Manhattan Project
Technische Universität München, Fakultät für Informatik
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Das Manhattan Project

Hauptseminar: Mathematiker in der NS-Zeit TUM

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Ablauf des Projekts


Beginn des Projekts

Zu der Zeit, als sich Deutschland immer mehr in einen Krieg in Europa hinein manövrierte, entdeckte Otto Hahn in Deutschland die Kernspaltung. Bedeutende Wissenschaftler, die sich schon länger mit dem Atomkern und der Teilchentheorie beschäftigten, zum Beispiel Niels Bohr oder Enrico Fermi, erkannten sofort die vielen neuen Möglichkeiten, Kernspaltung einzusetzen. Atomenergie war also kein reines Gedankenkonstrukt mehr, sondern jetzt praktisch möglich.
Leo Szilard, ein bekannter europäischer Wissenschaftler, befürchtete, daß die Deutschen die riesingen Mengen an freiwerdender Atomenergie für eine Bombe nutzen könnten. Der Gedanke wurde auch noch dadurch verstärkt, daß Deutschland den Verkauf von Uranerz aus der Tschechoslowakei verboten hatte. Solches benötigte man, um das reaktionsfähige Uranisotop U-235 herzustellen. Da Szilard in den USA relativ unbekannt war (er war vor den Nazis dorthin geflohen), überzeugte er Albert Einstein, den damals bekanntesten amerikanischen Physiker, einen Brief an Präsidenten Roosevelt zu schreiben und ihn darin vor einer Möglichen deutschen Atombombe zu warnen. Dieser Brief ist später bekannt geworden unter dem Namen "Einstein Letter".
Letter1
Einstein Letter 1
Letter2
Einstein Letter 2
Doch wegen allgemeinem Desinteresse von den offiziellen Seiten wird dem Brief zuerst nicht viel Beachtung geschenkt. 1940 wurden in England von verschiedenen Wissenschaftlern direkte Berechnungen zur Kernreaktion, einer kritischen Masse und der möglichen Zerstörungskraft aufgestellt. Ein paar Kilogramm U-235 sollten ausreichen, um die selbe Sprengwirkung zu erzielen wie mehrere tausend Tonnen TNT. Außerdem beschrieben sie detailliert die technischen Möglichkeiten für den Bau einer Bombe. Diese Veröffentlichung war so erschreckend und überzeugend, daß von den höchsten Stellen der amerikanischen Regierung ein Untersuchungskomitee (MAUD commitee) zusammengestellt wurde. Es sollte theoretische und praktische Möglicheiten zur Produktion und Nutzung radioaktiver Stoffe untersuchen.

Bis 1941 wurden weitere wichtige Erkenntnisse zum Thema Kernspaltung gesammelt. Man entdeckte Plutonium und stellte fest, daß es weitaus reaktionsfreudiger war als U-235, allerdings auch schwieriger herzustellen. Zusätzlich wurden neue Methoden zur Herstellung von radioaktivem Material gefunden und diskutiert. Mitte Juli 1941 stellte das MAUD Komitee einen Abschlussbericht zusammen, in dem es den Bau einer Atombombe technisch detailgenau beschrieb. Nach dem Kriegseintritt der USA auf den Seiten der Alliierten rief man ein Projekt ins Leben, welches der Vorgänger des Manhattan Projekts war. Es hieß "S-1 project" und war eine Kerngruppe von Wissenschaftlern die erstmals richtig den Bau von Atomwaffen verfolgte.
Kurz nach der Gründung von S-1, fing Enrico Fermi im Januar 1942 an, den ersten Kernreaktor im "Metallurgical Laboratory" in Chicago zu bauen. Dort wollte er eine kontrollierte Kettenreaktion ablaufen lassen. Sein Projekt hatte in dem Sinn aber noch nichts mit S-1 zu tun. 1942 hindurch arbeitete man weiter an technischen Möglichkeiten zur Anreicherung von U-238 und zur Herstellung von Plutonium, wobei immer mehr klar wurde, daß es kein kleines "Wissenschaftlerprojekt" mehr war, sondern eines mit riesigen Ausmaßen; Methoden zur industriellen Herstellung von reaktionsfreudigem Material mussten entwickelt werden. Es wurde immer mehr klar, daß ein fähiger Projektmanager gebraucht wurde. Außerdem sollte es jemand leiten, der Erfahrung mit militärischen Projekten hat.
Im Juni 1942 übernahm das "Army Corps of Engineers" das S-1 Projekt und viele kleine Forschungsgruppen, die im ganzen Land verstreut waren. So wollte man seine Anstrengungen bündeln und auf ein Ziel konzentrtieren. Nachdem man den zuerst geplanten Namen für das neue Über-Projekt, "Development of Substitute Materials", aus Geheimhaltungsgründen wieder verworfen hatte, nannte man es "Manhatten Engineering District", weil der Hauptsitz des Projektgründers in Manhattan, New York war. Später sprach man nur noch vom "Manhattan Projekt". Nach diesem Namen konnte man auch überhaupt nicht mehr auf den Sinn und das Ziel des Projektes schliessen.


Ablauf bis 1945

Das Manhattan Projekt war zwar vorher schon ins Leben gerufen, aber so richtig begann die Arbeit im September 1942, als General Leslie Groves zum Leiter ernannt wurde. Er galt als erfahrener Manager von Großprojekten, denn vorher hatte er die Aufsicht beim Bau des Pentagons. Als strenger und manchmal rechthaberischer Organisator hatte er anfangs nicht viele Freunde unter den Wissenschaftlern, wo viele in nur für einen unwissenden Dummkopf hielten. Erst nach dem Projekt meinte man, daß ohne die strenge Organisation von Groves das Projekt wohl nicht erfolgreich gewesen wäre.

Nach seinem Amtsantritt löste er viele Fragen, die vorher das Projekt lange aufgehalten hatten. Er organisierte belgisches Uranerz als Rohmaterial und erwarb große Flächen Land in Oak Ridge und Hanford für spätere Produktionsreaktoren. Da riesige Flächen Land benötigt wurden, die wegen der Geheimhaltung nicht zu zentral liegen durften, siedelte man bis zu 2500 Familien um, die ihre Farmen im entsprechenden Gebiet hatten. Er nahm die Herstellung von reaktionsfähigem Material aus den Händen der Wissenschaftler und beauftragte verschiedene große Firmen damit. Mit grundlegenden Bauten an den Reaktoren wurde bereits begonnen, als man sich noch nicht einmal darüber einig war, nach welchem Verfahren man eigentlich vorgehen wollte. Im Oktober 1942 fragte Groves den bekannten Wissenschaftler Oppenheimer, ob er denn die Leitung für das neue Nuklearwaffenlabor übernehmen möchte. Oppenheimer hatte schon Erfahrung mit Projektleitung, denn er hatte schon mehrere kleinere Projekte zum Thema Kernenergie geführt. Oppenheimer nahm das Angebot an. Als Standpunkt für das neue Forschungszentrum wurde Los Alamos in New Mexico gewählt. Oppenheimer und Groves hatten die ganze Zeit des Projektes ein gutes Verhältnis zueinander, weil beide wussten, wie wichtig der Andere jeweils für ds Projekt war.

Viele Wissenschaftler trafen zusammen, um über die Zerstörungskraft solch einer Bombe zu diskutieren. Man ging verschiedene Pläne zur Konstruktion einer Bombe durch und viele neue Ideen wurden erdacht. Zum Beispiel die Möglichkeit einer Wasserstoffbombe, die ja nach dem Krieg auch gleich entwickelt wurde. Man hatte sogar die Vermutung, daß die Kettenreaktion einer Atombombe so heftig sein könnte, daß sie die gesamte Atmosphäre entzünden könnte. Diese Theorie wurde zwar bald rechnerisch wiederlegt, trotzdem war man sich bis zum Trinity Test nicht 100% sicher.

Am 2. Dezember 1942 vollendete Fermi seinen ersten Reaktor und er ließ sich ohne weitere Probleme in Betrieb nehmen. Das war die erste kontrollierte Kernreaktion der Welt. Am Anfang lieferte Fermi's Reaktor 0,5 Watt, was er bis auf 200 Watt brachte. (Zum Vergleich braucht eine heutige Glühbirne ca. 60 Watt, eine kleine Stereoanlage im Standby 0,5 Watt)

Zwischen 1943 und 1944 gingen die Arbeiten auf breiter Front weiter voran, aber nicht so schnell wie gewünscht. In Oak Ridge und Hanford wurden die ersten 2 Reaktoren fertig gestellt, aber sie arbeiteten nur mit mäßigem Erfolg, weil sie zu lange Zeit brauchten, um kleinste Mengen U-235 oder Plutionium herzustellen. Viele Anreicherungsreaktoren mussten mehrmals umgebaut oder gänzlich neu errichtet werden, weil man sich immer wieder für die falsche Fertigungsstrategie entschieden hatte. Zum Beispiel arbeitete der Y-12 Reaktor in Oak Ridge mit nur 0,05% des geplanten Outputs. Auch in Los Alamos mußte man die Pläne für ein kernenergie-betriebenes Gewehr ("uranium gun") begraben, da es wegen der hohen Zerfallsrate von Uran bzw Plutonium nicht machbar war. Hier konzentrierte man sich nun ausschließlich auf den Bau einer Bombe. Zusätzlich fing man an, Personal auszubilden und Maschinen umzubauen, die später die Atombomben bedienen bzw tragen sollten.

Im Mai 1944 bekam das Projekt endlich wieder einen Schub, als britische Wissenschaftler zum Team von Oppenheimer gekommen sind. Sie brachten neue Berechnungsmethoden für das Implosionsproblem. Außerdem wurden zum Lösen verschiedener mathematischer Gleicheungen neue Maschinen von IBM eingesetzt. Juli 1944 hatte das Manhattan Projekt inzwischen die höchste Prioritätsstufe aller Militärprojekte in den USA und Groves nannte das erste Mal einen groben Zeitraum, in dem man mit der Fertigstellung der Bombe rechnete. (Mitte 1945)

Anfang 1945 nahm das Produktionsproblem seine Wende. Der Y-12 Reaktor hatte inzwischen einen Output von ca. 204g U-235 pro Tag (für eine Bombe brauchte man ca. 40 Kg) und die ersten Plutoniumreaktoren begannen zu produzieren. Man arbeitete weiter fieberhaft an der Fertigstellung der Bombe, weil man glaubte, der Krieg könnte schon vorbei sein, ehe man fertig war. Mai 1945 hatte man eine kleine Plutonium-Testbombe "gadget" und die Uranbombe "little boy" fertiggestellt. Von einer Uranbombe wurde nicht extra ein Testexemplar gebaut, weil man zu der Zeit noch nicht genügend radioaktives Material für eine zweite Bombe hatte.
Groves
Groves
Oppenheimer
Oppenheimer
Oakridge
Oakridge
Hanford
D-Reaktor in Hanford
beta
Y-12 Reaktor
K-25
Plutoniumreaktor
little boy
little boy


Trinity Test Site

Am 16.7.1945, als die Bombe "little boy" schon auf dem Weg in den Pazifik war, wurde in der Wüste von New Mexico die erste Atombombe der Welt gezündet. Codename dieser Operation war "Trinity". Mit einer Sprengwirkung von 20-22 Kilotonnen TNT übertrifft sie sogar die berechnete Sprengkraft vom 18,9 Kilotonnen. Der Stahlturm, auf dem die Bombe angebracht war, verdampfte und auf dem Boden unter der Bombe hatte sich eine radioaktive Glasschicht gebildet.
Am 6.August 1945 warf man "little boy" über Hiroshima und am 9.August "fat man" über Nagasaki ab.


Trinity
Trinity Test Site
little boy
Bombe im Turm

rest
nach der Testexplosion

fat man
fat man
nagasaki
Abwurf über Nagasaki

hiroshima
Hiroshima

nagasaki
Nagasaki



Auswirkungen der beiden Bomben

In Hiroshima hatten ca. 60kg Uran eine Sprengwirkung von ca. 13 Kilotonnen. Damit war die Bombe sogar schwächer als die Testbombe bei Trinity. Man wollte eine bestimmte Brücke in Hiroshima treffen, verfehlte diese aber. Trotzdem wurde innerhalb von 2km alles völlig zerstört, was die Brücke mit einschloss. 140000 Menschen starben auf der Stelle.

In Nagasaki verfehlte die Bombe die Stadt über 1,5km, weil man wegen zuviel Wolken nicht richtig zielen konnte. 8kg plutonium mit einer Sprengkraft von 22 Kilotonnen zerstörten trotzdem die halbe Stadt und die naheliegende Bergkette. Ca. 70000 Menschen starben hier alleine an der Explosion. Obwohl diese Bombe wesentlich stärker war als die in Hiroshima starben weniger Leute, weil sie ja die Stadt verfehlt hat.

Am 15. August kapitulierte Japan. Der Atomwaffeneinsatz hatte sein Ziel mehr als erreicht. 5 jahre nach dem Abwurf kamen in beiden Städten noch 170000 bis 225000 Strahlentote dazu. Die durch die beiden Bomben entstandenen Strahlenschäden werden teilweise bis heute noch behandelt.


lange@in.tum.de, S.Lange, 06.06.2003