Проект Мэттерхорн

Проект Мэттерхорн (англ. Project Matterhorn) — секретный научно-исследовательский проект США, реализованный в годы Второй мировой войны (1942—1945) и направленный на разработку и создание ядерного оружия. Проект являлся составной частью Манхэттенского проекта и был сосредоточен на решении ключевых теоретических и экспериментальных проблем, связанных с конструкцией атомной бомбы, в частности, на разработке метода имплозии (взрывного сжатия) для плутониевого заряда.

История

Предпосылки и создание

К началу 1942 года Манхэттенский проект столкнулся с серьёзной проблемой: для создания ядерного заряда на основе плутония-239 требовался принципиально иной метод инициирования цепной реакции, нежели для урановой бомбы («Толстяк» и «Малыш»). Плутоний, получаемый в реакторах, обладал высокой спонтанной нейтронной эмиссией, что делало невозможным использование традиционной «пушечной» схемы (сближение двух докритических масс). Единственным теоретически возможным способом достижения сверхкритической массы для плутония являлось взрывное сжатие (имплозия) сферической сборки с помощью обычных взрывчатых веществ.

В июне 1942 года директор Манхэттенского проекта генерал Лесли Гровс и научный руководитель Роберт Оппенгеймер приняли решение о создании специализированной лаборатории для решения этой задачи. Местом дислокации был выбран участок в каньоне Лос-Аламос (штат Нью-Мексико), однако первоначально проект носил кодовое название «Мэттерхорн» (в честь горы Маттерхорн в Швейцарии, символизирующей сложность и высоту поставленной задачи). Официально проект был учреждён 1 июля 1942 года.

Организационная структура

Проект Мэттерхорн изначально был разделён на две основные группы, работавшие параллельно:

• Группа A (Arms — «Оружие») под руководством Эдварда Теллера. Занималась теоретическими расчётами имплозии, гидродинамикой ударных волн, а также изучением возможности создания термоядерного оружия («Супер»). Теллер, будучи главным теоретиком, вскоре сосредоточился на водородной бомбе, что привело к организационным трениям.
• Группа B (Bomb — «Бомба») под руководством Роберта Сербера. Сосредоточилась на практических аспектах: конструирование взрывных линз, подбор взрывчатых веществ, разработка детонаторов и методов синхронизации взрыва.

В 1943 году проект был переименован в Лос-Аламосскую лабораторию, а название «Мэттерхорн» сохранилось за отдельным подразделением, занимавшимся термоядерными исследованиями. Однако в историографии термин «Проект Мэттерхорн» часто используется для обозначения всего начального этапа разработки имплозивной бомбы.

Научные и технические задачи

Проблема имплозии

Ключевой задачей проекта было создание сферически-симметричной ударной волны, способной за микросекунды сжать плутониевое ядро до сверхкритической плотности. Для этого требовалось:

1. Разработка взрывных линз: Обычные взрывчатые вещества (ВВ) детонируют с разной скоростью. Необходимо было создать многослойные линзы из ВВ с различной скоростью детонации (быстрой и медленной), чтобы сфокусировать фронт ударной волны в точку в центре сборки. Эта задача была решена группой Джона фон Неймана и Джеймса Така.
2. Синхронизация детонации: Требовалось подорвать несколько десятков (в бомбе «Толстяк» — 32) электрических детонаторов с точностью до долей микросекунды. Для этого были разработаны специальные высоковольтные импульсные генераторы и системы задержек.
3. Моделирование и расчёты: Из-за отсутствия вычислительной техники (первые электронные компьютеры появились лишь к концу войны) расчёты гидродинамики велись вручную с помощью логарифмических линеек и механических арифмометров. Для ускорения работы были привлечены женщины-вычислители (в том числе будущая известная программистка Джин Бартик).

Разработка плутониевого ядра

Параллельно велись работы по созданию самого плутониевого заряда. Первоначально рассматривалась конструкция с полой сферой, но расчёты показали её неэффективность. Окончательный вариант представлял собой сплошную сферу из плутония-239, окружённую слоем урана-238 (тампером), который замедлял разлёт материала и отражал нейтроны.

Эксперименты с взрывчаткой

Для проверки теории проводились масштабные полевые испытания (так называемые «RaLa-эксперименты» и «Хроника»). В специальных полигонах вблизи Лос-Аламоса подрывались макеты бомб без ядерного заряда, оснащённые датчиками для измерения симметрии ударной волны. Эти испытания позволили откалибровать конструкцию взрывных линз.

Результаты и значение

Испытание «Тринити»

Главным практическим результатом Проекта Мэттерхорн стало создание ядерного устройства «Гаджет» (Gadget), которое было взорвано 16 июля 1945 года на полигоне Аламогордо (штат Нью-Мексико) в ходе испытания «Тринити». Это был первый в истории искусственный ядерный взрыв. Устройство работало на принципе имплозии плутониевого ядра.

Влияние на бомбу «Толстяк»

Разработанные в рамках проекта технологии были непосредственно использованы в конструкции атомной бомбы «Толстяк» (Fat Man), сброшенной на Нагасаки 9 августа 1945 года. В отличие от урановой бомбы «Малыш» (Little Boy), «Толстяк» требовал гораздо более сложной системы подрыва и точной сборки.

Научное наследие

Проект Мэттерхорн заложил основы для послевоенных исследований в области физики высоких плотностей энергии, гидродинамики и теории детонации. Многие учёные, работавшие в проекте (Эдвард Теллер, Станислав Улам, Джон фон Нейман), впоследствии стали ключевыми фигурами в разработке термоядерного оружия. Сам термин «Мэттерхорн» стал нарицательным для обозначения сложных, многодисциплинарных научно-технических задач, решаемых в условиях жёсткого дефицита времени.

Критика и этические аспекты

Как и весь Манхэттенский проект, Проект Мэттерхорн подвергается критике с этической точки зрения. Учёные, участвовавшие в нём, осознавали, что создают оружие массового уничтожения. После войны многие из них (в частности, Роберт Оппенгеймер) выступили против дальнейшего распространения ядерного оружия, что привело к конфликтам с военными и политическими кругами. В то же время, сторонники проекта утверждают, что он позволил завершить Вторую мировую войну, предотвратив масштабные потери при вторжении на Японские острова.

Интересные факты

• Первоначально проект размещался в арендованных зданиях в Лос-Аламосе, которые ранее принадлежали школе-интернату для мальчиков. Учёные жили в бывших школьных общежитиях.
• Для синхронизации детонаторов использовалась система, основанная на взрыве тонких проволочек, что позволяло добиться временной точности до 0,1 микросекунды.
• Один из ключевых экспериментов по отработке имплозии был назван «Хроника» (Chronicle) и проводился с использованием рентгеновских снимков взрывающихся макетов.
• В рамках проекта были разработаны первые в мире высокоточные электрические детонаторы, которые впоследствии нашли применение в горном деле и космической технике.

Источники

1. Х. Бете. «Воспоминания о Манхэттенском проекте». // Успехи физических наук, 1991.
2. Р. Роудс. «Создание атомной бомбы». — М.: АСТ, 2019.
3. Л. Гровс. «Теперь об этом можно рассказать». — М.: Атомиздат, 1964.
4. Д. Холлоуэй. «Сталин и бомба: Советский Союз и атомная энергия. 1939—1956». — М.: Прогресс, 1997.
5. Отчёт Лос-Аламосской лаборатории LA-1 «Project Matterhorn: A History» (1945).