mini|General Leslie R. Groves und Robert Oppenheimer ca. 1942 mini|Trinity-Test, der erste Atombombentest 1945
Das Manhattan-Projekt (nach der Tarnbezeichnung Manhattan Engineer District) war ein militärisches Atomforschungsprojekt. Ab 1942 wurden darin alle Tätigkeiten der Vereinigten Staaten während des Zweiten Weltkrieges zur Entwicklung und zum Bau einer Atombombe zusammengefasst und damit die 1938 von Otto Hahn, Fritz Straßmann und Lise Meitner entdeckte Kernspaltung militärisch nutzbar gemacht. Die militärische Leitung des Projekts hatte General Leslie R. Groves, die wissenschaftliche Leitung der Forschungsarbeiten lag bei dem Physiker J. Robert Oppenheimer. Mehr als 150.000 Menschen arbeiteten unter höchster Geheimhaltung direkt oder indirekt für das Projekt. Bis Ende 1945 beliefen sich die Kosten auf 1,9 Milliarden US-Dollar was etwa Milliarden US-Dollar entspricht.Automatisch aktualisiert und belegt durch Vorlage:Inflation.Bruce Cameron Reed: The history and science of the Manhattan Project. Springer, Berlin 2014, ISBN 978-3-642-40296-8, S. 1.
Britische und kanadische Wissenschaftler, die unter dem Codenamen Tube Alloys ein eigenes Kernwaffenprojekt verfolgten, kooperierten ab 1943 (Vereinbarung von Quebec) mit den US-Forschern.
Projekte anderer Staaten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Nukleartechnik wurden im gleichen Zeitraum in der Sowjetunion von Igor Kurtschatow innerhalb des sowjetischen Atombombenprojektes unternommen. In Deutschland arbeitete eine Gruppe von Physikern um Werner Heisenberg am Uranprojekt. In Japan gab es ein Nuklearwaffenprogramm unter der Leitung von Yoshio Nishina. Wegen der militärischen Geheimhaltung hatten die jeweils beteiligten Wissenschaftler keine Kenntnis, sondern höchstens Vermutungen über die Fortschritte der anderen Programme und der USA.
Geschichte In den Jahren zwischen dem Ersten und dem Zweiten Weltkrieg stieg in den Vereinigten Staaten die wissenschaftliche Überlegenheit auf dem Gebiet der Kernphysik. Dazu trugen neben amerikanischen Physikern auch die Arbeiten von europäischen Immigranten bei. Bis zum Beginn des Zweiten Weltkrieges entwickelten sie mit dem Zyklotron, dem Van-de-Graaff-Beschleuniger und der künstlichen Herstellung von Radioisotopen experimentelle Grundlagen der Kernphysik.
Einer der wichtigsten Wissenschaftler, Enrico Fermi, erinnert sich an die Anfänge des Projektes in einer Rede, die er 1954 hielt:
Die geflüchteten ungarischen Wissenschaftler Leó Szilárd, Edward Teller und Eugene Wigner waren der Ansicht, dass die Kernspaltung von den Deutschen zum Bau von Bomben genutzt werden könnte. Sie überzeugten deshalb den bekanntesten Physiker seiner Zeit, den ebenfalls in die USA emigrierten Albert Einstein, US-Präsident Franklin D. Roosevelt in einem Brief, dem sogenannten Einstein-Szilárd-Brief, zu warnen. Angesichts der Geheimdienstberichte um die deutschen Anstrengungen und vielleicht auch aufgrund Einsteins Schreiben vom 2. August 1939 wurde beschlossen, die Entwicklung einer Atombombe zu forcieren.
Unter der Aufsicht von Lyman Briggs, dem Leiter des National Bureau of Standards, begann 1939 am Naval Research Laboratory in Washington ein kleines Forschungsprogramm. Der Physiker Philip Abelson arbeitete dort an der Isotopentrennung von Uran. Aus ersten Forschungsgeldern in Höhe von 6000 US-Dollar baute der italienische Kernphysiker Enrico Fermi an der Columbia University den Prototyp eines Kernreaktors aus Natururan und Graphit.
Bereits 1940 wurde auf Initiative des Direktors der Carnegie Institution of Washington, Vannevar Bush, begonnen, die wissenschaftlichen Ressourcen der Vereinigten Staaten zur Unterstützung der Kriegsanstrengungen zu bündeln. Es entstanden neue Laboratorien, darunter das Strahlungslabor am Massachusetts Institute of Technology, das bei der Entwicklung des Radars eine bedeutende Rolle spielte, und das Unterwasser-Tonlabor in San Diego, an dem das Sonar weiterentwickelt wurde.
Das nationale Gremium zur Verteidigungsforschung (National Defense Research Council) übernahm das Uranprojekt, wie Briggs’ Forschungsprogramm bis dahin genannt wurde. 1940 schufen Bush und Roosevelt das Büro für wissenschaftliche Forschung und Entwicklung (Office of Scientific Research and Development), um die Forschung zu forcieren.
Entwicklung Bis zum Sommer 1941 machte das Projekt keine großen Fortschritte. Das änderte sich erst mit den aus dem britischen Birmingham kommenden Berechnungen von Otto Frisch und Rudolf Peierls, die zeigten, dass die Explosionskraft einer sehr kleinen Menge des spaltbaren Uranisotops 235U dem Äquivalent von mehreren tausend Tonnen TNT entspricht. Beunruhigt über die vermuteten Fortschritte in der Kernforschung im Dritten Reich hatten die beiden im März 1940 ein geheimes Memorandum verfasst, in dem sie zu verstärkter Forschung auf diesem Gebiet aufforderten.
Die National Academy of Sciences schlug umfassende Anstrengungen zum Bau von Kernwaffen vor, woraufhin Roosevelt das S-1-Komitee gründete, das die Aktion leiten sollte. Die Entscheidung fiel am 6. Dezember 1941, einen Tag vor dem Angriff Japans auf Pearl Harbor.
Als die Vereinigten Staaten im Dezember 1941 in den Zweiten Weltkrieg eintraten, gab es mehrere Projekte zur Erforschung der Isotopentrennung von Uran, der Herstellung von Plutonium und der Durchführbarkeit von Kernexplosionen. Am metallurgischen Labor der University of Chicago, dem Strahlungslabor der University of California und der Columbia University wurden die Anstrengungen zur Produktion von waffenfähigem Material aus Uran verstärkt. Im Jahr 1942 wurde hier der erste jemals kritisch gewordene menschengebaute Kernreaktor, Chicago Pile 1, mit metallischem Natururan-Brennstoff aufgebaut. Das Uranerz stammte aus der Shinkolobwe-Mine im Kongo und wurde von der belgischen Union Minière du Haut Katanga geliefert. Durch seine Kolonien war Belgien eines der wenigen Länder mit einem beträchtlichen Vorrat an Uranerz und wurde so zum Hauptlieferanten für die USA. Diese Handelsbeziehung führte später dazu, dass Belgien Zugang zu Nukleartechnologie für zivile Zwecke erhielt (siehe Kernenergie in Belgien).
Anfang 1942 begann man mit dem Bau großer Anlagen: einerseits zur Uran-Isotopentrennung die ersten Calutrons – Site X des Projekts, das heutige Oak Ridge National Laboratory, in Tennessee – und andererseits zur Plutoniumerzeugung Site W, die Anlage Hanford bei Richland, Washington.
Im Frühjahr 1942 forschte Robert Oppenheimer auf Anregung des Physik-Nobelpreisträgers Arthur Holly Compton zusammen mit Robert Serber von der University of Illinois am Problem der Neutronendiffusion (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 University of California in Berkeley einen „Forschungssommer“. Die Teilnehmer Hans Bethe, John H. van Vleck, Edward Teller, Felix Bloch, Richard C. Tolman und Emil Konopinski kamen dabei zu dem Schluss, dass eine Bombe auf Basis der Kernspaltung möglich sei, und vermuteten, dass für eine selbsterhaltende Kettenreaktion eine kritische Masse vorhanden sein müsse, damit die durch die Spaltung ausgesandten Neutronen genügend weitere 235U-Atome spalten können. Die Schwierigkeit bestand im gezielten Auslösen der Kettenreaktion. Dies lässt sich entweder durch das technisch einfachere „Aufeinanderschießen“ zweier unterkritischer Teile aus hochangereichertem Uran („gun type“) oder durch Kompression einer unterkritischen Kernbrennstoffmasse mittels Sprengstofflinsen aus konventionellem Sprengstoff („implosion type“) erreichen.
Teller sah eine zusätzliche Möglichkeit: Er vermutete, dass durch die Ummantelung der Spaltbombe mit Deuterium und Tritium eine wesentlich stärkere Superbombe gebaut werden könnte. Die Idee basierte auf Bethes Vorkriegsstudien zur Energieproduktion in Sternen. Wenn die Explosionswelle 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 die Möglichkeit der Entzündung der Atmosphäre bestand. Auch nachdem Bethe theoretisch nachwies, dass das nicht passieren könnte, blieben leise Zweifel. Trotzdem trieb Teller die Versuche daran weiter voran. mini|Zeichnung aus dem Los Alamos Primer Die Ergebnisse der Sommerkonferenzen Oppenheimers bildeten die theoretische Grundlage zum Bau der Atombombe. Dieser wurde eine der Hauptaufgaben im 1943 als Site Y gegründeten Los Alamos Laboratory. 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.
Mit der Aussicht auf einen langen Krieg traf sich im Sommer 1942 eine Gruppe von theoretischen Physikern um Robert Oppenheimer in Berkeley, um Pläne für die Entwicklung und Gestaltung einer Kernwaffe festzulegen. Grundlegende Fragen über die Eigenschaften schneller Neutronen blieben dabei noch offen. Der Physiker John H. Manley vom metallurgischen Labor der University of Chicago koordinierte für Oppenheimer die Forschungsgruppen im ganzen Land, die diese Frage beantworten sollten.
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. Daher mussten die Reflexionseigenschaften verschiedener Materialien 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 235U und Plutonium im größeren Maßstab.
Manhattan District und Los Alamos mini|200px|Trinity-Explosion
Im Sommer 1942 wurde eine merkliche Steigerung der Deuteriumproduktion im Norsk-Hydro-Werk im von Deutschland besetzten Norwegen festgestellt.
Vannevar Bush, Vorsitzender des Büros für wissenschaftliche Forschung und Entwicklung (Office of Scientific Research and Development, OSRD) und James Bryant Conant, Vorsitzender des Nationalen Verteidigungs- und Forschungs-Komitees (National Defense Research Committee, NDRC), einer Unterabteilung des OSRD, waren im Juni 1942 die politisch Hauptverantwortlichen für die Umsetzung von Präsident Roosevelts Entscheidung, das zuvor bestehende wissenschaftliche Projekt eines Atomenergie-Entwicklungsprogramms (OSRD) in ein militärisches Projekt zur Entwicklung schlagkräftigster Nuklear-Waffen umzuwandeln. Unter Generalleutnant Brehon B. Somervell und Generalmajor Wilhelm D. Styer wurde Brigadegeneral Leslie R. Groves am 16. September 1942 mit der hauptverantwortlichen „militärischen“ Leitung dieses Waffen-Projektes beauftragt. Groves benannte es nach dem Standort von James C. Marshalls Hauptquartier von New York City in Manhattan Engineer District (MED) um, das später abgekürzt als Manhattan-Projekt bezeichnet wurde.