Какая польза была для США от разработки как урановых, так и плутониевых бомб во Второй мировой войне?

Просто сказать, что они хотели испытать разные типы, значит упустить тот факт, что уран и плутоний оружейного качества имеют принципиально разные методы производства и подходят для очень разных конструкций оружия.

Урановые бомбы требуют очень высокого процентного содержания изотопа U-235, который присутствует в природном уране лишь в незначительных количествах. Разделение этих изотопов — сложная и трудоемкая задача, особенно с учетом гораздо менее эффективных методов, используемых во время Манхэттенского проекта. Химические свойства двух изотопов почти идентичны, с той лишь разницей, что U-235 примерно на 2% менее плотный, что требует очень сложного и дорогого процесса газовой диффузии, а в более поздние периоды использовались центрифуги. Плутоний, с другой стороны, может быть относительно легко произведен в реакторе и, таким образом, доступен в большем количестве.

К конструкции оружия. Little Boy, первая урановая бомба, была оружием пушечного типа, то есть она просто использовала взрывчатку для одновременного выстрела двух докритических масс урана, образуя критическую массу, которая затем взорвалась. Это была (относительно) простая и надежная конструкция, которая была первым теоретическим способом создания ядерного оружия. Толстяк , плутониевая бомба, использовала имплозивную конструкцию, которая включала использование очень мощных взрывчатых веществ вокруг сферического плутониевого ядра, которые при одновременном взрыве сжимали его до критической массы. Это требовало жестких допусков по времени и силе взрывов, иначе неравномерная форма докритической массы могла отреагировать таким образом, что плутониевая активная зона разорвалась, не успев достичь критичности (кстати, именно поэтому пушка- плутониевое оружие не сработает).

Таким образом, у нас есть две конструкции оружия — одна находится в разработке дольше, проще и теоретически надежнее, но требует труднодоступного вещества. Другой новее и его эффективность неизвестна, но если он исправен, его можно было бы производить в гораздо большем количестве. Следует отметить, что испытание «Тринити» было плутониевой имплозивной бомбой, а до атомных бомбардировок никакое пушечное оружие никогда не испытывалось по двум причинам: оно считалось ненужным и что у них просто не было достаточного количества урана. Это сводилось к выбору между небольшим количеством надежных бомб или большим количеством бомб неопределенного качества (по крайней мере, до первого испытания), и создание обоих означало, что все результаты были учтены.

Википедия отвечает на это довольно хорошо. По сути, плутониевая бомба сложнее, чем урановая. Однако плутоний оружейного качества также легче получить, чем уран оружейного качества, поскольку плутоний можно выделить химическим путем из сгоревшего топлива ядерного реактора, тогда как уран необходимо обогащать в дорогостоящем процессе. На самом деле, весь обогащенный уран, который был произведен во время Манхэттенского проекта, был использован в «Маленьком мальчике», бомбе, сброшенной на Хиросиму.

Создание ядерной бомбы было новым делом, и было неясно, какой из подходов окажется успешным — дешевле, быстрее, мощнее, меньше, надежнее и т. д. и т. д. Им действительно пришлось перепробовать все возможные подходы, прежде чем остановиться на одном.

С самого начала основным подходом проекта была конструкция пушки на основе урана.

В конструкции «толстяка» использовался плутоний-239, вещество, которое намного легче производить, чем уран-235, но требующее гораздо более сложной боеголовки имплозивного типа. До 1944 года не было ясно, сработает ли конструкция имплозии. Джон фон Нейман, по сути, изобрел совершенно новую область физики, называемую теорией ударных волн, которая использовалась для разработки имплозивных линз для устройства. Как только стало ясно, что метод имплозии осуществим и необходим для плутония, была добавлена ​​​​конструкция толстяка в качестве улучшенного подхода для второй (и всех будущих) бомб.

Таким образом, развитие оружия шло по двум направлениям.

Выгода заключалась в том, чтобы иметь оружие с относительно высокой вероятностью успеха (урановая бомба) и более совершенную бомбу (плутониевая) для будущих разработок.