英國對曼哈頓計畫的貢獻
英國對曼哈頓計畫的貢獻主要集中在第二次世界大戰期間協助美國建造首批原子彈，為1945年8月達成目標提供至關重要的專業知識。發現鈾的核分裂反應後，伯明罕大學科學家魯道夫·佩爾斯和奧托·弗里施經計算在1940年3月確定純鈾-235球體的臨界質量僅需一到十公斤，爆炸威力相當於數千噸炸藥。《弗里施-佩爾斯備忘錄》促使英國設立人稱「合金管工程」的原子彈計畫。在英國工作的澳洲物理學家馬克·奧利芬特1941年親自前往美國，對美國獲知《穆德報告》結果作用舉足輕重。英國的計畫起初更加龐大和先進，但美國參戰後的計畫很快超越英方。英國政府於是決定擱置核野心，投入美方計畫。
1943年8月，英國首相溫斯頓·邱吉爾和美國總統富蘭克林·德拉諾·羅斯福簽署《魁北克協定》，拉開兩國合作序幕。協定設立聯合政策委員會與聯合開發信託協調美、英、加拿大三方職能。1944年9月的《海德公園備忘錄》又將合作時限延長到戰後。以華萊士·艾克斯為首的英國代表團在紐約協助開發氣體擴散技術，氣體擴散過程所需的鎳粉也由英國生產。另一代表團由柏克萊放射線實驗室副主任奧利芬特領頭，協助同位素分離工序。英方代表團首腦詹姆士·查德威克帶領包括傑弗里·泰勒爵士、詹姆士·塔克、尼爾斯·波耳、佩爾斯、弗里施，以及事後證明是蘇聯原子間諜的克勞斯·富赫斯等多國頂尖科學家組團投身洛斯阿拉莫斯國家實驗室，英方有四人成為實驗室領導人物。威廉·彭尼男爵曾觀察長崎原子彈爆炸並參與1946年的「十字路口行動」核試驗。
《1946年美國原子能法》為合作劃上休止符，英國政府最後一名參與者厄尼斯特·蒂特頓於1947年4月12日離開洛斯阿拉莫斯。英國此後自行開展核武計畫「高爆研究」，於1952年10月成為第三個測試自主研發核武的國家。
源起
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1938年，奧托·弗里施、弗瑞慈·施特拉斯曼、莉澤·邁特納和奧托·哈恩發現鈾的核分裂[1]，為研製極其強大的原子彈提供可能[2]。納粹德國及其他法西斯國家的難民對德國核子武器開發計畫特別震驚[3]，其中身在美國的利奧·西拉德、尤金·維格納和艾伯特·愛因斯坦致信美國總統富蘭克林·德拉諾·羅斯福，警告德國計畫的巨大威脅，羅斯福為此設立「鈾顧問團」。英國諾貝爾物理學獎得主喬治·湯木生和威廉·勞倫斯·布拉格也對事態非常關注，帝國防禦委員會（Committee of Imperial Defence）秘書長哈斯丁·伊斯梅少將為此同亨利·蒂澤德爵士商議。蒂澤德與許多科學家一樣認為原子彈不大可能面世，推算的成功機率只有十萬比一。[4]
雖然機率極小，但原子彈的威脅實在太大，不能不防。倫敦帝國學院的湯木生和伯明罕大學澳洲籍物理學家馬克·奧利芬特受命開展一系列鈾實驗。1940年2月，湯木生的隊伍仍未利用天然鈾達成連鎖反應，認為不值得再浪費時間。[5]但奧利芬特的團隊在伯明罕大學所得結論完全相反。奧利芬特把任務交給逃離德國的科學家魯道夫·佩爾斯和奧托·弗里施，「敵國人」的身份導致兩人安全級別不足，無法參與該校雷達計畫。[6]兩人經過計算認定，如果採用自然界中唯一發現相當儲量的易分裂同位素鈾-235並提純，金屬球的臨界質量就不像所有人以為的那樣需以噸計，只需一到十公斤就能產生數千噸炸藥的威力[7][8][9]。
奧利芬特將《弗里施-佩爾斯備忘錄》轉交蒂澤德，穆德委員會由此成立並進一步深挖[10]。委員會指導開展深入研究，於1941年7月完成兩份全方位報告，認定原子彈不但技術上可行，而且可以在戰爭結束前面世，甚至可能只需要兩年時間。委員會雖然認為原子彈開發所需資源可能超過英國當時的能力，但還是一致建議作為緊迫事宜馬上落實。[11][12]英國為此啟動「合金管工程」，樞密院議長約翰·安德森爵士負責，帝國化學工業的華萊士·艾克斯（Wallace Akers）任「合金管工程」總監[13]。
早期英美合作
[編輯]1940年7月，英國提議讓美國參與核武研究[14]，蒂澤德特派團的約翰·考克饒夫向美國科學家介紹英國開發情況。考克饒夫發現，美國的計畫規模比英國小，進度更是遠遠不及。[11]科學交流期間，英方將穆德委員會的發現轉達美國，奧利芬特委員於1941年8月下旬親赴大西洋彼岸，但卻發現重要資訊尚未傳達給美國頂尖物理學家。他與「鈾顧問團」會晤並造訪加利福尼亞州柏克萊，說服厄尼斯特·勞倫斯在柏克萊放射線實驗室自行開始研究鈾，勞倫斯接下來又說服詹姆士·布萊恩特·科南特、阿瑟·康普頓和喬治·布拉克斯頓·佩格拉姆（George B. Pegram）加入。奧利芬特此行意義重大，美國物理學大腕終於意識到原子彈的潛在威力。[15][16]1941年10月9日，美國科學研究與開發辦公室主任萬尼瓦爾·布什利用英國提供的數據在白宮會議上向總統羅斯福和副總統亨利·阿加德·華萊士匯報[17]。
英美兩國交換核資訊，但沒有淨力開發。布什和科南特於1941年8月提議建立英美聯合項目，但英國官員不置可否。[18]同年11月，美國科學研究與開發辦公室倫敦聯絡辦主任弗雷德里克·荷甫德（Frederick L. Hovde）向安德森和徹韋爾勳爵提出合作和資訊交流問題，但徹韋爾以美方安全保密問題為由反對。諷刺的是，事實表明此時恰恰是英國計畫已遭蘇聯核間諜滲透。[19]
「合金管工程」起步早且前景光明，但英國無論人力還是資源都遠不及美國，美方計畫很快反超[20]。英國每年的研發開支約43萬英鎊，茂偉電機廠（Metropolitan-Vickers）正在修建價值15萬英鎊的濃縮鈾氣體擴散設施；但「曼哈頓計畫」的研發投入達875萬英鎊，已有的建設合同按戰時四美元兌換一英鎊的固定匯率換算價值也達一億英鎊[21]。1942年7月30日，安德森告知英國首相溫斯頓·邱吉爾：「我們必須直面事實……[我們的]科研……優勢在縮水。要是不好好利用僅剩的這點優勢的話，我們就要被迎頭趕上了。現在加盟美國的話，我們還有拿得出手的成果，再晚點兒我們可就什麼也貢獻不出了」[22]。
與1941年相比，兩國處境此時已經逆轉[22]。美方懷疑英方是在爭取戰後商場上的優勢地位[23]，1942年9月23日接手「曼哈頓計畫」的萊斯利·理查·格羅夫斯准將決定收緊安全限制，仿照英國過去對雷達施行的權限分級隔離政策[24][25]。美國高管認為，國家已經不再需要外界援手。戰爭部長亨利·路易斯·史汀生覺得反正研發原子彈「九成工作量」都是美國完成，乾脆就全部自行解決，不需要再分享任何不必要的資源。[26]1942年12月，羅斯福同意限制戰爭期間英方能夠獲取的資訊，哪怕這會減緩美方進展[26]。英國還以顏色，不再向美方提供資訊和科學家，美國於是全面中止資訊共享[27]。
英國考慮不靠美方幫助製造原子彈。據估算，戰時英國能夠動用的建設資金最高為五千萬英鎊，每天生產一公斤武器級鈾的氣體擴散廠研發成本就有三百萬英鎊；每天出產一公斤鈽的核子反應爐只能在加拿大建設，需時五年，耗資五百萬英鎊；核子反應爐所需重水的生產設施耗資五百至一千萬英鎊；生產金屬鈾的設施又需要150萬英鎊。此外，項目還需要壓倒一切的優先級別，估計需要兩萬職工，其中許多都必須擁有非常嫻熟的技能，還需要五十萬噸鋼材和五十萬千瓦電力。戰爭時期，其他項目的干擾不可避免，所以英國其本上不可能憑一己之力及時造出原子彈，影響歐洲戰場結果。英國各方一致認為，自行投入研發和建設前有必要再度爭取美方合作。[28]
恢復合作
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1943年3月，科南特已認定英方協助至少對「曼哈頓計畫」部分領域有利，這其中又以發現中子的詹姆士·查德威克及其他幾位英國科學家貢獻最大，值得向他們透露核武設計機密[29]。布什、科南特和格羅夫斯希望查德威爾、佩爾斯和羅伯特·歐本海默探討原子彈設計，凱洛格公司還希望在氣體擴散裝置設計上徵求英國人的意見[30]。
1943年5月25日，邱吉爾在華盛頓會議期間向羅斯福提議恢復合作，他以為羅斯福已經同意，但卻一直沒看到後續。布什、史汀生和威廉·邦迪（William Bundy）在倫敦唐寧街10號與邱吉爾、徹韋爾及安德森會晤，但他們都不知道羅斯福此時已經決定[31]。同年7月20日，羅斯福指示布什「以包容的態度續約，與英國政府的『合金管工程』全面交流」[32]。
史汀生剛與英國探議是否入侵法國的各項事宜，不想擺出什麼事情都不同意英方建議的嘴臉，言語中表示願意和解，為戰後兩國良好關係打基礎。邱吉爾否認對核技術的商業應用感興趣。[31]徹韋爾稱，英方關注戰後合作的主要原因與商業無關，而是英國想在戰後擁有核子武器[33]。安德森接下來起草全面交換協議，邱吉爾再把其中遣辭造句改得「更加冠冕堂皇」[34]。7月27日，羅斯福決策的消息傳到倫敦，安德森帶著協議草案趕赴華盛頓哥倫比亞特區[35]。1943年8月19日，邱吉爾和羅斯福在魁北克會議上簽署《魁北克協定》[35][36]。
協定設立聯合政策委員會（Combined Policy Committee）協調美、英、加拿大三方職能，美方委員包括史汀生、布什與科南特，英方包括陸軍元帥約翰·迪爾爵士和約翰·傑斯廷·盧埃林上校，加拿大方委員是克拉侖斯·第開特·豪[37]。1943年末，盧埃林返回英國，他在委員會的席位由隆納·伊恩·坎貝爾（Ronald Ian Campbell）爵士接手，1945年初再由英國駐美大使哈利法克斯勳爵取代。1944年11月，迪爾在哥倫比亞特區去世，他的英國聯合參謀團（British Joint Staff Mission）團長和聯合政策委員會席位均由陸軍元帥亨利·梅特蘭·威爾遜爵士接手。[38]
艾克斯在《魁北克協定》簽署前就向倫敦發電報，指示查德威克、佩爾斯、奧利芬特和法蘭西斯·西蒙立即動身趕赴北美。四人在8月19日協定簽署當天抵達，但未能像期望的那樣馬上與美方科學家交流，美國官員直到兩周後才獲悉協議內容。[39]此後兩年，聯合政策委員會一共只會晤八次[38]。
1943年9月8日下午，聯合政策委員會首次會晤，史汀生這天才得知自己是主席。會議建立威廉·斯泰爾少將領頭的技術小組委員會[39]，美方不希望帝國化學工業出身的艾克斯進入技術小組委員會，盧埃林提名查德威克，還打算讓查德威克任「曼哈頓計畫」英國代表團首腦[40]。小組委員會其他委員包括格羅夫斯的科學顧問理查·托勒曼，加拿大國家研究委員會主席傑克·麥肯齊（Jack Mackenzie）[39]。各方同意只要是全體一致決定，技術小組委員會可以直接行動，無需再與聯合政策委員會討論[41]。小組委員會於9月10日首度會晤，但談判一拖再拖。聯合政策委員會於1943年12月批准提議，此時許多英國科學家已經開始參與美國「曼哈頓計畫」。[42][43]
「曼哈頓計畫」的芝加哥大學冶金實驗室和蒙特婁實驗室之間仍然存在合作問題。1944年2月17日，查德威克在聯合政策委員會的會議上要求提供資源建立核子反應爐，位置在如今的粉筆河實驗室。英國和加拿大同意支付項目成本，但重水需由美國提供。美國此時通過供應合同控制著北美大陸唯一的重水主要生產基地，位於英屬哥倫比亞省特雷爾的特雷爾冶煉廠。[44][45]查德威克的提議不大可能影響二戰形勢，科南特不置可否，但重水反應爐引起眾人極大興趣[45]。格羅夫斯願意支持提議並提供所需重水，但也提出一定限制條件。蒙特婁實驗室獲許取得阿貢國家實驗室研究反應爐和橡樹嶺X-10石墨反應爐的數據，但不能訪問漢福德區的生產反應爐數據，也不會獲得任何涉及鈽的資訊。1944年9月19日，聯合政策委員會再度會晤並正式批准上述安排。[46][47]1945年9月5日，加拿大零能量重水試驗反應爐（Zero Energy Experimental Pile）達到臨界[48]。
查德威克支持英國全力投入「曼哈頓計畫」，放棄戰爭期間實行任何自主計畫的幻想[49]。憑藉邱吉爾的支持，他努力落實格羅夫斯提出的所有協助要求。戰爭接近尾聲，科研步伐暫時放緩，但科學家的任務仍然很重，於是安德森、徹韋爾和英國科學和工業研究部（負責「合金管工程」）常務次官愛德華·阿普爾頓爵士安排科學家中止戰時項目參與，全身心投入「曼哈頓計畫」。[50]
1944年9月的《海德公園備忘錄》（Hyde Park Aide-Mémoire）把商業和軍事合作時限延長到戰後[51][52]，《魁北克協定》明確規定，未經兩國同意，不得對其他國家使用核子武器。1945年7月4日，威爾遜同意使用核子武器攻擊日本，並計入聯合政策委員會決策。[53][54]
氣體擴散項目
[編輯]「合金管工程」在氣體擴散技術領域進步最大[55]，查德威克原本希望試驗工廠至少能建在英國[56]。氣體擴散技術是1940年在克拉倫登實驗室（Clarendon Laboratory）面世，負責設計的四名科學家均來自不同國家，分別是英國的西蒙、匈牙利的庫爾蒂·米克洛什（Kürti Miklós）、德國的海因里希·格哈德·庫恩（Heinrich Gerhard Kuhn），以及美國的亨利·阿姆斯（Henry Arms）[57]。氣體擴散原型設備包括兩台雙階段模型和兩台十階段模型[58]，由茂偉電機廠製作，總成本15萬英鎊[21]，之後還增加兩台單階段機器。受交期延誤影響，單階段機器的實驗直到1943年6月才開始，雙階段機器同年八月開始。兩台十階段機器分別在這年八月和11月交付，但此時原本的研究計畫已經被其他事項取代。[58]
美國氣體擴散廠聯合碳化物的設計、建造和營運由凱洛格公司主持，「曼哈頓計畫」負責流程研發的中心機構、哈洛德·尤里的哥倫比亞大學替代合金材料實驗室也由該司運作，《魁北克協定》授權西蒙和佩爾斯與凱洛格公司代表會晤。中斷一年合作令「曼哈頓計畫」損失慘重，企業運作有嚴格的時間表，但工程師無法落實英國人離開前提出的重大變更，也不可能另建氣體擴散廠。不過，美方仍然對英方求賢若渴，格羅夫斯要求英方派代表團協助氣體擴散項目。西蒙和佩爾斯在此期間與凱洛格公司保持緊密合作。[55]
艾克斯與15名英國專家組成的代表團於1943年12月抵達，此時正是關鍵時刻。美國化學家愛德華·阿德勒（Edward Adler）和英國室內設計師愛德華·諾里斯（Edward Norris）在替代合金材料實驗室率先提出鎳粉和電沉積鎳網擴散阻擋層，但「阿德勒-諾里斯阻擋層」已經遇到嚴重問題，必須決定是繼續堅持還是改用凱洛格公司根據英國技術開發的鎳粉阻擋層。此時兩種方案都在開發，替代合金材料實驗室有七百人研究氣體擴散，凱洛格公司則有約九百人。英方專家經過全面檢視認定凱洛格公司的阻擋層性能更佳，但不大可能及時做好準備。該司技術總監珀西瓦爾·基思（Percival C. Keith）顯然非常有信心[59]，堅稱公司可以及時完成阻擋層，而且生產速度比「阿德勒-諾里斯阻擋層」更快。聽取英國專家意見後，格羅夫斯還是在1944年1月5日正式採用凱洛格公司的阻擋層。[60][55]
美國陸軍負責保質保量提供所需鎳粉[60]，英國對此有能力協助。該國僅有的鎳粉生產企業是威爾斯斯萬西克萊達克（Clydach）蒙特鎳精煉廠。截至1945年6月末，該廠共向「曼哈頓計畫」提供五千噸鎳粉，根據「反向租借法案」由英國政府買單。[55]
美國計畫在1945年6月或7月前實現K-25工廠滿負荷生產，英國專家當年為幾台原型機就花掉兩年時間，覺得美國人海口也不是這麼夸的，除非出現奇蹟，否則這樣的目標在1946年都不大可能實現。如此態度令美方同僚不快，合作熱情受阻，英方代表團於1944年1月回國。查德威克與奧利芬特以英國代表團報告為依據，說服格羅夫斯降低K-25工廠的濃縮鈾濃度目標，將產品再經過電磁廠處理就能獲得武器級濃縮鈾。雖然英方人士覺得不可能，但1945年6月K-25工廠已開始生產濃縮鈾。[55]
其他人員回國後，佩爾斯、庫爾蒂和富赫斯繼續在紐約與凱洛格公司合作。托尼·斯凱姆和法蘭克·基頓（Frank Kearton）1944年3月抵達後加入，庫爾蒂1944年4月返回英格蘭，基頓同年九月回國。[55]1944年2月，佩爾斯轉戰洛斯阿拉莫斯國家實驗室，斯凱姆和富赫斯分別在七月和八月前往[61]。
電磁項目
[編輯]1943年5月26日，奧利芬特致信阿普爾頓，自稱一直在考慮電磁同位素分離遇到的問題，現在終於設計出比勞倫斯更好的辦法，效率能提高五到十倍，更適合在英國落實。艾克斯、查德威克、佩爾斯和西蒙審閱後認為方案靠譜。英國大部分科學家贊成氣體擴散法，但最後的濃縮階段仍然可能採用電磁分離，可以把氣體擴散濃縮到五成的鈾進一步提煉成純鈾-235。奧利芬特為此調離雷達項目，在伯明罕大學實驗他的新方法，攻關「合金管工程」。[62][63]
1943年9月18日，奧利芬特在哥倫比亞特區與格羅夫斯和歐本海默面談，兩人勸奧利芬特加入洛斯阿拉莫斯國家實驗室，但他覺得此時協助勞倫斯的電磁項目作用更大[64]。技術小組委員會為此指示奧利芬特帶六名助手前往柏克萊，以後再去洛斯阿拉莫斯[42]。奧利芬特發現勞倫斯的設計截然不同而且已經凍結[65]，勞倫斯早在1942年就明確表示想同奧利芬特合作電磁項目[66]，此時更是熱切期望後者協助[67]。奧利芬特請來多人助力，如澳洲同胞、曾為海軍部研發磁性水雷的物理學家哈里·梅西，還有曾與奧利芬特在多腔磁控管項目合作的詹姆士·塞耶斯和史丹利·杜克。四人於1943年11月乘B-24轟炸機前往柏克萊。[64]奧利芬特發現柏克萊缺乏關鍵技術人員，特別是物理學家、化學家和工程師[68]，於是又說服科學與工業顧問委員會主席大衛·里維特（David Rivett）爵士，主席同意艾瑞克·布爾霍普（Eric Burhop）參與電磁項目[68][69]人員需求滿足後，柏克萊的英國代表團已增至35人[注 1]，其中羅賓·威廉斯（Robin Williams）和喬治·佩奇（Geogre Page）來自紐西蘭[71][72]。
電磁項目多個關鍵位置由英國代表團成員負責。奧利芬特是勞倫斯事實上的副手，勞倫斯不在時柏克萊放射線實驗室就由他負責[67]。奧利芬特全身心投入電磁項目，熱心程度只有勞倫斯平分秋色[65]，除科學問題外，他還積極參與是否擴建電磁廠這樣的政策議題[67]，但建議未獲採納[73][74]。英國化學家貢獻顯著，特別是哈里·朱利葉斯·埃梅勒斯和菲利普·巴克斯特。巴克斯特曾是帝國化學工業的研究經理，1944年應鈾化學援助要求赴橡樹嶺參加「曼哈頓計畫」的柯林頓工程師工程，成為總經理的個人助理。[67][75]雖然巴克斯特曾在帝國化學工業任職，但格羅夫斯毫不在意，英國代表團可以全面獲取柏克萊實驗室及橡樹嶺Y12電磁分離裝置的資訊。部分英方人員只在柏克萊或橡樹嶺停留數周，但大部分都工作至戰爭結束。[67]奧利芬特1945年3月回國[65]，梅西接掌駐柏克萊英方代表團[76]。
洛斯阿拉莫斯實驗室
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1943年9月恢復合作後，格羅夫斯和歐本海默將洛斯阿拉莫斯實驗室所在告知查德威克、佩爾斯和奧利芬特。歐本海默希望三人儘快趕赴洛斯阿拉莫斯，但最終的決定是奧利芬特去柏克萊參與電磁項目，佩爾斯到紐約為氣體擴散出力。[77]協助洛斯阿拉莫斯實驗室的任務因此落在查德威克肩頭。格羅夫斯贊成的原有設想是多名英國科學家合作，由查德威克領頭並分配任務。但這種方案很快放棄，改為確保英方代表團全面融入實驗室。除鈽化學和冶金項目不能參與外，其他進程都有英國科學家的身影。[78]
奧托·弗里施、厄尼斯特·蒂特頓和夫人佩吉於1943年12月13日率先抵達洛斯阿拉莫斯，弗里施在此繼續研究臨界質量，厄尼斯特·蒂特頓為此開發用於高壓發生器、X射線發生器、計時器和點火電路的電子電路[61]。佩吉·蒂特頓（Peggy Titterton）是訓練有素的物理與冶金實驗室助理，為極少有女子承擔技術工作的洛斯阿拉莫斯增添亮色[79]。查德威克於1944年1月12日抵達[61]，但幾個月後就返回哥倫比亞特區[80]。
歐本海默任命漢斯·貝特執掌實驗室極富盛名的理論部，該部正帶領小組負責調查「泰勒-烏拉姆構型」的愛德華·泰勒對此非常不滿，泰勒等人後來併入恩里科·費米負責的部門。歐本海默致信格羅夫斯，要求派佩爾斯接替泰勒在理論部的職務。[81]佩爾斯於1944年2月8日從紐約趕到實驗室[61]，隨後接替查德威克執掌英國駐洛斯阿拉莫斯代表團[80]。埃貢·布雷切爾（Egon Bretscher）和安東尼·弗倫奇（Anthony French）都曾在泰勒手下小組工作，據弗倫奇回憶，在洛斯阿拉莫斯工作期間，他始終沒有接觸任何與核分裂武器有關的工作[82]。英國代表團四名成員成為研究組領導人，分別是布雷切爾（超級實驗）、弗里施（關鍵組件與核規範）、佩爾斯（內爆流體動力學）和喬治·普拉切克（George Placzek，複合武器）[注 2]。
尼爾斯·波耳的兒子奧格·波耳也是物理學家，兩人於12月30日抵達，此後還多次以顧問身份回訪，奧格經常充當父親的助手。波耳一家從德國占領的丹麥逃到瑞典，後搭乘蚊式轟炸機抵達英格蘭，尼爾斯隨即投身「合金管工程」。到訪美國橡樹嶺和洛斯阿拉莫斯期間，[84]他遇到許多昔日學子。波耳對年輕一代科學家不吝批評，還熱心推動他們的研究，是眾人的楷模。他抵達美國時，「曼哈頓計畫」正逢關鍵時刻，許多核分裂研究和實驗都是在他推動下開展。波耳對鈾包覆填塞物的開發、以及中子發生器（Modulated neutron initiator）的設計和應用作用很大。只要他在場，眾人的工作熱情就特別高漲，實驗室管理及同陸軍的關係都在他影響下改善。[85]
核物理學家了解分裂，但不懂常規爆炸流體動力學，所以團體中有兩人專門負責該領域且貢獻很大。第一位是詹姆士·塔克（James L. Tuck），專長反戰車穿甲彈使用的成形裝藥，協助洛斯阿拉莫斯實驗室科學家解決鈽彈的內爆構想問題。[86]塔克於1944年4月前往洛斯阿拉莫斯，把當時尚顯激進的爆炸透鏡理念在核武上付諸實踐。他與賽斯·內德邁爾（Seth Neddermeyer）密切合作，為核彈設計「頑童」（Urchin）引爆器，這對成功研發鈽核武至關重要：義大利裔美國科學家布魯諾·羅西事後表示，沒有塔克的貢獻，鈽彈不可能在1945年8月引爆。[87]另一人是傑弗里·泰勒爵士，比塔克晚到一個月，同樣是爆炸流體動力學的重要顧問。洛斯阿拉莫斯一直熱切期盼泰勒到來，查德威克甚至告知倫敦：「只要不是綁架，什麼手段都行。」[88]泰勒到達後對「瑞立－泰勒不穩定性」提出重要見解[80]。實驗室急需了解爆炸物的科學家，查德威克於是向海軍部要來威廉·彭尼（William Penney），從道路研究實驗室（Road Research Laboratory）調來威廉·馬利（William Marley）[89]。佩爾斯和富赫斯在爆炸透鏡流體動力學方向合作[90]，貝特認為富赫斯是理論部「不可多得的人才，是非常優秀的理論物理學家」[91]。
威廉·彭尼致力於評估核爆影響，他撰寫論文說明轟炸德國和日本時核彈在何等高度引爆威力最大[92]。格羅夫斯組建目標委員會挑選原子彈轟炸的目標城市時，彭尼便是其中一員[93]，他還是天寧島亞伯達計畫（Project Alberta）的特別顧問[94][95]。長崎原子彈爆炸時，彭尼與威爾遜所派英方代表、倫納德·切希爾（Leonard Cheshire）空軍上校一起在「大吵大鬧號」（Big Stink）觀察機上觀測[96]。戰爭結束後，他還加入「曼哈頓計畫」科學使團赴廣島和長崎評估原子彈破壞程度[97]。
貝特一度表示：
對於二戰期間洛斯阿拉莫斯計畫理論部的工作而言，英國代表團的合作無疑非常必要……如果沒有他們的合作，很難說結果會變成什麼樣兒。但至少可以肯定，沒有英國代表團，理論部的工作會非常困難，效率大幅降低，而且我們最後完成武器的威力都可能顯著降低。[98]
1945年12月，英方人士開始回國，佩爾斯在1946年初打包。經接替歐本海默實驗室主任職務的諾里斯·布拉德伯里要求，富赫斯在美國工作到1946年6月15日。八名英國科學家參與太平洋比基尼環礁的「十字路口行動」核試驗，其中三人在洛斯阿拉莫斯工作，五人從英國趕來。美國制訂人稱《麥克馬洪法》（McMahon Act）的《1946年美國原子能法》（Atomic Energy Act of 1946）後，所有英國政府雇員都必須走人，厄尼斯特·蒂特頓特許停留至1947年4月12日，他的回國標誌著英國徹底退出「曼哈頓計畫」。[99]卡森·馬克（Carson Mark）是加拿大政府雇員[100]，所以繼續在洛斯阿拉莫斯工作，1947年開始主管理論部直至1973年退休[101]，他還在50年代成為美國公民[102]。
耗材供應
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1944年2月17日，聯合政策委員會提議建立聯合開發信託（Combined Development Trust）。6月13日，邱吉爾和羅斯福簽署信託聲明[103]。9月19日，聯合政策委員會開會批准信託人，其中美方信託人是格羅夫斯、地質學家查爾斯·里斯（Charles K. Leith），銀行家喬治·哈里遜（George L. Harrison），格羅夫斯兼任主席。英方代表是英國駐哥倫比亞特區原材料代表團首腦查爾斯·漢布羅爵士，英國財政部常務次官法蘭克·李（Frank Lee）。加拿大代表是加拿大聯合資源委員會（Canadian Combined Resources Board）成員、政府副部長喬治·貝特曼（George C. Bateman）。三國各有負責原材料資源的工作人員，聯合開發信託是為協調三方而建[104][105]。
聯合開發信託的任務是購買或控制「曼哈頓計畫」所需礦產資源，同時避免三國競爭。英國戰爭期間對鈾礦石基本不感冒，但非常希望確保戰爭結束並重啟自家核項目後供應充足。美國一家提供半數資金，另一半由英國和加拿大合資。美國財政部長小亨利·摩根索先行向格羅夫斯轉帳1250萬美元，而且這筆錢不受常規監督或會計審計。格羅夫斯1947年末辭職時已將3750萬美元存入美國信孚銀行（Bankers Trust），有需要時就用他控制的這個帳號付款。[106]
比屬剛果欣科洛布韋（Shinkolobwe）擁有世界上最富足的鈾礦資源，但因發生洪災關閉，英國在重啟該礦的談判中發揮主導作用。欣科洛布韋鈾礦是上加丹加省礦業聯盟（Union Minière du Haut-Katanga）資產，英國資本掌控該司三成股份。1944年5月，約翰·安德森爵士、約翰·懷南特大使與公司總裁埃德加·森吉爾（Edgar Sengier）和比利時政府敲定協議，恢復該礦開採後以每磅1.45美元的價格一次購買1720噸。[107]聯合開發信託還與瑞典企業商談礦石購買協議。1943年8月，奧利芬特聯絡澳洲駐倫敦高級專員史丹利·布魯斯爵士，探討澳洲鈾供應事宜；1944年5月澳大利亞總理約翰·柯廷訪問英國期間，安德森直接向他申請在澳洲部分可能有鈾礦的地點勘探。[108]除鈾外，聯合開發信託還確保巴西、荷屬東印度、瑞典和葡萄牙的釷供應[109][110]。此時鈾還是非常稀有的礦藏，相比之下釷儲量更高，能經放射線產生另一種適合製造原子彈的鈾同位素鈾-233，所以有望作為鈾礦的替代品[111][112]。
情報
[編輯]1943年12月，格羅夫斯派羅伯特·福曼（Robert R. Furman）到英國設立「曼哈頓計畫」倫敦聯絡處，與英國政府協調科學情報[113]。格羅夫斯安排「曼哈頓計畫」安保活動負責人霍勒斯·卡爾維特（Horace K. Calvert）任助理軍事武官，實際執掌倫敦聯絡處，與秘密情報局挪威分部主管艾瑞克·威爾士海軍少校和「合金管工程」的麥可·佩林合作[114]。1944年11月，格羅夫斯與安德森組建英美情報委員會，成員包括佩林、威爾斯、卡爾維特、福曼和雷金納德·維克多·瓊斯（Reginald Victor Jones）[115]。
1944年4月4日，「阿爾索斯任務」在格羅夫斯與福曼的敦促下啟動，鮑利斯·帕什（Boris Pash）中校負責，目的是取得德國核能項目情報[116][117][118]。情報領域經驗更豐富的英國曾考慮自立項目與美方行動競爭，但最終同意參與「阿爾索斯任務」並以美方為主導[119][注 3]。1945年6月，威爾斯匯報「阿爾索斯任務」抓獲的德國核物理學家可能會遭美國人處決，瓊斯於是把這幫人轉移到亨廷登郡用於秘密情報局和英國特別行動執行處訓練的鄉間別墅，裡面裝有竊聽設備錄下科學家的話語。[121]
成果和後續
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格羅夫斯讚賞英國早期的原子能研究，感謝英國科學家對「曼哈頓計畫」的貢獻，但也稱沒有他們，美國同樣能達成目標。在他看來，英方協助很有幫助，但還不到至關重要的程度，不過他認為，沒有英國的貢獻，估計「不會有原子彈投到廣島」。[122]格羅夫斯認為英方主要貢獻在於跨政府級別的鼓勵和支持、科學援助、威爾斯提供的鎳粉，以及初步研究和實驗室作業[123]。
合作在戰後不久劃上休止符。1945年4月12日羅斯福去世後，《海德公園備忘錄》對後來的聯邦政府無效。[124]，就連這份文件都不知所蹤。1945年6月，威爾遜在聯合政策委員會的會議上指出，文件的美方副本已經丟失。[125]同年7月18日，英方將文件影印本發給史汀生[124]。但格羅夫斯此時仍然懷疑文件是否真實，直到多年後美方副本在威爾遜·布朗海軍中將的文件中出現時止。布朗是羅斯福的海軍助理，顯然當年有人在歸檔文件時不知道「合金管工程」是什麼玩意兒，以為和某種艦砲有關。[125][126][127]
哈里·S·杜魯門在羅斯福去世後繼任總統職位，克萊門特·艾德禮在1945年7月成為邱吉爾後的新首相，安德森與美國國務卿詹姆士·法蘭西斯·伯恩斯在波托馬克河上的遊船會晤，同樣修訂《魁北克協定》。1945年11月15日，格羅夫斯、羅伯特·P·帕特森和喬治·哈里遜與安德森、亨利·梅特蘭·威爾遜、馬爾科姆·麥唐納、羅傑·馬金斯（Roger Makins）和丹尼斯·里基特（Denis Rickett）組成的英國代表團會晤起草公報。雙方同意保留聯合政策委員會和聯合開發信託，取消《魁北克協定》中先經兩國同意才能對他國使用核子武器的規定，改為「事先協商」。公報宣告兩國會「在核能領域充分而有效地合作」，但格羅夫斯和安德森簽署、篇幅更長的意向備忘錄上只有「基礎科學研究領域」。帕特森將公報帶到白宮，杜魯門和艾德禮後於1945年11月16日簽字。[128]
聯合政策委員會在1946年4月15日開會，但沒有達成合作協議，只促使兩國首腦互發電報。杜魯門4月20日的電報稱，雖然他之前簽署公報，但這不等於承諾美國有協助英國設計、建造並運作原子能工廠的義務。[129]艾德禮於同年6月6日回電[130]，直截了當地表明對這種外交辭令細微差異不滿[129]。問題不僅在於迅速消失的技術合作機遇，還在於鈾礦石的分配。二戰期間英國根本不需要鈾礦石，所以不存在分配問題，「阿爾索斯任務」從剛果取得的所有礦石都歸美國所有，但啟動自家原子能計畫的英國現在同樣需要。查德威克和格羅夫斯達成協議，兩國平分礦石。[131]
杜魯門於1946年8月1日簽署《麥克馬洪法》，1947年1月1日正式生效[132]。該法禁止把「限制數據」傳遞給美國的盟友，為兩國技術合作劃上句點[133]。留在美國的英國科學家從此不能再查看文件，哪怕其中有些是他們幾天前親自編寫[134]。《魅北克協定》的條款仍然保密，但資深國會議員得知英國此前居然對美國使用核武擁有否決權時大驚失色[135]。《麥克馬洪法》激起英方科學家和官員不滿，直接促使英國1947年1月決定自行開發核武[136]。1948年1月，布什、詹姆士·菲斯克（James Fisk）、考克饒夫和麥肯齊達成權宜之下的妥協，同意美、英、加三國間有限共享技術資訊[137]。
冷戰拉開帷幕後，美國對與英國結盟的熱情也很快降溫。1949年9月的民意調查表明，七成二的美國人認為美國不應該「向英格蘭分享我們的原子能機密」。[138]1950年，富赫斯證實是蘇聯原子間諜，令投身洛斯阿拉莫斯的英國代表團聲譽大損，兩國關係同樣受損，成為伯克·希肯盧珀（Bourke B. Hickenlooper）參議員等反對合作國會人士的有力武器。[138]
英國戰後啟動的自主核武項目代號「高爆研究」（High Explosive Research），二戰期間該國科學家參與「曼哈頓計畫」積累的大量專業知識對項目成功至關重要[139]，只是在鈽冶金領域仍有很大差距[140]。英國獨立核威懾力量的發展促使美國在1958年修訂《麥克馬洪法》，並於同年簽署《美英共同防禦協定》，恢復兩國在核能領域的特殊合作關係[141][142]。
注釋
[編輯]- ^ 35人分別是：馬克·奧利芬特、哈里·梅西（Harrie Massey）、湯瑪斯·阿利博尼（Thomas Allibone）、詹姆士·塞耶斯（James Sayers）、史丹利·杜克（Stanley Duke）、艾瑞克·布爾霍普（Eric Burhop）、布尼曼（O. Bunemann）、哈里·朱利葉斯·埃梅勒斯（Harry Julius Emeléus）、道頓（R. H. Dawton）、史丹利（D. F. Stanley）、威爾金森（K. J. R. Wilkinson）、海恩（M. E. Haine）、基恩（J. P. Keene）、莫耳（M. J. Moore）、羅蘭茲（S. Rowlands）、瓦特（C. S. Watt）、羅賓·威廉斯（Robin Williams）、湯姆林森（H. S. Tomlinson）、尼莫（R. R. Nimmo）、斯塔林（P.P. Starling）、赫伯特·威克菲·班克斯·斯金納（Herbert Wakefield Banks Skinner）、摩瑞斯·威爾金斯、山繆·柯蘭（Samuel Curran）、瓊·柯蘭（Joan Curran）、艾倫（W. D. Allen）、史密斯（F. Smith）、喬治·佩奇（Geogre Page）、摩瑞斯（H. J. Morris）、愛德華茲（M. P. Edwards）、菲利普·巴克斯特（Philip Baxter）、米爾納（C. J. Milner）、克拉格斯（J. D. Craggs）、瓊斯（A. G. Jones）、亞芬斯（H. E. Evans）、斯邁爾斯（A. A. Smales）[70]。
- ^ 洛斯阿拉莫斯的英國代表團成員包括：奧格·波耳（丹麥）、尼爾斯·波耳（丹麥）、埃貢·布雷切爾（Egon Bretscher）、詹姆士·查德威克、徹韋爾勳爵、鮑利斯·戴維森（Boris Davidson）、安東尼·弗倫奇（Anthony French）、奧托·弗里施、克勞斯·富赫斯、詹姆士·休斯（James Hughes）、德里克·利特勒（Derrick Littler）、卡森·馬克（Carson Mark，加拿大）、威廉·馬利（William Marley）、唐納·馬歇爾（Donald Marshall）、麥克米蘭（G. A. McMillan）、菲利普·摩恩（Philip Moon）夫婦、馬克·奧利芬特（澳洲）、魯道夫·佩爾斯、波特爾勳爵、威廉·彭尼（William Penney）、喬治·普拉切克（George Placzek）、麥可·普爾（Michael Poole）、約瑟夫·羅特布拉特（波蘭）、赫羅德·謝德（Herold Sheard）、托尼·斯凱姆（Tony Skyrme）、傑弗里·泰勒、厄尼斯特·蒂特頓（Ernest Titterton）夫婦、詹姆士·塔克（James L. Tuck）和韋伯斯特（W. L. Webster）[83][61]。
- ^ 參與「阿爾索斯任務」的英方人員分別是：亞當斯（H. W. B. Adams）、巴恩斯（J. B. Barnes）、塞西爾（R. G. Cecil）空軍中校、蓋蒂克（D. C. Gattiker）少校、查爾斯·漢布羅（Charles Hambro）上校、希格曼（B. Higman）空軍上尉、伊博爾（J. Iball）少校、利亞（C. P. Lea）中尉、麥可·佩林（Michael Perrin）中校、羅斯威爾（P. Rothwell）中校、沃爾沃克（H. C. Wallwork）少校、艾瑞克·威爾士（Eric Welsh）海軍少校、威爾遜（C. Wilson）中尉[120]。
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擴展閱讀
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