat Man bombaları, bir ay sonra sırasıyla Hiroşima ve Nagasaki'ye yapılan atom bombası saldırılarında kullanıldı ve Manhattan Projesi personeli, saldırı uçaklarında bomba montaj teknisyenleri ve silah ustaları olarak görev yaptı. Savaştan hemen sonraki yıllarda Manhattan Projesi, Crossroads Harekatı'nun bir parçası olarak Bikini Atolü'nde silah testleri gerçekleştirdi, yeni silahlar geliştirdi, ulusal laboratuvarlar ağının gelişimini destekledi, radyoloji alanında tıbbi araştırmaları destekledi ve nükleer donanmanın temellerini attı. Ocak 1947'de Amerika Birleşik Devletleri Atom Enerjisi Komisyonu'nun kurulmasına kadar Amerikan atom silahları araştırma ve üretimi üzerindeki kontrolünü sürdürdü.

1938'de Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmann tarafından nükleer fisyonun keşfi ve bunun Lise Meitner ve Otto Frisch tarafından teorik açıklaması, atom bombasının geliştirilmesini teorik bir olasılık haline getirdi. Özellikle Nazi Almanyası'ndan ve diğer faşist ülkelerden mülteci olarak bulunan bilim insanları arasında, Alman atom bombası projesinin bir ilki geliştireceğine dair korkular vardı. Ağustos 1939'da, Macaristan doğumlu fizikçiler Leo Szilard ve Eugene Wigner, "yeni tip son derece güçlü bombaların" potansiyel gelişimi konusunda uyarıda bulunan Einstein-Szilard mektubunu hazırladılar. ABD'yi uranyum cevheri stokları elde etmek için adımlar atmaya ve Enrico Fermi ve diğerlerinin nükleer zincir reaksiyonlarına yönelik araştırmalarını hızlandırmaya çağırdı. Bunu Albert Einstein'a imzalattılar ve Başkan Franklin D. Roosevelt'e teslim ettiler. Roosevelt, Ulusal Standartlar Bürosu'ndan Lyman Briggs'i mektubun gündeme getirdiği sorunları araştırmak üzere Uranyum Danışma Komitesi'ne başkanlık etmeye çağırdı. Briggs, 21 Ekim 1939'da Szilárd, Wigner ve Edward Teller'ın katıldığı bir toplantı yaptı. Komite, kasım ayında Roosevelt'e, uranyumun "şu anda bilinen her şeyden çok daha büyük bir yıkıcılığa sahip olası bir bomba kaynağı sağlayacağını" bildirdi.

Şubat 1940'ta ABD Donanması, Columbia Üniversitesi'ne 6.000 $'lık bir fon sağladı. Enrico Fermi ve Szilard çoğunu grafit satın almak için harcadı. Aralarında Fermi, Szilard, Eugene T. Booth ve John Dunning'in de bulunduğu Columbia profesörlerinden oluşan bir ekip, Hahn ve Strassmann'ın çalışmalarını doğrulayarak Amerika'daki ilk nükleer fisyon reaksiyonunu yarattı. Aynı ekip daha sonra Columbia'daki Pupin Hall'da bir dizi prototip nükleer reaktör (veya Fermi'nin dediği gibi "piles (yığınlar)" inşa etti fakat henüz bir zincirleme reaksiyon elde edemediler. Uranyum Danışma Komitesi, bu organizasyon 27 Haziran 1940'ta kurulduğunda Uranyum Ulusal Savunma Araştırma Komitesi (NDRC) oldu. Briggs, 1940 yılında California Üniversitesi'nde keşfedilen uranyum, özellikle uranyum-235 izotopu ve plütonyum araştırmaları için 167 bin dolar harcamayı önerdi. 28 Haziran 1941'de Roosevelt, Vannevar Bush'un direktörlüğünde Bilimsel Araştırma ve Geliştirme Ofisi'ni (OSRD) oluşturan 8807 sayılı İcra Emri'ni imzaladı. Ofis, araştırmaya ek olarak büyük mühendislik projelerinde yer alma yetkisine sahipti. NDRC Uranyum Komitesi, OSRD'nin S-1 Bölümü oldu; güvenlik nedenleriyle "uranyum" kelimesi çıkarıldı. Britanya'da, Birmingham Üniversitesi'nden Frisch ve Rudolf Peierls, Haziran 1939'da uranyum-235'in kritik kütlesini araştıran bir buluş yaptılar. Hesaplamalarına göre büyüklük mertebesi idi ve bu o zamanlarda kullanılan bir bombardıman uçağı tarafından taşınabilecek kadar küçüktü. Mart 1940 tarihli Frisch-Peierls bildirisi, İngiliz atom bombası projesini ve onun MAUD Komitesi'ni başlattı ve oybirliğiyle bir atom bombasının geliştirilmesini tavsiye etti. Temmuz 1940'ta İngiltere, Amerika Birleşik Devletleri'ne bilimsel araştırmalarına erişim vermeyi teklif etti ve Tizard Görevi'nden John Cockcroft, Amerikalı bilim insanlarına İngiliz gelişmeleri hakkında bilgi verdi ve Amerikan projesinin İngilizlerinkindenen daha küçük olduğunu ve o kadar da ileri düzeyde olmadığını keşfetti.

Bilimsel alışveriş kapsamında MAUD Komitesi'nin bulguları ABD'ye iletildi. Üyelerinden biri olan Avustralyalı fizikçi Mark Oliphant, Ağustos 1941'in sonlarında Amerika Birleşik Devletleri'ne uçtu ve MAUD Komitesi tarafından sağlanan verilerin önemli Amerikalı fizikçilere ulaşmadığını keşfetti. Oliphant daha sonra komitenin bulgularının neden görmezden gelindiğini öğrenmek için araştırmaya koyulu. Uranyum Komitesi ile bir araya geldi ve Ernest O. Lawrence ile ikna edici bir şekilde konuştuğu Berkeley, California'yı ziyaret etti. Lawrence, uranyum üzerinde kendi araştırmasına başlayacak kadar etkilenmişti. O da James B. Conant, Arthur H. Compton ve George B. Pegram ile konuştu. Oliphant'ın görevi bu nedenle başarılı oldu. Amerikalı fizikçiler arasından kilit isimler artık bir atom bombasının potansiyel gücünün farkındaydı.

9 Ekim 1941'de Başkan Roosevelt, Vannevar Bush ve Başkan Yardımcısı Henry A. Wallace ile yaptığı toplantının ardından atom programını onayladı. Programı kontrol etmeleri için, kendisinden -hiç bir toplantıya katılmamış olmasına rağmen- Wallace, Bush, Conant, Savaş Bakanı Henry L. Stimson ve Ordu Genelkurmay Başkanı General George C. Marshall'dan oluşan bir Üst Politika Grubu oluşturdu. Roosevelt, projeyi yürütmek için Donanma yerine Ordu'yu seçti çünkü Ordu, büyük ölçekli inşaat projelerinin yönetimi konusunda daha fazla deneyime sahipti. Ayrıca uğraşılarını İngilizlerinkiyle koordine etmeyi kabul etti ve 11 Ekim'de Başbakan Winston Churchill'e atomik konularda yazışmalarını öneren bir mesaj gönderdi.

S-1 Komitesi, toplantısını 18 Aralık 1941'de, Pearl Harbor'a yapılan saldırının ve ardından Amerika Birleşik Devletleri'nin Japonya'ya ve ardından Almanya'ya savaş ilanının ardından "bir coşku ve aciliyet atmosferiyle" gerçekleştirdi. Uranyum-235'i daha bol bulunan uranyum-238'den ayırmak için izotop ayırmaya yönelik üç farklı teknik üzerinde çalışmalar devam ediyordu. California Üniversitesi'nden Lawrence ve ekibi isotop ayrımını araştırırken, Eger Murphree ve Jesse Wakefield Beams'in ekibi Columbia Üniversitesi'nde gaz difüzyonunu inceledi ve Philip Abelson, Washington'daki Carnegie Enstitüsü'nde ve daha sonra Naval Research Laboratuvarı'nda termoforez araştırmasını yönetti. Murphree aynı zamanda gaz santrifüjlerinin kullanıldığı başarısız bir ayrıştırma projesinin de başkanıydı.

Bu arada, nükleer reaktör teknolojisine yönelik iki araştırma vardı; Harold Urey, Columbia'da ağır su araştırmalarına devam ederken, Arthur Compton Columbia, California ve Princeton Üniversitesi'nin gözetiminde çalışan bilim insanlarını 1942'nin başlarında grafiti nötron moderatörü olarak kullanan plütonyum ve reaktörleri incelemek üzere Metalurji Laboratuvarı'nı organize ettiği yer olan Chicago Üniversitesi'ndeki ekibine katılmaları için getirdi. Briggs, Compton, Lawrence, Murphree ve Urey, 23 Mayıs 1942'de, beş teknolojinin de takibi olunması çağrısında bulunan S-1 Komitesi'nin tavsiyelerini sonuçlandırmak için bir araya geldi. Bu, Bush, Conant ve Ordunun nükleer konularda temsilcisi olarak atanan Tümgeneral Brehon B. Somervell'in Tedarik Hizmetleri'nin genelkurmay başkanı Tuğgeneral Wilhelm D. Styer tarafından onaylandı. Bush ve Conant daha sonra bu tavsiyeyi Üst Politika Grubu'na Amerika Birleşik Devletleri Ordusu Mühendisler Birliği tarafından inşa edilmesi için 54 milyon dolarlık, OSRD tarafından araştırma ve geliştirme için 31 milyon dolarlık ve 1943 mali yılında beklenmedik durumlar için 5 milyon dolarlık bir bütçe teklifiyle götürdü. Üst Politika Grubu da bunu 17 Haziran 1942'de Başkan'a gönderdi ve o da belgeye "OK FDR" yazarak onayladı.

Compton, California Üniversitesi'nden teorik fizikçi J. Robert Oppenheimer'dan hızlı nötron hesaplamaları'na yönelik araştırmayı -kritik kütle ve silah patlaması hesaplamalarının anahtarı-, sıkı olmayan operasyonel güvenlik endişeleri nedeniyle 18 Mayıs 1942'de ayrılan Gregory Breit'ten devralmasını istedi. Metalurji Laboratuvarı'nda bir fizikçi olan John H. Manley, ülke geneline dağılmış deneysel fizik gruplarıyla temas kurarak ve bunları koordine ederek Oppenheimer'a yardım etmekle görevlendirildi. Illinois Üniversitesi'nden Oppenheimer ve Robert Serber, nötron difüzyonu sorunlarını - nötronların bir nükleer zincir reaksiyonunda nasıl hareket ettiğini- ve akışkanlar dinamiğini - bir zincirleme reaksiyon tarafından üretilen patlamanın nasıl davranabileceğini incelediler. Bu çalışmayı ve fisyon reaksiyonlarının genel teorisini gözden geçirmek için Oppenheimer ve Fermi, haziranda Chicago Üniversitesi'nde ve Temmuz 1942'de California Üniversitesi'nde teorik fizikçiler Hans Bethe, John Van Vleck, Edward Teller, Emil Konopinski, Robert Serber, Stan Frankel ve Eldred C. (Carlyle) Nelson ile Oppenheimer'ın üç eski öğrencisi olan deneysel fizikçiler Emilio Segrè, Felix Bloch, Franco Rasetti, John Henry Manley ve Edwin McMillan ile bir toplantı düzenlediler. Bir fisyon bombasının teorik olarak mümkün olduğunu tereddüt ederek de olsa doğruladılar.

Fakat hala birçok bilinmeyen faktör vardı. Saf uranyum-235'in özellikleri, yalnızca Şubat 1941'de Glenn Seaborg ve ekibi tarafından keşfedilen bir element olan plütonyumunkiler gibi nispeten bilinmiyordu. Berkeley konferansındaki (Temmuz 1942) bilim insanları, uranyum-238 atomlarının bölünen uranyum-235 atomlarından yayılan nötronları emdiği nükleer reaktörlerde plütonyum yaratmayı planladılar. Bu noktada hiçbir reaktör inşa edilmemişti ve St. Louis'deki Washington Üniversitesi gibi kurumlardaki siklotronlardan yalnızca küçük miktarlarda plütonyum elde edilebiliyordu. Aralık 1943'te bile sadece iki miligram üretilebilmişti. Bölünebilir malzemeyi kritik bir kütle halinde düzenlemenin birçok yolu vardı ama en basiti, nötronları içe doğru odaklayacak ve verimini artırmak için reaksiyona giren kütleyi bir arada tutacak yoğun malzeme olan bir "tokmak" ile "aktif malzeme" küresine "silindirik bir tıkaç" sıkıştırmaktı. Bunun dışında, Richard C. Tolman tarafından önerilen ilkel bir "çökertme" biçiminde olan küremsileri içeren tasarımları ve patlarken bombanın etkinliğini artıracak otokataliz olasılığını da araştırdılar.

En azından daha fazla deneysel veri elde edilene kadar, fisyon bombası fikrinin teorik olarak yerleştiği göz önüne alındığında, 1942 Berkeley konferansı farklı bir yöne evrildi. Edward Teller, döteryum ve trityumda nükleer füzyon reaksiyonunu ateşlemek için patlayan bir fisyon bombasının patlayıcı kuvvetini kullanacak olan, şimdi genellikle "hidrojen bombası" olarak anılan daha güçlü bir bomba olan "süper" hakkında tartışmaya itti. Teller plan üstüne plan önerdi, ancak Bethe her birini reddetti. Füzyon fikri, fisyon bombaları üretmeye odaklanmak için bir kenara bırakıldı. Teller ayrıca nitrojen çekirdeklerinin varsayımsal bir füzyon reaksiyonu nedeniyle bir atom bombasının atmosferi "tutuşturabileceği" spekülatif olasılığını da gündeme getirdi. Bethe bunun olamayacağını hesapladı, ve Teller'ın ortak yazdığı bir rapor, "kendi kendine yayılan nükleer reaksiyon zincirinin başlama olasılığının düşük olduğunu" gösterdi. Serber'in hesabına göre Oppenheimer, "bu konuda çenesini kapatacak kadar aklı olmayan" Arthur Compton'a bu senaryonun olasılığından bahsetti. Bu bir şekilde Washington'a giden ve "asla dinlenmeyen" bir belgeye girdi.

Kanada'da proje kapsamında Port Radium'daki uraninit işleyen Eldorado Maden ocağı'nda hiçbir önlem alınmadan ve radyoaktif bilgilendirme yapılmadan 1942 yılından 1960 yılına kadar çalıştırılan ve radyoaktif cevheri bez çuvallarla taşıttırılan Deline (Délı̨ne) kabilesinden Kızılderili Sahtular arasında kanser sonucu ölümler baş göstermiş ve Deline köyünün bütün yetişkin erkekleri ölmüş ve köyün adı "Dullar Köyü" (village of widows) olarak anılmaya başlanmıştır. 1999 yılında Peter Blow tarafından yapılan Village of Widows adlı belgesel filmde Sahtuların maruz kaldıkları radyoaktif dehşet belgelenmiştir.