Proyek Manhattan
Proyek Manhattan atau lebih formal, Manhattan Engineering District, adalah proyek riset dan pengembangan pada Perang Dunia II untuk mengembangkan senjata nuklir pertama. Proyek ini dipimpin oleh Amerika Serikat dengan bantuan dari Britania Raya dan Kanada. Risetnya diatur oleh fisikawan Amerika Julius Robert Oppenheimer, dan keseluruhan oleh Jenderal Leslie R. Groves setelah menjadi jelas bahwa senjata berdasarkan fisi nuklir dapat dikembangkan dan bahwa Jerman Nazi juga sedang mengembangkan senjata sejenis.
Meskipun proyek ini melibatkan lebih dari 30 tempat riset dan produksi yang berbeda, Proyek Manhattan sebagian besar proyeknya dilaksanakan di tiga tempat saintifik rahasia yang didirikan oleh kuasa eminent domain: Hanford, Washington, Los Alamos, New Mexico, dan Oak Ridge, Tennessee. Los Alamos National Laboratory dibangun di atas sebuah "mesa" yang sebelumnya merupakan tempat Los Alamos Ranch School, sebuah sekolah bertempat tinggal lelaki swasta yang mengkhususkan luar ruangan dan kuda. Situs Hanford yang tumbuh hampir sebesar 1000 mil persegi (2.600 km²), mengambil alih tanah sawah beririgasi, kebun buah-buahan, rel kereta dan dua komunitas petani, Hanford dan White Bluffs. Fasilitas Oak Ridge mencakup wilayah lebih dari 60.000 acre (243 km²) dari beberapa komunitas pertanian. Beberapa keluarga Tennessee diberi waktu dua minggu untuk mengosongkan tanah pertanian keluarga yang telah mereka tinggali selama beberapa generasi.
Keberadaan lokasi Los Alamos, Oak Ridge, dan Hanford dirahasiakan sampai akhir PDII.
Proyek Manhattan menghasilkan rancangan, produksi, dan peledakan dari tiga bom nuklir pada 1945. Yang pertama, menggunakan plutonium dibuat di Hanford, dites pada 16 Juli di Situs Trinity, tes nuklir pertama dunia, dekat Alamogordo, New Mexico. Yang kedua, bom uranium disebut Little Boy diledakan pada 6 Agustus di kota Hiroshima, Jepang. Yang ketiga, bom plutonium disebut Fat Man, diledakan pada 9 Agustus di atas kota Nagasaki, Jepang.
Lokasi utamanya masih ada sampai sekarang sebagai Situs Hanford, Los Alamos National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory, National Security Complex dan beberapa pabrik lainnya.
Pada 1945, Proyek ini mempekerjakan lebih dari 130.000 orang pada puncaknya dan menghabiskan hampir AS$2 miliar. (20 miliar dalam dolar tahun 2004 berdasarkan ICP.
).
Pada masa antara Perang Dunia I dan Perang Dunia II, Amerika Serikat telah bangkit menjadi terkenal dalam fisika nuklir, didorong oleh hasil kerja dari beberapa imigran dan fisikawan lokal. Ilmuwan-ilmuwan ini telah mengembangkan alat dasar untuk riset nuklir -- cyclotron dan pemercepat partikel lainnya—dan telah menggunakan alat baru tersebut untuk menemukan zat-zat baru, termasuk radioisotop seperti Carbon-14.
Enrico Fermi mengingat awal proyek dalam pidato yang dilontarkan pada 1954 ketika dia pensiun sebagai Presiden dari American Physical Society.
Ilmuwan nuklir Leó Szilárd, Edward Teller dan Eugene Wigner (semuanya pengungsi Yahudi dari Hongaria karena Hitler) percaya bahwa energi yang dilepas dalam fisi nuklir dapat diguankan dalam bom oleh Jerman. Mereka membujuk Albert Einstein, salah satu ilmuwan paling terkenal dunia dan juga pengungsi Yahudi, untuk memperingati Presiden Franklin D. Roosevelt akan bahaya ini dalam sebuah surat pada 2 Agustus, 1939 yang dirancang oleh Szilárd . Sebagai balasan akan peringatan tersebut Roosevelt mendorong riset lebih lanjut menjadi keamanaan nasional implikasi fisi nuklir. Setelah pengeboman Hiroshima, Einstein kemudian berkomentar "Saya dapat membakar tangan saya karena menulis surat kepada Roosevelt." Ankatan Laut menganugerahkan pendanaan energi atom pertama sebesar $6.000 untuk eksperimen frafit, yang tumbuh menjadi Proyek Manhattan di bawah kepempinan ilmiah dari J. Robert Oppenheimer dan Enrico Fermi.
Roosevelt menciptakan ad hoc Komite Uranium di bawah "chairmanship" ketua National Bureau of Standards Lyman Briggs. Dia memulai program riset kecil pada 1939 di Laboratorium Riset Naval di Washington, di mana fisikawan Philip Abelson mengecek pemisahan isotop uranium. Di Universitas Columbia fisikawan nuklir dilahirkan di Italia Enrico Fermi membuat prototipe reaktor nuklir menggunakan berbagai konfigurasi dari grafit dan uranium. Pada 9 Oktober 1941 Roosevelt mengizinkan pengembangan senjata nuklir.
Vannevar Bush, direktur Carnegie Institution Washington, mengatur National Defense Research Committee pada 1940 untuk memobilisasi sumber daya ilmiah Amerika Serikat untuk mendukung perang.
Laboratorium baru diciptakan, termasuk Radiation Laboratory at the Massachusetts Institute of Technology, yang membantu pengembangan radar, dan Underwater Sound Laboratory di San Diego, yang mengembangkan sonar.
National Defense Research Council (NDRC) juga mengambil alih proyek uranium. Pada 1940, Bush dan Roosevelt menciptakan Office of Scientific Research and Development untuk mengembangkan upaya tersebut.
Proyek Uranium tidak mengalami kemajuan pada musim semi 1941, ketika kabar datang dari penghitungan Britania oleh Otto Frisch dan Fritz Peierls. Laporan tersebut, dipersiapkan oleh Komite MAUD, yang merupakan sebuah sub-komite untuk "Scientific Survey of Air Warfare " di bawah G.P. Thomson, profesor fisika di Imperial College, London, menunjukan bahwa jumlah isotop dapat terfissi dari uranium, U-235, yang sangat sedikit dapat memproduksi ledakan yang sama dengan beberapa ratus ribu ton TNT.
Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional mengusulkan usaha penuh untuk membangun senjata nuklir, Bush menciptakan komite khusus, Komite S-1, untuk membimbing usaha tersebut. Ini terjadi sehari sebelum Jepang menyerang Pearl Harbor, pada 7 Desember 1941, dan berarti dimulainya perang bagi Amerika Serikat.
Ilmuwan di departemen fisika University of Chicago Metallurgical Laboratory, University of California Radiation Laboratory dan Universitas Columbia, mempercepat kerja mereka untuk menyiapkan bahan nuklir untuk sebuah senjata. Mereka harus belajar memisahkan Uranium 235 dari bijih uranium mentah (kebanyakan dari Uranium 238), dan mereka juga harus bisa bagaimana menciptakan plutonium, sebuah unsur yang sangat jarang, dengan pengeboman Uranium alami (U-238) dalam sebuah reaktor dengan netron yang diproduksi oleh Uranium 235. Dimulai pada 1942, pabrik besar dibuat untuk memproduksi Uranium 235 di Oak Ridge National Laboratory di Tennessee dan untuk memproduksi plutonium di Hanford Site di luar Richland, Washington.
Ketika AS masuk dalam PDII pada Desember 1941, beberapa proyek sedang berjalan untuk menyelidiki pemisahan uranium 235 yang dapat difisikan dari uranium 238, pembuatan plutonium, dan kemungkinan tumpukan nuklir dan peledakannya.
Fisikawan dan penerima Nobel Arthur Holly Compton mengatur Laboratorium Metalurgis di Universitas Chicago pada awal 1942 untuk mempelajari plutonium dan tumpukan fisi. Compton menanyakan fisika teori kepada Dr. J. Robert Oppenheimer dari Universitas California untuk mengambil alih riset dalam penghitungan netron cepat, penting bagi kemungkinan sebuah senjata nuklir. John Manley, seorang fisikawan di Laboratorium Metalurgis Universitas Chicago, ditugasi untuk menolong Dr. Oppenheimer mencari jawaban dengan mengkoordinasi dan menghubungi beberapa grup fisikawan eksperimen yang tersebar di pelosok negara.
Pada musim semi 1942, Oppenheimer dan Robert Serber dari Universitas Illinois, bekerja dalam masalah difusi netron (bagaimana netron bergerak dalam reaksi berantai) dan hidrodinamika (bagaimana ledakan yang diproduksi oleh reaksi berantai berperilaku).
Untuk mereview hasil kerja ini dan teori umum dari reaksi fissi, Oppenheimer mengadakan belajar musim panas di Universitas California, Berkeley pada Juni 1942. Teoretis Hans Bethe, John Van Vleck, Edward Teller, Felix Bloch, Emil Konopinski, Robert Serber, Stanley S. Frankel, dan Eldred C. Nelson (tiga terakhir adalah bekas murid Oppenheimer) menyimpulkan bahwa sebuah bom fissi bisa terjadi. Para ilmuwan ini menyarankan bahwa reaksi tersebut dapat diawali oleh pembuatan sebuah massa kritikal - jumlah ledakan nuklir yang cukup untuk menahannya - baik dengan menembakan dua massa subkritikal plutonium atau uranium 235 bersamaan atau dengan menghancurkan ("imploding") sebuah bola kosong terbuat dari bahan tersebut dengan sebuah selimut peledak besar. (Serber memberikan kredit ide awal dari implosi kepada Tolman). Sampai jumlahnya dapat diketahui lebih lanjut, hanya ini yang dapat dilakukan.
Teller melihat kemungkinan lain: Dengan mengelilingi fisi bom dengan deuterium dan tritium, sebuah "bom super" yang jauh lebih kuat dapat dibuat. Konsep ini berdasarkan penelitian produksi energi dalam bintang-bintang yang dibuat oleh Bethe sebelum perang. Ketika gelombang detonasi dari bom fisi digerakan melalui campuran nuklei deuterium dan tritium, mereka akan memfusi menjadi satu untuk memproduksi energi yang lebih banyak dari yang dapat diproduksi oleh fissi, dalam proses fusi nuklir, seperti unsur difusi di matahari untuk menciptakan cahaya dan panas.
Bethe merasa skeptik, dan Teller mendorong kuat untuk "bom super"nya, dan mengusulkan skema demi skema, Bethe menolak semuanya. Idenya harus ditaruh kesamping ketika bom fisi, dan perang, telah selesai. "Bom super" itu atau alat termonuklir, diproduksi setelah perang dan dites pada 1952, setelah perang politik antara Teller melawan Oppenheimer, yang berakhir dengan kalahnya Oppenheimer yang kehilangan status resminya, dan menggunakan metode yang berbeda dari ide Teller, yang Bethe benar ketika menolaknya.)
Teller juga menaikkan kemungkinan bahwa sebuah bom atom dapat "menyalakan" atmosfer, dikarenakan reaksi fusi hipotetik dari nuklei nitrogen. Bethe menunjukkan, menurut Serber, secara teoretis hal tersebut tak dapat terjadi; dalam bukunya "The Road from Los Alamos". Bethe mengatakan bahwa sebuah penolakan yang tiulis oleh Kononpinski, C. Marvin, dan Teller di laporan LA-602 (dibuka kerahasiaanya pada Februari 1973 ), menunjukkan tidak mungkin. Menurut Serber, Oppenheimer memberitahukan kepada Arthur Compton, yang tidak bisa diam. Kemudian hal ini masuk ke dokumen yang berlanjut ke Washington" yang menuju ke pertanyaan "tidak pernah dikasih istirahat". Menurut Bethe, kekacauan ini datang lagi pada 1975 ketika hal ini muncul di sebuah artikel majalah oleh H.C. Dudley, yang mendapat ide ini dari sebuah laporan oleh Pearl Buck dari interview yang dia lakukan dengan Arthur Compton di 1959, di mana dia tidak mengerti Compton seluruhnya! Kecemasan ini tidak pernah hilang di pikiran beberapa orang sampa tes Trinity; meskipun begitu kalau saja Bethe salah, kita tak akan pernah tahu.
Konferensi musim panas, hasilnya yang kemudian dirangkum oleh Serber di "The Los Alamos Primer" (LA-1 online), memberikan dasar teoritikal asli berdasarkan untuk rancangan bom atom, yang kemudian menjadi tugas utama di Los Alamos saat perang, dan ide bom-H, yang menhantui Laboratorium tersebut pada masa setelah perang.
Pengukuran interaksi neutron cepat dengan bahan di sebuah bom sangatlah penting karena jumlah neutron yang diproduksi dalam fissi uranium dan plutonium harus diketahui, dan karena zat yang mengelilingi bahan nuklir hari memliki kemampuan untuk memantulkan, atau menyebarkan, neutron kembali ke reaksi berantai sebelum dia meledak dalam rangka untuk meningkatkan energi yang diproduksi. Oleh karena itu, ciri-ciri penyebaran neutron dari bahan tersebut harus diukur untuk mencari pemantul yang terbaik.
Memperkirakan tenaga ledakan membutuhkan pengetahuan dari banyak ciri-ciri nuklir lainnya, termasuk persimpangan (sebuah ukuran kemungkinan sebuah pertemuan antara partikel yang menghasilkan dalam sebuah efek yang ditentukan) untuk proses-proses neutron nuklir di uranium dan unsur lainnya. Neutron cepat hanya dapat diproduksi oleh pemercepat partikel, yang masih merupakan alat yang tidak umum dalam departemen fisika pada 1942.
Koordinasi yang lebih baik sangat dibutuhkan. Pada September 1942, kesulitan terlibat dengan melakukan penelitian awal tentang senjata nuklir di universitas tersebar di seluruh negara yang menandakan kebutuhan untuk sebuah laboratorium yang dibuat untuk tujuan tersebut saja. Kebutuhan ini dibayangi oleh permintaan pabrik untuk meproduksi uranium-235 dan plutonium - bahan dapat difissi yang menyediakan peledak nuklir.
Vannevar Bush, kepala sipil Office of Scientific Research and Development (OSRD), menanyakan Presiden Roosevelt untuk menugaskan operasi skala-besar yang dihubungi dengan proyek senjata nuklir yang berkembang untuk militer. Roosevelt memilih Angkatan Darat untuk bekerja dengan OSRD dalam membangun pabrik produksi. Army Corps of Engineers memilih Kol. James Marshall untuk mengawasi konstuksi pabrik untuk memisahkan isotop uranium dan pemroduksian plutonium untuk bom tersebut.
Ilmuwan OSRD telah mecoba beberapa metode untuk memproduksi plutonium dan memisahkan uranium-235 dari uranium, namun tidak ada dari proses tersebut yang siap untuk produksi - hanya jumlah mikroskopik yang telah disediakan.
Hanya satu cara - pemisahan elektromagnetik, yang telah dikembangkan oleh Ernest Lawrence di University of California Radiation Laboratory di University of California, Berkeley - terlihat meyakinkan pada saat untuk produksi skala-besar. Namun ilmuwan tidak dapat berhenti mempelajari metode berpotensial lainnya untuk memproduksi bahan yang dapat terfissi, karena proses tersebut sangat mahal dan karena sangat tidak bisa terjadi proses tersebut dapat memproduksi cukup bahan sebelum perang berakhir.
Marshall dan deputinya, Kol. Kenneth Nichols, harus berjuang untuk mengerti baik proses dan juga ilmuwan yang bekerja sama dengan mereka. Tiba-tiba menerobos masuk ke dalam bidang fisika nuklir yang baru, mereka merasa tidak mampu untuk membedakan antara keinginan teknikal dan pribadi. Meskipun mereka memutuskan bahwa sebuah lokasi di dekat Knoxville, Tenn., akan cocok untuk pabrik produksi pertama, mereka tidak tahu betapa besar lokasi tersebut dan membatalkan pengambilannya. Ada masalah lain juga.
Karena sifat eksperimen, kerja senjata nuklir tidak dapat bertanding dengan tugas Angkatan Darat lainnya yang lebih penting. Pemilihan kerja ilmuwan dan konstruksi pabrik-produksi sering kali tertunda karena ketidakmampuan Marshall untuk mendapatkan bahan yang sangat penting, seperti baja, yang juga dibutuhkan di produksi militer lainnya.
Bahkan memilih nama untuk proyek AD tersebut pun sulit. Nama yang dipilih oleh Jend. Brehon Somerwell, "Pengembangan Bahan Pengganti", sangat tidak tepat karena terlihat mengungkapkan terlalu banyak.
Pada musim panas 1942, Kol. Leslie Groves merupakan seorang deputi dari ketua konstruksi untuk Army Corps of Engineers dan telah mengawasi konstuksi Pentagon, gedung perkantoran terbesar di dunia. Groves menolak berat ketika Somervell menunjuk dia untuk mengawasi proyek senjata. Keberatannya ditolak dan Groves mengundurkan diri daripada memimpin proyek yang dia pikir memiliki sedikit kesempatan untuk sukses.
Hal pertama yang dia lakukan adalah "mechristen" proyek The Manhattan District. Namanya berkembang dari kebiasaan Corps of Engineers menamakan distrik setelah nama markas besarnya (markas besar Marshall berada di kota New York). Pada saat yang bersamaan, Groves dipromosikan menjadi brigadir jenderal, yang memberikan dia kesempatan berhadapan dengan ilmuwan senior dalam proyek tersebut.
Dalam seminggu sejak penunjukannya, Groves telah memecahkan masalah paling penting Proyek Manhattan. Gayanya yang kuat dan efektif segera terkenal di antara ilmuwan atom.
Hambatan ilmiah utama yang pertama dipecahkan pada 2 Desember 1942 di bawah tempat duduk stadion Stagg Field di University of Chicago, di mana sebuah kelompok yang dipimpin Enrico Fermi menggagas reaksi rantai nuklir pertama yang berkelanjutan. Sebuah panggilan telepon sandi dari Compton yang mengatakan, "Navigator Italia (Fermi) telah mendarat di Dunia Baru, penduduk aslinya bersahabat" kepada Conant di Washington, DC, menimbulkan berita bahwa percobaan itu berahsil. Inilah titik balik utama.
Masalah industri berpusat pada produksi bahan fisil yang cukup. 2 usaha paralel dan yang sepenuhnya terpisah dijalankan. Satu proyek memproduksin bom uranium dan proyek lainnya memproduksi 2 bom plutonium, semuanya berhasil diledakkan.
Bom Hiroshima, Little Boy, dibuat dari Uranium-235, isotop uranium yang jarang yang harus dipisahkan secara fisik dari isotop uranium-238 yang lebih lazim, yang tidak cocok digunakan sebagai alat peledak. Pemisahan itu sebagian besar diakibatkan oleh difusi gas uranium heksafluorida (UF), namun juga oleh teknik lain, seperti difusi termal, dan metode kalutron, menggunakan asas pemisahan magnetik spektrometer massa. Sebagian besar kerja pemisahan ini dipertunjukkan di Oak Ridge. Bom uranium menggunakan yang disebut mekanisme "pistol" untuk mengumpulkan massa kritis U-235; satu massa U-235, the "bullet," ditembaki tabung ke dalam massa lain U-235, menimbulkan massa kritis U-235 dan menghasilkan ledakan besar.
Namun sebaliknya, bom yang digunakan dalam uji pertama di Trinity Site, New Mexico, dan juga dalam pengeboman Nagasaki, Fat Man, terutama terbuat dari Plutonium-239. Plutonium ialah unsur sintetis yang, dalam bentuk yang diciptakan oleh reaktor yang digunakan untuk memproduksinya, terlalu banyak memuat isotop yang terlalu mudah mengalami pemisahan untuk digunakan dalam alat jenis senapan. (Karena kecepatan yang relatif rendah dari alat jenis senapan, bom plutonium mungkin "melempem" (yakni meledakkan sebagian darinya), sebelum menghasilkan daya maksimum). Alat yang disebut ""implosion"" yang menggunakan bidang plutonium yang mengempis ke dalam, lebih cepat dan dijanjikan solusi yang lebih baik terhadap masalah itu. Banyak ilmuwan di Los Alamos berkonsentrasi pada rancangan alat "implosion" selama proyek.
Walau Uranium-238 sia-sia dibuat bom atom, U-238 diperlukan untuk menciptakan plutonium—karena U-235 memproduksi neutron yang relatif lambat, U-238 akan menyerap neutron dan, setelah perjalanan melalui reaktor dan pembusukan beberapa hari, U-238 akan berubah menjadi plutonium-239. Produksi dan penyaringan plutonium ialah di tengah masa perang, dan pasca perang, usaha di Hanford Site, menggunakan teknik yang dikembangkan sebagian oleh Glenn Seaborg.
Uji coba bom plutonium langsung yang pertama ialah pada 16 Juli 1945, dekat Alamagordo, New Mexico, dan diberi nama "Trinity". "Energi yang dihasilkan dalam tes beberapa kali lebih besar daripada yang diharapkan kelompok ilmuwan." (Laporan resmi)
Usaha yang mirip dijalankan di Uni Soviet yang dikepalai oleh Igor Kurchatov (dengan perbedaan spesifik dalam beberapa pengamatan PD II Kurchatov yang berasal dari tangan kedua dari negara-negara Proyek Manhattan, berterima kasih pada mata-mata, termasuk setidaknya 2 orang pada kelompok ilmiah di Los Alamos, Klaus Fuchs dan Theodore Hall, tak dikenal masing-masing). Usaha di Jerman Nazi, (dikepalai oleh Werner Heisenberg,) dan di Jepang, juga dijalankan selama perang.
Bersama dengan usaha kriptografi yang dipusatkan di Bletchley Park di Inggris, Arlington Hall dan Naval Communications Annex (semuanya dalam sekolah putri swasta yang disita di Washington DC), dan perkembangan radar gelombang mikro di laboratorium radiasi MIT, Proyek Manhattan mewakili salah satu dari sedikit usaha teknologi yang besar, dan rahasia yang ditimbulkan oleh konflik Perang Dunia II.