英国差点第一个造出原子弹

在英国，卡文迪实验室在原子核研究领域曾取得了卓越成就，该实验室由汤姆逊与卢瑟福领导，汇聚了包括发现中子的查德威克、静电加速器发明者克饶夫，以及诺贝尔奖得主乔治·汤姆逊在内的众多杰出物理学家。

随着战争威胁的日益加剧，这些科学家却转而投身于国防事业，专注于研发最新的防卫武器——雷达，原子核研究因此暂时搁置。1939年初，迈特纳与弗里施关于原子核裂变的发现传至英国，查德威克等科学家虽仅在私下交谈中分享这一消息，但物理学界对此深感振奋。

伦敦帝国学院的汤姆逊教授，因其对新技术军事应用价值的敏锐洞察，多次参与英国国防研究项目。得知核裂变消息后，他迅速建议政府对铀矿石的生产与交易实施监控，并组建研究小组，利用放射源产生的快中子轰击铀氧化物，以期观察铀裂变时的次级中子再次触发新裂变的现象。实验却未能如预期般成功，即便转向慢中子研究，也未能取得突破性进展。基于此，汤姆逊认为继续原子能研究并无实际意义，这一观点进一步加剧了英国政府对核研究的疑虑。与此同时，弗里希作为玻尔物理研究所的实验核物理专家，在德国入侵丹麦后流亡至英国，与同样因不满纳粹统治而来到英国的德国理论物理学家及数学家派尔斯携手合作。1940年2月初，他们共同撰写了一份具有里程碑意义的报告，首次从理论与技术层面探讨了原子弹的可能性。报告详细阐述了铀235链式裂变反应的机制、条件及时间等关键问题，并指出含中子缓冲剂氢的铀235无法作为有效的超级炸弹材料。此外，报告还探讨了工业规模分离铀235的可行性，认为纯铀235具备作为炸弹材料的潜力。最终，报告得出结论：使用少量纯铀235即可制造出极具破坏力的爆炸物。由于当时实验数据的缺乏，这一结论尚需进一步验证。经过专业评估，该报告指出原子弹所需的最小临界质量预计不低于600克。关于其破坏力，报告强调，仅5公斤的铀-235即可释放出相当于数千吨硝化甘油炸药所产生的爆炸能量。针对原子弹的实际构造，报告认为，亚临界状态的铀材料在安全性方面具有显著优势，而研发一种能够迅速合并多块亚临界铀材料的装置，对于提升核爆炸效率至关重要。此外，报告还着重讨论了原子弹引发的放射性污染问题，指出这种污染对生物而言，即便在爆炸发生后的长时期内，仍可能造成灾难性后果。此份报告在政府和科学界内部引发了广泛而深刻的认识转变，原子弹作为一种潜在的超级武器，其实现可能性激发了各方的高度关注与浓厚兴趣。

鉴于此，1940年4月，英国政府正式成立了一个专注于核研究的专项委员会，该委员会直接隶属于空军部门，由著名物理学家汤姆逊担任主席，成员囊括了包括查德威克在内的众多杰出英国核物理专家。为便于秘密工作，该委员会采用了“贸德”作为代号，此名源自玻尔家中一位保姆的名字。同年9月，又一个技术委员会应运而生，吸纳了英国境内所有核物理领域的专家力量。经过一系列实验与理论计算，至年底，科学家们得出结论：自持式链式反应可在氧化铀与重水构成的反应堆体系中实现。同时，他们估算出实现该反应所需的重水数量，这一数值远超出了当时英国的制造能力。在实验探索过程中，科学家们发现使用金属铀相较于氧化铀具有更佳的反应效果。鉴于英国当时尚不具备生产高纯度金属铀的技术条件，查德威克积极寻求外部合作，一方面联系美国相关高校获取技术支持，另一方面则在伯明翰大学化学系设立实验室，着手小规模生产。他进一步提出，核研究应深化与工业界的合作，并成功推动英国帝国化学工业公司承担起氧化铀的研究与生产任务，该公司随后制定了相应的商业生产计划。在铀同位素分离技术方面，尽管弗里希在报告中曾提及热平衡法，但该方法因效率低下而难以应用于实践。恰在此时，在二战期间，受纳粹迫害而流亡至英国的西蒙教授，开创性地研发了气体扩散法。该法以低成本实现了大规模生产，展现出了显著的实际应用价值。与此同时，查德威克先生组织军事武器专家对原子弹的触发机制及爆炸效能进行了深入探讨。专家们一致认同原子弹的巨大威力，并确认引爆装置的技术难题是可以攻克的。

1941年7月，汤姆逊与查德威克受贸德委员会委托，撰写了两份重要报告：《铀作为爆炸物的潜在应用》及《铀作为动力来源的探索》。首份报告指出，制造有效铀弹的可能性极高，其威力可媲美1,800吨TNT炸药，并伴随有长期放射性污染，对人类构成直接威胁。该报告还详尽附带了五份技术文档，涵盖原子弹设计、破坏力评估、材料生产及铀同位素分离等方面。第二份报告则着重分析了反应堆作为动力源及放射源生产装置的重要性，但考虑到战争紧迫，认为该计划周期过长，不宜作为当前优先考虑。同年9月，上述两份报告被提交至政府科学顾问委员会防务服务小组，该小组随后出台了一份新报告，不仅重申了原子弹研发的重要性与紧迫性，还制定了详细的时间规划。8月间，丘吉尔首相审阅了贸德委员会的报告，并给予全力支持。为此，战争内阁部长安德逊决定将核研究机构从空军体系中剥离，划归政府工业与科学研究委员会管理，并将贸德委员会重组为“管合金董事会”，任命帝国化学工业公司研究部主管艾克斯为新任主任。鉴于英国正处于战争阴霾之下，原子弹研究在资金、人力及安全防护方面均面临严峻挑战。经过多方讨论，政府科学顾问委员会最终提议，在英国本土开展气体扩散实验装置的研发，而将核反应堆及大型铀同位素气体分离工厂的建设转移至加拿大。此举基于加拿大与英国的紧密关系及其在多个领域受英国影响较大的事实，以期获得更为有利的研发环境。在核科学研究的全球版图中，美国与英国的互动呈现出一番专业且关键的演变。当英国的核研究遭遇公众争议与进展瓶颈之时，美国在布什与科南特的卓越领导下，迅速整合了物理学、化学等多个领域的精英力量，聚焦于核能探索，这一协同策略迅速显现出显著成效。回溯至战争初期，美英两国已签署协议，旨在共享军事应用相关的情报。布什与汤姆逊两位领袖深刻洞察到，核研究不应仅仅局限于双边协调，而应升华为一个跨国联合开发项目。1942年10月，美国总统罗斯福致函英国首相丘吉尔，提议就双方关注的核心议题进行深入交流，以期在核能领域加强合作或采取联合行动。同年7月，于海德公园的会晤中，丘吉尔进一步指出，德国正竭力获取重水这一关键资源，其潜在威胁已悄然列入两国的机密档案。面对德国可能率先研发出核武器的严峻形势，尽管科学界内部存在分歧，且对部分观点持怀疑态度，但两国领导人均认为，在核能竞赛中落后将是不可承受之重。尽管在武器制造专利权的归属问题上，两国政府内部存在异议，但高层领导人始终秉持紧密合作的坚定立场。至1942年底，美国在核研究领域的建设规模与技术突破均显著超越了英国。布什与科南特对英国将反应堆及铀同位素气体分离等关键研究项目外包给企业的做法表示担忧，认为其背后可能隐藏着商业动机。

同时，美国曼哈顿计划总指挥格罗夫斯对英国与苏联之间的武器情报交换协定亦持怀疑态度，这一系列因素促使美国对两国间的人员交流采取了限制性措施。此举在英国引发了震动，经过一系列高规格的协调与谈判，英国最终澄清其研究活动的纯粹性，并无商业目的，并接受了美国提出的一系列条件。随后，两国在核能研究领域的合作得以恢复并深化，共同为抵御潜在威胁、维护全球安全贡献力量。1943年8月，丘吉尔与罗斯福共同签署了具有历史意义的“魁北克协定”。该协定促成了美英两国联合决策委员会的成立，其中，查德威克被委任为英国方面的领导核心。他深刻认识到，加强与美国的全面战略合作至关重要，旨在通过广泛培训英国专家，深入掌握核技术，为国家培育核能领域的未来人才。基于两国科学家间深厚的信任与开放的交流氛围，双方的合作达到了前所未有的高度。英国派遣至洛斯阿拉莫斯的核物理学家群体，不仅为美国原子弹的成功研制做出了决定性贡献，同时也极大地推动了英国自身原子弹研发进程，奠定了坚实的科学基础。在全力推进核研究的同时，英国核专家还向情报部门提出了宝贵建议，即加强对德国核研究情报的搜集工作，并着手破坏其核研究计划。1942年末，英国情报部门成功策动挪威重水工厂总工程师布龙携全部设计图纸潜逃至英国。次年2月，又精准打击，摧毁了德国重水工厂的核心生产设备。同年夏季，面对德国工厂的修复，英国联合美国空军，多次实施精确轰炸，进一步削弱其生产能力。此外，在英国船只的严密监视下，德国试图转运重水产品及设备的行动也屡遭挫败。