Manhattan-Projekt

Das Manhattan-Projekt war die Deckbezeichnung für alle Tätigkeiten des US-Heeres, das während des Zweiten Weltkrieges ab 1942 zur Entwicklung und zum Bau einer Atombombe führte. Das Projekt wurde vom amerikanischen Physiker Dr. Julius Robert Oppenheimer geleitet.

Vergleichbare Forschungsanstrengungen wurden in der Sowjetunion von Igor Kurtschatow geleitet.

In den Jahren zwischen dem Ersten und Zweiten Weltkrieg stieg in den Vereinigten Staaten die wissenschaftliche Überlegenheit auf dem Gebiet der Nuklearphysik. Dazu trug neben amerikanischen Physikern auch die Arbeit von Immigranten bei. Bis zum Beginn des Zweiten Weltkrieges entwickelten sie mit dem Zyklotron, Teilchenbeschleuniger und Radioisotopen die Grundlagen der Nuklearphysik.

Im nationalsozialistischen Deutschland arbeitete eine Gruppe von Physikern um Werner Heisenberg an der militärischen Nutzbarmachung der 1938 entdeckten Kernspaltung.

Einer der wichtigsten Wissenschaftler, Enrico Fermi erinnert sich an die Anfänge des Projektes in einer Rede, die er 1954 hielt:

Ich kann mich noch sehr lebhaft an den ersten Monat, den Januar 1939 erinnern, in dem ich begonnen habe in den Pupin Laboratorien zu arbeiten, weil die Dinge sich damals sehr schnell zu entwickeln begannen. Damals hielt Niels Bohr Vorlesungen an der Princeton University und eines Abends kam Willis Lamb begeistert zurück und erzählte, daß Bohr große Neuigkeiten verkündet hatte. Dabei handelte es sich um die Entdeckung der Kernspaltung und eine Übersicht, was die Entdeckung zu bedeuten hatte. Etwas später in diesem Monat gab es ein Treffen in Washington, auf dem die mögliche Wichtigkeit des neuen Phänomens der Kernspaltung zum ersten Mal halb ernst als potentielle Quelle von Kernenergie diskutiert wurde.

Die geflüchteten Wissenschaftler Leo Szilard, Edward Teller und Eugene Wigner waren der Ansicht, daß die Kernspaltung von den Deutschen zum Bau von Bomben genutzt werden könnte. Sie überzeugten deshalb Amerikas bekanntesten Physiker Albert Einstein, den US-Präsidenten Franklin D. Roosevelt in einem Brief zu warnen. Angesichts der Geheimdienstberichte um die deutschen Antrengungen und Einsteins warnenden Schreibens vom 2. August 1938 wurde beschlossen die Entwicklung einer Atombombe zu forcieren.

Under der Aufsicht von Lyman Briggs, dem Leiter des National Bureau of Standards begann 1939 am Seeforschungsinstitut (Naval Research Institute) in Washington ein kleines Forschungsprogramm. Der Physiker Philip Abelson arbeitete dort an der Isotopentrennung von Uran. Aus ersten Forschungsgeldern in Höhe von 6.000 USD baute der italienische Nuklearphysiker Enrico Fermi an der Columbia University den Prototyp eines Kernreaktors, zu dem er verschiedene Kombinationen von Graphit und Uran einsetzte.

Erst 1940 wurde auf Initiative von Vannevar Bush, dem Direktor des Carnegie Institutes in Washington begonnen, die wissenschaftlichen Ressourcen der Vereinigten Staaten zur Unterstützung der Kriegsanstrengungen zu bündeln. Es entstanden neue Laboratorien, darunter das Strahlungslabor am Massachusetts Insitute of Technology, das bei der Entwicklung des Radar eine bedeutende Rolle spielte und das Unterwasser-Tonlabor in San Diego, an dem das Sonar entwickelt wurde.

Das nationale Gremium zur Verteidigungsforschung (National Defense Research Council) übernahm das Uranprojekt, wie Briggs' Forschungsprogramm bis dahin genannt wurde. 1940 schufen Bush und Rossevelt das Büro für wissenschaftliche Forschung und Entwicklung (Office of Scientific Research and Development) um die Forschung zu forcieren.

Bis zum Sommer 1941 machte das Uranprojekt keine großen Fortschritte. Das änderte sich erst mit der aus Großbritannien kommenden Berechnung von Otto Frisch und Fritz Peierls, die zeigten, daß die Explosionskraft einer sehr kleinen Menge des spaltbaren Uranisotops U-235 dem Äquivalent von mehreren tausend Tonnen TNT entsprechen.

Die Nationale Akademie der Wissenschaften machte den Vorschlag einer umfassenden Anstrengung zum Bau von Nuklearwaffen, woraufhin Bush das S-1 Komittee gründete, das das Vorhaben leiten sollte.Die Entscheidung fiel kurz nach dem Angriff der Japaner auf Pearl Harbor am 7. Dezember 1941.

Am metallurgischen Labor der Universität Chicago, dem Strahlungslabor der Universität von Kalifornien und der Columbia Universität wurden die Anstrengungen zur Produktion von waffenfähigem Material aus Uran verstärkt. Uran 235 wurde aus Uranerz separiert und Plutonium erhielt man durch den Beschuß von Uran mit Neutronen.

Anfang 1942 begann man mit dem Bau goßer Anlagen zur Herstellung dieser Materialien: das Site X genannte Oak Ridge National Laboratory in Tenessee sowie die Site W genannten Anlage Hanford bei Richland, Washington.

Als die Vereinigten Staaten im Dezember 1941 in den Zweiten Weltkrieg eintraten, gab es mehrere Projekte zur Erforschung der Separierung von Uran 235 aus Uran 238, der Herstellung von Plutonium und der Durchführbarkeit von Nuklearexplosionen.

Der Physiker und Nobelpreisträger Arthur Holly Compton baute das metallurgische Labor an der Universität Chicago Anfang 1942 auf um Plutonium und Spaltreihen zu studieren. Er bat Robert Oppenheimer um eine Stellungnahme zur Möglichkeit von Nuklearwaffen.

Im Fühjahr 1942 forschte Oppenheimer zusammen mit Robert Serber von der Universität Illinois am Problem der Neutronendiffussion (wie sich Neutronen bei der Kettenreaktion verhalten) und der Hydrodynamik (wie sich die durch die Kettenreaktion hervorgerufene Explosion verhalten kann). Um seine Forschungsarbeit und die allgemeine Theorie der Spaltungsreaktionen begutachten zu lassen veranstaltete Oppenheimer im Juni 1942 an der Universität Kalifornien in Berkeley einen Forschungssommer. Die Teilnehmer Hans Bethe, John Van Vleck, Edward Teller, Felix Bloch, Richard Tolman and Emil Konopinski kamen dabei zu dem Schluß, daß eine Bombe auf Basis der Kernspaltung möglich ist und vermuteten, daß zum starten der Kettenreaktion eine kritische Masse vorhanden sein muß. Die nötige Menge an Explosivmaterial mußte groß genug sein, damit die durch die Spaltung ausgesandten Neutronen genügend weitere Uran-238-Atome spalten können, um die Kettenreaktion am Laufen zu halten. Die Schwierigkeit bestand im gezielten Starten der Kettenreaktion. Dies ließ sich entweder durch das Aufeinanderfeuern zweier subkritischer Plutoniummassen erreichen, oder durch eine Hohlsphäre aus Plutonium und Uran 235, die mit explosivem Material ummantelt ist.

Teller sah noch eine weitere Möglichkeit: er vermutete, daß durch die Ummantelung der Spaltbombe mit Deuterium und Tritium ein wesentlich stärkere Superbombe gebaut werden könnte. Die Idee basierte auf Bethes Vorkriegsstudien zur Energieproduktion in Sternen. Wenn die Detonationswelle der Spaltbombe durch das Gemisch der Deuterium- und Tritiumkerne expandierte, würden diese dadurch verschmolzen; der Prozess der Kernfusion würde dabei wesentlich mehr Energie freisetzen als die Kernspaltung. Bethe war skeptisch und wies die Skizzen die Teller für die Superbombe entwarf ein ums andere mal zurück. Teller vermutete, daß durch seine Superbombe de Möglichkeit der Entzündung der Atmosphäre bestand. Auch nachdem Bethe theoretisch nachwies, daß das nicht passieren konnte, blieben leise Zweifel. Nichtsdestotrotz trieb er die Versuche daran weiter voran.

Die Ergebnisse der Sommerkonferenzen Oppenheimers bildeten die theoretische Grundlage zum Bau der Atombombe, der eine der Hauptaufgaben in Los Alamos während des Krieges wurde. Serber nannte die Konferenzen später The Los Alamos Primer (LA-1). Auf ihnen wurde auch das Konzept der Wasserstoffbombe entwickelt, die in der Nachkriegszeit Gestalt annahm. Selten hatte eine Physik-Konferenz eine derartige Bedeutung für die Zukunft der Menschheit.

Mit der Aussicht auf einen langen Krieg trafen sich im Sommer 1942 eine Gruppe von theoretischen Physikern um Robert Oppenheimer in Berkeley um Pläne für die Entwicklung und Gestaltung einer Nuklearwaffe festzulegen. Grundlegende Fragen über die Eigenschaften schneller Neutronen bleiben dabei noch offen. Der Physiker John Manley vom metallurgischen Labor der Universität Chicago koordinierte für Oppenheimer die Forschungsgruppen im ganzen Land, die diese Frage beantworten sollten.

Die Messungen der Wechselwirkungen von schnellen Neutronen mit anderen Materialien innerhalb einer Bombe waren von großer Bedeutung. Die Zahl der im Spaltungsprozeß von Uran und Plutonium entstehenden Neutronen mußte bekannt sein und die die Bombe umgebende Substanz mußte die Eigenschaft haben, diese Neutronen wieder in die Bombe zu reflektieren oder zu streuen, um die Energie der Bombe zu erhöhen. Aus diesem Grund mußten die Reflektionseigenschaften verschiedener Materialen ermittelt werden.

Um die Explosionskraft einer Bombe abschätzen zu können waren viele andere Ergebnisse der Kernforschung Voraussetzung. Auch waren die zur Herstellung von schnellen Neutronen nötigen Teilchenbeschleuniger damals noch äußerst selten. Im September 1942 zeigten die Schwierigkeiten der Koordination der im ganzen Land verstreuten Forschungseinrichtungen, daß ein zentrales Labor zur Kernwaffenforschung notwendig war. Daneben bestand ein großer Bedarf an Einrichtungen zur Herstellung von Uran 235 und Plutonium im größeren Maßstab.

Auf Anraten Vannevar Bushs wurde die Gewinnung von kernwaffenfähigem Material im großen Stil unter die Aufsicht der US-Army gestellt. Zuständig war nun das Army Ingenieurkorps unter Colonel James Marshall. Bushs Büro für wissenschaftliche Forschung und Entwicklung (Office for Scientific Research and Development, OSRD) hatte mehrere Verfahren zur Separation von Uranisotopen und zur Gewinnung von Plutonium entwickelt, aber nur die von Ernest Lawrence entwickelte elektromagnetische Separation schien für eine Produktion im großen Maßstab geeignet.

Im Sommer 1942 wurde eine merkliche Steigerung der Deuterium- und Tritiumproduktion im Norsk-Hydro Werk im von Deutschland besetzten Norwegen festgestellt. Das schon fortgeschrittene Uranprojekt bekam eine merklich Bedeutungssteigerung und aus Geheimhaltungsgründen wurden ohne Beratung des Kongresses insgesamt über 2,5 Milliarden US-Dollar für das Projekt bewilligt. Colonel Leslie Groves, der zuvor den Bau des Pentagons geleitet hatte, übernahm die Verantwortung für das Waffenprojekt benannte es nach dem Standort von Marshalls Hauptquartier in New York City in Manhattan District um.

Innerhalb einer Woche löste Groves die drängendsten Probleme des Projektes und begann unter größter Geheimhaltung in der Wüste von New Mexiko mit dem Bau von Site Y, einer Forschungsstadt bei Los Alamos mit weitläufigen Laboranlagen und Werkstätten. Robert Oppenheimer stand der Anlage als Leiter der Trinity genannten Kernwaffenforschung vor. Viele Physiker und Techniker wurden in den Folgemonaten in Los Alamos zusammengezogen und zusammen mit den übrigen Forschungseinrichtungen arbeiteten zeitweilig über 100.000 Menschen am Manhattan-Projekt.

Ganz in der Nähe von Los Alamos, in Alamogordo fand am 16. Juli 1945 der Trinity-Test, die erste erfolgreiche Zündung einer Atombombe statt. Die Bombe verwendete Plutonium als nukleares Brennmaterial und besaß eine Sprengkraft von 20 Kilotonnen TNT.

Da sich die Achsenmächte in Europa mittlerweile ergeben hatten, kam die beim Manhattan-Projekt entwickelte Atombombe hier nicht mehr zum Einsatz.

Die bislang einzigen Einsätze von Atombomben fanden bald darauf über japanischen Städten statt. Am 6. August 1945 wurde über Hiroshima die Little Boy genannte Bombe abgeworfen, die hauptsächlich aus Uran 235 bestand. Drei Tage später, am 9. August wurde über Nagasaki die Fat Man genannte Bombe abgeworfen, die größtenteils aus Plutonium 239 bestand.

• National Atomic Museum: Das Manhattan Project (englisch)