曼哈顿工程

曼哈顿计划（英语：Manhattan Project）是第二次世界大战期间研发出人类首枚核武器的一项军事计划，由美国主导，英国和加拿大协助进行。1942年至1946年间，曼哈顿计划由美国陆军工程兵团少将莱斯利·格罗夫斯领导，设计制造原子弹的洛斯阿拉莫斯实验室则由核物理学家罗伯特·奥本海默负责。陆军对军事行动的惯例是用总部所在地命名，因而计划中陆军负责的部分称曼哈顿区。不过后来“曼哈顿”一名逐渐取代了原有的官方计划代号代用材料项目发展（Development of Substitute Materials），成为对整个计划的称呼。该计划在发展过程中逐渐吸取融合了英国在合金管工程中的发现。曼哈顿计划在1939年便已小规模进行，后来规模愈来越大，总共雇有13万余人，花费22亿美金（折合2020年的254亿美元），其中逾九成是花在了建造工厂、生产可裂变物质上，只有不到一成用在武器研发生产上。研发工作和生产工程分散在美国、英国、加拿大三国30多个不同的地点。
战争期间，曼哈顿计划共研究出两种不同设计的原子弹：一种是较为简单的枪式，另一种是结构复杂的内爆式。其中，枪式设计促就了后来的“小男孩”，其弹芯用的是铀的同位素铀-235，这种同位素的天然丰度只有0.7%，需要从自然界中更为丰沛的同位素铀-238中分离出来。不过，两种同位素化学性质完全相同，原子质量接近，分离元素的工作阻碍重重。最后，计划采用三种不同的方法来浓缩铀——电磁分离法、气体扩散法和热泳法，绝大部分工序在美国田纳西州橡树岭的克林顿工程师工程进行。科学家还尝试过将钚填入枪式原子弹中（“瘦子”），但未能成功。
内爆式武器中使用的是钚元素，由核反应堆增殖而来。1942年，在芝加哥大学冶金实验室，人类历史上首座人工核反应堆芝加哥1号堆成功实现自持反应。随后，曼哈顿计划在橡树岭修建了试验核反应堆X-10石墨反应堆，又在华盛顿州的汉福德区修筑了若干增殖核反应堆，可将辐照过的铀通过核嬗变转化为钚；产出的钚再经化学方法（磷酸铋处理法）从铀中分离出来，最终装填入弹芯，成为后来的“胖子”。1945年的三位一体核试验中，人类引爆的首枚核弹“小工具”即是内爆式核武器。
曼哈顿计划还负责收集德国核武器开发计划的情报。阿尔索斯任务中，曼哈顿计划的眼线遍布欧洲，有些甚至深入敌后，收集核裂变材料和机密文件、拘捕德国科学家。虽然曼哈顿计划保密工作十分严格，有许多内部人员甚至都不清楚自己工作的意义何在，不过还是有苏联的原子间谍渗入其中、窃取情报。
1945年8月，美军派出B-29轰炸机飞往日本，其中飞行员、投弹手和技术人员均由曼哈顿计划人员担任。机组在广岛、长崎分别掷下“小男孩”和“胖子”，造成10余万人死亡、建筑大范围损毁。战后，美军执行十字路口行动，在比基尼环礁进行了数次核试验。曼哈顿计划中的科研机构演变为后来的美国国家实验室体系，其科研成果也被用来发展核动力海军与用于医学…