heegyu/kowiki-sentences huggingface dataset:
특히 소련은 제2차 세계대전부터 페름에 탱크 공장을 차려서 운영하였기 때문에 비밀도시로 지정되기도 했다.
1723년에 건설되었으며 1781년부터 페름이라 불렀다.
그러다가 1940년부터 1957년까지는 몰로토프()로 불렀다.
1870년에 창립된 페름 국립 오페라 발레 극장이 특히 유명하다.
페름 국립대학교와 페름 국립 공과대학교 등의 고등 교육 기관이 있다.
이곳에서 대량으로 발견된 특정 생물들의 화석으로 인해 이 생물들이 살았던 시기를 페름기라 명명하기도 했다.
펜자(, )는 러시아 펜자주의 주도이다.
모스크바로부터는 709 km 지점에 위치해 있다.
수라 강(볼가 강의 지류)에 접해 있다.
1663년에 러시아 남동부의 기지로 건설되었다.
국립 공과대학 등 5개의 고등교육 기관과 극장, 박물관등이 있다.
마이코프( , )는 러시아 아디게야 공화국의 수도이다.
캅카스 산맥의 북쪽, 쿠반강의 지류인 벨라야강의 오른편에 위치한다.
주된 산업은 식품 가공과 목재 가공이다.
1857년 5월 25일에 요새도시로 건설되어, 1870년 12월 24일부터 마이코프라는 이름이 붙여졌다.
1922년 소비에트 연방이 탄생하였다.
1936년에 아디게야 주의 주도가 되었다.
푸도시(, )는 러시아 카렐리야 공화국 푸도시스키 군에 속한 도시이다.
1785년에 도시로 등록되었다.
1만100명의 주민들이 푸도시에 거주한다.
카렐리야인, 러시아인, 벨라루스인, 벱스인, 다른 민족들이 거주한다.
마그니토고르스크(, )는 러시아 첼랴빈스크주의 도시이다.
도시는 우랄 강에 접해 있다.
콤비나트가 위치해 있고, 러시아 철강업의 중심지 가운데 하나이다.
18세기 말에 철광이 발견되었다.
1929년 6월에 대규모 채굴이 시작되었다.
1931년에는 도시로 등록되었다.
1930년대에는 소련의 국민경제 5개년 계획으로 급속히 발전했다.
엄청난 철광석 채굴량을 자랑한다.
마하치칼라(, , , , )는 다게스탄 공화국의 수도이고, 카스피 해에 접해 있다.
카스피 해에서 제일 큰 항구이고, 석유정제 등 공업도 발달해 있다.
북서쪽으로는 하사뷰르트, 150km지점에는 그로즈니가 위치하고 있다.
1844년에 요새가 쌓아 올려졌을 때에는 1722년에 마하치칼라를 방문한 표트르 1세의 이름을 따서 페트롭스코예라는 이름이 붙여졌다.
1857년에는 페트롭스크포르트시가 되었다.
1921년, 다게스탄의 혁명가인 마하치 다하다예프의 이름을 따서 마하치칼라라고 개칭되었다.
1970년 5월 14일에는 지진으로 도시가 파괴되었다.
소베츠키 구, 키로프스키 구, 레닌스키 구로 나뉘어 있다.
야쿠츠크(, , 야쿠트어 방언: Дьокуускай, )는 러시아 사하 공화국의 수도로 레나 강에 접해 있다.
1632년에 건설된 요새가 이 도시의 기원지이다.
북동연방대학교(1956년에 개설) 등의 고등교육 기관이나, 러시아 과학 아카데미의 지부가 있다.
극동 지역에 위치하고 있기 때문에, 전 세계에서 겨울 날씨가 가장 추운 것으로 유명하다.
이 도시의 평균 겨울 기온은 영하 30도에서 50도 사이이다.
또한 이곳에서는 한파로 인한 휴교령을 내리는 기준이 영하 55도이다.
야쿠츠크는 아극 기후(쾨펜의 기후 구분 "Dfd")를 띄고 있다.
이곳은 세계에서 가장 추운 곳 중 하나로, 매우 추운 겨울 기온을 가지고 있다.
무라야마시()는 야마가타현 중앙부에 있는 도시이다.
동서는 산(오우 산맥과 데와 구릉)으로 둘러싸여 있고 중앙에는 모가미 강이 북쪽으로 흐르고 있다.
모가미 강은 일찍이 수운 교통의 길로서 사용되었다.
요시카르올라의 의미는 마리어로 "붉은 마을"이라는 뜻이다.
고등교육 기관이나 극장이 있다.
기계 제조, 자동차 제조 등이 발달해 있다.
1584년에 건설되었고, 1781년에 도시로 지정되었다.
1919년에 크라스노콕샤이스크(Краснококшайск)로 개칭되었고, 1927년 이후에는 요슈카르올라로 개칭되었다.
1918년부터 1920년에 걸친 러시아 내전에서 요슈카르올라는 백군의 거점이 되었다.
1990년에는 러시아의 역사적인 도시로 인정되었다.
후지미노 시()는 사이타마현 남서부에 있는 시이다.
시 이름은 도부 철도 도조 본선에 속한 후지미노 역에 유래하였지만, 후지미노 역은 인접하는 후지미시에 위치하고 있다.
원래 후지미 시, 가미후쿠오카 시, 오이 정, 미요시정(三芳町)의 통합을 협의했고, 새로운 시 이름을 "후지미노 시"로 결정했으나 주민 투표의 결과 반대 표가 많아서 통합이 무산되었다.
그 후에 가미후쿠오카 시와 오이 정의 통합이 이루어지고, 시 이름을 주민 공모로 "후지미노 시"로 결정했으나 비슷한 이름을 가진 후지미 시 측에서는 "후지미노 시"라는 이름의 사용을 비판했다.
사이타마 현 남서부의 도쿄 도심으로부터 30km 내에 위치한다.
북쪽과 서쪽은 가와고에시, 동쪽은 후지미시, 남쪽은 이루마군 미요시정에 인접한다.
무사시노 대지 북부의 거의 평탄한 토지에 위치하고 지질은 간토 롬층이다.
북부의 경계에는 에도 시대부터 쇼와 시대 초기에 걸쳐 가와고에와 에도(도쿄)를 연결하는 수운 교통의 수로인 신가시 강이 흐르고 있다.
시의 거의 중앙을 도부 도조 선과 국도 254호(가와고에 가도)가 평행하게 다니며 있고 북동부를 후지미-가와고에 유료 도로, 남서부를 간에쓰 자동차도, 또 시의 중심부를 북동에서 남서로 향해서 주요 지방도인 사이타마 현도56호 사이타마 후지미노-도코로자와 선이 각각 다니고 있다.
기후는 여름에는 기온이 높고 강수량이 많으며 겨울에는 강한 북서의 계절풍이 불고 많은 날이 계속되는 것이 특징이다.
1960년대 이후 도쿄의 위성 도시로서 인구가 급증했고, 인구 밀도가 매우 높다.
후카야 시()는 사이타마현 북부에 있는 시이다.
도네 강(利根川)을 사이에 두고 군마현과 인접하고 있다.
에도 시대에 현재의 군마현, 나가노현, 기후현을 경유하여 에도(현재의 도쿄)와 교토를 잇는 나카센도()의 역참 마을로서 발전했다.
메이지 시대 초에 "제일 국립 은행"을 설립한 시부사와 에이이치()가 태어난 곳이기도 한다.
현재는 사이타마 현에서 유수한 농업 지역이며, 파 산지로서 유명하다.
쇼와 30년대(1955년~1964년)에는 공업 단지가 정비되고, 또 쇼와 50년대(1975년~1984년)에는 주택 단지와 쇼핑 센터도 정비되었다.
2006년 1월 1일, 인접하는 오카베 정(), 가와모토 정(), 하나조노 정()과 통합하여 새로운 후카야 시가 발족했다.
후카야 시는 사이타마 현 북부의 도네 강와 아라카와 강 사이의 지역에 위치하고 있다.
시의 북부에는 도네 강과 고야마 강에 의해 해발 약 30~40m의 충적평야가 형성되어있고 중부에서 남부까지는 아라카와 강에 의해서 형성된 구시비키 대지(아라카와의 좌안, 해발 약 50~100m)나 강남 대지(아라카와의 우안, 해발 약 50~80m)가 펼쳐져있다.
구시비키 대지의 북부에는 제3기층의 잔구인 센겐 산(98m)이 있고 또 시의 남서단 요리이정과의 경계에는 가네쓰사도 산(330.2m)가 우뚝 솟아있다.
기후는 약간 내륙적이고 한난의 차이가 크다.
여름은 태평양 고기압에 의한 계절풍 등의 영향으로 덥고, 겨울은 건조한 북풍(비그늘)이 분다.
맑은날이 연중 많은 지역이다.
고대부터 근세에 걸쳐 후카야 시역은 무사시 국 한자와 군, 하타라 군, 오부스마 군에 속해 있었다.
자발 핵분열(spontaneous fission)은 매우 무거운 동위원소의 방사성 감쇠 과정이며, 이론상으로는 100 amu(루테늄 근처) 이상인 어떠한 원자핵에서도 가능하다. 하지만 실제로, 자발 핵분열은 230 amu(토륨 근처) 이상의 원자 질량을 가지는 원소에서 발생한다.
러더포듐과 같은 초악티늄족 원소가 가장 자발 핵분열이 잘 된다.
우라늄과 토륨의 경우, 자발 핵분열은 가능한 붕괴 방식이기는 하지만 많이 일어 나지는 않으며, 정확한 붕괴 비율등을 필요로 하는 경우가 아니라면 일반적으로 무시된다.
수학적으로 자발 핵분열이 일어날 경계조건은 다음과 같다.
그러나 오가네손 294를 제외한 그 어떤 방사성 동위원소도 이 값에 도달하지 맛한다.
이름이 의미하듯, 핵분열은 자발 핵분열과 완전히 동일한 과정이며 단지 자발적이지 않을 뿐인데, 이는 "임계치"에 도달해서 분열을 계속할 만큼의 중성자 다발을 생성하지 않는다는 것이다. 하지만 자발 핵분열은 다른 핵분열과 마찬가지로 중성자를 방출하며, 자발 핵분열이 어느 정도 중요한 붕괴 방식의 하나인 방사성 동위 원소의 경우에는 중성자원으로 사용될 수 있다.
캘리포늄-252(반감기 2.645년, 자발 핵분열율 3.09%)는 자주 중성자원으로 사용된다.
중성자는 폭발물 탐지를 위한 항공 수하물의 탐색, 도로 건설 혹은 공장 건설시 토양 내의 습도 측정, 저장고의 저장품의 습도 측정 등에 사용될 수 있다.
핵분열 후에 자발 핵분열이 가능한 원자핵 수가 감소하지 않는다면, 이는 푸아송 과정이다.
즉 매우 짧은 시간 동안 자발 핵분열의 확률은 시간의 길이에 따른다.
우라늄-238의 자발 핵분열은 핵분열의 파편이 결정구조를 통해 나아감에 따라 우라늄을 가지고 있는 광물에 자국을 남긴다.
이러한 자국은 방사성 연대 측정법의 기본이 된다.
실질적으로, 플루토늄-239는 생성시에 추가로 중성자를 흡수하려는 경향이 있으므로, 항상 일정량의 플루토늄-240을 포함하고 있다.
플루토늄-240의 높은 자발 핵분열 비율은 이를 부적절한 혼합물이게 한다.
무기로 사용할 만한 플루토늄은 7% 이하의 플루토늄-240을 포함해야 한다.
수학이나 물리학 등에 자주 사용되며, 계산하려는 값이 닫힌 형식으로 표현되지 않거나 복잡한 경우에 근사적으로 계산할 때 사용된다.
몬테카를로 방법은 주로 확률 분포에서 확률 변수값을 생성하는 작업, 수학적 최적화, 수치적분 등에서 활용된다.
알고리즘의 반복과 큰 수의 계산이 관련되기 때문에 몬테카를로 방법은 다양한 컴퓨터 모의 실험 기술을 사용하여 컴퓨터로 계산하는 것이 적합하다.
엔리코 페르미가 중성자의 특성을 연구하기 위해 이 방법을 사용한 것으로 유명하다.
맨해튼 계획의 시뮬레이션이나 수소폭탄의 개발에서도 핵심적인 역할을 담당하였다.
몬테카를로(Monte Carlo)라는 용어 또한 맨해튼 계획에 참여하고 있던 니콜라스 메트로폴리스가 맨해튼 계획이 끝나가던 1947년에 제안한 이름이다.
맨해튼 계획 당시 그의 동료였던 폴란드 출신 수학자 스타니스와프 울람에게는 삼촌이 있었는데, 그는 모나코의 유명한 도박의 도시 몬테카를로에서 도박을 하기 위해 친척들의 돈을 종종 빌려갔다.
몬테카를로 방법 또한 무작위성이 있으므로 이로부터 이름이 유래된 것이 지금까지 이어져 내려왔다.
물리 문제에서 몬테카를로 방법은 유체, 무질서한 물질, 강하게 결합한 고체 및 세포 구조와 같은 많은 결합 자유도를 가진 시스템을 모의실험하는 데 유용하다.
그 밖의 예로는 사업의 위험성 계산과 같은 입력 값에 상당한 불확실성이 있는 모델링 현상과, 수학에서는 복잡한 경계 조건을 가진 다차원의 정적분이 있다.
우주, 석유 탐사, 항공기 설계 등의 시스템 엔지니어링 문제에 적용할 경우, 실패, 비용 초과 및 스케줄 초과에 대한 몬테카를로 방법 기반의 예측은 많은 경우 인간의 직관 또는 수리적인 계산이 적은 다른 대안들보다 나은 결과를 가져온다.
대체적으로, 몬테카를로 방법은 확률론적 해석을 가진 문제를 해결하기 위해 사용될 수 있다.
큰 수의 법칙에 의해, 어떤 확률 변수의 기댓값으로 설명되는 적분는 랜덤표본(random sample)의 표본 평균을 취함으로써 근사치를 구할 수 있다.
변수의 확률 분포가 매개변수로 표현 가능할 때는 주로 마르코프 연쇄 몬테카를로(MCMC) 샘플러를 사용한다.
MCMC 방법에 의해 생성되는 표본의 극한 분포는 원하는 (목표) 분포의 표본이 될 것이기 때문에 핵심 아이디어는 잘 규정된 정상(stationary) 확률 분포를 가진 마르코프 연쇄 모델을 설계하는 것이다.
에르고딕 정리에 의해, 정상(stationary) 확률 분포는 MCMC 샘플러의 무작위 상태의 경험적 측도에 의해 근사된다.
다른 문제에서의 목표는 비선형 발전 방정식(evolution equation)을 만족시키는 일련의 확률 분포에서 표본을 뽑는 것이다.
이러한 확률 분포의 흐름은 변환 확률이 현재 무작위 상태의 분포에 따라 달라지는 마르코프 연쇄의 무작위 상태의 분포로 항상 해석될 수 있다. (McKean – Vlasov 프로세스, 비선형 필터링 방정식 참조). 다른 경우에는 시간 지평선이 증가하는 경로 공간 모델, 온도 매개변수 감소와 관련된 Boltzmann – Gibbs 측도 등 표본 복잡도가 증가하는 확률 분포의 흐름이 주어진다.
이 모델들은 비선형 마르코프 연쇄의 무작위 상태의 법칙이 발전된 것으로도 볼 수 있다.
이러한 정교한 비선형 마르코프 연쇄를 시뮬레이션하는 자연스러운 방법은 해당 마르코프 연쇄의 많은 사본을 표집하여 발전 방정식(evolution equation)에서 무작위 상태의 알 수 없는 분포를 표본의 경험적 측도로 대체하는 것이다.
전통적인 몬테카를로 및 MCMC 방법과는 대조적으로, 이러한 평균-장 입자 방법은 순차적으로 상호작용하는 표본들에 의존한다. "평균-장"이라는 용어는 각 표본(예: 입자, 개인, 보행자, 대리인, 생물 또는 표현형)이 마르코프 연쇄의 경험적 측도과 상호작용한다는 사실을 반영한다.
시스템의 크기가 무한대로 발산할 때, 이러한 무작위 경험적 측도는 비선형 마르코프 연쇄의 무작위 상태의 결정론적 분포로 수렴하여 입자 사이의 통계적 상호작용이 사라진다.
몬테카를로 방법은 다양하지만, 특정한 패턴을 따르는 경향이 있다.
1. 표본 공간의 값으로 가능한 범위를 정의한다.
2. 표본 공간의 확률 분포에서 임의로 표본을 뽑는다. (표집한다.)
3. 표본에 대한 결정론적인 계산을 수행한다.
예를 들어 단위 정사각형에 새겨진 사분원(원형 부분)을 생각해 보자.
몬테카를로 방법을 사용해서 formula_1의 값을 근사치로 추정할 수 있다.
1. 정사각형을 그린 다음, 그 안에 사분원을 삽입한다.
2. 정사각형 위에 일정한 개수의 점을 균일하게 분포한다.
3. 사분원 내부의 점(즉, 원점으로부터 1 미만)의 개수를 센다.
4. 내부의 개수와 전체 개수의 비율은 두 영역의 비율을 나타낸다.
여기서 두 가지의 중요한 점이 있다.
1. 점이 균일하게 분포되지 않으면 근사치가 떨어진다.
2. 평균적으로 더 많은 점을 배치할수록 근사치가 개선된다.
다음은 원주율을 계산하는 몬테카를로 알고리즘의 한 예시이다.
표집 영역과 원의 공통 영역은 formula_7의 넓이를 가지며, 원에 속한 점 개수를 전체 점 개수로 나눈 비율은 formula_7를 근사한다.
교다 시()는 사이타마현 북부에 있는 시이다.
에도 시대부터 버선 산지로서 유명하고, 현재도 일본에서 생산되는 버선의 약 80%가 교다 시에서 생산되고 있다.
2001년에는 제조업 기술자, 건설 기술자를 육성하는 모노쓰쿠리 대학교()가 개설되었다.
고센시()는 니가타현 북부의 가에쓰() 지방에 있는 시이다.
모란 꽃의 재배나 메리야스의 생산이 번성하다. 2006년 1월 1일, 인접하는 나카칸바라 군() 무라마쓰 정()과 통합하여 새로운 고센 시가 발족했다.
이성질핵 전이(isomeric transition)는 원자핵이 들뜬 메타-상태에 있는 (즉, 곧 베타 입자가 발생하는) 원자에서 발생하는 방사성 감쇠 과정이다.
원자핵의 잉여 에너지는 감마선을 방출하며, 원자핵을 바닥 상태로 만든다.
이 과정은 감마선 방출과 비슷하지만, 들뜬 메타-상태를 가지고 있다는 점이 다르다.
감마선은 가장 강하게 결합된 전자의 하나에 직접 에너지를 전달하며, 전자는 원자로부터 빠져나가게 되는데, 이러한 과정을 내부 전환이라고 한다.
R-과정(R-process)은 높은 중성자 밀도 및 높은 온도를 지닌 방사성 물질의 중성자 포획 과정이다. "R"은 영어 rapid(빠른)를 나타낸다.
P-과정 및 S-과정도 참조하기 바란다.
R-과정에서 원자핵은 다량의 중성자 다발에 노출되며, 이는 다수 중성자를 가진 매우 불안정한 원자핵을 생성한다.
생성된 원자핵은 다수 중성자를 가지면서도 안정된 원자핵으로 매우 빠르게 붕괴한다.
R-과정은 초신성에서 주로 일어나는 것으로 생각된다. 하지만, R-과정으로 형성된 원소의 낮은 비율로 보건대, 초신성의 작은 부분만이 R-과정의 결과물을 외부로 보내거나 혹은 각 초신성이 매우 적은 양을 기여해야 한다.
R-과정에서는 중성자 선속이 매우 높기 때문에(1022 중성자/cm2 second 정도), 이어 발생하는 베타 붕괴에 비해 동위원소 형성이 매우 빠르다.
R-과정은 "neutron drip line"을 따라 급히 상승해서 닫힌 중성자 껍질에 도달하며, 새로운 동위원소를 형성하는데, 원자질량 270 근처 즉, 러더포듐에서 다름슈타튬 정도의 자발 핵분열이 일어날 정도의 불안정한 원자핵에 이르게 되면 R-과정은 종료된다.
R-과정은 S-과정 최대치의 10 amu 정도 아래에서 최대치를 형성하는데, 이는 "neutron drip line"을 따라 급히 상승해서 닫힌 중성자 껍질에 도달하지만 양성자는 부족하다는 것을 의미한다.
이러한 원소 분포 최대치는 R-과정 중성자 포획 및 베타-지연 양성자 방출에 대한 이론을 확인해준다.
맨해튼 계획 또는 맨해튼 프로젝트()는 제2차 세계 대전 중에 미국이 주도하고 영국과 캐나다가 공동으로 참여했던 핵폭탄 개발 프로그램이다.
맨해튼 계획은 레슬리 그로브스 소장이 지휘하는 미국 육군 공병대의 관할로 1942년부터 1946년까지 진행되었다.
민관 합동으로 진행된 맨해튼 계획의 군사 부문은 맨해튼 지구()라 불렸고, 전체 프로젝트를 총괄하는 공식 이름은 대체 자원 개발()이었다.
맨해튼은 공식명을 대신하는 미국측 암호명이었고, 영국 측 참가 조직의 암호명은 튜브 앨로이스(, 특수강관(特殊鋼管))이었다.
맨해튼 계획은 1939년에 극소수(처음 예산은 6천 달러였다)로 출발하였지만 1945년에는 고용 인구 13만 명, 사용 예산 약 20억 달러(인플레이션을 감안한 2020년 화폐가치로 환산하면 약 230억 달러가 된다)로 성장하였다.
비용의 90% 이상은 공장의 건축과 핵분열 원료의 구입에 사용되었고, 10% 정도는 무기 개발에 사용되었다.
연구 개발과 제조는 미국, 영국, 캐나다 등에 있는 30곳 이상의 지역에 분산되어 진행되었고, 일부는 기밀 지역이었다.
전쟁 기간 동안 두 종류의 핵폭탄이 개발되었다.
하나는 우라늄-235를 탄두로 사용한 포신형 핵분열 무기로, 자연에 존재하는 우라늄 가운데 0.7%를 차지하는 우라늄-235를 농축하여 탄두로 제작한 것이다.
우라늄-235는 동위 원소인 우라늄-238과 원자량이 거의 같기 때문에 이 둘을 분리하여 농축하는 것은 매우 힘든 작업이었다.
핵탄두의 제조 공정은 농축 우라늄을 생산하는 공정과 캘루트론()이라 불린 동위 원소 분리 공정, 그리고 기체확산법과 열영동을 이용한 우라늄-235의 농축 공정이 있었다.
이 공정들은 대부분 테네시주 오크리지에서 이루어졌다.
또 다른 종류의 핵폭탄은 플루토늄을 탄두로 사용한 것이었다.
플루토늄은 워싱턴주 핸포드 사이트에 있는 반응로에서 만들어졌다.
플루토늄의 제법으로는 우라늄-238에 중성자를 조사(照射)하는 핵 전환이 사용되었다.
핵 전환으로 생성된 플루토늄은 화학적 분리 방법으로 농축되었다.
한편, 폭탄의 개발 및 제작은 뉴멕시코주에 있는 로스앨러모스 연구소에서 진행되었고, 포신형 보다 복잡한 내폭형으로 설계되었다.
1945년 7월 16일 사상 최초의 핵폭발 실험인 트리니티 실험이 진행되었다.
실험 이후 두 종류의 핵폭탄이 만들어졌다.
포신형 핵폭탄에는 리틀 보이라는 이름이 붙었으며, 내폭형 핵폭탄은 팻 맨이라 불렸다.
미 국방부는 히로시마와 나가사키에 핵폭탄 투하를 결정하였다.
1945년 8월 6일 리틀 보이가 히로시마에 투하되었고, 8월 9일에는 팻 맨이 투하되었다.
맨해튼 계획은 매우 엄정한 기밀을 유지하며 진행되었다.
그러나 소련의 핵기술 첩보원들은 이미 프로그램 각 부분에서 암약하였다.
소련은 나치 독일의 독일 핵에너지 프로젝트에도 첩보원을 두고 있었고 양측의 정보를 수집하였다.
소련은 독자적인 핵무기 개발을 위해 독일의 핵 기술자를 납치하는 러시아 알소스 작전을 진행하였으며, 향후에는 맨해튼 계획의 핵 기술자를 납치하려는 계획도 세우고 있었다.
맨해튼 계획은 핵무기 제조가 최대 목표이긴 하였으나, 방사능의 의학적인 이용이나 핵추진력을 이용한 해군력 확보와 같은 방사선학의 다양한 적용에도 관심을 두고 있었다.
1947년, 맨해튼 계획의 업무는 미국 원자력 위원회로 이관되었다.
1939년 8월, 물리학자인 실라르드 레오와 유진 위그너가 훗날 아인슈타인-실라르드 편지로 알려진 문서의 초안을 작성하였다.
이 문서에는 "엄청난 파괴력을 지닌 새로운 유형의 폭탄"이 개발될 수 있는 가능성이 언급되어 있었다.
이 편지는 알버트 아인슈타인의 서명을 받아 당시 미국 대통령 프랭클린 루즈벨트에게 전달되었다.
미국 정부는 이들의 제안을 받아들여 우라늄 광석을 비축하고 엔리코 페르미와 다른 과학자들이 핵 연쇄 반응 연구에 박차를 가하도록 요청하였다.
루즈벨트는 미국 국립표준기술연구소에 근무하던 라이먼 제임스 브리그에게 S-1 우라늄 위원회를 이끌라고 요청하였다.
위원회는 아인슈타인-실라드르 편지에서 언급하는 주제들에 대해 검토한 후, 1939년 10월 21일 실라드르, 위그너, 에드워드 테일러 등을 면담하였다.
같은 해 11월, S-1 우라늄 협회는 루즈벨트에게 "우라늄은 우리가 그 동안 알고 있던 어떤 것 보다 더 파괴력이 큰 폭탄의 재료가 될 수 있다"고 보고하였다.
브리그는 우라늄, 특히 우라늄-235를 추출하고 플루토늄을 발견하여야 하며, 이를 위해 167,000 달러의 예산으로 국가 방위 연구 위원회()를 설립하여야 한다고 요청하였다.
1941년 6월 28일, 루즈벨트는 행정명령 제8807호에 서명하였고, 그에 따라 과학 연구 개발 사무소()가 만들어졌다.
사무소의 소장은 버니바 부시가 맡았다.
사무소는 추가적으로 방대한 공학 프로젝트를 수행하게 되었고 국가 방위 연구 위원회는 과학 연구 개발 사무소의 부서로 흡수되어 S-1 우라늄 위원회가 되었다.
얼마 지나지 않아, 이 위원회는 보안을 위해 우라늄이라는 말을 빼고 S-1 위원회라 불리게 되었다.
1939년 6월 무렵 영국에서는 버밍엄 대학교의 오토 프리쉬와 루돌프 파이에르스이 우라늄-235의 임계 질량을 조사하고 있었다.
두 사람은 최소한 10 Kg의 우라늄이 있어야 폭발을 일으킬 수 있다고 계산하였다.
1940년 3월 프리쉬와 파이에르스는 비망록에 영국의 원자 폭탄 제조 계획인 마우드 위원회()의 회의 초록을 기록하였다.
마우드 위원회는 원자 폭탄의 개발을 만장일치로 의결하였다.
마우드 위원회의 위원이었던 오스트레일리아의 물리학자 마크 올리펀트는 1941년 8월 미국으로 건너가 아직 임계 질량에 대한 연구를 완료하지 못한 미국의 물리학자들에게 전달되었던 마우드 위원회의 자료를 발견하였다.
미국의 물리학자들이 이 자료에 관심을 보이지 않자, 올리펀트는 직접 우라늄 위원회의 회원들을 찾아다니며 설득하였다.
그 결과, 캘리포니아 대학교 버클리에서 근무하던 물리학자 어니스트 로렌스가 올리펀트의 자료에 흥미를 보였고, 로렌스와 함께 제임스 코넌트, 아서 콤프턴, 조지 페그럼 등의 물리학자들의 지지를 끌어낼 수 있었다.
이들은 올리펀트의 자료를 보고 원자폭탄의 제조가 가능하다고 인식하게 되었다.
루즈벨트와 부통령이었던 헨리 웰러스, 그리고 버니바 부시는 1941년 10월 9일 회의를 갖고 원자 폭탄 개발을 추진하기로 하였다.
루즈벨트는 원자 폭탄의 개발 진행을 육군에서 진행하도록 지시하는 한 편, 영국의 윈스턴 처칠 수상에게 협력 의사를 전달하였다.
진주만 공격과 미국의 일본과 독일에 대한 선전포고가 있은 지 얼마 안 되어 열린 회의는 "긴박함과 고조된 열기 속에" 진행되었다.
회의에서는 우라늄-238과 우라늄-235를 분리하는 세 가지 기술의 담당을 결정하였다.
캘리포니아 대학교 버클리의 로렌스가 이끄는 팀은 전자기적 분리 방법을 연구하기로 하였고, 컬럼비아 대학교의 에거 머프리와 제임스 웨이크필드 빔스 팀은 기체확산법을 연구하기로 하였으며, 카네기 연구소에 있었다가 뒤에는 해군 연구소로 옮긴 필립 아벨슨은 열영동을 연구하기로 하였다.
머프리는 결국 성공하지 못한 원심분리도 함께 연구하기로 하였다.
한편, 핵반응 기술에 대한 연구 역시 두 가지로 나뉘었다.
컬럼비아 대학교의 해럴드 클레이턴 유리는 중수를 이용한 연구를 하였고, 아서 캄프턴은 컬럼비아 대학교와 프린스턴 대학교 등의 연구자들과 협력하여 시카고 대학교에 야금 연구소()를 만들었다.
1942년 초 야금 연구소는 흑연을 중성자 감속재로 사용하여 원자로의 핵 연쇄 반응을 제어하는 실험을 하였다.
1942년 3월 23일 브리그스, 캄프턴, 로렌스, 머프리, 어레이는 S-1 위원회의 최종권고안 작성을 위한 회의를 하고, 확보되어야 할 다섯 가지 기술을 정리하였다.
권고안은 부시와 코넌트, 그리고 미육군측 대표였던 브레혼 소머벨에게 제출되었다.
부시와 코넌트의 검토를 거친 권고안은 미육군 공병사령부를 통해 대통령에게 보고되었으며, 1942년 6월 17일 루즈벨트는 문서에 "OK FDR" 이라 서명하였다.
캄프튼은 캘리포니아 대학교 버클리의 이론물리학자 로버트 오펜하이머에게 중성자 발견 온도에 대한 연구를 요청하였다.
고속중성자 에너지에 대한 연구는 임계 질량에 대한 계산과 무기화의 핵심적 부분이었으나, 1942년 5월 18일에 보고된 그레고리 브라이트의 연구 이후 중단되어 있었다.
시카고 대학교 야금 연구소의 물리학자 존 먼레이는 오펜하이머를 도와 여러 나라에 흩어져 진행되고 있던 연구 결과를 모았다.
오펜하이머와 일리노이스 대학교의 로버트 세베르는 중성자가 어떻게 핵 연쇄 반응을 일으키는지 연구하여 핵분열에 대한 일반 이론을 정립하였다.
오펜하이머는 1942년 7월 동안 시카고 대학교와 캘리포니아 대학교 버클리를 오가며 한스 베테, 존 밴블렉, 에드워드 텔러, 에밀 코노핀스키, 로버트 세베르, 스턴 프란켈, 엘드레드 넬슨 등의 이론물리학자와 회의를 진행하였다.
이후에는 세 명의 오펜하이머의 제자를 비롯하여 실험물리학자인 펠릭스 블로흐, 에밀로 세그레, 존 먼레이, 에드윈 맥밀런 등과도 함께 작업하였다.
이들은 핵분열을 이용한 폭탄의 제조가 가능하다는 결론을 내렸다.
그러나, 여전히 알려지지 않은 것들이 있었다.
순수한 우라늄-235의 물리적 성질은 아직 완전히 밝혀지지 않았고, 플루토늄의 존재는 1941년에 와서야 글렌 시보그의 연구팀이 발견하였다.
버클리의 과학자들은 우라늄-235의 핵분열에 의한 폭발과 우라늄-238을 플루토늄으로 변환시킨후 핵분열을 일으키는 방식의 폭발을 놓고 회의를 계속하였다.
게다가 당시에 플루토늄은 사이클로트론에서 소량이 검출된 수준에 불과하였다.
심지어 1943년 12월까지도 비축된 플루토늄의 양은 2 밀리그램에 불과하였다.
또한, 임계 질량에 이르게 하는 방법 역시 다양한 것들이 제시되었다.
한 쪽에 "반응물"을 모아놓고 원통 모양 플러그인 "간섭자"를 쏘아 임계 질량에 도달하는 방법에서부터 둘로 나뉜 반응물을 서로 미끌어지도록 강하게 결합시켜 임계 질량에 도달하는 방법까지 다양한 방법이 제시되었다.
폭발 양상에 대해서는 리처드 톨만은 타원형 폭발을 제시하였는데, 그는 타원형 폭발이 자체 촉매 작용을 불러올 가능성이 있기 때문에 폭발력을 보다 강화시킬 것으로 보았다.
핵분열을 이용한 폭탄 제조에 대한 이론적 기반이 완성될 무렵, 버클리의 물리학자들은 핵융합을 통해 중수소를 삼중수소로 변환하는 과정에서 강력한 에너지가 발생할 수 있다는 것을 발견하였다.
그들은 이것을 "슈퍼 원자 폭탄"이라 불렀는데, 이 이론은 전쟁 이후 수소 폭탄으로 현실화되었다.
당시에 테일러는 핵융합 폭탄을 계속하여 기획하였지만 베스는 이를 번번히 거절하였고, 결국 핵분열을 이용한 원자 폭탄을 제작하기로 결정하였다.
한편, 테일러는 원자 폭탄의 폭발을 기폭제로 하여 질소 핵의 핵융합 반응을 이끌 수 있다고 주장하였다.
베스는 그런 일이 일어날 수 없다고 보았고, "자가 증식하는 핵 연쇄 반응은 시작될 수 없다"고 보고하였다.
실제 수소 폭탄은 1952년에 처음으로 제작되었다.
1942년 6월 미국 육군 공병대의 사령관이었던 유진 레이볼드 소장은 제임스 C. 마셜 대령을 맨해튼 계획의 군사 부문 수장으로 임명하였다.
마셜은 워싱턴 D.C.에도 관련 사무실을 두었지만, 뉴욕 브로드웨이에 있는 타워 270에 공식적인 본부 사무소를 개설하였다.
마셜은 여기서 미육군공병대의 북대서양 부분을 지원하는 역할을 하였다.
마셜은 맨해튼 계획을 위한 조직 구성을 위해 공병사령부의 건설 부문 책임자였던 토머스 M. 로빈스 소장, 그리고 그의 부관이었던 레슬리 그로브스와 협력하였다.
레이볼드, 서머벨, 스타일러 등은 계획의 공식 명칭을 "대체 자원 개발"로 명명하였다.
그러나, 그로브스는 그러한 이름은 적의 주의를 끌것이라 우려하였다.
공병사령부의 지구대는 통상 주둔지의 지명을 따는 것이 관례였기 때문에 계획의 군사 부문은 이미 "맨해튼 지구"라고 불리고 있었다.
8월 13일 레이볼드는 맨해튼 지구를 계획의 군사 부문에 대한 공식이름으로 승인하였다.
이후 맨해튼은 계획의 공식 암호명이 되었다.
마셜은 훗날 "나는 한 번도, 단 한 번도 원자 분열이란 것을 들어본 적이 없었다.
나는 그저 90억 달러의 예산으로 최소한 4개의 플랜트를 건설하여야 한다는 말을 들었을 뿐이다."라고 말하였다.
당시에는 펜실베이니아 주에 위치하였던 TNT 공장 하나를 짓는데도 128억 달러가 소요되었다.
그로브스가 이런 일을 마치 열 명에서 천 명 정도의 손님을 모신 연회를 준비하라는 듯이 지시하였기 때문에, 마셜은 심한 압박감을 느껴야했다.
맨해튼 계획에 참여한 민간부분 회사였던 스톤 앤 웹스터는 플랜트를 지을 지역을 이미 물색하여 놓은 상태였다.
1942년 루즈벨트 대통령에게 보고된 군수물자 예산에는 플랜트의 후보지로 테네시주의 녹스빌이 선정되어 있었다.
이 지역은 다른 인구 밀집 지역에서 떨어져 있으면서 강이 인접하고 있어 용수 조달에 유리한 곳이었다.
조사팀은 추가 조사를 벌인 후 테네시 주의 엘자를 최종적으로 선정하였다.
우라늄의 정제와 관련하여 예정되었던 공정들 가운데는 로렌스의 전자기적 분리 방법만이 제작에 착수 될만큼 충분한 진척을 보였다.
마셜과 니콜스는 필요한 자원들을 결합하기 시작하였다.
첫 단계는 계획의 우선순위를 정하는 것이었다.
마셜은 계획의 각 요소에 AA-1에서부터 AA-4 까지의 등급을 부여하였고, 긴급한 사항은 AAA 등급을 부여하였다.
AA-1과 AA-2 등급은 무기와 설비를 제작하는 데에 관련된 것이었다.
버니바 부시는 계획이 빠르게 진척되지 못하고 테네시 지역의 확보에 실패한데다 뉴욕 본부와 육군이 우선권에서 뒤로 밀리자 마셜에 대해 불만을 품게 되었다.
보다 적극적인 지도자가 필요하다고 느낀 부시는 하베이 번디와 마셜 장군, 섬머벨, 스타일러 등에게 계획 주관 기구를 상급 정책 위원회로 변경하여 주도록 요청하였다.
이후 맨해튼 계획의 총괄은 스타일러가 맡게 되었다.
서머벨과 스타일러는 군사 정책 책임자로 그로브스를 선정하였고, 11월 17일 마셜 장군에게 이를 통지하였다.
마셜 장군은 그로브스를 준장에 임명하였고, 이후 과학자들은 맨해튼 계획의 총책인 그로브스를 "장군"이라고 불렀다.
그로브스는 워싱턴 D.C. 헤리 S 트루먼 빌딩 5층에 본부를 두었다.
미국과 영국은 핵 정보를 서로 교환하고 있었지만, 처음에는 그리 많지 않았다.
1941년 영국은 부시와 코넌트가 튜브 앨로이스 계획의 협력을 강화하자고 하였을 때, 이를 거부하려 하였다.
그러나, 영국측이 보다 먼저 핵무기 개발을 시작하였는데도 미국에 비해 인력과 자원을 모을 수 없었기 때문에, 결국 튜브 알로이즈는 맨해튼 계획의 일부로 포함되게 되었다.
1942년 7월 30일 존 앤더슨 웨버리 자작은 처칠에게 "우린 사실을 직시해야 합니다. ……
우리가 해 놓은 선구적인 업적의 결과물은 점점 줄어들고 있습니다.
우리가 이것을 빨리 사용하여 서로의 공로를 합쳐야 합니다.
조만간 우리는 아무것도 갖지 못하게 될 것입니다."라고 조언하였다.
이 때, 계획에서 영국이 차지하는 지위는 이미 약화되고 있었고, 주도권은 미국으로 옮겨가고 있었다.
1943년 8월 처칠과 루즈벨트는 핵무기 개발 협력을 위한 퀘벡 조약을 체결하였다.
또한, 이를 확장하여 전후시기에 대한 부속조약으로 하이드 파크 조약을 1944년 11월에 체결하였다.
퀘백 조약에 의해 미국, 영국, 캐나다의 협력을 위한 합동 정책 위원회를 구성하였다.
스팀슨, 부시, 그리고 코난트는 합동 정책 위원회의 미국측 위원으로 참여하였고, 필드 마셜, 존 딜 경, 그리고 존 저스틴 레월린은 영국측 위원으로, C.D. 호우는 캐나다측 위원으로 참여하였다.
맨해튼 계획은 여러 곳에서 분산되어 진행되었다.
우라늄의 정제와 무기의 제조 과정 가운데 중요한 공정들은 오크리지에서 진행되고, 폭탄의 개발과 관련한 연구는 대부분 로스앨러모스에서 추진되었다.
이 밖에도 트리니티 실험이 진행된 알라모고드로, 무기 제조가 진행된 핸포드 등이 계획상 중요한 거점이었다.
그 밖의 미국 내 여러 장소와 캐나다, 영국 등지에도 계획과 관련된 연구 개발이 진행되었다.
아래의 지도는 북아메리카에서 맨해튼 계획을 진행한 연구 개발 장소들이다.
그로브스는 맨해튼 계획의 책임자가 된 직후 테네시주로 가서 공장 건설 후보지를 검토하였고, 마음에 들어 하였다.
9월 29일, 전시 국무 차관이자 미육군 공병사령부의 지휘권을 갖고 있었던 로버트 페터슨은 3백50만 달러를 들여 23,000 헥타르의 부지를 마련하는 입안을 승인하였다.
실제 공장은 12,000 헥타르가 더 추가되었고, 10월 7일 1천여 세대에 해당 지역에서 이주하라는 명령이 발표되었다.
지역 주민들은 이러한 명령에 항의하였으나 1943년 의회는 해당 지역 사용을 의결하였다.
11월 중순 미국 연방보안관은 용역을 고용하여 농장을 폐쇄하고 지역민을 추방하였다.
일부 세대에는 2주안에 이주하라는 통보가 전달되기도 하였다.
오크리지에 거주하던 세대들 가운데 상당 수는 이미 1920년대 그래이트 스모키 마운틴 국립공원의 설정 과정과 1930년대 노리스 댐의 건설 과정에서 고향을 떠나야 했던 이주민들이었다.
1945년 3월까지 토지보상금으로 260만 달러가 지급되었으며, 이것은 1 에이커 당 47 달러였다.
오크리지의 모든 지역에서 군당국의 허가를 받지 못한 세대는 거주할 수 없다는 공공 명령 2호가 공표되자, 테네시 주지사 프렌티스 쿠퍼는 이를 맹렬히 비난하였다.
1943년 초, 예전에 킹스턴 폭탄 사격장이었던 곳이 클린턴 공장으로 바뀌었다.
인근의 스키드모어 지역에 13,000 명이 거주할 수 있는 주거지역이 세워졌다.
근처에 블랙오크리지 산이 있었기 때문에 새롭게 생긴 마을의 이름을 오크리지라고 정했다.
1943년 8월 육군은 맨해튼 공병 지구대의 본부를 오크리지로 옮겼지만 지구대의 이름을 바꾸지는 않았다.
당시 클린턴 공장의 고용인구는 82,000명이었다.
현재 부지에는 미국 국립 연구소 중 가장 큰 규모의 오크리지 국립연구소가 위치하고 있다.
오크리지가 Y 계획의 실행 장소로 고려되는 동안, 오펜하이머는 맨해튼 계획에서 자신이 맡은 분야를 추진하기 위한 장소로 뉴멕시코주의 알부퀘크를 추천하였다.
오펜하이머는 그 곳에 자신의 목장을 가지고 있었다.
1942년 10월 맨해튼 계획을 위해 일하던 존 H 두들리 소령은 뉴멕시코 주를 둘러보고 헤이메즈 스프링을 적합지로 추천하였다.
11월 16일, 오펜하이머, 그로브스, 두들리 등은 현장을 답사하였다.
오펜하이머는 두들리가 추천한 곳이 낭떠러지로 둘러싸여 있어 연구원들이 폐쇄공포를 느낄 것 같다고 우려하였다.
현장답사를 마친 일행은 인근의 로스앨러모스 사립학교로 이동하였다.
오펜하이머는 로스앨러모스에서 보이는 산그레 데 크리스토 산의 풍경이 마음에 들었고 그곳에서 작업을 진행하길 희망하였다.
공학자들은 로스앨러모스의 도로 사정이 좋지 않다는 점을 우려하였지만 다른 사람들은 그리 문제가 되지 않는다고 여겼고, 결국 로스앨러모스를 선정하였다.
로스앨러모스 연구소의 부지 확보를 위해 1942년 11월 25일 22,000 헥타르가 44만 달러의 비용을 들여 마련되었고, 후일 3,600 헥타르가 추가되었다.
부지 마련 비용은 미국 연방 정부가 부담하였다.
연구소는 1942년 12월 착공되어 1943년 5월 완공하였으며, 건축에 30만 달러가 소요되었다.
로스앨러모스 연구소의 존재는 비밀이었으며 보안 유지를 위해 Y 구역 또는 더 힐()이라 불렸다.
맨해튼 계획의 가장 중요한 자원인 우라늄은 1940년에 네 곳의 집결지로 운반되었다.
콜로라도 주, 캐나다 북부, 체코슬로바키아, 그리고 벨기에령 콩고가 우라늄의 집결지였다.
1942년 11월 체코슬로바키아의 집결지가 독일 측에 점령당하였으나, 계획에 사용될 우라늄은 이미 안전하게 운반된 후였다.
미국 국무부의 니콜스는 벨기에령 콩고에 산화우라늄 12,00 t을 주문하여 스테이턴 섬의 창고에 보관하였고, 온타리오주의 포트 호프 광산을 운영하던 엘도라도 광업에 100 t을 주문하였다.
캐나다 정부는 회사의 주식을 매입하여 계획이 지속되도록 지원하였다.
우라늄 광석은 벨기에령 콩고의 신코로베 광산에 풍부하게 존재하였으나 광산이 운영되지 않고 있었다.
광산이 운영되지 않는 이유는 30% 지분을 갖고 있던 영국 투자자 때문이었고 영국측 계획 참여자였던 존 앤더슨 자작과 존 위넌트 대사가 이 문제를 해결하여, 맨해튼 계획은 1944년 5월 1720 LT의 우라늄 광석을 공급받을 수 있었다.
한편 미국측 맨해튼 계획 책임자였던 그로브스는 영국과 캐나다의 광석 소유권 문제를 회피하기 위해 별도로 콜로라도주 우라반에 있던 US 바나디움 코퍼레이션에 800 LT의 우라늄을 주문하였다.
우라늄 광석은 세인트루이스에 있는 멀린크로트 인코퍼레이티드 사에서 정제되었다.
정제 방법으로는 질산을 이용하여 질산우라늄을 생성하는 방법과 삼산화우라늄에 열을 가하여 이산화우라늄으로 변환하는 액체 치환 추출법 등이 쓰였다.
1942년 7월 멀린크로트는 매일 1톤 가량의 정제 우라늄을 생산하였다.
그러나, 우라늄을 농축하기 위해서는 순수 우라늄 금속이 필요하기 때문에 멀린크로트의 생산물을 재처리하여야 하였다.
처음에는 웨스팅하우스 전기 회사가 수산화 공정을 통해 이러한 재처리 작업을 하였으나, 처리 속도가 너무 느렸다.
1943년, 프랭크 스패딩이 책임자로 있던 아이오와 주립 대학의 재료공학 연구소는 에임스 공정을 개발하여 우라늄 정제 속도를 높일 수 있었다.
이 두 동위 원소는 원자량이 매우 비슷하기 때문에 일반적인 방법으로는 분리할 수 없다.
때문에 이 둘을 분리하기 위한 다양한 방법이 고안되었다.
대부분의 분리 작업은 오크리지에서 진행되었다.
우라늄 동위 원소의 분리에는 원심분리 기술이 효과가 없기 때문에, 맨해튼 계획에서는 전자기적 분리 기술과 가스 확산 분리 기술, 그리고 열 확산 분리 기술등이 검토되었고 이 모든 방법으로 동위 원소를 분리할 수 있었다.
1943년 2월, 그로브스는 농축율을 높이기 위해 한 설비에서 작업한 결과물을 다른 설비에서 재처리 하는 방안을 채택하였다.
론 카운티 ⇐ ⇒ 엔더슨 카운티
1942년 4월 원심분리에 의한 우라늄 농축이 제안되었다.
버지니아 대학교의 제스 빔즈는 1930년대부터 원심분리에 의한 우라늄 농축 공정을 연구해 오고 있었지만, 기술적으로 매우 어려운 작업이었다.
원심분리로 우라늄-238과 우라늄-235를 분리하려면 원심분리기의 속도가 매우 빨라야 한다.
그러나 당시 기술로서는 그러한 속도를 내는 모터를 개발할 수 없었다.
빔즈는 1941년부터 컬럼비아에서 기화된 육불화우라늄의 기체를 이용하여 우라늄-235를 분리하는 데 성공하였다.
그는 이를 바탕으로 원심분리에 의한 우라늄 농축기를 디자인하였다.
빔즈의 디자인을 바탕으로 어레이와 코헨은 하루에 1 Kg의 농축 우라늄을 생산할 수 있으려면 1 미터 크기의 원심분리 설비 5만개 또는 4 미터 크기의 원심분리 설비 1만개가 있어야 한다고 계산하였다.
이것은 원심분리 설비가 최고 속도로 끊임없이 가동된다는 전제 하에 계산된 것이었다.
빔즈는 설비를 개량하면 60% 정도 효율이 상승할 것이라 예측하였다.
그러나 설비 개량은 성공하지 못하였다.
1942년 11월 군사 정책 위원회는 원심분리 방식을 포기하였다.
전자기적 방법을 사용한 동위원소 분리 기술은 캘리포니아 대학교 방사선 연구소에 있던 로렌스가 개발하였다.
이 방법은 캘리포니아 대학교 입자가속기를 의미하는 캘루트론()으로 불렸다.
전자기적 공정은 자기장에 놓인 입자가 질량에 따라 다르게 움직이는 것을 이용한 것이다.
이 공정은 과학적으로도 정밀하지 않았고 산업적으로 보아 효율이 좋지도 않았다.
게다가, 기체 확산 분리 설비나 핵 반응에 비해 생산량도 턱없이 적은데도 설비의 설치와 운영에 들어가는 인력과 자원은 더 많이 소비하였다.
그러나, 전자기적 동위원소 분리는 기술적으로 증명되어 있었고 위험요소가 적다는 이유로 추진되었다.
전자기적 동위원소 분리 설비가 실제로 운영되는 동안 농축 우라늄 생산량은 크게 증가하였다.
전자기적 동위원소 분리 설비에는 약 5천 톤의 구리와 6천 톤의 은이 필요하였다.
1942년 8월 3일 맨해튼 계획의 니콜스는 미국 재무성의 차관이었던 다니엘 벨에게 6천 톤의 은을 달라고 얘기하였다.
이 이야기를 들은 벨은 다음과 같이 대답했다고 한다. "이보게 젊은이, 자넨 은을 톤 단위로 생각할 수 있을 지 몰라도, 난 평생 동안 은을 샐 때는 트로이 온스를 단위로 했다
고!" 전자기적 동위원소 분리 설비에 실제 사용된 은은 14,700 톤에 달했다.
1,000 트로이 온스(약 31Kg) 단위로 되어 있는 원통형 은막대가 뉴저지주 배이웨이에 있는 펠프스 다지 코퍼레이션으로 옮겨져 두깨 15.9 mm, 폭 76mm. 길이 12 m의 실타래 모양으로 바뀐 뒤, 위스콘신주 밀워키에 있는 앨리스 칼머로 옮겨져 입자가속기에 사용될 코어로 제작되었다.
전쟁 후, 가속기를 해체하여 다시 은을 회수하였는데 손실은 불과 1/3,600,000 정도였다.
은이 미국 재무성에 최종 반환 된 것은 1970년 5월 이었다.
전자기적 동위원소 분리 설비는 Y-12로 불렸으며 1943년 2월 완공되었다.
Y-12는 8월에 시운전을 시작하였으나 첫 번째 제작된 가속기 트랙 자이언트 알파에 껴있던 이물질 때문에 정상적으로 동작하지 못하였다.
12월이 되자 사용 중단을 결정하였고 새로운 트랙을 만들기로 하였다.
새로 제작된 알파 역시 1944년 1월까지 작동되지 않았다.
그 사이 처음부터 제대로 작동하던 베타 트랙과 세 번째로 만든 알파 트랙으로 우라늄을 농축하였다.
네 번째로 제작된 알파 트랙 II는 1944년 7월에서 8월 사이에 완성되었다.
Y-12의 운영은 테네시 이스트먼사가 맡았으며 매달 기본 운영비 22,500 달러에 7개의 기존 가속기 트랙 운전비 7,500 달러와 추가 가속기 트랙 운전비 4,000 달러를 청구하였다.
테네시 이스트먼은 고등학교 졸업 여성들을 모집하여 조정 교육을 시킨뒤 가속기 운전에 투입하였다.
로렌스는 가속기 운전을 "촌스런" 어린 여성에게 맡긴다는 것에 반대하였으나, 운전 상황을 살펴본 뒤 생산율이 다른 설비에 비해 뒤쳐지지 않는다는 것을 인정하였다.
고용된 여성들은 로렌스가 말한 것처럼 "이유를 알 지 못한 채 기차에 몸을 실은 병사들 같이" 설비를 조정하는 단순 업무를 해 나갔다.
1944년 3월 Y-12는 몇 백 그램의 농축우라늄을 생산하여 로스앨러모스로 수송했는데, 우라늄-235의 함량은 13%에서 15%에 불과하였다.
로스 알모스는 이것을 전체 5,825개의 우라늄 부품 가운데 한 개에만 썼다.
나머지 부분에는 낮은 농축율 때문에 사용할 수 없었다.
2월에 알파 트랙이 다시 만들어지자 여기서 만들어진 농축 우라늄-235를 K-25 설비로 다시 보내 농축률을 높이기로 하였다.
4월부터는 베타 트랙과 K-25 설비를 직접 연결하여 농축 우라늄-235를 재처리하도록 하였다.
가장 유망한 동위원소 분리 방법은 기체 확산 방식이었다. 하지만, 이 방법은 가장 개발하기 어려운 방법이기도 하였다.
그레이엄의 법칙은 기체의 확산 비율이 해당 기체의 분자 질량에 반비례한다는 것을 설명하고 있다.
따라서, 두 기체가 혼합되어 있는 상자를 연다면 분자 질량이 보다 적은 기체가 더 빨리 확산될 것이다.
기체 확산을 이용한 동위원소 분리는 이러한 점에 착안하여 질량이 서로 다른 두 우라늄 동위원소의 기체가 혼합된 용기에 펌프와 분리막을 달아 확산 속도의 차이를 이용하여 분리하는 방식이었다.
이 방법은 컬럼비아 대학교의 헤럴드 어레이와 칼 P. 코헨, 그리고 존 R. 더닝 등이 고안하였다.
1942년 11월 군사 정책 위원회는 기체 확산 동위원소 분리 설비를 건설하기로 결정하였다.
조정된 후 결정된 비용은 2.5억 달러였다.
분리 공정을 담당하기 위해 켈렉스()가 설립되었고, 회사의 대표로 켈로그의 부사장 가운데 한 명인 퍼시벌 C. 케이스가 임명되었다.
공정은 만만치 않은 기술적 어려움에 봉착하였다.
육불화우라늄은 매우 강한 부식성을 지니고 있기 때문에, 모터와 펌프들은 부식방지를 위하여 진공상태로 유지되거나 불활성 기체를 충전하여 밀봉해야 하였다.
가장 큰 문제는 육불화우라늄이 새어나오지 않도록 하는 것이었고, 에드워드 애들러와 에드워드 노리스는 니켈 전기 도금으로 이 문제를 해결하고자 하였다.
그러나, 컬럼비아에서 행해진 6 단계의 시범 설비에 대한 시험에서 노리스와 애들러의 초기 설비는 쉽게 부러지는 결함이 발견되었다.
이 사이 켈렉스, 벨 전화 연구소, 그리고 베이클라이트 코퍼레이션에서는 니켈 분말을 이용한 방법이 개발되었다.
1944년 1월 그로브스는 켈렉스의 공정을 도입하라고 명령하였다.
켈렉스는 K-25 플랜트를 길이 800 미터에 달하는 U자 모양의 건축물로 설계하였다.
6개의 구획으로 나뉜 K-25는 각 구획마다 독립적으로 운용되었다.
특히 구획 사이가 완전히 분리되어 한 구획만 단독으로도 운용할 수 있도록 하였다.
1943년 3월 건축 기초 조사를 마치고, 8월부터 착공하여 1944년 4월 17일 6개의 구획이 모두 완공되었다.
그 사이 주 건물은 1943년 10월부터 가동되었다.
1945년 그로브스는 K-25를 이층으로 확장하려던 당초 계획을 취소하고 인근에 K-27을 짓도록 하였다.
그러나, K-27이 완공되기 전에 2차 세계 대전이 끝났다.
1945년 2월 K-25는 생산 설비를 운용하기 시작하였으며, 4월부터는 S-50 설비에서 처리된 농축우라늄을 재처리하였다.
K-25와 K-27은 전후에도 계속하여 가동될 예정이었으나 새로운 세대의 설비가 세워지면서 가동이 중단되었다.
열영동 동위원소 분리공정은 시드니 체프먼과 데이비드 엔스코그의 체프먼-엔스코그 이론을 기반으로 한 것이다.
이 이론은 혼합 기체가 서로 다른 온도를 갖는 구역에 놓일 때 무거운 기체는 차가운 쪽으로 가벼운 기체는 더운 쪽으로 몰린다는 것을 설명한다.
더운 기체는 상승하고 차가운 기체는 하강하게 되어 두 기체를 분리할 수 있게 된다.
이 이론에 따른 기체의 분리는 1938년 독일에서 H. 클루시스와 G. 디켈이 최초로 시연하였다.
열확산 분리공정은 미국 해군에서 먼저 개발하였으나 맨해튼 계획에서 사용되어, 기술자 사이뿐만 아니라 육군과 해군 사이의 협력을 통해 진행되었다.
미해군연구소는 필립 아벨슨의 지휘아래 연구를 지속하였지만 1944년 4월 이전에는 맨해튼 계획과 큰 교류가 없었다.
오펜하이머는 해군의 열영동 분리공정에 대한 소식을 듣고 Y-12 플랜트에 이 기술을 도입하자고 그로브스에게 제안하였다.
위원회의 검토결과 열영동 분리공정은 플랜트 건설에 2억5천 달러가 소요되고 주당 50 kg의 우라늄을 정제하여 그 가운데 0.9%에 해당하는 농축 우라늄-235를 생산할 수 있을 것으로 평가되었다.
그로브스는 1944년 1월 24일 플랜트 건설을 승인하였다.
S-50 플랜트는 니켈로 된 15 미터의 실린더 21기로 된 분리 공정 설비로, 인근 발전소에서 공급되는 증기를 이용하여 690 kPa 285 ℃의 고온고압 환경을 만들고 하부에는 물을 채워 68 ℃가 되도록 하였다.
1944년 7월 9일 착공하여 9월에 가동을 시작하였다.
이것을 기체확산 분리공정인 K-25 플랜트에 다시 공급하여 농축률을 23%까지 끌어올린 다음, 다시 전자기 분리공정인 Y-12 설비에 투입하여 최종 생산물을 만들어 내었다.
최종적으로 농축된 우라늄-235의 농축율은 89% 정도였다.
1945년 7월, 로스앨러모스 연구소는 89%의 우라늄-235로 구성된 농축우라늄 50Kg을 모았다.
이 농축우라늄은 포신형 핵무기의 재료로 사용되었다.
포신형 핵무기의 구조는 두 부분의 우라늄-235 덩어리로 되어있다.
한 쪽은 뇌관 역할을 하는 발사체이고 다른 한 쪽은 대규모 핵분열을 일으키기 위한 탄두이다.
뇌관이 발사되어 탄두와 충돌하면 폴로리움-베릴리움 변형 중성자 기폭제가 중성자를 방사하여 우라늄-235의 핵분열을 유도한다.
임계 질량의 조정은 얼마나 많은 핵분열 물질이 폭탄 내에 모였을 때 핵 연쇄 반응을 유발할 수 있을 것인지에 달렸다.
농축 우라늄 덩어리의 질량이 임계 질량에서 단 1%를 초과하여도 폭탄이 되기에 충분하다.
한편, 농축우라늄이라 할지라도 임계 질량 이하라면 핵 분열은 느리게 진행된다.
포신형 핵무기의 부품은 로스알하모스에서 파슨스 오 구역()으로 운반된 후 폭탄 제조에 사용되었다.
1945년 2월 완성된 핵폭탄에는 리틀보이라는 이름이 붙었다.
리틀보이에 장착된 농축우라늄은 50%에서 89%의 우라늄-235로 구성되어 있었고, 우라늄-235의 평균 농도는 85%였다.
리틀보이는 실제 사용되기 전에 별도의 실험을 거치지는 않았다.
폭탄 개발자들은 별도의 실험이 없더라도 리틀보이가 정확히 작동하리라고 예견하였다.
리틀보이에 장착된 농축 우라늄은 총 64Kg 이었고 이중 60%에 이르는 38.5Kg이 타겟용으로, 나머지 22.5Kg은 뇌관용으로 쓰였다.