洛斯阿拉莫斯确定钚弹采用内爆设计

美国普罗米修斯:奥本海默的胜利与悲剧

洛斯阿拉莫斯决定为钚弹采用内爆设计,是一项风险极高的抉择,作于1944年7月17日;此前的测试表明,钚炮式组件可能引发灾难性的预爆。前一天,在芝加哥的一次会议上,J.罗伯特·奥本海默否决了谨慎研制低效率武器的提议,转而主张将钚弹研制押在内爆上。这一决定使实验室转向一种仍不确定的设计,但项目领导者认为,当时没有能够及时采用的替代方案。

钚的问题

奥本海默长期以来对铀炮式设计充满信心——将一块可裂变材料射入靶体,使材料达到临界状态并引发核爆炸。尽管他已授权塞思·内德迈耶研究内爆设计,他仍希望相对直接的炮式组件也能用于钚。这一预期在1944年7月破灭——对首批少量钚进行的测试表明,钚炮无法有效触发。尝试使用这种设计,可能会导致组件内部发生灾难性的预爆。

这一困难威胁到的不止一项工作。分离不需要的钚同位素与可用同位素,或许能够稳定这种材料,但要做到这一点,就必须复制规模庞大的铀分离厂。时间已不允许这样做。约翰·曼利后来解释说,另一种选择就是放弃产生钚的链式反应,以及汉福德工厂所代表的投资,除非科学家能找到另一种方法,将这种材料组装成爆炸性武器。因此,这场危机迫使他们在放弃以钚为炸弹材料和接受一种可行性仍存疑问的设计之间作出选择。

芝加哥会议与豪赌

7月17日,奥本海默在芝加哥召集莱斯利·格罗夫斯、詹姆斯·科南特、恩里科·费米等人,共同决定下一步行动。科南特主张先采取有限步骤——用铀和钚的混合物制造一枚低效率内爆武器,其爆炸当量仅为数百吨三硝基甲苯。他提议,只有在测试这种武器之后,实验室才有足够把握转向威力更大的武器。这一提议提供了循序渐进的谨慎方案,但也意味着增加一次测试并延误进度。

奥本海默否决了这一做法,因为他认为延误无法接受。尽管罗伯特·瑟伯最初提出内爆时,他对此持怀疑态度,但此时他运用自己的说服力,主张项目应全力投入研制内爆式钚弹。自1943年春天内德迈耶自愿探索这一方案以来,相关构想已研发了一段时间,但进展甚微。约翰·冯·诺依曼是奥本海默于1943年秋天请到洛斯阿拉莫斯的,他进行的一项理论计算表明,内爆在原理上是可行的。这一结果并不能证明该设计在实践中行得通。尽管如此,奥本海默仍将其视为有意豪赌的依据,而不是等待项目无力承担的更安全方案。

次日,奥本海默以书面形式向格罗夫斯说明了自己的结论。实验室应停止集中力量生产纯度更高的钚,转而专注于不要求低中子背景的组装方法。他将内爆列为压倒性的优先事项。这份备忘录将芝加哥的讨论转化为一项计划决策——不只是继续研究内爆,而是将项目力量集中于此,将其作为研制钚武器的必要途径。

技术与人力代价

尽管当时正在进行的工作基础薄弱,这项承诺仍然作出了。戴维·霍金斯后来认为,内爆是研制钚弹唯一真正的希望,同时也指出,当时已有的证据几乎不能令人安心。内德迈耶所在的军械部进展甚微;他有条不紊、独立自主的工作方式,也不符合奥本海默感受到的紧迫要求。内德迈耶后来回忆说,奥本海默对他渐渐失去耐心,认为他没有按照战时研究的要求推动工作。他们之间的冲突不只是私人恩怨——它体现了棘手的实验问题与施加给洛斯阿拉莫斯的紧迫时限之间的碰撞。

奥本海默的挫败感变得格外强烈。内德迈耶回忆说,奥本海默会尖刻地挖苦并羞辱他,同时也承认自己有时会惹恼这位主任。1944年夏天,技术僵局与管理决策交织在一起——奥本海默重组实验室,以炸药专家乔治·基斯蒂亚科夫斯基取代内德迈耶。内德迈耶愤怒又受伤,转身离开,但后来有人说服他留下担任高级技术顾问。奥本海默果断行动,让一位新负责人掌管选定的方案;但这次人事变动留下了持久的怨愤,也表明内爆决策不仅改变了实验室的技术优先事项,也重塑了其组织结构。

更广泛的意义

这一选择体现了奥本海默在战时经历的更广泛转变。三十九岁时,领导一座武器实验室意味着整合分散各地的项目工作、管理人员与进度安排,并适应军事保密要求——这些职责与他早年作为物理学家的生活截然不同。洛斯阿拉莫斯本身建于新墨西哥一处偏远地区,那里实验室简陋、物资严重短缺;优先发展内爆的决定进一步加大了协调工作和快速取得成果的压力。奥本海默不顾不确定性而决意投入项目,既体现了他集中集体力量的能力,也展现了这种权威所处的压力。

这一决定也与奥本海默后来关于核战略的论述形成了发人深省的对照。1949年,在反对紧急研制热核武器计划时,他与总顾问委员会警告说,爆炸当量可能达到一亿吨三硝基甲苯的武器能够摧毁数百平方英里土地,并成为种族灭绝武器。他们认为,较小型的裂变武器与常规部队协同使用,可以提供更可信的威慑,而不必无止境地竞相囤积威力越来越大的武器。然而,1951年,奥本海默支持让战术原子武器在战场上发挥作用,理由是它们可以协助军事力量,而不只是充当恐怖工具。这一主张本身也有危险——在战场上使用核武器,可能使其更容易被动用,并带来冲突升级为更大规模交锋的风险。

1944年的决定本身并非后来那场政策争论,也没有解决实验室所制造武器引发的道德问题。不过,它确实揭示了奥本海默公共生涯中的一种模式——在严峻限制下作出的技术判断,可能引导庞大的集体力量转向;而由此制造出的武器又会带来任何设计决策都无法控制的战略与伦理后果。