cyanic-selkie/wikianc huggingface dataset:
Dự án Manhattan
Nguồn gốc
Tại một cuộc họp giữa Tổng thống Roosevelt, Vannevar Bush, và phó Tổng thống Henry A. Wallace ngày 9 tháng 10 năm 1941, Tổng thống phê chuẩn chương trình nguyên tử. Để kiểm soát nó, ông tạo nên Nhóm Chính sách Cao cấp bao gồm chính ông-mặc dù ông không bao giờ tham dự một buổi họp nào-Wallace, Bush, Conant, Bộ trưởng Chiến tranh Henry L. Stimson, và Tham mưu trưởng Lục quân Mỹ, Đại tướng George Marshall. Roosevelt chọn Lục quân để tiến hành dự án thay vì Hải quân, bởi vì Lục quân có nhiều kinh nghiệm nhất trong việc quản lý các dự án xây dựng đại quy mô. Ông cũng đồng ý phối hợp các nỗ lực của người Anh và vào ngày 11 tháng 10 ông gửi một tin nhắn tới Thủ tướng Winston Churchill, đề xuất rằng họ cần liên lạc về vấn đề nguyên tử.
Đề xuất thực hiện
Ủy ban S-1 tổ chức cuộc họp đầu tiên vào ngày 18 tháng 12 năm 1941 "tràn ngập bầu không khí nhiệt tình và khẩn cấp" dưới tác động của Trận Trân Châu Cảng, theo sau đó là Hoa Kỳ tuyên chiến với Nhật Bản và với Đức Quốc xã. Công trình được tiến hành theo ba kĩ thuật khác nhau nhằm phân tách đồng vị urani-235 từ urani-238. Lawrence và nhóm của ông tại Đại học California tại Berkeley nghiên cứu phân tách điện từ, trong khi nhóm của Eger Murphree và Jesse Wakefield Beams xem xét khuếch tán khí tại Đại học Columbia, và Philip Abelson chỉ đạo nghiên cứu khuếch tán nhiệt ở Viện Carnegie ở Washington và sau đó là ở Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân. Murphree cũng từng đứng đầu một dự án phân tách bất thành từ ly tâm pha hơi.
Trong khi đó, có hai dòng nghiên cứu hướng vào công nghệ lò phản ứng hạt nhân, với Harold Urey tiếp tục nghiên cứu về nước nặng ở Columbia, trong khi Arthur Compton đem nhóm khoa học gia ở Đại học Columbia và Đại học Princeton tới nghiên cứu tại Đại học Chicago nơi ông tổ chức nên Phòng thí nghiệm Luyện kim vào đầu năm 1942 để nghiên cứu plutoni và các lò phản ứng sử dụng than chì làm chất điều hòa neutron. Briggs, Compton, Lawrence, Murphree, và Urey họp vào ngày 23 tháng 5 năm 1942 để hoàn tất các khuyến nghị của Ủy ban S-1, kêu gọi nỗ lực cho năm công nghệ chính cần theo đuổi. Khuyến nghị này được Bush, Conant, và Chuẩn tướng Wilhelm D. Styer, Tham mưu trưởng Cục Quân nhu dưới quyền Thiếu tướng Brehon B. Somervell, người được chỉ định là đại diện của Lục quân trong các vấn đề hạt nhân, tán thành. Bush và Conant sau đó đem khuyến nghị tới Nhóm Chính sách Cao cấp với một dự án ngân sách chi 54 triệu đô la cho việc xây dựng tới Đoàn Công binh Lục quân Hoa Kỳ, 31 triệu đô la cho nghiên cứu và phát chiến tới OSRD và 5 triệu đô la quỹ dự phòng cho năm tài khóa 1943. Nhóm Chính sách Cao cấp duyệt gửi cho Tổng thống ngày 17 tháng 6 năm 1942 và ông đã phê chuẩn với dòng chữ duyệt "OK FDR" trên văn bản.
Quan niệm thiết kế bom
thumb|240px|upright|Các phương pháp lắp ráp bom phân hạch khác nhau được khám phá trong hội nghị tháng 7 năm 1942. Bản vẽ của [[Robert Serber.]] Compton yêu cầu nhà vật lý lý thuyết J. Robert Oppenheimer của Đại học California tại Berkeley, phụ trách việc nghiên cứu tính toán neutron nhanh—chìa khóa để tính toán khối lượng tới hạn và kích hoạt vũ khí—từ Gregory Breit, người đã rút khỏi dự án ngày 18 tháng 5 năm 1942 do những lo ngại về an ninh điều hành lỏng lẻo. John H. Manley, một nhà vật lý ở Phòng thí nghiệm Luyện kim, được chỉ định để trợ giúp Oppenheimer trong việc liên lạc và điều phối các nhóm vật lý thực nghiệm rải rác khắp đất nước. Oppenheimer và Robert Serber của Đại học Illinois thẩm xét các vấn đề khuếch tán neutron—neutron di chuyển như thế nào trong một phản ứng hạt nhân dây chuyền—và thủy động lực học—vụ nổ sinh ra từ một phản ứng dây chuyền sẽ diễn ra ra sao. Để xem xét công trình này và lý thuyết tổng quát về các phản ứng phân hạch, Oppenheimer triệu tập các cuộc họp ở Đại học Chicago vào tháng 6 và Đại học California tại Berkeley vào tháng 7 năm 1942 với các nhà vật lý lý thuyết Hans Bethe, John Van Vleck, Edward Teller, Emil Konopinski, Robert Serber, Stan Frankel, và Eldred C. Nelson, ba người sau từng là học trò cũ của Oppenheimer, và các nhà vật lý thực nghiệm Felix Bloch, Emilio Segrè, John Manley, và Edwin McMillan. Họ xác nhận một cách không dứt khoát rằng một quả bom phân hạch là khả dĩ về mặt lý thuyết.
Nhưng nhiều yếu tố vẫn còn là ẩn số. Tính chất của urani-235 tinh khiết tương đối chưa rõ ràng, và của plutoni cũng vậy, nguyên tố này mới chỉ được Glenn Seaborg và nhóm của ông này khám phá ra vào tháng 2 năm 1941. Các nhà khoa học ở hội nghị Berkeley đã hình dung ra việc tạo nên plutoni trong các lò phản ứng hạt nhân với nguyên tử urani-238 hấp thu neutron phát ra từ nguyên tử urani-235 phân hạch. Vào thời điểm đó chưa có lò phản ứng nào được xây, và chỉ một lượng rất nhỏ plutoni thu được từ các máy cyclotron. Ngay cả đến tháng 12 năm 1943, tổng khối lượng plutoni thu được chỉ là 2 miligram. Có nhiều cách khác nhau để sắp xếp vật liệu phân hạch đạt tới khối lượng tới hạn. Đơn giản nhất là bắn một cái "chốt hình trụ" vào một quả cầu "vật liệu phóng xạ" với một "cái đầm"—một vật liệu đặc hội tụ neutron vào phía trong và giữ cho khối lượng phản ứng với nhau để tăng hiệu năng. Họ cũng khám phá những thiết kế gồm các khối gần cầu, một dạng "nổ sập" sơ khai do Richard C. Tolman đề xuất, và khả năng của các phương pháp tự xúc tác, làm tăng hiệu năng quả bom lúc phát nổ.
Cho rằng ý tưởng bom phân hạch được xác lập về lý thuyết-ít nhất cho tới khi thêm các dữ liệu thực nghiệm xuất hiện—hội nghị Berkeley bắt đầu chuyển sang một định hướng mới. Edward Teller thúc đẩy thảo luận về một quả bom mạnh hơn: một "siêu bom", mà ngày nay thường gọi là "bom nhiệt hạch", sẽ sử dụng sức nổ của quả bom phân hạch được kích hoạt để châm ngòi cho phản ứng nhiệt hạch trong deuterium và tritium. Teller đề xuất hết đề án này tới đề án khác, nhưng đều bị Bethe lần lượt bác bỏ. Ý tưởng nhiệt hạch bị đặt ra ngoài lề để tập trung vào sản xuất bom phân hạch. Teller cũng đưa ra khả năng phỏng đoán rằng một quả bom nguyên tử có thể "kích hoạt" toàn bộ khí quyển Trái Đất bởi một phản ứng phân hạch giả định của hạt nhân nitơ. Bethe tính toán cho thấy điều đó không thể nào xảy ra và một báo cáo mà Teller đồng tác giả cho thấy rằng "không có chuỗi phản ứng hạt nhân tự lan truyền nào có vẻ sẽ khởi động." Trong ghi chép của Serber, Oppenheimer đề cập nó với Arthur Compton, người "không có đủ óc khôn ngoan để dập tắt nó. Không biết bằng cách nào nó đi vào một văn bản gửi tới Washington" và "không bao giờ thực sự chấm dứt".
Khu vực Manhattan
Tháng 6 năm 1939, Tư lệnh Công binh Hoa Kỳ, Thiếu tướng Eugene Reybold, lựa chọn Đại tá James C. Marshall làm người đứng đầu bộ phận thuộc Lục quân tham gia vào dự án. Marshall tạo ra một văn phòng liên lạc ở Washington, D.C., nhưng thiết lập bản doanh tạm thời ở tầng 17 tòa nhà 270 Broadway, New York, nơi ông có thể nhận được sự giúp đỡ điều hành từ Sư đoàn Bắc Đại Tây Dương thuộc Công binh. Nó nằm gần văn phòng tại Manhattan của Stone & Webster, nhà thầu chính của dự án, và Đại học Columbia. Ông được chuẩn thuận lấy nhân lực từ đơn vị cũ của mình, Khu vực Syracuse, bắt đầu từ Trung tá Kenneth Nichols, người trở thành phó của ông..
Marshall sau này thừa nhận rằng, "Khi đó tôi chưa từng nghe nói về phân hạch nguyên tử nhưng tôi có biết rằng bạn không thể xây một nhà máy, đừng nói tới bốn nhà máy với chỉ 90 triệu đô la". Chỉ một nhà máy thuốc nổ TNT mà Nichols mới xây trước đó ở Pennsylvania thôi đã tốn 128 triệu đô la. Họ cũng không ấn tượng với những ước tính về quy mô quá mơ hồ, mà Groves so sánh với việc bảo một chủ khách sạn sửa soạn bữa ăn cho từ mười tới một nghìn thực khách. Một nhóm khảo sát từ Stone & Webster đã thăm dò một vị trí cho các nhà máy sản xuất. Hội đồng Sản xuất Thời chiến khuyến nghị các địa điểm nằm gần Knoxville, Tennessee, một khu vực cô lập nơi tập đoàn TVA có thể phân phối đủ điện năng và dòng sông có thể cung cấp nước làm mát cho các lò phản ứng. Sau khi khảo sát vài địa điểm, nhóm điều tra đã chọn một nơi gần Elza, Tennessee. Conant đề xuất rằng cần trưng mua nơi này ngay lập tức và Styer đồng ý nhưng Marshall trì hoãn để đợi kết quả từ các thí nghiệm lò phản ứng của Conant trước khi hành động. Trong số các quá trình có triển vọng, chỉ có phân tách điện từ của Lawrence tỏ ra đủ ưu việt để tiến hành xây dựng.
Marshall và Nichols bắt đầu tập hợp nguồn lực họ cần. Bước đầu tiên là tìm cách để dự án được ưu tiên cao. Các dự án được xếp hạng theo thứ tự AA-1 tới AA-4 theo thứ tự tầm quan trọng giảm dần, nhưng cũng có hạng AAA đặc biệt dành cho những trường hợp khẩn cấp. Hạng AA-1 và AA-2 dành cho những vũ khí và trang bị thiết yếu, nên Đại tá Lucius D. Clay, tham mưu phó tại cơ quan Dịch vụ và Cung ứng, cảm thấy rằng cao nhất chỉ có thể gắn cho dự án Manhattan hạng AA-3, mặc dù ông này bằng lòng gắn AAA cho các yêu cầu về vật liệu thiết yếu nếu nhu cầu nảy sinh. Nichols và Marshall cảm thấy thất vọng vì AA-3 chỉ cùng mức ưu tiên với nhà máy TNT của Nichols ở Pennsylvania.
Ủy ban Chính sách Quân sự
thumb|upright|240px|[[J. Robert Oppenheimer và Leslie Groves thăm tàn tích Vụ thử Trinity vào tháng 9 năm 1945. Những chiếc giày bao màu trắng ngăn cản họ đeo là để tránh chất phóng xạ dính vào giày của họ. ]] Bush cảm thấy không hài lòng với thất bại của Đại tá Marshall trong việc triển khai dự án khẩn trương hơn, đặc biệt là chậm trễ trong việc trưng mua địa điểm ở Tennessee, dự án bị đặt ưu tiên thấp, và địa điểm sở chỉ huy lại nằm ở New York. Bush cho rằng cần có bộ máy lãnh đạo xông xáo hơn, và nói với Harvey Bundy-Trợ tá đặc biệt của Bộ trưởng Chiến tranh-và các tướng Marshall, Somervell, và Styer về các mối lo ngại này. Ông muốn dự án đặt dưới một ủy ban chính sách cao cấp, do một sĩ quan có uy tín, nên là Styer, làm tổng chỉ đạo. Somervell và Styer tiếp thu ý kiến nhưng chọn Groves cho vị trí trên.
Groves nhận được mệnh lệnh nhậm chức ngày 17 tháng 9, đồng thời Đại tướng Marshall thăng ông lên hàm Chuẩn tướng, cho rằng danh hiệu "tướng" có vẻ gây nhiều ấn tượng về quyền lực hơn với các nhà khoa học hàn lâm làm việc trong Dự án Manhattan. Groves theo đó trực tiếp dưới quyền Somervell thay vì Reybold, trong khi Đại tá Marshall chịu trách nhiệm báo cáo với Groves. Groves lập bản doanh ở Washington, D.C., ở tầng 5 của Trụ sở mới của Bộ Chiến tranh, nơi Đại tá Marshall từng đặt văn phòng liên lạc. Ông đảm nhận quyền chỉ huy dự án vào ngày 23 tháng 9. Vào ngày đó, Groves cũng tham dự cuộc họp do Stimson triệu tập để lập nên Ủy ban Chính sách Quân sự, chịu trách nhiệm báo cáo với Nhóm Chính sách Cao cấp của Tổng thống, bao gồm Bush (mà tiến sĩ Conant làm người dự khuyết), Styer và Chuẩn Đô đốc William R. Purnell. Tolman và Conant về sau được bổ nhiệm là các cố vấn khoa học của Groves.
Ngày 19 tháng 9, Groves đi tới chỗ Donald M. Nelson, chủ tịch Hội đồng Sản xuất Thời chiến, để xin cấp thẩm quyền rộng rãi gắn hạng AAA bất cứ khi nào dự án cần đến. Nelson ban đầu không chịu nhưng nhanh chóng chấp nhận khi Groves đe dọa sẽ đưa chuyện này tới Tổng thống. Groves hứa sẽ không sử dụng tới hạng AAA trừ khi nó cần thiết. Người ta sớm nhận ra đối với các nhu cầu thường ngày của dự án thì AAA là quá cao nhưng AA-3 quá thấp. Sau một thời gian dài vận động, Groves cuối cùng nhận được ưu tiên AA-1 ngày 1 tháng 7 năm 1944.
Một trong các vấn đề ban đầu của Groves là tìm giám đốc cho Dự án Y, nhóm phụ trách thiết kế và xây dựng bom. Lựa chọn dễ thấy nhất là một trong số ba lãnh đạo các phòng thí nghiệm, Urey, Lawrence hoặc Compton, nhưng vị trí của họ rất quan trọng không thay thế được. Compton đề xuất nên chọn Oppenheimer, người quen thuộc từ lâu với các khái niệm về thiết kế bom. Tuy nhiên Oppenheimer ít có kinh nghiệm quản lý, hơn nữa, không như ba người trên, ông không nhận được giải Nobel nào, danh hiệu mà nhiều nhà khoa học có thể cảm thấy là người đứng đầu một đại dự án quan trọng như này nên có. Cũng có những lo ngại về hồ sơ an ninh của Oppenheimer, vì nhiều người gần gũi với ông là cộng sản, bao gồm em trai ông là nhà vật lý Frank Oppenheimer; vợ ông, Kitty; và bạn gái ông Jean Tatlock. Một cuộc tranh luận dài trên tàu hỏa vào tháng 10 năm 1942 đã thuyết phục Groves và Nichols rằng Oppenheimer hiểu thấu suốt các vấn đề liên quan tới việc thiết lập một phòng thí nghiệm ở khu vực xa xôi và nên được bổ nhiệm làm giám đốc của nó. Chính Groves bỏ qua các yêu cầu về an ninh và cấp cho Oppenheimer quyền miễn trừ an ninh ngày 20 tháng 7 năm 1943.
Hợp tác với nước Anh
Người Anh và người Mỹ đã trao đổi thông tin về hạt nhân với nhau nhưng ban đầu không hợp lực làm việc. Nước Anh cự tuyệt các nỗ lực của Bush và Conant năm 1941 nhằm tăng cường hợp tác với dự án của riêng họ, mật danh là Tube Alloys, vì Anh không muốn chia sẻ các ưu thế công nghệ của mình và giúp Hoa Kỳ phát triển bom nguyên tử riêng. Một nhà khoa học Hoa Kỳ mang một lá thư riêng từ Roosevelt tới Churchill đề xuất chi trả cho toàn bộ nghiên cứu và phát triển cho một dự án Anh-Mỹ bị đối xử lạnh nhạt, và Churchill còn không buồn hồi đáp lá thư. Hoa Kỳ do đó từ tháng 4 năm 1942 quyết định rằng đề xuất bị bác bỏ và nên tiến hành một mình. Nước Anh không có nhân lực hay tài nguyên của Hoa Kỳ và mặc dù khởi đầu sớm hơn và nhiều triển vọng, Tube Alloys sớm tụt lại phía sau dự án của Hoa Kỳ. Ngày 30 tháng 7 năm 1942, Tử tước Waverley, bộ trưởng phụ trách Tube Alloys, khuyên Churhill rằng: "Chúng ta phải đối mặt với sự thật rằng... công trình tiên phong [của chúng ta]... là một tài sản đang mất giá và rằng, trừ khi chúng ta vốn hóa nó nhanh chóng, chúng ta sẽ bị bỏ xa phía sau. Hiện giờ chúng ta có một phần đóng góp thực sự để tạo nên một sự 'sáp nhập', nhưng chẳng mấy nữa chúng ta chỉ còn chút ít hoặc không gì cả." Cuối cùng, trong tháng đó Churchill và Roosevelt tạo một thỏa thuận bằng miệng không chính thức về sự hợp tác trong lĩnh vực nguyên tử.
thumb|left|Groves hội đàm với [[James Chadwick, người đứng đầu Phái đoàn Anh]] Tuy nhiên cơ hội để làm một đối tác ngang hàng không còn tồn tại, và được thể hiện vào tháng 8 năm 1942 khi người Anh đòi hỏi quyền kiểm soát chắc chắn đối với dự án mà không trả một phần chi phí nào. Tới năm 1943 vai trò giữa hai quốc gia hoán đảo so với cuối năm 1941; tháng 1 năm đó Contant thông báo với người Anh rằng họ sẽ không còn nhận được thông tin về nguyên tử trừ trong một số lĩnh vực. Trong khi người Anh bị sốc bởi sự thủ tiêu thỏa thuận Churchill-Roosevelt, người đứng đầu Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia của Canada, C. J. Mackenzie cảm thấy ít ngạc nhiên, viết rằng "tôi không biết nói sao trừ việc cảm thấy rằng nhóm nước Anh [quá] nhấn mạnh tầm quan trọng của đóng góp của họ so với người Mỹ." Như Conant và Bush nói với người Anh, mệnh lệnh chấm dứt thông tin "đến từ cấp cao nhất". Vị trí để mặc cả của người Anh càng ngày càng yếu; các nhà khoa học Hoa Kỳ quyết định rằng Hoa Kỳ không còn cần sự giúp đỡ bên ngoài, và rằng họ và những người khác trong ủy ban chính sách về bom muốn ngăn cản người Anh xây dựng một quả bom nguyên tử thời hậu chiến. Ủy ban ủng hộ, và Roosevelt tán thành điều đó, hạn chế luồng thông tin mà người Anh có thể dùng trong chiến tranh-đặc biệt là không liên quan tới thiết kế bom-ngay cả nếu làm như vậy sẽ làm chậm dự án của Hoa Kỳ lại đôi chút. Đầu năm 1943 người Anh ngừng gửi kết quả nghiên cứu và nhà khoa học tới Hoa Kỳ, để đáp trả người Mỹ ngừng mọi chia sẻ thông tin. Người Anh quyết định chấm dứt nguồn cung cấp urani và nước nặng từ Canada để buộc người Mỹ nối lại việc chia sẻ, nhưng Canada lại cần nguồn cung cấp từ Hoa Kỳ để sản xuất các vật liệu đó. Họ cũng xem xét tính khả thi của một dự án năng lượng độc lập, nhưng cuối cùng nhận định rằng nó không thể nào sẵn sàng kịp để ảnh hưởng tới kết quả của chiến trường châu Âu.
Đến tháng 3 năm 1943 Conant cho rằng sự giúp đỡ của người Anh có thể có lợi cho một số lĩnh vực của dự án. Vai trò của James Chadwick (người tìm ra neutron) và một vài nhà khoa học Anh khác là đủ quan trọng để nhóm thiết kế bom ở Los Alamos cần tới họ, bất chấp rủi ro về việc tiết lộ bí mật thiết kế vũ khí. Tháng 8 năm 1943 Churchill và Roosevelt đàm phán Thỏa thuận Quebec, dẫn đến sự tiếp tục cộng tác giữa các nhà khoa học trong cùng lĩnh vực, tuy nhiên người Anh đồng ý về giới hạn trong dữ liệu về việc xây dựng những nhà máy sản xuất quy mô lớn cần để chế tạo bom. Thỏa thuận Hyde Park sau đó vào tháng 9 năm 1944 mở rộng sự hợp tác sang thời hậu chiến. Thỏa thuận Quebec thiết lập nên Ủy ban Chính sách Hỗn hợp để điều phối các nỗ lực của Hoa Kỳ, Vương quốc Anh và Canada. Ủy ban bao gồm Stimson, Bush và Conant đại diện cho Hoa Kỳ, Nguyên soái Huân tước John Dill và Đại tá Bá tước J. J. Llwellin đại diện cho Anh, và C. D. Howe đại diện cho Canada. Llewellin trở về Anh cuối năm 1943 và được thay thế bởi Đại sứ Anh ở Hoa Kỳ, Bá tước Halifax vào đầu năm 1945. Huân tước John Dill mất ở Washington do bệnh thiếu máu tháng 11 năm 1944 và được thay thế bởi Nguyên soái Huân tước Henry Maitland Wilson.
Khi tiếp tục hợp tác sau thỏa thuận Quebec, tiến bộ cũng như phí tổn của người Mỹ khiến Anh phải sửng sốt. Hoa Kỳ đã tiêu tốn hơn 1 tỷ đô la (tương đương USD năm 2023), trong khi trong năm 1943, Anh quốc chỉ tiêu khoảng nửa triệu bảng Anh. Chadwick do đó gây áp lực rằng nước Anh phải tham dự Dự án Manhattan ở mức độ đầy đủ nhất và từ bỏ bất kỳ hy vọng về một dự án độc lập nào trong thời chiến. Được Churchill ủng hộ, ông cố gắng đảm bảo rằng mọi yêu cầu trợ giúp từ Groves được đáp ứng đúng hẹn. Phái đoàn Anh tới Hoa Kỳ vào tháng 12 năm 1943 bao gồm Niels Bohr, Otto Frisch, Klaus Fuchs, Rudolf Peierls, và Ernest Titterton. Một số nhà khoa học khác đến nơi vào đầu năm 1944. Trong khi những người chỉ định làm khuếch tán khí rời Hoa Kỳ vào mùa thu năm 1944, 35 người làm việc với Lawrence ở Berkeley được chỉ định vào các nhóm phòng thí nghiệm sẵn có và ở lại cho đến cuối cuộc chiến. 19 người được gửi tới Los Alamos cũng tham gia vào các nhóm ở đó, chủ yếu liên quan tới nổ sập và lắp ráp bom, nhưng không liên quan tới mảng plutoni. Một phần của Thỏa thuận Quebec quy định rằng vũ khí hạt nhân sẽ không được sử dụng chống lại một quốc gia khác mà không có sự tán thành của các bên. Tháng 6 năm 1945, Wilson đồng ý rằng việc sử dụng vũ khí hạt nhân sẽ được xem là một quyết định của Ủy ban Chính sách Hỗn hợp.
Ủy ban Chính sách Hỗn hợp tạo nên Quỹ đầu tư Phát triển Hỗn hợp vào tháng 6 băn 1944, do Groves làm chủ tịch, để thu mua urani và thorium trên thị trường quốc tế. Congo thuộc Bỉ và Canada nắm giữ phần lớn urani của thế giới nằm ngoài Đông Âu, và chính phủ lưu vong Bỉ lại đóng ở Luân Đôn. Nước Anh đồng ý cho Hoa Kỳ phần lớn mỏ quặng của Bỉ bởi không thể tận dụng được tài nguyên nếu nghiên cứu của Hoa Kỳ bị hạn chế. Trong năm 1944, Quỹ mua khoảng 3440000 lb quặng urani oxit từ các công ty vận hành các mỏ ở Congo thuộc Bỉ. Để tránh phải tường thuật chi tiết dự án cho Bộ trưởng Ngân khố Henry Morgenthau, một tài khoản đặc biệt không chịu quản lý và kiểm tra sổ sách thông thường được tạo ra để giữ tiền bạc của Quỹ. Giữa năm 1944 đến lúc nghỉ chức tại Quỹ năm 1947, Groves đã gửi tổng cộng 37 triệu đô la vào tài khoản của Quỹ.
Oak Ridge
thumb|300px|Tan ca tại cơ sở làm giàu urani Y-12 ở [[Oak Ridge, Tennessee|Oak Ridge. Tính tới tháng 5 năm 1945, đã có khoảng 82 nghìn người làm việc ở Công trường Clinton. ]] Một ngày sau khi nhậm chức, Groves bắt chuyến tàu tới Tennessee với Đại tá Marshall để thăm dò vị trí được đề xuất, và Groves cảm thấy ấn tượng với lựa chọn này. Ngày 24 tháng 9 năm 1942, Thứ trưởng Bộ Chiến tranh Robert P. Patterson ủy quyền cho Công binh Lục quân trưng mua 56000 acre đất với giá 3,5 triệu đô la. Về sau quân đội còn trưng mua thêm 3000 acre. Khoảng 1 nghìn gia đình chịu ảnh hưởng của lệnh trưng mua có hiệu lực kể từ ngày 7 tháng 10. Các cuộc biểu tình, chống án, và cả một cuộc điều tra của quốc hội không làm thay đổi được quyết định. Tới giữa tháng 11 Cục Cảnh sát Hoa Kỳ triển khai gắn thông báo di dời lên cửa các nông trang, và các nhà thầu xây dựng di chuyển vào khu vực. Một vài gia đình được thông báo có hai tuần để di chuyển các trang trại thuộc về họ nhiều thế hệ; những người khác định cư ở đây sau khi từng bị đuổi khỏi nơi cư trú để giải phóng diện tích cho Vườn quốc gia Dãy núi Great Smoky những năm 1920 hoặc Đập Norris những năm 1930 Việc trưng mua đất kéo dài tới tận tháng 3 năm 1945, với tổng phí tổn 2,6 triệu đô la, tính ra là 47 đô la trên một acre đất. Khi nhận được Tuyên cáo Số 2 khẳng định Oak Ridge là một vùng cấm xâm phạm hoàn toàn, không ai có thể đi vào mà không có chuẩn thuận từ quân đội, Thống đốc bang Tennessee, Prentice Cooper, tức tối xé tan văn bản.
Ban đầu được biết đến là Bãi thử Kingston, vị trí này về sau được gọi là Công trường Clinton (CEW) vào đầu năm 1943. Để cho phép nhà thầu Stone & Webster tập trung vào các cơ sở sản xuất, một khu cư trú cho 13 ngàn người được thiết kế và xây dựng bởi hãng kiến trúc và công trình Skidmore, Owings & Merrill. Khu dân cư đặt ở các sườn dốc của Black Oak Ridge, nguồn gốc tên của thị trấn mới là Oak Ridge, Tennessee. Sự hiện diện của Lục quân gia tăng vào tháng 8 năm 1943 khi Nichols thay thế Marshall làm chỉ huy Khu vực Công trình Manhattan. Một trong các nhiệm vụ đầu tiên của ông là di chuyển sở chỉ huy khu vực tới Oak Ridge dù tên của khu vực vẫn giữ nguyên. Tháng 9 năm 1943 việc điều hành các cơ sở khu dân cư được chuyển giao cho Công ty Xây dựng Turner qua một công ty con được gọi là Công ty Roane-Anderson theo các tên các hạt ở Tennessee mà Oak Ridge đóng. Số dân cư ở Oak Ridge nhanh chóng vượt ra ngoài kế hoạch ban đầu, đạt tới đỉnh điểm 7,5 vạn người tháng 5 năm 1945, tính tới lúc đó tổng cộng đã có 82 nghìn người được thuê ở Công trường Clinton, và 10 nghìn người bởi Roane-Anderson.
Los Alamos
Ý tưởng đặt Dự án Y ở Oak Ridge từng được xem xét, nhưng về sau người ta quyết định rằng nó nên nằm ở một địa điểm xa xôi. Theo đề xuất của Oppenheimer, việc tìm kiếm một vị trí thích hợp giới hạn trong vùng lân cận Albuquerque, New Mexico nơi Oppenheimer có một trại gia súc. Tháng 10 năm 1942, Thiếu tá John H. Dudley thuộc Khu vực Manhattan được cử tới khảo sát khu vực, và ông này khuyến nghị một địa điểm gần Jemez Springs, New Mexico. Ngày 16 tháng 11, Oppenheimer, Groves, Dudley và những người khác tham quan địa điểm. Oppenheimer sợ rằng những rặng núi cao xung quanh có thể khiến đội ngũ của ông cảm thấy sợ không gian kín hẹp, trong khi các kĩ sư lo ngại khả năng ngập lụt. Do đó đoàn di chuyển tới vùng xung quanh Trường Chăn nuôi Los Alamos. Oppenheimer ấn tượng và tha thiết đề xuất chỗ này vì phong cảnh thiên nhiên đẹp, đặc biệt là khung cảnh Dãy núi Sangre de Cristo hùng vĩ có thể gây cảm hứng cho những người làm việc trong dự án.. Các kĩ sư lo lắng về đường sá xa xôi và không chắc đủ nguồn cung cấp nước, nhưng ngoài những chuyện đó ra cảm thấy khá lý tưởng.
thumb|left|300px|Các nhà vật lý tại một hội thảo do Dự án Manhattan tài trợ ở Los Alamos năm 1946. Hàng đầu từ trái sang là [[Norris Bradbury, John Manley, Enrico Fermi và J. M. B. Kellogg. Robert Oppenheimer, mặc áo choàng tối màu, ở phía sau Manley; phía trái Oppenheimer là Richard Feynman.]] Patterson chuẩn thuận việc mua lại vị trí vào ngày 25 tháng 11 năm 1942, cấp 440 nghìn đô la để mua một vùng 54000 acre, tuy rằng phần lớn diện tích đó đã thuộc sở hữu của chính quyền Liên bang từ trước, trừ 8900 acre. Bộ trưởng Nông nghiệp Hoa Kỳ Claude R. Wickard cấp quyền sử dụng 45100 acre đất thuộc Cục Kiểm lâm Hoa Kỳ cho Bộ Chiến tranh "chừng nào các nhu cầu quân sự còn cần thiết". Nhu cầu lấy đất cho một con đường mới, và sau đó là để thiết lập một đường dây điện dài 25 mi, khiến cho việc mua đất mở rộng ra một diện tích 45737 acre, nhưng chỉ tiêu tốn 414971 đô la. Các công ty M. M. Sundt thuộc Tucson, Arizona, và Willard C. Kruger cùng cộng sự của Santa Fe, New Mexico trúng thầu tư vấn kiến trúc và xây dựng công trình. Công trình khởi công vào tháng 12 năm 1942. Groves ban đầu dành khoảng 300 nghìn đô la cho xây dựng, gấp 3 lần đánh giá của Oppenheimer, dự tính hoàn thành vào ngày 15 tháng 1943. Tuy nhiên người ta sớm nhận thấy Dự án Y lớn hơn nhiều nhận định, và tới thời điểm Sundt hoàn thành ngày 30 tháng 11 năm 1943, công trình tiêu tốn khoảng 7 triệu đô la..
Để giữ bí mật, Los Alamos được gọi bằng tên "Địa điểm Y" hoặc "Vùng Đồi". Những tờ giấy khai sinh cho những đứa trẻ người Anh sinh ra ở Los Alamos trong cuộc chiến ghi nơi sinh là PO Box 1663 ở Santa Fe. Ban đầu Los Alamos từng hoạt động như một phòng thí nghiệm quân sự với Oppenheimer và các nhà khoa học khác được bổ nhiệm vào quân đội. Oppenheimer đi xa tới mức đặt cho mình một bộ trang phục trung tá, nhưng hai nhà khoa học chủ chốt là Robert Bacher và Isidor Rabi phản đối ý tưởng này. Conant, Groves và Oppenheimer sau đó đề ra một thỏa hiệp theo đó phòng thí nghiệm vận hành bởi Đại học California theo hợp đồng ký với Bộ Chiến tranh.
Argonne
Một ủy ban Lục quân-OSRD họp ngày 25 tháng 6 năm 1942 quyết định xây một nhà máy chạy thử cho việc sản xuất plutoni ở Rừng Red Gates tây nam Chicago. Vào tháng 7, Nichols tiến hành thương thảo để thuê 1025 acre từ Khu vực Bảo tồn Rừng hạt Cook, và Đại úy James F. Grafton được bổ nhiệm làm công trình sư ở khu vực Chicago. Người ta sớm nhận ra rằng quy mô dự án lớn hơn nhiều sức chứa của khu vực, và quyết định xây nhà máy ở Oak Ridge, trong khi giữ một cơ sở nghiên cứu và thử nghiệm ở Chicago.
Sự trì hoãn xây dựng nhà máy ở Rừng Red Gate khiến Compton chuẩn thuận cho Phòng thí nghiệm Luyện kim xây dựng lò phản ứng đầu tiên gần Sân vận động Stagg ở Đại học Chicago. Lò phản ứng cần những lượng khổng lồ than chì dạng khối và urani dạng viên. vào thời điểm đó, nguồn cung cấp urani tinh khiết rất hạn chế. Frank Spedding của Đại học Bang Iowa chỉ có thể sản xuất hai tấn thiếu urani tinh khiết. Ba tấn thiếu urani kim loại nữa được Nhà máy Đèn Westinghouse trong tình hình cấp bách với một quá trình để thay thế tạm thời. Một quả khí cầu lớn hình vuông được chế tạo bởi Công ty Cao su và Lốp Goodyear để bọc lò phản ứng. Ngày 2 tháng 12 năm 1942, một đội do Enrico Fermi đứng đầu khởi động phản ứng dây chuyền hạt nhân tự duy trì nhân tạo đầu tiên trong một lò phản ứng thử nghiệm tên là Chicago Pile-1. Thời điểm mà một phản ứng đạt tới chỗ tự duy trì được gọi là "tới hạn". Compton báo cáo thành công với Conant ở Washington, D.C., bằng một cuộc gọi mã hóa, nói rằng, "nhà hàng hải người Ý [ám chỉ Fermi] vừa mới đặt chân lên thế giới mới."
Tháng 1 1943, người kế tục Grafton, Thiếu tá Arthur V. Peterson, ra lệnh tháo dỡ Chicago Pile-1 và tái lắp đặt ở Rừng Red Gate, vì ông cho rằng việc vận hành một lò phản ứng là quá mạo hiểm cho một khu vực đông người như trường đại học. Sau cuộc chiến, những hoạt động của lò phản ứng chuyển tới Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne mới xây cách đó 6 mi.
Hanford
Đến cuối tháng 12 người ta lo ngại rằng Oak Ridge quá gần một trung tâm dân cư lớn (Knoxville), nếu xảy ra thảm họa hạt nhân tổn thất sẽ rất lớn. Groves thuê DuPont vào tháng 11 năm 1942 làm nhà thầu chính cho việc xây dựng một tổ hợp sản xuất plutoni. Dupont nhận được một hợp đồng thầu khoán nhưng Chủ tịch của công ty này, Walter S. Carpenter, Jr., không muốn nhận một chút lợi nhuận nào và còn yêu cầu hợp đồng mà quân đội đưa ra cần sửa đổi để loại trừ rõ ràng chuyện công ty kiếm được bất kỳ quyền bản quyền nào từ dự án. Điều này được chấp nhận, nhưng do các lý do pháp lý người ta thống nhất đưa ra một khoản tiền công tượng trưng trị giá 1 đô la. Sau chiến tranh, DuPont yêu cầu sớm ra khỏi hợp đồng và do đó phải trả lại 33 cent.
thumb|300px|Các công nhân ở Hanford lĩnh tiền công tại văn phòng Công đoàn Miền Tây. DuPont đề xuất rằng vị trí này cần xa cơ sở sản xuất urani ở Oak Ridge. Tháng 12 năm 1942, Groves gửi Đại tá Franklin Matthias và các kỹ sư của Dupont tới thăm dò các địa điểm tiềm năng. Matthias báo cáo lại rằng Địa điểm Hanford gần Richland, Washington "lý tưởng về hầu hết các khía cạnh". Nó nằm cô lập và gần Sông Columbia, có thể cung cấp đủ nước để làm nguội lò phản ứng sản xuất plutoni. Groves tới thăm địa điểm đó vào tháng 1 và sau đó lập nên Công trường Công binh Hanford (HEW), mật danh là "Địa điểm W".
Tranh cãi đó tuy vậy không làm công việc trì hoãn. Mặc dù những tiến bộ trong thiết kế lò phản ứng ở Phòng thí nghiệm Luyện kim và Dupont không đủ để tiên đoán chính xác quy mô của dự án, người ta đã khởi công vào tháng 4 năm 1943 với một cơ sở có 25 nghìn công nhân, một nửa trong đó sống tại địa điểm. Tới tháng 7 năm 1944, chừng 1200 tòa nhà đã được dựng lên và gần 51 nghìn người sống trong các trại xây dựng. Là công trình sư của khu vực, Matthias đảm nhiệm kiểm soát bao quát toàn địa điểm. Vào lúc đỉnh điểm, trại xây dựng ở Hanford từng là thị trấn đông dân thứ ba trên toàn bang Washington. Hanford vận hành một đoàn xe bus hơn 900 chiếc, lớn hơn cả của thành phố Chicago. Giống như Los Alamos và Oak Ridge, Richland là một khu vực được canh gác và quyền tiếp cận bị hạn chế, nhưng so với hai nơi trên nó trông giống một thị trấn bùng nổ dân số điển hình trong thời chiến hơn: hiện diện quân sự ít hơn, các yếu tố an ninh như tường cao, tháp canh và chó tuần tra ít xuất hiện.
Ở Canada
Vai trò chủ yếu của Canada trong dự án Manhattan là cung cấp các nguồn nguyên vật liệu quan trọng, bao gồm quặng urani ở Mỏ Eldorado ở Cảng Radium, và các cơ sở nước nặng ở British Columbia và phòng nghiên cứu ở Ontario.
British Columbia
Công ty Khoáng sản Cominco của Canada đã sản xuất hiđrô điện phân ở Trail, British Columbia, từ năm 1930. Năm 1941 Urey đề xuất rằng nó có thể sản xuất nước nặng. Bên cạnh nhà máy trị giá 10 triệu đô la sẵn có với 3215 tế bào điện phân tiêu thụ 75 MW thủy điện, các tế bào điện phân thứ cấp thêm vào để tăng nồng độ deuterium trong nước từ 2,3% lên 99,8%. Hugh Taylor của Princeton đã phát triển một chất xúc tác platinum trên carbon cho ba tầng đầu tiên trong khi Urey phát triển một tầng nickel-chrom oxit thành một tháp 4 tầng. Chi phí cuối cùng khoảng 2,8 triệu đô la. Chính phủ Canada không chính thức biết về dự án mãi cho tới tháng 8 năm 1942. Việc sản xuất nước nặng ở Trail bắt đầu từ tháng 1 năm 1944 và kéo dài tới năm 1956. Nước nặng từ Trail được dùng cho Chicago Pile 3, lò phản ứng đầu tiên sử dụng nước nặng và urani tự nhiên, đạt điểm tới hạn ngày 15 tháng 5 năm 1944.
Ontario
Địa điểm Chalk River, Ontario, được thành lập để chuyển nghiên cứu của Đồng minh ở Phòng thí nghiệm Montréal khỏi khu vực đô thị. Một cộng đồng mới được xây dựng ở Deep River, Ontario cung cấp nơi ở và cơ sở thiết bị cho đội ngũ. Địa điểm được chọn do gần với các khu công nghiệp chế tạo của Ontario và Quebec, cũng như một tuyến đường sắt nối với một căn cứ quân sự lớn, Trại Petawawa. Nằm trên sông Ottawa, nó có nguồn cung cấp nước dồi dào. Giám đốc đầu tiên của phòng thí nghiệm mới là John Cockcroft, sau đó là Bennett Lewis. Một lò phản ứng chạy thử được biết dưới tên ZEEP trở thành lò phản ứng đầu tiên ở Canada, cũng là lò phản ứng hoàn thành đầu tiên ngoài Hoa Kỳ, khi nó đạt điểm tới hạn tháng 9 năm 1945. Một lò phản ứng lớn hơn, công suất 10 MW, là NRX, được thiết kế trong chiến tranh, hoàn thành và đạt điểm tới hạn tháng 7 năm 1947.
Các cơ sở nước nặng
Mặc dù thiết kế lò phản ứng được ưu tiên của Dupont sử dụng helium để làm nguội và than chì làm chất điều hòa, DuPont vẫn bày tỏ sự quan tâm tới việc sử dụng nước nặng như phương án dự phòng trường hợp lò phản ứng than chì tỏ ra bất khả thi vì lý do nào đó. Theo đó, người ta ước tính rằng sẽ cần 3 tấn Anh nước nặng mỗi tháng. Dự án P-9 là mật danh chính phủ gọi chương trình sản xuất nước nặng. Vì nhà máy ở Trail, khi đó đang thi công, chỉ có thể sản xuất 0.5 tấn Anh mỗi tháng, dự án cần thêm nguồn cung cấp khác. Groves cho phép DuPont thiết lập các cơ sở nước nặng ở Công xưởng Quân khí Morgantow gần Morgantown, West Virginia; tại Công xưởng Quân khí Wabash Rive, gần Dana và Newport, Indiana; và tại Công xưởng Quân khí, gần Childersburg và Sylacauga, Alabama. Mặc dù gọi là các công xưởng quân khí và lương trả theo các hợp đồng với Cục Quân nhu Lục quân, chúng được xây dựng và vận hành bởi Công binh Lục quân. Các nhà máy Hoa Kỳ sử dụng một quy trình khác với ở Trail; nước nặng được tách ra nhờ chưng cất, lợi dụng điểm sôi của nó hơi cao hơn nước thường.
Quặng
Mặc dù những thương vụ trên đảm bảo nguồn cung cấp đầy đủ cho các nhu cầu thời chiến, các nhà lãnh đạo Hoa Kỳ và Anh đi đến chỗ quyết định rằng lợi ích quốc gia của họ đòi hỏi phải nắm quyền kiểm soát càng nhiều càng tốt các mỏ urani trên toàn thế giới. Nguồn quặng giàu nhất là ở mỏ Shinkolobwe ở Congo thuộc Bỉ, nhưng nơi này đã bị lụt và phải đóng cửa. Nichols tìm cách thỏa thuận để mở cửa lại mỏ và thu mua toàn bộ sản lượng trong tương lai với Edgar Sengier, giám đốc công ty sở hữu mỏ, Union Minière du Haut Katanga, nhưng không thành công. Vấn đề này được đưa lên Ủy ban Chính sách Hỗn hợp. Vì 30% cổ phần công ty nằm trong tay người Anh, nước Anh đóng vai trò chính trong các cuộc thương thảo. Tử tước Waverley và Đại sứ John Winant tìm ra một thỏa thuận với Sengier và chính phủ Bỉ lưu vong vào tháng 5 năm 1944 để mở lại mỏ và bán 1720 tấn Anh quặng với giá 1,45 đô la một bảng. Để tránh sự phụ thuộc vào Anh và Canada, Groves cũng sắp xếp để mua kho dự trữ urani của Tập đoàn Vanadium Hoa Kỳ ở Uravan, Colorado. Các mỏ ở Colorado sản xuất được khoảng 800 tấn Anh quặng.
Tập đoàn Mallinckrodt ở St. Louis, Missouri, nhận quặng thô và hòa tan nó trong axit nitric để sản xuất uranyl nitrat (UO2(NO3)2. Ether được hòa vào để loại chất pha tạp trong một quá trình trích xuất dung môi. Uranyl nitrat sau đó được nung để tạo thành urani trioxit, rồi cuối cùng thu được urani dioxide có độ tinh khiết cao. Tới tháng 7 năm 1942, Mallinckrodt sản xuất được 1 tấn oxit tinh khiết 1 ngày, nhưng chuyển nó thành urani kim loại ban đầu tỏ ra khó khăn hơn nhiều đối với các nhà thầu Westinghouse và Metal Hydrides. Sản lượng rất thấp, còn chất lượng thấp một cách không thể chấp nhận. Một nhánh đặc biệt của Phòng thí nghiệm Luyện kim được thành lập ở Đại học Bang Iowa ở Ames, Iowa, dưới quyền Frank Spedding để nghiên cứu phương pháp thay thế, và quá trình Ames (mô tả trong hình phía dưới) đi vào vận hành năm 1943, cho phép sản xuất urani kim loại quy mô lớn.
Phân tách đồng vị
Urani tự nhiên chứa 99,3% urani-238 và 0.7% urani-235, nhưng chỉ đồng vị sau mới có thể phân hạch. Urani-235 giống hệt về hóa học với đồng vị chính nên chỉ có thể tách ra bằng phương pháp vật lý. Nhiều phương pháp làm giàu urani khác nhau đã được xem xét, hầu hết thực hiện tại Oak Ridge.
Công nghệ trực tiếp nhất, phương pháp ly tâm, thất bại, nhưng các công nghệ phân tách điện từ, khuếch tán khí và khuếch tán nhiệt đều thành công và đóng góp vào dự án. Tháng 2 năm 1943, Groves đi đến ý tưởng sử dụng sản phẩm đầu ra của nhà máy này (làm giàu mức thấp) làm nguyên liệu đầu vào cho nhà máy khác.
thumb|center|700px|Oak Ridge là nơi tiến hành mốt số kĩ thuật tách urani khác nhau. Nhà máy phân tách điện từ Y-12 nằm ở phía trên bên phải. Các nhà máy khuếch tán khí K-25 và K-27 nằm ở phía dưới bên trái, gần nhà máy khuếch tán nhiệt S-50. (X-10 là nhà máy sản xuất plutoni.)
Máy ly tâm
Quá trình ly tâm được xem là phương pháp phân tách duy nhất có triển vọng vào tháng 4 năm 1942. Jesse Beams đã phát triển một quá trình như vậy ở Đại học Virginia những năm 1930, nhưng gặp phải những khó khăn kĩ thuật. Quá trình này cần vận tốc quay rất cao nhưng, ở những vận tốc nhất định dao động điều hòa sinh ra đe dọa xé tan cỗ máy. Do đó cần thiết phải tăng tốc rất nhanh qua những vận tốc này. Năm 1941 ông bắt đầu làm việc với urani hexaflorit, hợp chất duy nhất của urani ở dạng khí, và tách thành công urani-235. Ở Columbia, Urey yêu cầu Cohen xem xét quá trình, và Cohen tạo ra một tập hợp lý thuyết toán học cho phép thiết kế một bộ phân tách ly tâm, giao cho Westinghouse tiến hành xây dựng.
Việc nhân rộng quy mô quá trình này cho nhà máy sản xuất gây ra một thách thức kĩ thuật gay go. Urey và Cohen ước tính rằng để sản xuất 1 kg urani-235/ngày cần tới 50 nghìn máy ly tâm với rôto kích thước 1m, hoặc 10 nghìn máy rôto 4m, giả sử chế tạo được rôto 4m (vốn chưa có thời bấy giờ). Viễn cảnh giữ cho nhiều rôto vận hành liên tục ở tốc độ cao tỏ ra gây nản chí, và khi Beams vận hành thiết bị thí nghiệm của ông, ông chỉ thu được 60% sản lượng tiên đoán, nghĩa là cần nhiều máy ly tâm hơn nữa. Beams, Urey và Cohen bắt đầu nghiên cứu một loạt những cải tiến hứa hẹn có thể tăng hiệu suất của quá trình. Tuy nhiên, những lần hỏng hóc thường xuyên của động cơ, trục và giá đỡ ở tốc độ cao làm cản trở công việc ở nhà máy chạy thử. Tháng 11 năm 1942 quá trình ly tâm bị Ủy ban Chính sách Quân sự loại bỏ theo một khuyến nghị từ Conant, Nichols và August C. Klein của Stone & Webster.
Phân tách điện từ
Phân tách điện từ được phát triển bởi Lawrence ở Phòng thí nghiệm Bức xạ Đại học California. Phương pháp này sử dụng các thiết bị được gọi là calutron, một thiết bị lai giữa một phổ kế khối lượng thông thường ở phòng thí nghiệm và cyclotron. Tên gọi của nó hợp thành từ các chữ cái trong "California", "university" và "cyclotron". Trong quá trình điện từ, một từ trường làm chệch hướng các hạt mang điện theo những góc khác nhau phụ thuộc vào khối lượng. Quá trình này không khéo léo về mặt khoa học cũng không hiệu quả trên phương diện công nghiệp. So với một nhà máy khuếch tán khí hay lò phản ứng hạt nhân, một nhà máy phân tách điện từ sẽ tiêu thụ nhiều vật liệu hiếm hơn, đòi hỏi nhiều nhân lực để vận hành hơn, và xây dựng tốn kém hơn. Tuy nhiên, quá trình này được chấp thuận vì nó dựa trên một công nghệ đã được thực hiện và do đó ít có rủi ro hơn. Hơn nữa, nó có thể xây dựng theo từng tầng, và đạt tới quy mô công nghiệp nhanh chóng.
left|thumb|300px|Trường đua Alpha I khổng lồ tại Y-12 Marshall và Nichols phát hiện ra rằng quá trình phân tách đồng vị điện từ sẽ cần 5000 tấn đồng, vốn đang rất thiếu thốn khi đó. Tuy nhiên, người ta thấy rằng có thể thay thế bằng bạc, với tỉ lệ 11:10. Ngày 3 tháng 8 năm 1942, Nichols gặp Thứ trưởng Bộ Ngân khố Daniel W. Belll để yêu cầu chuyển giao 6000 tấn bạc thỏi từ Kho West Point. "Anh bạn trẻ", Bell nói với ông, "anh có thể tính bạc bằng tấn nhưng Bộ Ngân khố luôn tính bạc theo ounce!" Trên thực tế, bạc vẫn được chuyển giao và dự án đã sử dụng tới 14700 tấn.
Những thỏi bạc 1000 ozt được đúc thành những thanh hình trụ và đem tới hãng Phelps Dodge ở Bayway, New Jersey nơi chúng được cán thành những dải dày 0,625 in, rộng 3 in và dài 40 ft. Sau đó chúng được cuộn thành cuộn nam châm bởi hãng Allis-Charmers ở Milwaukee, Wisconsin. Sau chiến tranh, tất cả các máy móc được tháo dỡ và cọ sạch, còn tất cả các tấm sàn gần máy móc cũng được lột ra và đem đốt để thu hồi những vảy bạc vương vãi. Kết quả là vào cuối dự án, chỉ có 1/3600000 lượng bạc bị mất mát . Lượng bạc này được trả lại cho Ngân khố Liên bang, một quá trình chỉ kết thúc tháng 5 năm 1970.
Khi nhà máy khởi động chạy thử lên lịch vào tháng 10, các bình chân không 14 tấn tuột ra khỏi hệ thống bởi công suất của các nam châm siêu mạnh, và phải được đóng chặt lại cẩn thận hơn. Một vấn đề nghiêm trọng hơn nảy sinh khi các cuộn nam châm bắt đầu bị chập mạch. Tháng 12 Groves ra lệnh gỡ nam châm, đập vỡ ra và họ phát hiện thấy những nắm gỉ ở bên trong. Groves ra lệnh tháo hết các trường đua và gửi nam châm về xưởng để làm sạch. Một nhà máy tẩy rửa bằng axit được thành lập ở Oak Ridge để rửa những ống và máy móc. Trường đua Alpha I thứ hai không hoạt động cho đến cuối tháng 1 năm 1944, trong khi các trường đua Beta đầu tiên và Alpha I thứ nhất và thứ ba hoạt động vào tháng 3, cái thứ tư vào tháng 4. 4 trường đua Alpha II được hoàn thành giữa tháng 7 và tháng 10 năm 1944.
thumb|300px|Những người vận hành ở các bàn điều khiển của họ ở Y-12. Gladys Owens, người phụ nữ ngồi ở phía trước, không biết thứ mình đã liên quan tới cho tới khi đi cùng một đoàn du lịch tới thăm cơ sở năm mươi năm sau và ngẫu nhiên bắt gặp bức ảnh này. Hãng Tennessee Eastman được thuê để vận hành Y-12 theo hợp đồng gồm giá và tiền khoán nhất định, với khoản tiền 22500 đô la mỗi tháng cộng thêm 7500 mỗi trường đua cho 7 trường đua đầu tiên và 4000 cho mỗi trường đua từ thứ 8 trở đi. Các calutron ban đầu được vận hành bởi các nhà khoa học từ Berkeley để loại bỏ trục trặc kĩ thuật và đạt được một tốc độ vận hành hợp lý. Sau đó chúng được chuyển qua tay các điều hành viên từ Tennessee Eastman được huấn luyện, những người chỉ có bằng tốt nghiệp trung học. Nichols so sánh dữ liệu sản phẩm hai đơn vị, và chỉ cho Lawrence thấy rằng cô gái điều hành viên trẻ "từ rừng rú" vượt trội những tiến sĩ của ông này. Họ thỏa thuận làm một cuộc thi về tốc độ sản xuất và Lawrence bị thua cuộc, một sự cổ vũ tinh thần cho các công nhân Eastman và giám sát viên. Các cô gái "được huấn luyện như những người lính để không băn khoăn về lý do", trong khi "các nhà khoa học không thể nhịn được việc khảo sát tốn thời gian về nguyên nhân của ngay cả những dao động nhỏ trên các con số."
Y-12 ban đầu làm giàu hàm lượng urani-235 tới khoảng từ 13 tới 15%, và chuyển vài trăm gam sản phẩm đầu tiên tới Los Alamos vào tháng 3 năm 1944. Chỉ 1/5825 lượng chất liệu urani đưa vào tạo ra sản phẩm cuối cùng. Phần còn lại rơi vãi lên thiết bị trong quá trình. Các nỗ lực thu hồi căng thẳng đã làm tăng sản lượng nên 10% urani đầu vào tháng 1 năm 1945. Vào tháng 2 các trường đua bắt đầu nhận những chất liệu đã được làm giàu một ít (1,4%) từ các nhà máy khuếch tán nhiệt S-50 mới. Tháng sau đó nó nhận được chất liệu cải tiến (5%) từ nhà máy khuếch tán khí K-25. Tới tháng 4 K-25 đã có thể sản xuất urani đủ giàu để đưa thẳng vào các trường đua Beta.
Khuếch tán khí
Phương pháp phân tách đồng vị hứa hẹn nhất nhưng cũng nhiều thách thức nhất là khuếch tán hơi. Định luật Graham khẳng định rằng tốc độ khuếch tán lỗ hẹp của một chất khí tỉ lệ nghịch với căn bậc hai khối lượng phân tử của nó, đo đó trong một bình chứa với một màng bán thẩm thấu chứa hỗn hợp hai khí, các phân tử nhẹ hơn sẽ thoát ra khỏi bình chứa nhanh hơn các phân tử nặng hơn. Khí nằm lại trong bình do đó sẽ ít nhiều được làm giàu (xét tới đồng vị nhẹ hơn). Ý tưởng chính của phương pháp là những bình chứa như vậy có thể xếp thành những tầng thang gồm bơm và màng, mỗi tầng liên tiếp sẽ làm giàu hỗn hợp thêm một chút. Nghiên cứu về quá trình này được thực hiện ở Đại học Columbia bởi một nhóm bao gồm Harold Urey, Karl P. Cohen và John R. Dunning.
thumb|left|300px|Nhà máy K-25 ở Oak Ridge Vào tháng 11 năm 1942 Ủy ban Chính sách Quân sự phê chuẩn việc xây dựng một nhà máy khuếch tán khí 600 tầng. Ngày 14 tháng 12, công ty M. W. Kellogg chấp nhận một đề nghị xây dựng nhà máy, có mật danh là K-25. Hai bên thỏa thuận hợp đồng, với chi phí cuối cùng lên tới 2,5 triệu đô la. Một chi nhánh riêng mang tên Kellex được lập ra để thực hiện dự án, do một phó chủ tịch của Kellogg là Percival C. Keith đứng đầu. Quá trình này gặp phải những khó khăn kĩ thuật gay go. Khí urani hexafluoride UF6 có tính ăn mòn cao, trong khi không có chất nào thay thế nó được, cho nên các động cơ và bơm phải đặt trong chân không và bao bọc bởi khí trơ. Vấn đề lớn nhất là thiết kế những hàng rào, cần phải khỏe, xốp và chống ăn mòn. Lựa chọn tốt nhất cho điều này xem ra là nickel. Edward Adler và Edward Norris tạo nên một hàng rào dạng lưới từ nickel mạ điện. Một nhà máy chạy thử 6 tầng được xây ở Columbia để thử nghiệm quá trình, nhưng nguyên mẫu Norris-Adler tỏ ra quá giòn. Một thiết kế hàng rào cạnh tranh với nó được phát triển từ nickel dạng bột bởi Kellex, Phòng thí nghiệm Bell và tập đoàn Bakelite. Tháng 1 năm 1944, Groves quyết định đưa hàng rào Kellex vào sản xuất.
Thiết kế của Kellex cho K-25 cần một cấu trúc hình chữ U 4 tầng dài 0,5 mi gồm 54 tòa nhà liền kề nhau. Chúng được chia làm 9 khu vực, bên trong là những buồng 6 tầng. Các buồng này có thể vận hành độc lập, hoặc liên thông trong một khu vực. Tương tự, các khu vực có thể hoạt động riêng rẽ hoặc như một phần của một cấu trúc xếp tầng duy nhất. Một đội khảo sát đánh dấu một địa điểm rộng 500 acre vào tháng 5 năm 1943. Công trình trên tòa nhà chính bắt đầu tháng 10 năm 1943, và nhà máy chạy thử 6 tầng đã sẵn sàng hoạt động vào ngày 17 tháng 4 năm 1944. Năm 1945 Groves hủy bỏ các tầng trên của nhà máy, chỉ đạo Kellex thay vào đó thiết kế và xây dựng một cấu trúc 540 tầng tiếp liệu từ phía bên, được gọi là K-27. Kellex chuyển đơn vị cuối cùng cho nhà thầu điều hành Liên đoàn Carbide và Carbon, vào ngày 11 tháng 9 năm 1945. Tổng chi phí, bao gồm nhà máy K-27 hoàn thành sau chiến tranh, lên tới khoảng 480 triệu đô la.
Khuếch tán nhiệt
Quá trình khuếch tán nhiệt dựa trên Lý thuyết Chapman-Enskog của Sydney Chapman và David Enskog, giải thích rằng khi một hỗn hợp khi đi qua một miền chênh lệch nhiệt độ, khí nặng hơn sẽ tập trung ở đầu lạnh hơn còn khí nhẹ hơn sẽ ở đầu nóng hơn. Vì các khí nóng thường có xu hướng đi lên và khí lạnh đi xuống, điều này có thể lợi dụng để tách đồng vị. H. Clusius và G. Dickel đã chứng minh quá trình này lần đầu tiên ở Đức năm 1938. Nó được các nhà nghiên cứu thuộc Hải quân Hoa Kỳ phát triển, nhưng không phải là một trong những công nghệ ban đầu được chọn cho Dự án Manhattan. Lý do cho điều này chủ yếu là những nghi ngờ về tính khả thi về mặt kĩ thuật, nhưng mối kình địch giữa hai quân chủng Hải quân và Lục quân cũng đóng một vai trò.
thumb|300px|Nhà máy S-50 là tòa nhà tối màu nằm ở bên trái phía trên đằng sau nhà máy điện Oak Ridgee (có ống khói). Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân tiếp túc nghiên cứu dưới sự chỉ đạo của Philip Abelson, nhưng ít có liên lạc với Dự án Manhattan cho tới tháng 4 năm 1944, khi Đại tá William S. Parsons, sĩ quan hải quân phụ trách phát triển vũ khí ở Los Alamos, đem tới cho Oppenheimer tin tức về những tiến bộ đáng khích lệ trong các thí nghiệm của Hải quân về khuếch tán nhiệt. Oppenheimer viết thư Groves đề xuất rằng thành phẩm từ một nhà máy khuếch tán nhiệt có thể làm vật liệu đầu vào cho Y-12. Groves lập ra một ủy ban bao gồm Warren K. Lewis, Eger Murphree và Richard Tolman để xem xét ý tưởng, và họ đánh giá rằng một nhà máy khuếch tán nhiệt tốn khoảng 3,5 triệu đô la có thể làm giàu 50 kg urani một tuần đạt tới 0,9% urani-235. Groves phê chuẩn việc xây dựng vào ngày 24 tháng 6 năm 1944.
Sigmatomera felix
Sigmatomera felix là một loài ruồi trong họ Limoniidae. Chúng phân bố ở vùng Tân nhiệt đới.
Dự án Manhattan
Khuếch tán nhiệt
Groves ký hợp đồng với Công ty H. K. Ferguson ở Cleveland, Ohio để xây dựng nhà máy khuếch tán nhiệt, đặt tên là S-50. Các cố vấn của Groves, Karrl Cohen và W. I. Thompson từ hãng Esso, ước tính rằng sẽ cần 6 tháng để xây dựng. Groves chỉ cho Ferguson đúng 4 tháng. Các kế hoạch đề xuất thiết lập 2142 cột khuếch tán cao 48 ft sắp xếp thành 21 đường máng. Bên trong mỗi cột có ba ống đồng tâm. Hơi nước, nhận từ nhà máy điện gần K-25 với áp suất 100 psi và nhiệt độ 545 F, tuôn xuống dưới từ ống nickel 1,25 in, trong khi nước ở nhiệt độ 155 F chảy hướng lên thông qua ống sắt ngoài cùng. Sự phân tách đồng vị xảy ra trong khí urani hexafluoride giữa các ống nickel và ống đồng.
Công trình bắt đầu ngày 9 tháng 7 năm 1944, và S-50 bắt đầu vận hành từng bước trong tháng 9 bởi thông qua một công ty con của Ferguson có tên là Fercleve. Nhà máy sản xuất chỉ 10,5 lb 0,852% urani-235 vào tháng 10. Sự rò rỉ hạn chế việc sản xuất và thậm chí khiến nó phải đóng cửa vài tháng sau đó, nhưng tháng 6 năm 1945 nó đã tạo ra được 12730 lb. Tới tháng 4 năm 1945, tất cả các đường máng sản xuất được vận hành. Ban đầu sản phẩm đầu ra của S-50 được dùng làm đầu vào cho Y-12, nhưng từ tháng 3 năm 1945 tất cả ba quá trình làm giàu chạy nối tiếp nhau. S-50 trở thành tầng đầu tiên, làm giàu từ 0,71 tới 0,89%. Sau đó vật liệu này được đưa vào quá trình khuếch tán khí ở nhà máy K-25, tạo ra sản phẩm làm giàu khoảng 23%. Sau đó, nó được đưa tiếp vào Y-12, đẩy hàm lượng làm giàu lên tới 89%, đủ cho vũ khí nguyên tử.
Sigmatomera felix
Tham khảo
Thể loại:Sigmatomera Thể loại:Limoniidae ở vùng Neotropic