曼哈顿计划：改变世界历史的原子弹研发之路

曼哈顿计划：改变世界历史的原子弹研发之路

曼哈顿计划是美国政府在1942年至1945年间实施的一项绝密科研项目，旨在研制原子弹。这一计划不仅改变了二战的进程，也开启了人类历史的新篇章。本文将为您详细讲述曼哈顿计划的来龙去脉，以及它对世界产生的深远影响。

第一次原子弹试验，新墨西哥州阿拉莫戈多附近，1945年7月16日

曼哈顿计划的背景

1939年，美国科学家（其中许多是从欧洲法西斯政权逃出的难民）意识到核裂变研究的进展，并担心纳粹德国可能开发出核武器。物理学家利奥·西拉德和尤金·维格纳说服阿尔伯特·爱因斯坦给美国总统富兰克林·D·罗斯福写信，警告这一危险并建议建立美国核研究计划。铀顾问委员会因此成立。曼哈顿计划的开始可以追溯到1941年12月6日，当时成立了由万尼瓦尔·布什领导的科学研究与发展办公室。

关键人物

美国物理学家J.罗伯特·奥本海默领导了曼哈顿计划，目标是开发原子弹，爱德华·泰勒是最早被招募的成员之一。利奥·西拉德和恩里科·费米建造了第一座核反应堆。欧内斯特·劳伦斯是负责开发电磁分离铀-235的项目负责人。

其他著名研究人员包括奥托·弗里施、尼尔斯·玻尔、费利克斯·布洛赫、詹姆斯·弗兰克、恩里科·费米、克劳斯·富克斯、汉斯·贝特和约翰·冯·诺伊曼。但负责监督曼哈顿计划的人却不是科学家，而是美国陆军准将莱斯利·格罗夫斯。

曼哈顿计划的主要成就

曼哈顿计划成功制造了第一颗原子弹。同时进行多个研究方向。田纳西州橡树岭的电磁和聚变方法被用来分离可裂变的铀-235和铀-238。华盛顿州汉福德工程现场进一步研究了首次在芝加哥大学实现的钚-239生产。与此同时，在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯，科学家们找到了将裂变材料带到超临界质量（从而爆炸）的方法，并控制了定时装置，设计了一个武器来容纳它。1945年7月16日在新墨西哥州阿拉莫戈多空军基地进行的首次测试产生了巨大的核爆炸。

立即和长期结果

虽然许多物理学家反对实际使用曼哈顿计划制造的原子弹，但美国总统哈里·S·杜鲁门认为，原子弹可以促使日本投降，避免美国入侵。因此，1945年8月6日，一架美国飞机在广岛投下了一颗原子弹，瞬间至少造成7万人死亡（后来又有数万人死于辐射中毒）。三天后，另一架美国飞机在长崎投下了一颗炸弹。从那时起，一些国家得出结论，拥有核武器是保证安全的最佳方式，尽管人们担心核扩散会增加使用这种武器的可能性。

莱斯利·格罗夫斯

曼哈顿计划的创建

1939年，美国科学家（许多是来自欧洲法西斯政权的难民）开始组织一个项目，利用新发现的裂变过程进行军事用途。1939年3月，哥伦比亚大学的G.B.佩格拉安排了一场恩里科·费米与海军部的会议。1939年夏天，科学家们说服阿尔伯特·爱因斯坦利用他的影响力，向富兰克林·D·罗斯福总统展示未受控制的裂变链式反应的军事潜力。1940年2月，拨款6000美元开始在国家标准局（后来的国家标准与技术研究所）的L.J.布里格斯领导下进行研究。1941年12月6日，该项目由万尼瓦尔·布什领导的科学研究与发展办公室接管。

曼哈顿计划时间线

格罗夫斯和奥本海默领导下的曼哈顿计划扩张

1942年6月，工程兵团的曼哈顿区最初被分配管理施工工作（因为早期的大部分研究都在哥伦比亚大学进行，位于曼哈顿），1942年9月，莱斯利·R·格罗夫斯准将被任命负责所有陆军活动（主要是工程活动）与该项目有关。“曼哈顿计划”成为跨越全国的研究工作的代号。

1941年秋季，曼哈顿计划化学家哈罗德·C·尤里陪同佩格拉前往英国，试图建立合作，到1943年，一个联合政策委员会与英国和加拿大建立。1943年，许多英国和加拿大科学家移居美国加入该项目。

为了及时取得成功，必须同时进行几条研究和开发工作，即使不确定是否能成功。爆炸材料还需要生产并使其适合实际武器使用。

铀-235，假设炸弹中的关键裂变材料，不能通过化学手段从更丰富的铀-238中分离出来；相反，这些同位素的原子必须通过物理手段分离。几种物理方法被积极探索，两种被选择——加州大学伯克利分校欧内斯特·劳伦斯开发的电磁过程，以及哥伦比亚大学尤里开发的扩散过程。这两种方法，特别是扩散方法，需要大规模、复杂的设施和大量电力来生产少量分离的铀-235。菲利普·阿贝尔森开发了一种称为热扩散的第三种方法，也被使用了一段时间。这些方法在田纳西州诺克斯维尔附近的一个70平方英里（180平方公里）的地块上投入生产，最初被称为克林顿工程师工作，后来被称为橡树岭。

科学家观察世界上第一个自持核链式反应，芝加哥堆1号，1942年12月2日

只有钚-239的生产方法可用。它是在芝加哥大学冶金实验室亚瑟·霍利·康普顿的指导下通过反应堆堆中的铀-238转换开发的。1942年12月，费米终于在芝加哥的反应堆堆中成功产生并控制了裂变链式反应。

大量生产钚-239需要建造一个巨大的反应堆，释放大约25,000千瓦时的热量才能生产1克钚。这需要开发在前所未有的条件下工作的化学提取程序。在橡树岭建造了一个中型反应堆作为生产步骤的中间步骤。大型生产反应堆建在哥伦比亚河畔帕斯科以北的一片1,000平方英里（2,600平方公里）的孤立地区——汉福德工程师工作。

J.罗伯特·奥本海默，约1944年

在1943年之前，炸弹本身的设计和功能主要是理论上的，基于在多个不同地点进行的基本实验。1943年，在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的一个孤立的山顶上创建了一个由J.罗伯特·奥本海默领导的实验室。该实验室的任务是开发将生产工厂的裂变产物减少到纯金属并将其制成所需形状的方法。必须设计快速将裂变材料聚集到临界质量（从而核爆炸）的方法，以及实际制造可从飞机投掷并在目标上方正确时刻引爆的武器。大多数这些问题必须在大量裂变材料生产之前解决，以便第一批裂变材料可以在战斗前线尽快使用。

到1945年夏天，汉福德工厂生产了足够的钚-239，武器开发和设计已经足够先进，可以安排核爆炸的实际现场测试。这样的测试并不简单。必须组装复杂的设备来提供完整的诊断。到那时，曼哈顿计划的预算已从最初的6,000美元增长到20亿美元。

第一颗原子弹：三位一体、广岛和长崎

1945年7月16日凌晨5:30，新墨西哥州阿尔伯克基以南120英里（193公里）的阿尔莫戈多空军基地进行了第一次原子弹爆炸。奥本海默将该地点命名为“三位一体”，以纪念约翰·唐恩的圣歌。炸弹——一颗名为“装置”的钚内爆装置——被提升到100英尺（30米）高的钢塔顶部，标记为“零”。塔的底部被标记为“地面零”，这是一个将进入普通词汇的术语，用于描述事件（通常是灾难性事件）的中心。塔周围布满了科学设备，科学家和少数贵宾在9公里外的掩体中进行远程监测。爆炸以强烈的光闪开始，随后是热浪，然后是冲击波经过并回荡在山谷中的巨大轰鸣声。一个火球迅速上升，随后是蘑菇云延伸至40,000英尺（12,200米）。炸弹产生了相当于15,000到20,000吨TNT的爆炸力；塔完全蒸发，周围沙漠表面在800码（730米）半径内熔化成玻璃。

广岛原子弹轰炸后的废墟

一个月后，曼哈顿计划生产的另外两颗原子弹，一颗使用铀-235，另一颗使用钚，被投放在日本的广岛和长崎。这两个城市在之前的美国战略轰炸行动中都没有受到攻击，策划者希望展示炸弹的破坏力。广岛因其军事价值而被选为主要目标，这座城市是日本第二军的总部所在地。1945年8月6日，上午8:15左右，一架美国B-29轰炸机释放了一颗名为“小男孩”的枪式裂变炸弹。武器在1,900英尺（580米）的高空爆炸，爆炸当量估计相当于15,000吨TNT。大约70,000人立即死亡，到年底死亡人数超过100,000。三分之二的城市区域被摧毁。

长崎原子弹爆炸

到1945年8月9日上午，苏联已经对日本宣战，但日本政府尚未向盟军传达其投降意图。一架携带“胖子”——一颗与三位一体试验相似的钚内爆炸弹——的B-29飞往九州的北九州市。厚厚的云层和长崎上空的霾使得轰炸手无法瞄准指定的目标点，轰炸机转而前往其第二个目标——港口城市长崎。上午11:02，“胖子”在城市西北部1,650英尺（500米）的高空爆炸。炸弹的爆炸力相当于21,000吨TNT。据估计，40,000人立即死亡，到年底又有30,000多人死于辐射中毒。大约40%的城市区域被完全摧毁或严重损坏。由于地形不规则，长崎的东南部工业和政府区域相对完好。日本在第二天开始进行投降谈判。此时，格罗夫斯已经通知美国总统哈里·S·杜鲁门，一周内将准备好另一颗炸弹。

原子弹辐射伤害

1945年9月2日，日本代表团在密苏里号战列舰的甲板上签署了正式投降文件。在敌对行动结束后不久，曼哈顿计划物理学家菲利普·莫里森应战争部的要求前往广岛，研究原子弹的影响。他将炸弹描述为“本质上是一种饱和武器”，“它摧毁得如此迅速和彻底，以至于如此大的区域，防御是徒劳的。”目睹了所发生的事情后，莫里森余生都在反对核武器和潜在的“第三颗炸弹”。

跨越行动和曼哈顿计划的结束

战后，曼哈顿计划监督了1946年在南太平洋比基尼环礁进行的跨越行动，这是一个军事-科学实验。“阿贝尔”，第一次和平时期的核武器试验，于1946年7月1日进行。在场的有大约42,000名美国军事人员，以及来自12个国家的100多名记者和代表。一枚20千吨的原子弹从B-29轰炸机上投下，在距离约520英尺（158米）的高空爆炸，目标是大约80艘退役的二战海军舰艇。只有5艘船被炸沉，尽管又有几艘受损，但大多数船只相对完好无损。一天之内，辐射水平已经下降到足以让船只被检查的程度。新闻界和外国军事观察员似乎对爆炸没有摧毁集结的船只感到失望，但这样的评估忽略了辐射对船员的致命影响。许多测试动物在舰队各处迅速死于辐射病，证实了《原子科学家公报》的预测：“一艘大型船只，距离爆炸大约一英里，可能会逃脱沉没，但船员会被炸弹释放的致命辐射杀死，只留下一艘无人的鬼船漂浮在广阔的海洋上。”

跨越行动，“阿贝尔”，1946年7月1日在比基尼环礁进行的第一次和平时期核武器试验

第二次试验“贝克”于1946年7月25日进行。一个23千吨的装置悬挂在比基尼泻湖中一艘退役登陆舰下方90英尺（27米）处。爆炸瞬间，明亮的穹顶在泻湖表面升起，随后是一团不透明的云，笼罩了大约一半的目标区域。云团在几秒钟内消散，露出一个上升的水柱，将26,000吨的战列舰“阿肯色”号短暂地抬离水面。水柱直径约2,200英尺（670米），上升至1英里（1.6公里）的高度，喷射物升得更高。向外扩展的波浪在距离震源1,000英尺（约300米）处高达100英尺（30米）。评估委员会报告说，爆炸在泻湖的水中产生了强烈的放射性，目标船只被放射性水饱和，对船员来说是致命的。四天后，检查小组仍然无法在目标区域中心或停泊在那里的任何船只上停留“任何有用的长度的时间”。持续的辐射和去污的困难导致取消了“查理”，原计划在比基尼泻湖底部进行的第三次试验。

跨越行动结束后，曼哈顿区将管辖范围内的工厂和实验室移交给1946年8月由国会成立的美国原子能委员会（AEC），这是一个民用机构。在AEC的领导下，武器开发和测试继续进行，同时开发原子能的和平用途。美国政府根据1974年的能源重组法案解散了AEC，将其职能分为两个新机构：核管理委员会，监管核能工业；能源研究与发展管理局，该机构在1977年能源部成立时被取消。

本文最后更新于2025年3月9日。

本文原文来自Britannica