Proxecto Manhattan

O Proxecto Manhattan (inglés: Manhattan Project) foi un proxecto de investigación e desenvolvemento levado a cabo durante a segunda guerra mundial que produciu as primeiras armas nucleares, liderado polos Estados Unidos co apoio do Reino Unido e do Canadá. Dende 1942 ata 1946 o proxecto estivo baixo a dirección do xeneral maior Leslie Groves do Corpo de Enxeñeiros do Exército dos Estados Unidos, mentres que o físico nuclear Robert Oppenheimer foi o director do Laboratorio de Los Alamos no que se deseñaron as propias bombas nucleares. A compoñente do exército deste proxecto recibiu a designación de Distrito Manhattan (inglés: Manhattan District), nome que gradualmente substituíu o nome en clave oficial, Desenvolvemento de Materiais Substitutos (inglés: Development of Substitute Materials). Durante o seu curso o proxecto absorbeu a súa contrapartida británica previa, o proxecto Tube Alloys. O Proxecto Manhattan comezou de forma modesta, medrando progresivamente ata ter máis de 130000 empregados e acadar un custo de case 2000 millóns de dólares. Máis do 90% do orzamento destinouse á construción de fábricas e á produción de materiais fisibles, con menos do 10% destinado ó desenvolvemento e produción de armas. A investigación e produción tivo lugar en máis de 30 localizacións por todos os Estados Unidos, Reino Unido e o Canadá.
Desenvolvéronse dous tipos de bombas atómicas de forma concorrente durante a guerra: unha arma de fisión de tipo balístico relativamente sinxela e unha arma nuclear de implosión de maior complexidade. O deseño de fisión da bomba Thin Man resultou ser pouco práctico para o seu uso con plutonio, polo que se desenvolveu unha arma máis sinxela denominada Little Boy que utilizaba uranio-235, un isótopo que constitúe só o 0, 7% do uranio en estado natural. Os traballadores do proxecto tiveron dificultades para separar este isótopo do uranio-238 por mor das súas semellanzas químicas e de masa. Empregaron tres métodos para o enriquecemento de uranio: mediante o uso de calutróns, por difusión gasosa e por termoforese. A maioría destes traballos leváronse a cabo nas instalacións Clinton Engineer Works en Oak Ridge, Tennessee.
En paralelo co traballo no uranio o proxecto continuou os traballos de produción de plutonio. Tras quedar demostrada a viabilidade do primeiro reactor nuclear artificial do mundo en Chicago no Laboratorio Metalúrxico, deseñouse o reactor de grafito X-10 en Oak Ridge, e os reactores de produción nas instalacións de Hanford Engineer Works, nos que o uranio irradiábase e transmutábase en plutonio, para posteriormente separar quimicamente o plutonio do uranio. A arma nuclear de implosión Fat Man desenvolveuse por medio dun deseño e desenvolvemento concertado no Laboratorio de Los Alamos.
O proxecto realizou tamén tarefas de contraintelixencia sobre o proxecto alemán de armas nucleares. Por medio da operación Alsos varios membros do Proxecto Manhattan serviron en Europa, en ocasións tralas liñas inimigas, apoderándose de materiais nucleares e documentación e trasladando a científicos alemáns cara a países Aliados. Por outra banda, malia a férrea seguridade do proxecto, varios espías atómicos soviéticos conseguiron infiltrarse no programa.
O primeiro artefacto nuclear detonado foi unha bomba de implosión na proba Trinity, realizada no Campo de tiro e bombardeo de Alamogordo o 16 de xullo de 1945. Dúas outras bombas de tipo Little Boy e Fat Man utilizáronse respectivamente un mes despois no bombardeo atómico de Hiroshima e Nagasaki. Nos anos inmediatamente posteriores á guerra o Proxecto Manhattan levou a cabo varias probas de armamento no atol Bikini como parte da operación Crossroads, desenvolveu novas armas, promocionou o desenvolvemento da rede de laboratorios nacionais, apoiou a investigación médica sobre a radioloxía e cimentou as bases da armada nuclear. O proxecto mantivo o control sobre a investigación e produción de armas nucleares estadounidenses ata a formación da Comisión da Enerxía Atómica dos Estados Unidos en xaneiro de 1947. Orixe
O descubrimento da fisión nuclear por parte dos químicos alemáns Otto Hahn e Fritz Strassmann en 1938, xunto coa súa explicación teórica por parte de Lise Meitner e Otto Robert Frisch, fixo que o desenvolvemento dunha bomba atómica fose unha posibilidade teórica. Nos Estados Unidos temíase que os alemáns fosen os primeiros en desenvolver unha destas bombas por medio do seu proxecto propio, especialmente por parte de científicos refuxiados dende a Alemaña Nazi e outros países fascistas. En agosto de 1939 os físicos de orixe húngara Leó Szilárd e Eugene Wigner redactaron a carta Einstein–Szilárd, na que advertían do potencial desenvolvemento de «bombas dunha nova clase extremadamente poderosas». Nela urxían os Estados Unidos a tomar medidas para adquirir reservas de mineral de uranio e acelerar a investigación de Enrico Fermi e outros científicos sobre as reaccións nucleares en cadea. Albert Einstein asinou esta carta, que lle foi entregada ó presidente Franklin D. Roosevelt. Roosevelt solicitoulle a Lyman Briggs, da Axencia Nacional de Estándares, que liderase o Comité Consultivo do Uranio para investigar os problemas indicados nesta carta. Briggs organizou unha reunión o 21 de outubro de 1939, á que asistiron Szilárd, Wigner e Edward Teller. O comité informou a Roosevelt en novembro que o uranio «fornecería unha posible fonte de bombas cunha capacidade de destrución moito maior que ningunha outra coñecida ata entón».
O Comité Consultivo do Uranio converteuse no Comité de Investigación de Defensa Nacional (inglés: National Defense Research Committee, NDRC) do Uranio o 27 de xuño de 1940. Briggs propuxo un gasto de 167000 dólares para a investigación do uranio, en particular do isótopo uranio-235, e do recentemente descuberto plutonio. O 28 de xuño de 1941 Roosevelt asinou a Orde Executiva 8807, coa que se creou a Oficina de Investigación e Desenvolvemento Científico (inglés: Office of Scientific Research and Development, OSRD) con Vannevar Bush na función de director. Esta oficina tiña o poder para adicarse a grandes proxectos de enxeñaría ademais dos de investigación. . O Comité NDRC do Uranio pasou a ser a sección S-1 da OSRD, eliminando do nome a palabra «uranio» por motivos de seguridade. .
En xuño de 1939 no Reino Unido, Frisch e Rudolf Peierls da Universidade de Birmingham realizaran avances significativos na investigación da masa crítica do uranio-235. Os seus cálculos indicaban que esta estaría dentro dunha orde de magnitude de 10 kg, unha cantidade suficientemente pequena como para levala cargada nun bombardeiro. O seu memorando Frisch–Peierls de marzo de 1940 iniciou o proxecto británico para unha bomba atómica e o seu Comité Maud, que recomendou de forma unánime a procura do desenvolvemento dunha bomba atómica. En xullo de 1940 o Reino Unido ofreceulles ós Estados Unidos o acceso ás súas investigacións científicas, e John Cockcroft foi o encargado de informar os científicos estadounidenses sobre os desenvolvementos británicos, como parte da Misión Tizard. Cockcroft decatouse de que o proxecto estadounidense era máis pequeno que o británico, e non estaba tan avanzado.
Como parte do intercambio científico, transmitíronse os descubrimentos do Comité Maud ós Estados Unidos. Un dos seus membros, o físico australiano Mark Oliphant, voou ata os Estados Unidos a finais de agosto de 1941 e decatouse que os datos fornecidos polo comité non lle chegaran a varios dos principais científicos estadounidenses. Oliphant procurou saber por que estes descubrimentos estaban a ser aparentemente ignorados. Reuniuse coa sección S-1 da OSRD e visitou Berkeley en California, conversando de forma persuasiva con Ernest Lawrence. Lawrence quedou suficientemente impresionado como para comezar a súa propia investigación no uranio. Oliphant seguiu reuníndose con outros investigadores, incluíndo James B. Conant, Arthur Compton e George B. Pegram, conseguindo desta forma que os principais físicos estadounidenses estivesen ó tanto do potencial das bombas atómicas.
O 9 de outubro de 1941 o presidente Roosevelt aprobou o programa atómico tras unha reunión con Vannevar Bush e o vicepresidente Henry A. Wallace. Para controlar o programa creou un Grupo Político Superior composto por el mesmo—aínda que nunca asistiu a ningunha das súas reunións—Wallace, Bush, Conant, o secretario de guerra Henry L. Stimson e o Xefe de Persoal do Exército, o xeneral George C. Marshall. Roosevelt seleccionou o exército para dirixir o proxecto no lugar da Armada xa que o exército tiña máis experiencia no manexo de proxectos de construción a grande escala. Tamén estivo de acordo en coordinar os traballos cos británicos, enviándolle unha mensaxe ó primeiro ministro Winston Churchill o 11 de outubro de 1941, no que suxería que eles estaban de acordo nos asuntos atómicos. Viabilidade
Propostas
O Comité S-1 mantivo unha reunión o 18 de decembro de 1941, segundo Vincent Jones, «impregnado dunha atmosfera de entusiasmo e urxencia», tralos eventos do ataque a Pearl Harbor e a subsecuente declaración de guerra dos Estados Unidos ó Xapón e a Alemaña. Estaban en curso o traballo de investigación en tres técnicas para a separación de isótopos, para separar o uranio-235 do máis abondoso uranio-238. Lawrence e o seu equipo da Universidade de California investigaron a separación electromagnética, mentres que o equipo de Eger Murphree e Jesse Wakefield Beams investigou a difusión gasosa na Universidade de Columbia e Philip Abelson dirixiu unha investigación sobre a difusión térmica na Institución Carnegie de Washington e posteriormente no Laboratorio de Investigación Naval. Murphree liderou tamén outro proxecto de investigación da separación sen éxito, mediante o uso dunha centrifugadora de gas.
Ao mesmo tempo había dúas liñas de investigación en progreso para a tecnoloxía de reactores nucleares, con Harold Urey continuando a investigación da auga pesada en Columbia, mentres que Arthur Compton reuniu os científicos traballando baixo a súa supervisión dende Columbia, California e da Universidade Princeton no seu equipo da Universidade de Chicago, onde organizou o Laboratorio Metalúrxico a comezos de 1942 para estudar o plutonio e os reactores que utilizaban o grafito como moderador de neutróns. Briggs, Compton, Lawrence, Murphree e Urey reuníronse o 23 de maio de 1942 para finalizar as recomendacións do Comité S-1, nas que se instaba a perseguir as cinco tecnoloxías. As medidas propostas foron aprobadas por Bush, Conant e o xeneral de brigada Wilhelm D. Styer, xefe de persoal do Servizo de Subministración de Brehon B. Somervell, quen fora designado como representante do exército para os asuntos nucleares. Bush e Conant levaron as recomendacións ó Grupo de Política Superior cunha proposta de orzamento de 54 millóns de dólares para construción por parte do Corpo de Enxeñeiros do Exército dos Estados Unidos, 31 millóns de dólares para investigación e desenvolvemento para a OSRD e 5 millóns de dólares para continxencias no ano fiscal de 1943. O Grupo envioulle esta proposta ó presidente o 17 de xuño de 1942 e foi finalmente aprobada.
Conceptos de deseño de bombas
Compton pediulle ó físico teórico Robert Oppenheimer, da Universidade de California, que tomase o relevo na investigación sobre os cálculos de neutróns rápidos—a chave para os cálculos da masa crítica e da detonación das armas—de Gregory Breit, que resignara o 18 de maio de 1942 preocupado pola laxa seguridade operacional. John H. Manley, un dos físicos do Laboratorio Metalúrxico, recibiu a asignación de axudar a Oppenheimer contactando e coordinando grupos de físicos experimentais repartidos por todo o país. Oppenheimer e Robert Serber da Universidade de Illinois examinaron os problemas da difusión de neutróns, é dicir, como se moven os neutróns nunha reacción nuclear en cadea, e da hidrodinámica, isto é, como se comportaría a explosión producida pola reacción en cadea. Para revisar este traballo e a teoría xeral das reaccións de fisión, Oppenheimer e Fermi mantiveron varias reunións na Universidade de Chicago en xuño e na Universidade de California en xullo, xunto ós físicos teóricos Hans Bethe, John Van Vleck, Edward Teller, Emil Konopinski, Robert Serber, Stan Frankel e Eldred C. Nelson, os tres últimos antigos estudantes baixo o propio Oppenheimer, e cos físicos experimentais Emilio Segrè, Felix Bloch, Franco Rasetti, John Henry Manley e Edwin McMillan. O grupo confirmou de forma provisional que unha bomba de fisión era teoricamente posible.
Porén aínda quedaban moitos factores descoñecidos para os científicos. As propiedades do uranio-235 puro eran relativamente descoñecidas, igual que as do plutonio, elemento que fora descuberto en febreiro de 1941 por Glenn Seaborg e o seu equipo. Os científicos da conferencia de Berkeley tiñan a visión de crear plutonio en reactores nucleares onde os átomos de uranio-238 absorberían neutróns emitidos a partir da fisión de átomos de uranio-235. Naquel momento aínda non se construíra ningún reactor, e só dispoñían de pequenas cantidades de plutonio obtido por medio dun ciclotrón. En decembro de 1943 só se produciran 2 mg deste elemento. A forma máis sinxela para levar o material fisible ata unha masa crítica era a de disparar un «tapón cilíndrico» nunha esfera de material activo cun «seguro», un material denso que enfocaría os neutróns cara a dentro e mantería unida a masa reactiva para incrementar a súa eficiencia. Tamén exploraron deseños de esferoides, unha forma primitiva de implosión suxerida por Richard C. Tolman, así como a posibilidade de levar a cabo métodos autocatalíticos que incrementarían a eficiencia da bomba durante a súa explosión.
Considerando que a idea da bomba de fisión estaba teoricamente asentada, polo menos ata que se obtivesen máis datos experimentais, a conferencia de Berkeley tornou cara a unha nova dirección. Edward Teller promoveu o debate sobre unha bomba máis poderosa, a denominada «super», coñecida posteriormente como «bomba de hidróxeno», que utilizaría a forza explosiva da detonación dunha bomba de fisión para iniciar unha reacción de fusión nuclear de deuterio e tritio. Teller propuxo varios esquemas, todos eles rexeitados por Bethe, e a idea da fusión quedou apartada para concentrarse na produción de bombas de fisión. Teller tamén constatou a posibilidade especulativa de que unha bomba atómica podería «prender» a atmosfera por mor dunha hipotética reacción de fusión dos núcleos de nitróxeno. Bethe calculou que isto non podería suceder, e nun informe coa coautoría de Teller demostraron que «non hai posibilidades de que inicie unha autopropagación de reaccións nucleares en cadea». En palabras de Serber, Oppenheimer mencionoulle isto a Arthur Compton, quen «non tivo o sentido común suficiente como para manterse calado sobre o tema. .. de algunha forma acabou nun documento que foi enviado a Washington», e «nunca se puxo fin a cuestión». Organización
Distrito Manhattan
En xuño de 1942 o Xefe de Enxeñeiros, o xeneral maior Eugene Reybold, escolleu o coronel James C. Marshall para liderar a parte do exército no proxecto. Marshall creou unha oficina de enlace en Washington, D. C. , aínda que estableceu o seu cuartel xeral no 18º piso da Torre 270 en Nova York, dende onde podía tomar apoio administrativo da División Atlántico Norte do Corpo de Enxeñeiros. Ademais estaba preto da oficina en Manhattan de Stone & Webster, o principal contratista do proxecto, e da Universidade de Columbia. Tiña tamén permiso para trasladar a persoal do seu mando anterior, o Distrito Syracuse, e comezou por recrutar o tenente coronel Kenneth Nichols, que pasou a ser o seu subxefe. Xa que gran parte do proxecto involucraba tarefas de construción, Marshall traballou en cooperación co xefe da División de Construción do Corpo de Enxeñeiros, o xeneral maior Thomas M. Robbins, e co seu subxefe, o coronel Leslie Groves. Os xenerais Eugene Reybold, Brehon B. Somervell e Wilhelm D. Styer decidiron denominar o proxecto «Desenvolvemento de Materiais Substitutos» (inglés: Development of Substitute Materials), mais Groves consideraba que este nome chamaría demasiado a atención. Xa que os distritos de enxeñaría adoitaban levar o nome da cidade onde estaban localizados, Marshall e Groves acordaron nomear a compoñente do Exército deste proxecto coma o Distrito Manhattan. Este nome fíxose oficial o 13 de agosto cando Reybold emitiu unha orde para a creación do novo distrito. De forma máis informal tamén se coñecía como o Distrito Manhattan de Enxeñaría (inglés: Manhattan Engineer District, MED). A diferenza doutros distritos non tiña límites xeográficos, e Marshall tiña a autoridade dun enxeñeiro de división. O nome de Desenvolvemento de Materiais Substitutos mantívose como o nome en clave oficial do proxecto no seu conxunto, mais foi substituído eventualmente polo de «Manhattan».
Marshall afirmou en declaracións posteriores: «Nunca oíra falar da fisión atómica pero si sabía que non se podía construír unha planta, e moito menos catro delas por 90 millóns». Nichols fora o encargado de construír unha planta de TNT recentemente en Pensilvania, cun custo de 128 millóns de dólares. Un equipo de sondaxe de Stone & Webster xa tiña explorado unha localización para as plantas de produción. A Xunta de Produción de Guerra recomendou localizacións preto de Knoxville, Tennessee, unha rexión illada onde a Autoridade do Val de Tennessee podía fornecer dunha elevada capacidade eléctrica e onde os ríos podían fornecer auga para a refrixeración dos reactores. Tras examinar varias localizacións, o equipo de sondaxe seleccionou unha preto de Elza, Tennessee. Conant propuxo que se adquirise o terreo de forma inmediata e Styer estivo de acordo, mais Marshall temporizou o asunto, agardando os resultados dos experimentos do reactor de Conant antes de tomar accións. De tódolos procesos en perspectiva, só o de separación electrónica de Lawrence semellaba o suficientemente avanzado na súa definición como para que comezasen as construcións.
Marshall e Nichols comezaron a reunir os recursos que precisaban. O primeiro paso era o obter unha clasificación de alta prioridade para o proxecto. As clasificacións máis altas ían dende AA-1 ata AA-4 en orde descendente, aínda que tamén existía unha clasificación especial AAA reservada para emerxencias. As clasificacións AA-1 e AA-2 estaban reservadas para equipamento e armamento esencial, polo que o coronel Lucius D. Clay, xefe substituto de persoal no departamento de Servizos e Subministración, considerou que a clasificación máis alta que lle podía outorgar ó proxecto era AA-3, aínda que se mostrou disposto a dar unha clasificación AAA baixo petición para materiais críticos se xurdía a necesidade. Nichols e Marshall quedaron decepcionados con isto, xa que AA-3 era a mesma prioridade que obtivera a planta de TNT de Nichols en Pensilvania.
Comité de Política Militar
Vannevar Bush estaba insatisfeito pola lentitude coa que avanzaba o proxecto baixo o mando do coronel Marshall, e máis especificamente coa incapacidade para adquirir a localización de Tennessee, a baixa prioridade que lle asignara o exército ó proxecto e a localización do cuartel xeral en Nova York. Consideraba que o proxecto precisaba un liderado máis agresivo, e reuniuse con Harvey Bundy e os xenerais Marshall, Somervell e Styer para debater sobre as súas preocupacións. Bush desexaba que o proxecto estivese baixo un comité político superior, cun oficial de prestixio como director xeral, preferiblemente Styer.
Somervell e Styer escolleron a Groves para este posto, informándolle da decisión e do seu ascenso a xeneral de brigada o 17 de setembro, xa que consideraban que o título de «xeneral» sería de máis influencia para os académicos que traballaban no proxecto. Groves quedaba desta forma directamente baixo as ordes de Somervell no canto de Reybold, e co coronel Marshall baixo o seu mando. Groves estableceu o seu cuartel xeral en Washington, D. C. , no quinto piso do edificio do Novo Departamento de Guerra, onde o coronel Marshall tiña a súa oficina de enlace. Asumiu o mando do Proxecto Manhattan o 23 de setembro, e ese mesmo día asistiu a unha reunión convocada por Stimson, na que se estableceu un Comité de Política Militar composto por Bush (con Conant como substituto), Styer e o vicealmirante William R. Purnell. Tolman e Conant foron designados posteriormente conselleiros científicos de Groves.
O 19 de setembro Groves reuniuse con Donald Nelson, presidente da Xunta de Produción de Guerra, pedíndolle unha maior autoridade para asignar unha clasificación AAA cando fose necesario. Nelson opúxose a isto nun primeiro momento, pero aceptou cando Groves ameazou con levar o asunto perante o presidente. Groves prometeu que non utilizaría esta clasificación a menos que fose estritamente necesario. Porén, resultou que a clasificación AAA era demasiado alta para os requirimentos de rutina do proxecto, mentres que a AA-3 era demasiado baixa. Tras unha longa campaña, Groves recibiu finalmente a autoridade AA-1 o 1 de xullo de 1944.
Un dos primeiros problemas para Groves foi o de atopar un director para o Proxecto Y, o grupo que deseñaría e construiría a bomba. A elección máis obvia para el era un dos xefes dos tres laboratorios, Urey, Lawrence ou Compton, mais Groves non podía permitirse trasladalos. Compton recomendou a Oppenheimer, quen xa estaba familiarizado cos conceptos de deseño de bombas. Porén, Oppenheimer tiña moi pouca experiencia administrativa, e ó contrario que os outros tres xefes de laboratorio, non gañara un premio Nobel, algo que moitos científicos consideraban que debería ter o director dun laboratorio tan importante. Tamén existían preocupacións polo estado de seguridade de Oppenheimer, xa que moitos dos seus asociados eran comunistas, incluído o seu irmán Frank Oppenheimer, a súa muller Kitty e a súa noiva Jean Tatlock. Tras unha conversa durante unha viaxe en tren en outubro de 1942, Groves e Nichols quedaron convencidos de que Oppenheimer comprendía os desafíos de establecer un laboratorio nunha zona remota e que debería ser nomeado o director. Groves dispensou persoalmente os requirimentos de seguridade e outorgoulle a autorización Oppenheimer o 20 de xullo de 1943.
Colaboración co Reino Unido
Os británicos e os estadounidenses intercambiaron información nuclear pero nun primeiro momento non combinaron os seus esforzos. O Reino Unido rexeitou os intentos de Bush e Conant en 1941 de aumentar a cooperación co seu propio proxecto, de nome en clave Tube Alloys, xa que non estaban dispostos a compartir o seu liderado tecnolóxico para axudar os Estados Unidos a desenvolver a súa propia bomba atómica. Churchill non respondeu a unha carta persoal de Roosevelt na que se ofrecía a pagar os custos de toda a investigación e desenvolvemento dun proxecto angloestadounidense, polo que os Estados Unidos decidiron en abril de 1942 que seguirían adiante en solitario. Os británicos, que realizaran contribucións significativas nos primeiros momentos da guerra, non posuían xa os recursos necesarios para continuar un programa de investigación deste tipo ó mesmo tempo que loitaban pola súa supervivencia, polo que o proxecto Tube Alloys quedou atrás en comparación coa contrapartida estadounidense. O 30 de xullo de 1942 John Anderson, ministro responsable do proxecto Tube Alloys, díxolle a Churchill: «Debemos afrontar o feito de que. .. [o noso] traballo pioneiro. .. é un activo minguante e que, se non o capitalizamos rapidamente, quedaremos en desvantaxe. Agora temos unha contribución real para unha “fusión”. En pouco tempo teremos pouca ou ningunha». Ese mesmo mes Churchill e Roosevelt chegaron a un acordo informal e non escrito para unha colaboración na cuestión atómica. Porén, a oportunidade para unha colaboración igualitaria xa non existía, quedando demostrado en agosto de 1942 cando os británicos solicitaron sen éxito un control substancial sobre o proxecto sen cubrir ningún gasto. En 1943 os papeis de ámbolos dous países deran a volta en comparación con finais de 1941. En xaneiro Conant notificoulle os británicos que xa non recibirían máis información sobre o asunto atómico agás en certas áreas. Os británicos quedaron conmocionados pola derrogación do acordo previo entre Churchill e Roosevelt, mais o xefe do Consello Nacional de Investigación do Canadá C. J. Mackenzie non quedou tan sorprendido, chegando a afirmar: «Non podo evitar sentir que o grupo do Reino Unido deulle demasiado énfase á importancia da súa contribución en comparación cos estadounidenses».
A posición negociadora dos británicos empeorara. Os científicos estadounidenses decidiran que os Estados Unidos xa non precisaban de axuda externa, e tentaron evitar que o Reino Unido puidese aproveitar aplicacións comerciais trala guerra para a enerxía atómica. O comité estadounidense acordou, co apoio de Roosevelt, restrinxir o fluxo de información cara ó Reino Unido durante a guerra, en especial o relativo ó deseño de bombas. A comezos de 1943 os británicos deixaron de enviar científicos e investigacións ós Estados Unidos, e en consecuencia os estadounidenses cesaron de compartir información. Os británicos consideraron finalizar a subministración de uranio e auga pesada procedente do Canadá para obrigar os estadounidenses a compartir información, mais o Canadá precisaba de subministración estadounidense para producir estes elementos. Os británicos investigaron tamén a posibilidade de levar a cabo un programa nuclear independente, mais determinaron que non estaría listo a tempo como para afectar o resultado da guerra en Europa.
En marzo de 1943 Conant decidiu que a axuda británica sería beneficiosa nalgunhas áreas do proxecto. James Chadwick e outros científicos británicos eran o suficientemente importantes como para que fosen necesarios para o equipo de deseño de bombas de Los Alamos, malia o risco de revelación de segredos sobre o deseño de armas. En agosto de 1943 Churchill e Roosevelt negociaron o Acordo do Quebec, retomando a cooperación entre científicos dos dous países. O Reino Unido aceptou as restricións de información sobre a construción de plantas de produción a grande escala necesarias para a bomba. O subsecuente Acordo de Hyde Park en setembro de 1944 estendeu esta cooperación ata o período de posguerra. O Acordo do Quebec estableceu o Comité de Política Combinada para coordinar os esforzos dos Estados Unidos, do Reino Unido e do Canadá. Stimson, Bush e Conant foron os membros estadounidenses deste comité, o almirante de campo John Dill e o coronel J. J. Llewellin eran os membros británicos, e C. D. Howe o canadense. Llewellin volveu ó Reino Unido a finais de 1943 e foi substituído no comité por Ronald Ian Campbell, que á súa vez foi substituído posteriormente polo embaixador británico nos Estados Unidos Lord Halifax a comezos de 1945. John Dill finou en Washington, D. C. en novembro de 1944 e foi substituído polo almirante de campo Henry Maitland Wilson.
A cooperación reiniciouse tralo Acordo do Quebec, e os británicos quedaron sorprendidos polos gastos e progresos que levaban feitos os estadounidenses. Os Estados Unidos levaban gastados máis de 1000 millóns de dólares, mentres que o Reino Unido levaba invertidas 500000 libras. Chadwick fixo presión para que os británicos se involucrasen no Proxecto Manhattan por completo abandonando calquera esperanza dun proxecto británico durante a guerra. Contando co apoio de Churchill, tentou asegurar que se cumprisen tódalas peticións de axuda por parte de Groves. A misión británica que chegou ós Estados Unidos en decembro de 1943 incluía a Niels Bohr, Otto Frisch, Klaus Fuchs, Rudolf Peierls e Ernest Titterton. Máis científicos chegaron a comezos de 1944. Mentres que os que foron asignados á difusión gasosa marcharon en outono de 1944, os 35 que traballaban con Lawrence en Berkeley foron asignados a grupos de laboratorio xa existentes e permaneceron ata a fin da guerra. Os 19 que foran enviados a Los Alamos uníronse tamén a grupos xa existentes, principalmente relacionados coa ensamblaxe e implosión da bomba, mais non cos relacionados co plutonio. Parte do Acordo do Quebec especificaba que as armas nucleares non serían utilizadas contra ningún outro país sen o consentimento mutuo. En xuño de 1945 Wilson acordou que o uso das armas nucleares contra o Xapón quedaría rexistrado como unha decisión do Comité de Política Combinada.
O Comité de Política Combinada creou o Fondo de Desenvolvemento Combinado en xuño de 1944, con Groves como presidente, para procurar mineral de uranio e torio nos mercados internacionais. O Congo Belga e o Canadá posuían gran parte do uranio do mundo fóra de Europa oriental, e o goberno belga no exilio estaba daquela en Londres. O Reino Unido acordou darlles ós Estados Unidos a maioría do mineral belga, xa que eles non podían darlle uso sen a investigación restrinxida polos estadounidenses. En 1944 o Fondo adquiriu 1560000 kg de mineral de óxido de uranio a compañías que operaban minas no Congo Belga. Para poder evitar informar o Secretario do Tesouro estadounidense Henry Morgenthau Jr. sobre o proxecto, utilizaron unha conta bancaria especial non suxeita ás habituais auditorías e controis polos que tiñan que pasar este tipo de fondos. Entre 1944 e o momento no que dimitiu do Fondo en 1947, Groves depositou un total de 37, 5 millóns de dólares na conta do Fondo.
Groves apreciou a investigación atómica inicial dos británicos e as contribucións dos científicos británicos ó proxecto, mais afirmou que os Estados Unidos houberan conseguido o mesmo éxito sen eles. A participación no proxecto dos británicos durante o tempo de guerra foi crucial para o éxito do programa independente de armas nucleares do Reino Unido trala guerra, cando a Acta McMahon de 1946 finalizou de forma temporal a cooperación nuclear estadounidense. Localizacións do proxecto
Oak Ridge
Ó día seguinte de tomar o control do proxecto, Groves tomou un tren cara a Tennessee xunto ó coronel Marshall para inspeccionar a localización proposta alí, e quedou impresionado ó chegar. O 29 de setembro de 1942 o vicesecretario de guerra dos Estados Unidos Robert P. Patterson autorizoulle ó Corpo de Enxeñeiros a adquisición de 23000 ha de terreo por expropiación cun custo de 3, 5 millóns de dólares, cunha adquisición posterior doutros 1200 ha de terreo. Ó redor dun milleiro de familias quedaron afectadas pola orde de expropiación, que se fixo efectiva o 7 de outubro. As diversas manifestacións, apelacións legais e unha consulta no Congreso en 1943 non tiveron éxito. A mediados de novembro os Marshals comezaron a pegar carteis de desafiuzamento nas portas das granxas con dúas semanas de antelación, e comezaron a chegar os contratistas das construcións. Algunhas familias recibiron un aviso de dúas semanas para marchar das súas granxas nas que levaban vivindo varias xeracións, mentres que outras se asentaran alí tras ser desaloxados por mor da creación do Parque Nacional das Grandes Montañas Fumegantes nos anos 1920 ou da construción da presa Norris nos anos 1930. O custo final da adquisición de terreos na zona, proceso que non finalizou ata marzo de 1945, foi de 2, 6 millóns de dólares.
Inicialmente coñecido como Kingston Demolition Range, o lugar renomeouse oficialmente a Clinton Engineer Works (CEW) a comezos de 1943. Mentres que Stone & Webster se concentrou nas instalacións de produción, a compañía de arquitectura e enxeñaría Skidmore, Owings & Merrill deseñou e construíu unha comunidade residencial para 13000 persoas, localizada nos outeiros de Black Oak Ridge, do que a nova vila de Oak Ridge tomou o seu nome. A presenza do exército en Oak Ridge aumentou en agosto de 1943 cando Nichols substituíu a Marshall como xefe do Distrito Manhattan. Unha das súas primeiras tarefas foi a de trasladar o cuartel xeral do distrito ata Oak Ridge, aínda que non se cambiou o nome do distrito. En setembro de 1943 a administración das instalacións comunais subcontratouse a Turner Construction Company por medio dunha subsidiaria, Roane-Anderson Company. Nestas instalacións varios enxeñeiros químicos tomaron parte nos traballos de produción de uranio-235 enriquecido entre un 10% e un 12%, coñecido co nome en clave «tetraóxido de tubaliaxe» (inglés: tuballoy tetroxide), baixo grandes medidas de seguridade e rápidas aprobacións de peticións de subministración e materiais. A poboación de Oak Ridge aumentou máis do planeado inicialmente, acadando os 75000 residentes en maio de 1945, cunhas 82000 persoas traballando en Clinton Engineer Works e outras 10000 en Roane-Anderson.
Los Alamos
A idea de localizar o Proxecto Y en Oak Ridge chegou a ser considerada, mais ó final decidiuse que este proxecto debería levarse a cabo nunha localización remota. Por recomendación de Oppenheimer a procura dunha localización axeitada limitouse ós arredores de Albuquerque en Novo México, onde Oppenheimer posuía un rancho. En outubro de 1942 o oficial John H. Dudley foi enviado a sondar a zona, recomendando un lugar preto de Jemez Springs. O 16 de novembro Oppenheimer, Groves, Dudley e outros visitaron a zona recomendada. A Oppenheimer preocupáballe que os altos riscos que arrodeaban o lugar poderían facer que os traballadores sentisen claustrofobia, mentres que os enxeñeiros estaban preocupados polas posibilidades de inundacións. O grupo trasladouse entón ás proximidades de Los Alamos Ranch School. Oppenheimer quedou impresionado e expresou unha forte preferencia por esta localización, citando a súa beleza natural e as vistas das Montañas Sangre de Cristo. Ós enxeñeiros preocupáballes a mala estrada de acceso a esta zona e se a subministración de auga sería a axeitada, pero indicaron que polo resto a localización era ideal.
Patterson aprobou a adquisición do terreo o 25 de novembro de 1942, autorizando uns 440000 dólares para a compra dun terreo de 22000 ha, das que todas menos 3600 ha xa eran de titularidade do Goberno Federal. A maiores, o secretario de Agricultura Claude R. Wickard cedeulle o uso doutras 18300 ha de terreo pertencente ó Servizo de Bosques dos Estados Unidos ó Departamento de Guerra. A necesidade de terreo, dunha nova estrada e posteriormente de dereitos de paso para unha nova liña eléctrica de 40 km, fixo que a adquisición de terreo fose eventualmente dunhas 18509 ha, aínda que o gasto só foi de 414971 dólares. A construción foi asignada á empresa M. M. Sundt Company de Tucson, con Willard C. Kruger and Associates de Santa Fe como arquitectos e enxeñeiros. As obras comezaron en decembro de 1942. Groves asignou nun primeiro momento uns 300000 dólares para a construción, o triplo da estimación de Oppenheimer, cunha data estimada de finalización para o 15 de marzo de 1943. O alcance do Proxecto Y era maior do inicialmente agardado, e para cando as obras remataron o 30 de novembro de 1943 o custo ascendera a máis de 7 millóns de dólares. Debido a que era segredo, Los Alamos recibía os nomes de «Localización Y» ou «o Monte». Os certificados de nacemento dos nados en Los Alamos durante a guerra indicaban o seu lugar de nacemento en Santa Fe. Nun primeiro momento Los Alamos ía ser un laboratorio militar con Oppenheimer e outros investigadores comisionados no exército, mais dous dos físicos chave do proxecto, Robert Bacher e Isidor Rabi, rexeitaron esta idea. Conant, Groves e Oppenheimer definiron entón un compromiso polo que o laboratorio estaría operado pola Universidade de California nun contrato co Departamento de Guerra.
Chicago
Durante un consello do exército e da OSRD que tivo lugar o 25 de xuño de 1942 decidiuse construír unha planta piloto para a produción de plutonio en Red Gate Woods, ó sueste de Chicago. En xullo Nichols acordou unha cesión de 415 ha do Distrito de Preservación de Bosques do Condado de Cook, e o capitán James F. Grafton foi nomeado enxeñeiro de zona en Chicago. En pouco tempo fíxose aparente que a escala das operacións planeadas era demasiado grande para aquel terreo, polo que finalmente decidiuse construír a planta en Oak Ridge e manter unhas instalacións de investigación e probas en Chicago.
Os atrasos no establecemento da planta en Red Gate Woods provocou que Compton autorizase ó Laboratorio Metalúrxico a construción do primeiro reactor nuclear baixo as bancadas de Stagg Field na Universidade de Chicago. Este reactor requiriu unha gran cantidade de bloques de grafito e bólas de uranio. Naquel momento a dispoñibilidade de uranio puro era limitada. Frank Spedding da Universidade Estatal de Iowa foi capaz de producir só dúas toneladas curtas de uranio puro. Outras tres toneladas curtas adicionais de metal de uranio foron subministradas por Westinghouse Lamp Plant, producidas rapidamente mediante un proceso improvisado. Goodyear construíu un gran globo cadrado para revestir o reactor. O 2 de decembro de 1942, un equipo liderado por Enrico Fermi iniciou a primeira reacción nuclear artificial en cadea autosostible nun reactor experimental coñecido como Chicago Pile-1. O punto no que a reacción pasa a ser autosostible pasou a chamarse «punto crítico». Compton informou a Conant sobre este éxito en Washington, D. C. por medio dunha chamada de teléfono codificada, dicindo: «O navegante italiano [Fermi] acaba de aterrar no novo mundo».
En xaneiro de 1943 o sucesor de Grafton, Arthur V. Peterson, ordenou o desmantelamento do reactor Chicago Pile-1 e o seu reensamblado en Red Gate Woods, xa que consideraba a operación dun reactor algo demasiado perigoso como para permanecer nunha zona densamente poboada. Na localización de Argonne, o Chicago Pile-3, o primeiro reactor de auga pesada, acadou o punto crítico o 15 de maio de 1944. Trala guerra as operacións que continuaban aínda en Red Gate trasladáronse á nova localización do Laboratorio Nacional Argonne, a uns 9, 7 km de distancia.
Hanford
En decembro de 1942 xurdiron preocupacións de que incluso Oak Ridge estaba demasiado preto a un centro de poboación principal (Knoxville) en caso de accidente nuclear grave. En novembro dese ano Groves solicitara os servizos de DuPont como principal contratista para a construción do complexo de produción de plutonio. A oferta de traballo para DuPont incluía un contrato estándar, mais o presidente da empresa, Walter S. Carpenter, Jr. , non desexaba obter beneficios pola mesma, polo que solicitou que o contrato se axeitase para excluír de forma explícita que a compañía puidese adquirir calquera dereito de patente. Por motivos legais tiveron que acordar unha tarifa dun dólar, e trala guerra DuPont solicitou a rescisión do contrato antes da data acordada inicialmente. DuPont recomendou que o sitio estivese localizado lonxe das instalacións de produción de uranio xa construídas en Oak Ridge. En decembro de 1942 Groves enviou o coronel Franklin Matthias e varios enxeñeiros de DuPont a sondar potenciais localizacións. Matthias informou que o lugar de Hanford preto de Richland, Washington, era «ideal en virtualmente tódolos aspectos». Estaba illado e preto do río Columbia, que podería fornecer suficiente auga para arrefriar os reactores que producirían o plutonio. Groves visitou a localización en xaneiro e estableceu o sitio coa denominación de Hanford Engineer Works (HEW), co nome en clave «Sitio W».
O vicesecretario Patterson deu a súa aprobación o 9 de febreiro de 1943, asignando 5 millóns de dólares para a adquisición de 16000 ha de terreo na zona. O goberno federal trasladou a uns 1500 residentes de White Bluffs, Hanford e outros asentamentos da zona, ademais dos wanapum e outros nativos presentes na zona. Houbo disputas con varios granxeiros que solicitaban compensacións polos cultivos, que xa plantaran antes de que o goberno adquirise os terreos, e o exército permitiulles finalizar a colleita dalgúns destes cultivos en casos puntuais. O proceso de adquisición do terreo estendeuse no tempo e non se completou antes da fin do Proxecto Manhattan en decembro de 1946.
Malia que o progreso no deseño de reactores no Laboratorio Metalúrxico e por parte de DuPont non estaba o suficientemente avanzado como para predicir con exactitude o alcance do proxecto, os traballos nas instalacións comezaron en abril de 1943 cunha estimación de 25000 traballadores, coa metade destes vivindo no lugar. A data de xullo de 1944 construíranse uns 1200 edificios e case 51000 persoas vivían no campo de construción. Como enxeñeiro de zona, Matthias exerceu o control xeral da localización. No seu momento álxido, o campo de construción chegou a ser a terceira vila máis poboada do estado de Washington. Hanford operaba unha frota de máis de 900 autobuses, máis que na cidade de Chicago. De forma semellante a Los Alamos e Oak Ridge, Richland era unha comunidade pechada con acceso restrinxido, aínda que se asemellaba máis ás poboacións estadounidenses de rápido crecemento daquel entón, xa que o perfil militar era menor e os elementos físicos de seguridade como valados e torres de garda eran menos evidentes.
Localizacións no Canadá
A compañía Cominco levaba producindo hidróxeno electrolítico en Trail, Columbia Británica, dende 1930. En 1941 Urey suxeriu que tamén podería producir auga pesada. Á xa existente planta de 10 millóns de dólares composta de 3215 células cun consumo eléctrico de 75 MW engadíronse células de electrólise secundarias para incrementar a concentración de deuterio na auga dende o 2, 3% ata o 99, 8%. Para este proceso Hugh Taylor de Princeton desenvolveu un proceso de catálise de platino sobre carbono para as tres primeiras etapas, mentres que Urey desenvolveu un proceso de níquel-óxido de cromo para a torre da cuarta fase. O custo final foi de 2, 8 millóns de dólares, e o goberno do Canadá non tivo coñecemento oficial deste proxecto ata agosto de 1942. A produción de auga pesada en Trail comezou en xaneiro de 1944 e continuou ata 1956. Esta auga pesada utilizouse na Chicago Pile-3, o primeiro reactor nuclear en usar auga pesada e uranio natural, que acadou o punto crítico o 15 de maio de 1944.
A localización de Chalk River en Ontario estableceuse para aloxar o esforzo Aliado no Laboratorio de Montreal lonxe das zonas urbanas. Construíuse unha nova comunidade en Deep River para fornecer residencias e instalacións ós membros do equipo. O sitio escolleuse pola súa proximidade á zona industrial de Ontario e Quebec, e pola proximidade do fin de vía de tren adxacente á base militar de Camp Petawawa. Situado ó carón do río Ottawa, este sitio tiña tamén acceso á suficiente auga necesaria. O primeiro director do novo laboratorio foi Hans von Halban, sucedido en maio de 1944 por John Cockcroft e posteriormente por Bennett Lewis en setembro de 1946. O primeiro reactor canadense foi o reactor piloto coñecido como ZEEP (inglés: zero-energy experimental pile), sendo tamén o primeiro en completarse fóra dos Estados Unidos cando acadou o seu punto crítico en setembro de 1945. O reactor ZEEP mantívose en uso ata o ano 1970. En xullo de 1947 completouse e acadou o punto crítico un reactor máis grande de 10 MW, o denominado NRX, que foi deseñado durante a guerra.
Localizacións de auga pesada
Malia que os deseños preferidos por DuPont para os reactores nucleares estaban refrixerados con helio e usaban grafito como moderador, DuPont expresou o seu interese no uso de auga pesada como apoio de continxencia, en caso de que o deseño de reactor de grafito fose inviable por calquera motivo. Para este propósito estimouse que se precisarían unhas 3 toneladas de auga pesada por mes. O Proxecto P-9 foi o nome en clave do goberno para o programa de produción de auga pesada. Como a planta de Trail, daquela aínda en construción, podía producir unha media tonelada por mes, precisábase unha capacidade adicional. Groves autorizou a DuPont a establecer instalacións de produción de auga pesada en Morgantown Ordnance Works, preto de Morgantown, Virxinia Occidental; en Wabash River Ordnance Works, preto de Dana, Indiana; en Newport, Indiana; e finalmente en Alabama Ordnance Works, preto de Childersburg e Sylacauga, Alabama, Alabama. Malia que se coñecía co nome de Ordnance Works e pagábase con contratos a nome do Departamento de Artillaría, foron construídas e operadas polo Corpo de Enxeñeiros do Exército. As plantas estadounidenses usaron un proceso de produción distinto ó de Trail, no que a auga pesada extraíase por destilación, aproveitando o lixeiramente maior punto de ebulición da auga pesada. Uranio
A data de xullo de 1945 entregáranse ó redor duns 50 kg de uranio enriquecido ata un 89% de uranio-235 en Los Alamos. Estes 50 kg ó completo, unido a uranio adicional enriquecido ó 50% nunha media resultante de uranio enriquecido ó 85%, foron utilizados na bomba Little Boy.
Mineral
O material principal para o proxecto foi o uranio, utilizado como combustible para os reactores nucleares, como fonte para a súa transformación en plutonio e, na súa forma enriquecida, na propia bomba atómica. En 1940 había catro depósitos principais de uranio coñecidos: en Colorado, no norte do Canadá, en Joachimsthal (Checoslovaquia) e no Congo Belga, todos eles agás o de Joachimsthal en mans Aliadas. Unha investigación realizada en novembro de 1942 determinou que as cantidades de uranio dispoñible eran suficientes para satisfacer os requirimentos do proxecto. Nichols definiu xunto ó Departamento de Estado unha serie de controis de exportación sobre o óxido de uranio e negociou a compra de 1200 toneladas de mineral de uranio procedente do Congo Belga que estaba gardado nun almacén de Staten Island xunto ás restantes existencias de mineral extraído no Congo. Negociou con Eldorado Gold Mines para a adquisición de mineral da súa refinaría en Port Hope, Ontario, e para a súa entrega en lotes de 100 toneladas. O goberno canadense mercou posteriormente accións desta compañía ata acadar o control da mesma.
Malia que estas adquisicións aseguraban unha subministración suficiente para as necesidades en tempo de guerra, os líderes americanos e británicos concluíron que era beneficioso para os intereses dos seus respectivos países obter o control do maior número de depósitos de uranio do mundo como fose posible. A fonte de mineral máis abondosa era a mina Shinkolobwe no Congo Belga, pero estaba inundada e pechada. Nichols tentou negociar sen éxito con Edgar Sengier, director de Union Minière du Haut Katanga, a compañía á que lle pertencía a mina, a súa reapertura e a venda da futura produción ó completo ós Estados Unidos. O Comité de Política Combinada involucrouse entón no asunto. Como o 30% das accións da Union Minière estaba controlado por intereses británicos, estes tomaron o liderado nas negociacións. John Anderson e o embaixador John Winant chegaron a un acordo con Sengier e co goberno belga en maio de 1944 para reabrir a mina e adquirir unhas 1750 toneladas de mineral a un prezo de 1, 45 dólares por libra. Para evitar a dependencia dos británicos e canadenses polo mineral, Groves acordou a adquisición das reservas de uranio da empresa US Vanadium Corporation en Uravan, Colorado. A minería de uranio en Colorado produciu ó redor dunhas 810 toneladas de mineral.
Mallinckrodt Incorporated en St. Louis recibía o mineral e disolvíao en ácido nítrico para producir nitrato de uranio. Posteriormente engadía un éter nun proceso de extracción líquido–líquido para separar as impurezas do nitrato. Isto quentábase para formar trióxido de uranio, reducido despois ata acadar un dióxido de uranio de alta pureza. Para xullo de 1942 Mallinckrodt estaba a producir unha tonelada de óxido de alta pureza por día, mais nun primeiro momento o proceso para converter o óxido en metal de uranio resultou ser máis difícil para os contratistas Westinghouse e Metal Hydrides. A produción era demasiado lenta e a calidade demasiado baixa. Estableceuse entón unha rama especial do Laboratorio Metalúrxico no Iowa State College de Ames baixo o liderado de Frank Spedding, para investigar alternativas a este proceso inicial. Isto pasou a coñecerse como o Proxecto Ames, e o novo proceso Ames estivo dispoñible a partir de 1943.
Separación de isótopos
O uranio natural está composto dun 99, 3% de uranio-238 e un 0, 7% de uranio-235, pero só este último e fisible. Sendo ámbolos dous quimicamente idénticos, o uranio-235 tiña que separarse fisicamente do outro isótopo máis abondoso. Durante o proxecto consideráronse varios métodos para o enriquecemento do uranio, a maioría deles levados a cabo nas instalacións de Oak Ridge. A centrifugación fallou, pero a separación electromagnética, a difusión gasosa e a difusión térmica tiveron éxito e contribuíron ó proxecto. En febreiro de 1943 Groves tivo a idea de utilizar a produción dalgunhas das plantas como o produto a usar noutras.
Centrifugación
Ata abril de 1942 o proceso de centrifugación estaba considerado o único método prometedor de separación. Jesse Beams desenvolvera este proceso na Universidade de Virxinia durante os anos 1930, pero atopara dificultades técnicas. O proceso requiría altas velocidades de rotación, pero ó seu paso por determinadas velocidades creábanse vibracións harmónicas que podían rachar a maquinaria. Por mor disto era necesario obter unha rápida aceleración para superar estas velocidades. En 1941 Beams comezou a traballar con hexafluoruro de uranio, o único composto gasoso do uranio, e conseguiu separar o uranio-235. En Columbia, Urey pediulle a Karl Cohen que investigase o proceso, e este produciu un corpo de teoría matemática que facía posible o deseño dunha unidade de separación centrífuga, encargándolle a súa construción a Westinghouse.
Escalar este proceso para unha planta de produción presentou un gran desafío técnico. Urey e Cohen estimaron que producir un quilogramo de uranio-235 por día precisaría de ata 50000 centrifugacións con rotores de 1 metro, ou 10000 centrifugacións con rotores de 4 metros, asumindo que fose posible construír estes últimos. A posibilidade de manter tantos rotores operando de forma continua a alta velocidade supoñía un reto, e cando Beams iniciou o seu aparato experimental só obtivo o 60% da produción agardada. Beams, Urey e Cohen comezaron entón a traballar nunha serie de melloras para incrementar a eficiencia do proceso. Porén, os frecuentes fallos a altas velocidades dos motores, cegoñais e soportes atrasaron o traballo na planta piloto. En novembro de 1942 o Comité de Política Militar abandonou o proceso de centrifugación tras unha recomendación de Conant, Nichols e August C. Klein de Stone & Webster.
Separación electromagnética
A separación electromagnética de isótopos foi desenvolvida por Ernest Lawrence no Laboratorio de Radiación da Universidade de California. Este método utilizaba un dispositivo coñecido como calutrón, un híbrido entre o espectrómetro de masa estándar de laboratorio e un ciclotrón. O nome do dispositivo deriva das palabras «California», «university» e «cyclotron». No proceso electromagnético, un campo magnético desvía partículas cargadas segundo a masa. Este proceso non se consideraba cientificamente elegante nin eficiente a nivel industrial. Comparada cunha planta de difusión gasosa ou un reactor nuclear, unha planta de separación electromagnética consumía materiais máis escasos, requiría máis man de obra para a súa operación e o seu custo de construción era maior. Non obstante, o proceso foi aprobado xa que estaba baseado en tecnoloxía xa probada con anterioridade e polo tanto presentaba un risco menor. Ademais, podía construírse en fases e acadar unha capacidade industrial rapidamente. Marshall e Nichols concluíron que este proceso de separación electromagnética de isótopos precisaría unhas 4500 toneladas de cobre, do que había unha importante falta de subministración. Por outra banda, podían utilizar prata como substituto, nunha proporción de 11 por 10. O 3 de agosto de 1942 Nichols reuniuse co vicesecretario do Tesouro Daniel W. Bell e solicitou a transferencia de 6000 toneladas de lingotes de prata do Depósito de Lingotes de West Point. Eventualmente acabarían utilizando unhas 13300 toneladas de prata. As barras de prata de 31 kg encastáronse en lingotes cilíndricos e leváronse a empresa Phelps Dodge en Bayway, Nova Jersey, onde se converteron en tiras de 15, 9 mm de gordo, 76 mm de ancho e 12 m de lonxitude. A compañía Allis-Chalmers de Milwaukee, Wisconsin, encargouse de enrolar estas tiras en forma de bobinas magnéticas. Trala guerra desmantelouse e limpouse toda a maquinaria, extraendo e queimando as placas do chan baixo esta para recuperar a maior cantidade posible de prata, da que finalmente só se perdería a 1/3600000ª parte.
O comité S-1 asignoulle a Stone & Webster a responsabilidade do deseño e construción da planta de separación electromagnética, denominada Y-12, en xuño de 1942. O deseño requiría cinco unidades de procesamento de primeira fase, denominados circuítos Alfa, e dúas unidades de procesamento final, denominados circuítos Beta. A construción comezou en febreiro de 1943, e en setembro de 1943 Groves autorizou a construción de catro circuítos máis, denominados Alfa II. Cando se iniciou a planta para unha proba programada en outubro dese ano, os tanques de baleiro de 14 toneladas desprazáronse do seu aliñamento por mor da potencia dos imáns, e tiveron que aseguralos máis firmemente. Posteriormente xurdiu un maior problema cando as bobinas magnéticas comezaron a sufrir curtocircuítos. En decembro dese ano Groves ordenou desmantelar un dos imáns para a súa inspección, atopando gran cantidade de óxido dentro del. Tras este descubrimento Groves ordenou desmantelar os circuítos e enviar os imáns de volta á fábrica para a súa limpeza. Na propia planta estableceuse unha instalación de decapado con ácido para limpar as tubaxes e outro equipamento. O segundo circuíto Alfa I non estivo operativo ata finais de xaneiro de 1944, o primeiro Beta e o primeiro e terceiro Alfa I estiveron en liña en marzo dese mesmo ano, e o cuarto Alfa I pasou a estar operativo en abril. Os catro circuítos Alfa II estiveron completos entre xullo e outubro de 1944. Contrataron a empresa Tennessee Eastman para administrar a planta Y-12 baixo un contrato habitual de custo máis tarifa fixa, cunha tarifa de 22500 dólares por mes máis 7500 dólares por circuíto para os primeiros sete circuítos, e 4000 dólares por circuíto adicional. O calutrón estivo operado nun primeiro momento por científicos de Berkeley para eliminar fallos e acadar un índice operacional razoable. Foron eventualmente substituídos por operadoras adestradas por Tennessee Eastman que só recibiran unha educación secundaria. Nichols comparou os datos de produción de unidades, indicándolle a Lawrence que as operadoras «hillbilly» estaban facéndoo mellor que os seus PhDs. Os dous acordaron realizar unha «carreira de produción» que Lawrence perdeu, o que supuxo un aumento na moral para os traballadores e supervisores da Tennessee Eastman. Segundo o propio Nichols, as mozas operadoras «estaban adestradas como soldados para non razoar un porqué», mentres que «os científicos non podían absterse de longas investigacións sobre a causa de incluso a menor das flutuacións nos instrumentos de medición».
Inicialmente a planta Y-12 enriqueceu o contido de uranio-235 ata entre o 13% e o 15%, enviando os primeiros poucos centos de gramos deste produto a Los Alamos en marzo de 1944. Só 1 parte en 5825 de produto consumido de uranio emerxía como produto final. Gran parte do resto quedaba salpicado sobre o equipamento durante o proceso. Varios arduos traballos de recuperación axudaron a elevar a produción ata un 10% do uranio-235 consumido en xaneiro de 1945. En febreiro dese mesmo ano, os circuítos Alfa comezaron a utilizar un produto de entrada lixeiramente máis enriquecido (un 1, 4%) procedente da nova planta de difusión térmica S-50. Ó mes seguinte recibiu un produto mellorado (un 5%) procedente da planta de difusión gasosa K-25, e en agosto esta planta K-25 estaba a producir uranio suficientemente enriquecido como para utilizalo directamente nos circuítos Beta.
Difusión gasosa
O método de separación de isótopos máis prometedor, pero tamén máis complicado, era a difusión gasosa. A lei de Graham afirma que a taxa de efusión dun gas é inversamente proporcional á raíz cadrada da súa masa molecular, polo que nun contedor que conteña unha membrana semipermeable e unha mestura de dous gases, as moléculas máis lixeiras sairán do contedor máis rapidamente que as moléculas máis pesadas. O gas que saia do contedor queda enriquecido nas moléculas máis lixeiras, mentres que o gas residual queda minguado. A idea proposta era que estes contedores podían dispoñerse en forma de cascada de bombas e membranas, con cada etapa sucesiva contendo unha mestura lixeiramente máis enriquecida. A investigación deste proceso levouse a cabo na Universidade de Columbia por parte dun grupo que incluía a Harold Urey, Karl P. Cohen e John R. Dunning. En novembro de 1942 o Comité de Política Militar aprobou a construción dunha planta de difusión gasosa de 600 etapas. O 14 de decembro M. W. Kellogg aceptou unha oferta para construír a planta, que recibiu o nome en clave K-25. Negociaron un contrato a custo máis taxa fixa, acadando eventualmente un total de 2, 5 millóns de dólares. Creouse unha entidade corporativa separada chamada Kellex para este proxecto, liderada por Percival C. Keith, un dos vicepresidentes de M. W. Kellogg. O proceso tivo que enfrontarse a grandes dificultades técnicas. Tiñan que utilizar o altamente corrosivo hexafluoruro de uranio como gas, xa que non se atopou un substituto, e os motores e bombas terían que estar seladas ó baleiro e rodeadas de gas inerte. O maior problema era o deseño da barreira, que debía ser forte, porosa e resistente á corrosión. A mellor elección para este propósito semellaba ser o níquel. Edward Adler e Edward Norris crearon unha barreira de malla a partir de níquel galvanoprateado. Construíuse unha planta piloto de seis etapas en Columbia para probar este proceso, mais o prototipo Norris-Adler resultou ser demasiado fráxil. Kellex, Bell Telephone Laboratories e a Bakelite Corporation desenvolveron en competición unha barreira a base de níquel pulverizado, e en xaneiro de 1944 Groves ordenou a produción desta barreira.
O deseño de Kellex para a planta K-25 consistía nunha longa estrutura en forma de U de 800 metros de lonxitude, que contiña 54 edificios contiguos. Estes edificios dividíanse en nove seccións, e dentro destas había células de seis etapas. As células podían operarse de forma independente ou de forma consecutiva dentro dunha sección. De forma semellante, as seccións podían operarse por separado ou como parte dunha única cascada. Un grupo de sondaxe comezou a construción marcando a localización de 2 km2 en maio de 1943. O traballo no edificio principal comezou en outubro dese mesmo ano, e a planta piloto de seis etapas estivo lista para operar o 17 de abril de 1944. En 1945 Groves cancelou as etapas superiores da planta, indicándolle a Kellex que deseñasen no seu lugar unha unidade de alimentación complementaria de 540 etapas, que pasou a coñecerse como K-27. Kellex transferiu a última unidade ó contratista da operación, Union Carbide and Carbon, o 11 de setembro de 1945. O custo total, incluíndo a finalización da planta K-27 trala guerra, foi de 480 millóns de dólares.
A planta de produción comezou a súa operación en febreiro de 1945, e segundo comezaban a estar operativas as cascadas, a calidade do produto foi incrementando. En abril de 1945 a planta K-25 acadara un 1, 1% de enriquecemento e comezou a utilizar a saída da planta S-50 de difusión térmica como produto de entrada. Parte da produción do mes seguinte acadou case o 7% de enriquecemento. En agosto dese ano comezou a operar a última das 2892 etapas. As plantas K-25 e K-27 acadaron o seu potencial máximo nos primeiros anos de posguerra, eclipsando a outras plantas de produción e converténdose en prototipos dunha nova xeración de plantas de enriquecemento de uranio.
Difusión térmica
O proceso de difusión térmica baseouse na teoría de Sydney Chapman e David Enskog, que explica que cando un gas mesturado pasa a través dun gradiente de temperatura, o máis pesado tende a concentrarse no extremo frío e o máis lixeiro no extremo quente. Xa que os gases quentes tenden a elevarse e os fríos a descender, isto pode usarse como un medio de separación de isótopos. Este proceso foi demostrado por primeira vez por Klaus Clusius e Gerhard Dickel en Alemaña no ano 1938. O método foi desenvolvido por científicos da Armada dos Estados Unidos, mais non foi unha das tecnoloxías de enriquecemento de uranio seleccionadas inicialmente para o seu uso no Proxecto Manhattan. Isto foi debido a que existían dúbidas sobre a súa viabilidade técnica, aínda que a rivalidade interna entre os servizos da armada e do exército tamén xogou un papel nesta decisión inicial. O Laboratorio de Investigación Naval continuou con esta investigación baixo a dirección de Philip Abelson, pero o contacto co Proxecto Manhattan foi mínimo ata abril de 1944 cando o capitán William S. Parsons, o oficial naval ó cargo do desenvolvemento de artillaría en Los Alamos, informou a Oppenheimer do prometedor progreso nos experimentos da armada sobre a difusión térmica. Oppenheimer escribiulle a Groves suxerindo que a produción dunha planta de difusión térmica podería usarse como produto de entrada para a planta Y-12. Groves creou un comité consistente en Warren K. Lewis, Eger Murphree e Richard Tolman para investigar esta idea, chegando á estimación de que unha planta de difusión térmica cun custo de 3, 5 millóns de dólares podería enriquecer 50 kg de uranio por semana ata obter un uranio-235 de 0, 9%. Groves aprobou a súa construción o 24 de xuño de 1944.
Groves contratou a empresa H. K. Ferguson Company de Cleveland para construír a planta de difusión térmica, nomeada S-50. Os conselleiros de Groves, Karl Cohen e W. I. Thompson de Standard Oil, estimaron que a construción tardaría seis meses en estar rematada, mais Groves so deu catro de prazo. Segundo os plans debían instalar 2142 columnas de difusión de 15 metros de altura dispostas en 21 plataformas, e dentro de cada columna había tres tubos concéntricos. O vapor obtido da próxima central eléctrica K-25, a unha presión de 6900 kPa e unha temperatura de 285 °C, fluía cara a abaixo a través do tubo de níquel máis interior de 32 mm, mentres que a auga a 68 °C fluía cara a arriba a través do tubo de ferro máis exterior. A separación dos isótopos tiña lugar no gas de hexafluoruro de uranio, entre os tubos de níquel e cobre.
O traballo de construción iniciouse o 9 de xullo de 1944, e a planta S-50 comezou a operar parcialmente en setembro dese mesmo ano. Ferguson operaba a planta por medio da súa filial Fercleve. En outubro a planta producira 4, 8 kg de uranio-235 ó 0, 852%. Varias fugas limitaron a produción e forzaron paradas totais durante os meses seguintes, pero en xuño de 1945 acadou unha produción de 5770 kg. En marzo de 1945 estaban operando tódalas 21 plataformas de produción. Nun primeiro momento a saída da planta S-50 utilizouse para alimentar á planta Y-12, mais dende marzo de 1945 tódolos tres procesos de enriquecemento pasaron a realizarse en series. A S-50 pasou a ser a primeira etapa, enriquecendo o uranio do 0, 71% ata o 0, 89%. Este material usábase no proceso de difusión gasosa na planta K-25, producindo un produto enriquecido ata un 23% que á súa vez alimentaba á planta Y-12, chegando alí ata ó 89%, o suficiente para as armas nucleares. Plutonio
A segunda liña de desenvolvemento que procurou o Proxecto Manhattan usaba o plutonio como elemento fisible. Malia que existen pequenas cantidades de plutonio en estado natural, a mellor forma de obter grandes cantidades deste elemento é nun reactor nuclear, bombardeando o uranio con neutróns. O uranio-238 transmútase en uranio-239, que decae rapidamente primeiro en neptunio-239 e despois en plutonio-239. Só se transforma unha pequena cantidade do uranio-238, polo que o plutonio ten que separarse quimicamente do uranio restante, das impurezas iniciais e dos produtos da fisión.
Reactor de grafito X-10
En marzo de 1943 DuPont comezou a construción dunha planta de plutonio nun terreo de 0, 5 km2 en Oak Ridge. Coa intención inicial de que servise como planta piloto para as instalacións de produción máis grandes de Hanford, incluía o reactor de grafito X-10 refrixerado por aire, unha planta de separación química e instalacións de apoio. Por mor da decisión posterior de construír reactores refrixerados por auga en Hanford, só a planta de separación química operou como verdadeiro piloto. O reactor X-10 estaba composto por un gran bloque de grafito de 7, 3 m de largo por cada lado, cun peso dunhas 1500 toneladas e rodeado por cemento de alta densidade de 2, 1 m de grosor como escudo de radiación.
A principal dificultade que atoparon estivo relacionada coas carcasas de uranio producidas por Mallinckrodt e Metal Hydrides. Estas tiñan que recubrirse de aluminio para evitar a corrosión e o escape de produtos da fisión no sistema de refrixeración. A empresa Grasselli Chemical Company tentou desenvolver un proceso de estañadura por baño quente sen éxito, mentres que Alcoa tentou un proceso de enlatado. Desenvolveuse entón un novo proceso para a soldadura sen fundente, e o 97% das carcasas pasaron unha proba estándar de baleiro, mais as probas de alta temperatura indicaron unha taxa de fallo maior do 50%. Malia isto, a produción comezou en xuño de 1943. O Laboratorio Metalúrxico eventualmente desenvolveu unha técnica de soldadura mellorada coa asistencia de General Electric, técnica que se incorporou ó proceso de produción en outubro de 1943.
Supervisado por Fermi e Compton, o reactor de grafito X-10 acadou o punto crítico o 4 de novembro de 1943 cunhas 30 toneladas de uranio. Unha semana despois a carga aumentouse ata 37 toneladas, aumentando a súa potencia ata os 500 kW, e para a fin do mes creáronse os primeiros 500 miligramos de plutonio. As modificacións realizadas co tempo aumentaron a potencia ata os 4000 kW en xullo de 1944. O reactor X-10 operou como planta de produción ata xaneiro de 1945, pasando entón a estar destinado a actividades de investigación.
Reactores en Hanford
Malia que para o reactor de Oak Ridge escollérase un deseño refrixerado por aire para axilizar a súa construción, isto sería inviable para os reactores de produción máis grandes. Os deseños iniciais do Laboratorio Metalúrxico e de DuPont utilizaban helio para a refrixeración, antes de que determinasen que un reactor refrixerado por auga sería máis sinxelo, barato e rápido de construír. O novo deseño non estivo dispoñible ata o 4 de outubro de 1943. Mentres tanto Matthias concentrouse nas melloras do lugar de Hanford construíndo aloxamentos, mellorando as estradas, construíndo unha liña de intercambio de trens e mellorando as liñas de electricidade, auga e teléfono. Ó igual que en Oak Ridge, a principal dificultade atopada estivo relacionada co enlatado de carcasas de uranio, proceso que comezou en Hanford en marzo de 1944. Estas decapáronse para eliminar a sucidade e as impurezas, déronlles baños fundidos de bronce, estaño e unha aliaxe de aluminio-sílice, enlatáronse utilizando presas hidráulicas e posteriormente seláronse con soldadura por arco baixo unha atmosfera de argon. Finalmente realizaron unha serie de probas coas carcasas para detectar orificios ou soldaduras imperfectas. A maioría das carcasas fallou estas probas, polo que nos inicios obtiveron poucas ó día que servisen para o proceso. Realizaron progresos de forma progresiva ata que en xuño de 1944 a produción incrementouse ata o punto de que terían suficientes carcasas como para comezar o reactor B segundo o programado en agosto de 1944.
O traballo no reactor B, o primeiro dos seis reactores planeados de 250 MW, comezou o 10 de outubro de 1943. Os complexos dos reactores recibiron designacións con letras dende a A ata a F, sendo os B, D e F os primeiros en construírse, xa que isto maximizaba a distancia entre reactores. Estes tres foron os únicos que se construíron durante o Proxecto Manhattan. O edificio de 37 metros de altura precisou para a súa construción unhas 400 toneladas de aceiro, 13300 m3 de cemento, 50000 bloques de cemento e 71000 ladrillos de cemento.
A construción do propio reactor comezou en febreiro de 1944. Supervisado por Compton, Matthias, Crawford Greenewalt de DuPont, Leona Woods e Fermi, que foi quen inseriu a primeira carcasa, o reactor iniciouse o 13 de setembro de 1944. Durante os seguintes días cargáronse 838 tubos e o reactor acadou o punto crítico. Pouco despois da media noite do 27 de setembro os operadores comezaron a retirar as barras de control para iniciar a produción. Nun primeiro momento todo semellaba ir ben, pero ó redor das 3 AM o nivel de potencia comezou a baixar, e para as 6 AM o reactor detivérase por completo. Investigaron a auga da refrixeración para tentar determinar se había unha fuga ou contaminación. Ó día seguinte reiniciaron o reactor, que volveu a deterse por completo da mesma forma.
Fermi contactou con Chien-Shiung Wu, quen identificou a causa do problema como envelenamento por neutróns do xenon-135, que ten unha vida media de 9, 2 horas. Fermi, Woods, Donald J. Hughes e John Archibald Wheeler calcularon entón a sección transversal nuclear do xenon-135, que resultou ser 30000 veces a do uranio. Porén, o enxeñeiro de DuPont George Graves desviárase do deseño orixinal do Laboratorio Metalúrxico, no que o reactor tería 1500 tubos dispostos nun círculo, engadindo outros 504 tubos adicionais para encher as esquinas. Os científicos consideraran isto como unha enxeñería sobrante e un gasto de tempo e cartos, mais Fermi decatouse de que se cargaban tódolos 2004 tubos o reactor podería acadar o nivel de potencia requirido e producir plutonio de forma eficiente. O reactor D iniciouse o 17 de decembro de 1944, e o reactor F o 25 de febreiro de 1945.
Proceso de separación
Os químicos consideraron o problema de como separar o plutonio do uranio sen coñecer as súas propiedades químicas. Traballando coas mínimas cantidades de plutonio dispoñible no Laboratorio Metalúrxico en 1942, un equipo liderado por Charles M. Cooper desenvolveu un proceso de fluoruro de lantano para separar o uranio e o plutonio, escollido para a planta piloto de separación. Glenn Seaborg e Stanly G. Thomson desenvolveron posteriormente un segundo proceso de separación, o proceso de fosfato de bismuto. O funcionamento deste proceso consistía en conmutar o plutonio entre os seus estados de oxidación +4 e +6 en solucións de fosfato de bismuto. No primeiro estado precipitábase o plutonio, e no último mantíñase na solución precipitando outros produtos.
Greenewalt favoreceu o proceso de fosfato de bismuto por mor da natureza corrosiva do fluoruro de lantano, e este proceso foi o escollido para as plantas de separación de Hanford. En canto o reactor X-10 comezou a producir plutonio, a planta piloto de separación iniciou as súas probas. A primeira quenda foi procesada cunha eficiencia dun 40%, que aumentou nos meses seguintes ata o 90%.
En Hanford déuselle a prioridade máxima á instalación na área 300. Esta contiña edificios para materiais de probas, a preparación do uranio e a ensamblaxe e calibración de instrumentos. Un dos edificios contiña equipamento de enlatado para as carcasas de uranio, mentres que outro contiña un pequeno reactor de proba. A pesar da alta prioridade asignada, o traballo na área 300 atrasouse segundo o plan inicial por mor da natureza única e a complexidade das instalacións, así como pola falta de traballadores e materiais en tempo de guerra.
Os plans iniciais dispoñían a construción de dúas plantas de separación en cada unha das áreas coñecidas como 200-Oeste e 200-Leste. Posteriormente reduciuse o plan a só dúas, as plantas T e U, na área 200-Oeste, e a unha, a planta B, na área 200-Leste. Cada planta de separación estaba composta por catro edificios: un edificio de células de procesamento ou «canón» (coñecido como 221), un edificio de concentración (224), un edificio de purificación (231) e un almacén de tambores (213). Os canóns tiñan unha lonxitude de 240 m e unha anchura de 20 m cada un, e estaban compostos de 40 células de 5, 4 x 4 x 6, 1 m.
O traballo nos edificios 221-T e 221-U comezou en xaneiro de 1944, completando o primeiro en setembro e o outro en decembro dese ano. O edificio 221-B foi o seguinte en completarse, en marzo de 1945. Por mor dos altos niveis de radioactividade, todo o traballo nas plantas de separación tiña que realizarse por control remoto utilizando un circuíto pechado de televisión. O mantemento realizábase coa axuda dun guindastre elevado e ferramentas deseñadas especificamente para este propósito. Os edificios 224 eran máis pequenos xa que tiñan que procesar menos material, e este era menos radioactivo. Os edificios 224-T e 224-U completáronse o 8 de outubro de 1944, e o 224-B o 10 de febreiro de 1945. Os métodos de purificación que se utilizarían eventualmente no 231-W aínda eran descoñecidos cando a construción do mesmo comezou o 8 de abril de 1944, mais a planta completouse a finais dese mesmo ano cos métodos xa seleccionados. O 5 de febreiro de 1945 Matthias entregou en man o primeiro cargamento de 80 gramos de nitrato de plutonio puro ó 95% a un mensaxeiro de Los Alamos nos Ánxeles.
Deseño de armas
En 1943 os esforzos de deseño estaban dirixidos a desenvolver unha arma de fisión de tipo balístico con plutonio denominada Thin Man. A investigación inicial sobre as propiedades do plutonio realizouse usando plutonio-239 xerado nun ciclotrón, extremadamente puro, pero que só podía crearse en cantidades moi pequenas. Los Alamos recibiu a primeira mostra de plutonio procedente do reactor X-10 de Clinton en abril de 1944, e ós tres días disto Emilio Segrè descubriu un problema: o plutonio xerado en reactor tiña unha maior concentración de plutonio-240, o que daba como resultado unha taxa de fisión espontánea cinco veces maior que o plutonio xerado en ciclotrón. Seaborg xa predixera correctamente en marzo de 1943 que parte do plutonio-239 absorbería un neutrón converténdose en plutonio-240.
Isto provocaba que o plutonio xerado en reactor fose inviable para o seu uso nunha arma de tipo balístico. O plutonio-240 comezaría a reacción en cadea demasiado cedo, provocando unha predetonación que liberaría suficiente enerxía como para dispersar a masa crítica con tan só unha mínima cantidade de plutonio reaccionado (unha efervescencia). Os científicos suxeriron unha arma máis rápida, mais resultou ser inviable. Tamén se considerou e rexeitou a posibilidade de separación dos isótopos, xa que o plutonio-240 é aínda máis complicado de separar do plutonio-239 que o uranio-235 do uranio-238.
O traballo nun método alternativo de deseño de bombas, coñecido como implosión, xa comezara con anterioridade baixo a dirección do físico Seth Neddermeyer. A implosión utilizaba explosivos para machucar unha esfera subcrítica de material fisible ata acadar unha forma máis pequena e densa. Cando os átomos fisibles se comprimen xuntos entre eles, a taxa de captura de neutróns aumenta e a masa pasa a ser crítica. O metal precisa viaxar só unha distancia moi curta, polo que a masa crítica ensámblase en moito menos tempo do que levaría cun método balístico. As primeiras investigacións sobre a implosión de Neddermeyer en 1943 e comezos de 1944 foron prometedoras, pero tamén deixaron claro que o problema sería moito máis difícil dende a perspectiva teórica e de enxeñaría que para o propio deseño da arma. En setembro de 1943 John von Neumann, que xa tiña experiencia coas cargas ocas utilizadas nos proxectís perforantes, argumentou que a implosión non só reduciría o perigo de predetonación e efervescencia, senón que tamén faría un uso máis eficiente do material fisible, e propuxo utilizar unha configuración esférica no lugar da cilíndrica na que estaba a traballar Neddermeyer. En xullo de 1944 Oppenheimer chegou á conclusión de que o plutonio non podía utilizarse nun deseño balístico, e optou polo deseño de implosión. O acelerado esforzo de deseño para un deseño de implosión, baixo o nome en clave Fat Man, comezou en agosto de 1944 cando Oppenheimer puxo en funcionamento unha reorganización do Laboratorio de Los Alamos. Creáronse dous novos grupos no laboratorio, a División X (de explosives) liderada polo experto en explosivos George Kistiakowsky e a División G (de gadget) baixo o liderado de Robert Bacher. . O novo deseño de von Neumann e a División T (de theoretical), principalmente Rudolf Peierls, usaba lentes explosivas para enfocar a explosión nunha forma esférica usando unha combinación de elementos de explosión rápida e lenta.
O deseño de lentes que detonasen coa forma e velocidades axeitadas resultou ser lento, difícil e frustrante para os científicos. Probaron varios explosivos ata conformarse coa composición B como explosivo rápido e con baratol como explosivo lento. O deseño final semellaba un balón de fútbol, con 20 lentes hexagonais e 12 pentagonais, cada unha delas pesando uns 36 kg. Acadar a detonación correcta requiría detonadores rápidos, fiables e electricamente seguros, dous para cada lente para maior fiabilidade. Por isto decidiron usar detonadores de cable explosivo, un novo invento desenvolvido en Los Alamos por un grupo liderado por Luis Álvarez. A empresa Raytheon foi contratada para a manufactura destes dispositivos.
Para estudar o comportamento das ondas de choque converxentes, Robert Serber ideou o experimento RaLa, que utilizaba o radioisótopo de curta vida lantano-140, unha potente fonte de radiación gamma. A fonte de raios gamma situábase no centro dunha esfera de metal arrodeada polas lentes explosivas, que á súa vez estaban dentro dunha cámara de ionización. Isto permitiu tomar un filme de raios X da implosión. As lentes explosivas deseñáronse principalmente usando os resultados desta serie de probas. Na súa historia do proxecto Los Alamos, David Hawkins escribiu: «RaLa converteuse no experimento máis importante en afectar ó deseño final da bomba». Dentro dos explosivos ían reflectores de aluminio de 110 mm de grosor, que ofrecían unha transición regular dende o explosivo de menor densidade ata a seguinte capa, un seguro de uranio natural de 76 mm de grosor. A súa función principal era manter a masa crítica xunta todo o tempo que fose posible, mais tamén reflectiría neutróns de volta ó núcleo, e parte del podería entrar en fisión tamén. Para previr unha predetonación por mor de neutróns externos, tiña un seguro recuberto dunha fina capa de boro. Desenvolveuse un iniciador de neutróns modulado de polonio-berilio, coñecido como «urchin» porque a súa forma semellaba a dun ourizo de mar, para comezar a reacción en cadea no momento preciso. Este traballo sobre a química e metalurxia do polonio radioactivo estivo dirixido por Charles Allen Thomas da empresa Monsanto, e pasou a coñecerse como o Proxecto Dayton. As probas requirían ata 500 curios por mes de polonio, que Monsanto podía subministrar. O conxunto ensamblado revestíase nunha carcasa de bomba feita con duraluminio para protexelo das balas e do fogo antiaéreo.
O desafío máis importante para os metalúrxicos foi determinar como darlle forma de esfera ó plutonio. As dificultades tornáronse aparentes cando os intentos de medir a densidade do plutonio obtiveron resultados inconsistentes. Nun primeiro momento os científicos creron que estas inconsistencias eran por mor da contaminación, pero ó pouco tempo determinaron que existían múltiples alótropos do plutonio. A fase α inestable que existe a temperatura ambiente muda a unha fase β plástica a temperaturas máis altas. Os científicos centráronse na fase δ máis maleable que existe no rango de temperaturas entre os 300 °C e os 450 °C. Esta era estable a temperatura ambiente nunha aliaxe con aluminio, mais o aluminio emite neutróns cando se bombardea con partículas alfa, algo que exacerbaría o problema da predetonación. Os científicos conseguiron unha aliaxe plutonio-galio que estabilizou esta fase δ e podía prensarse en quente na forma esférica desexada, á que lle deron unha capa de níquel para evitar que se corroera o plutonio.
Estes traballos eran perigosos, e para a fin da guerra a metade dos químicos e metalúrxicos experimentados tiveron que ser dados de baixa por mor da aparición de altos niveis de plutonio na súa urina Un pequeno incendio en Los Alamos en xaneiro de 1945 deu lugar á preocupación de que o laboratorio de plutonio podería contaminar a vila enteira, polo que Groves autorizou a construción dunha nova instalación para a química e metalurxia do plutonio, que pasou a coñecerse co nome de sitio DP. Os hemisferios do primeiro núcleo de plutonio producíronse e foron entregados o 2 de xullo de 1945, con tres hemisferios máis producidos o 23 de xullo e entregados tres días despois.
Proba Trinity
Por mor da complexidade dunha arma de implosión decidiuse que, malia o gasto de material fisible, sería necesaria unha proba inicial. Groves aprobou esta proba, sempre que se puidese recuperar o material activo. Os científicos consideraron provocar unha efervescencia controlada, pero Oppenheimer optou por unha proba nuclear completa, que recibiu o nome en clave «Trinity». En marzo de 1944 Kenneth Bainbridge, profesor de física en Harvard, recibiu a asignación de planear a proba baixo a dirección de Kistiakowsky. Bainbridge escolleu o campo de bombardeo preto do Aeroporto do Exército de Alamogordo como o lugar para a proba. Bainbridge traballou co capitán Samuel P. Davalos na construción do campo base Trinity e das súas instalacións, que incluían barracóns, almacéns, talleres, unha polvoreira e un comisariado.
Groves non vía con entusiasmo a perspectiva de explicarlle a perda de plutonio por valor de miles de millóns de dólares a un comité do senado, polo que construíron un recipiente de contención co nome en código «Jumbo» para recuperar o material activo en caso de fallo da proba. Con 7, 6 m de largo e 3, 7 m de ancho, este dispositivo foi fabricado con 217 toneladas de ferro e aceiro nas instalacións de Babcock & Wilcox en Barberton, Ohio. Foi transportado nun ferrocarril especial ata unha vía morta en Pope, Novo México, e dende alí levárono os últimos 40 km ata o lugar da proba tirado por dous tractores. Cando chegou ó sitio a confianza en que o método de implosión funcionaría era alta, e a dispoñibilidade de plutonio suficiente, polo que Oppenheimer decidiu non utilizalo. No seu lugar situárono no cumio dunha torre de aceiro a 730 m de distancia da arma como forma de medir como de poderosa sería a explosión. Trala proba o Jumbo sobreviviu, malia que a torre na que estaba non, o que axudou á crenza de que o Jumbo podería ter sido suficiente para conter unha efervescencia na explosión.
O 7 de maio de 1945 levaron a cabo unha explosión de proba inicial para calibrar os instrumentos. Erixiron unha plataforma de madeira a uns 730 m da zona cero e amontoaron 100 toneladas de TNT engadíndolle trazas de produtos da fisión nuclear en forma de uranio irradiado procedente de Hanford, que fora disolto e vertido dentro do explosivo. Oppenheimer supervisou esta explosión xunto ó novo comandante substituto de Groves, o xeneral de brigada Thomas Farrell. Os datos que obtiveron nesta proba inicial resultaron ser vitais para a subsecuente proba Trinity.
Para a proba final izaron a arma, de nome en clave «o trebello» (inglés: the gadget), na parte alta dunha torre de aceiro de 30 m, xa que a detonación a esa altura daría unha mellor indicación de como se comportaría a arma ó lanzarse dende un bombardeiro. A detonación no aire maximizaría a enerxía aplicada directamente ó obxectivo, e xeraría menos residuos radioactivos. O trebello montouse baixo a supervisión de Norris Bradbury no edificio próximo McDonald Ranch House o 13 de xullo, e foi elevado de forma precaria cun cabrestante ó día seguinte. Entre os observadores da proba estaban Bush, Chadwick, Conant, Farrell, Fermi, Groves, Lawrence, Oppenheimer e Tolman. Ás 5: 29 AM do 16 de xullo de 1945 o trebello explotou cunha enerxía equivalente duns 20 quilotóns de TNT, deixando un cráter de trinitita (cristal radioactivo) no deserto de 76 m de ancho. A onda de choque sentiuse ata uns 160 km de distancia, e a nube de cogomelo chegou ós 12 km de altura. A detonación chegou a escoitarse na cidade de El Paso, Texas, polo que Groves tivo que difundir unha historia sobre unha explosión nunha polvoreira do campo de Alamogordo para encubrir a proba. Persoal
En xuño de 1944 o Proxecto Manhattan tiña ó redor de 129000 traballadores empregados, dos que 84500 eran traballadores da construción, 40500 eran operadores de planta e 1800 eran persoal militar. Segundo se foi reducindo a actividade de construción, a forza de traballo baixou ata os 100000 empregados un ano despois, malia que o persoal militar incrementouse ata as 5600 persoas. A adquisición do número de traballadores requiridos, especialmente os de alta cualificación, en competición con outros programas vitais de tempo de guerra, resultou ser moi difícil. En 1943 Groves obtivo unha prioridade especial para o traballo da Comisión de Persoal de Guerra, e en marzo de 1944 tanto esta comisión como a Xunta de Produción de Guerra outorgáronlle a prioridade máis alta ó proxecto.
Tolman e Conant, no seu papel de conselleiros científicos do proxecto, elaboraron unha lista de científicos candidatos que foron avaliados por outros científicos que xa estaban a traballar no proxecto. Despois Groves envioulles unha carta persoal ós reitores das súas universidades ou xefes das súas empresas pedíndolles que os liberasen para realizar un traballo esencial para a guerra. Na Universidade de Wisconsin–Madison, Stanislaw Ulam tivo que adiantarlle a Joan Hinton un dos seus exames para que este puidese marchar a traballar no proxecto. Uns meses despois o propio Ulam recibiu unha carta de Hans Bethe, invitándoo a unirse ó proxecto, mentres que Conant convenceu persoalmente a Kistiakowsky a que se unise ó proxecto.
Unha das fontes de persoal cualificado foi o propio exército, en particular o Programa de Adestramento Especializado do mesmo. En 1943 creouse o Destacamento Especial de Enxeñería, cunha forza autorizada de 675 efectivos. Os técnicos e traballadores cualificados recrutados no exército foron asignados a este destacamento. Outra das fontes de persoal foi o Corpo de Mulleres do Exército. Disposto nun primeiro momento para tarefas de oficina no manexo de material clasificado, ó pouco tempo o persoal deste corpo foi asignado tamén a tarefas científicas e técnicas.
Un profesor asociado de radioloxía na Universidade de Rochester, Stafford L. Warren, foi comisionado coronel no Corpo Médico do exército e designado xefe da sección médica do proxecto, ademais de conselleiro médico de Groves. A súa tarefa inicial foi a dirección de persoal médico nos hospitais de Oak Ridge, Richland e Los Alamos. A Sección Médica foi responsable da investigación médica e dos programas de saúde e seguridade. Isto supuxo un gran desafío, xa que os traballadores manexaban unha variedade de químicos tóxicos, usaban líquidos e gases perigosos baixo altas presións, traballaban con altas voltaxes e realizaban experimentos con explosivos, a maiores dos descoñecidos perigos da radioactividade e o manexo de materiais fisibles. Malia todo, en decembro de 1945 o Consello Nacional de Seguridade outorgoulle ó Proxecto Manhattan o Premio de Honra ó Servizo Distinguido na Seguridade en recoñecemento ó seu rexistro de seguridade. Entre xaneiro de 1943 e xuño de 1945 houbo 62 mortos e 3879 feridos incapacitados no proxecto, un 62% por debaixo da taxa da industria privada. Segredo
Un artigo de 1945 na revista Life estimou que antes dos bombardeos de Hiroshima e Nagasaki «probablemente non máis dunha ducia de homes en todo o país coñecía o significado completo do Proxecto Manhattan, e quizais só outros miles sabían incluso que o traballo cos átomos estaba involucrado». A revista escribiu que máis de 100000 empregados no proxecto «traballaban coma toupas na escuridade». Advertidos de que a difusión de segredos do proxecto tiña unha pena de 10 anos de cárcere ou unha multa de 10000 dólares, os traballadores vían entrar nas factorías enormes cantidades de materia prima sen que saíse nada delas, e supervisaban «válvulas e interruptores mentres que tralas grosas paredes de cemento tiñan lugar misteriosas reaccións» sen coñecer o propósito do seu traballo.
O persoal de seguridade de Oak Ridge consideraba calquera festa privada con máis de sete persoas como sospeitosa, e os residentes—que crían que axentes do goberno estaban en segredo entre eles—evitaban invitar repetidamente os mesmos convidados. Malia que os residentes orixinais da zona podían soterrarse nos cemiterios xa existentes, tódolos cadaleitos tiñan que abrirse diante dun membro do corpo de seguridade para a súa inspección. Tódolos residentes, incluíndo os oficiais de maior rango, e os seus automóbiles tiñan que pasar por unha revisión ó entrar e saír das instalacións do proxecto. Un traballador de Oak Ridge afirmou publicamente que «se te poñías inquisitivo, chamábante os axentes secretos do goberno en menos de dúas horas. Habitualmente ós que chamaban para dar explicacións acompañábanos coas maletas ata a porta de entrada e ordenábanlles que seguisen andando». Porén, malia que se lles indicaba que o seu traballo axudaría a finalizar a guerra e quizais tódalas guerras futuras, non ver ou comprender os resultados das súas tediosas tarefas, os efectos secundarios típicos do traballo nas fábricas e a fin da guerra en Europa sen o uso do seu traballo provocaron serios problemas na moral dos traballadores e que se espallasen moitos rumores.
Un dos xerentes de persoal participantes no proxecto afirmou trala guerra: Outra traballadora declarou como, traballando nunha lavandería, pasábanlle tódolos días un «instrumento especial» ós uniformes que emitía un «ruidiño». Non foi ata despois da guerra que esta traballadora soubo que estivera realizando a tarefa de buscar radiación cun contador Geiger. Para mellorar a moral entre estes traballadores, creouse en Oak Ridge un extenso sistema de ligas deportivas intra muros, incluíndo 10 equipos de béisbol, 81 de softball e 26 de fútbol americano.
Censura
A censura voluntaria da información atómica comezou xa antes do Proxecto Manhattan. Tralo comezo da guerra en Europa en 1939, os científicos estadounidenses comezaron a evitar a publicación de investigacións relacionadas con temáticas militares, e en 1940 as publicacións científicas comezaron a solicitarlle á Academia Nacional das Ciencias que dese o seu visto e prace ós artigos publicados. William L. Laurence do New York Times escribiu en setembro de 1940 un artigo para o The Saturday Evening Post sobre a fisión atómica, coñecendo posteriormente que en 1943 varios axentes do goberno solicitaran ás bibliotecas de todo o país que retirasen ese número. Os soviéticos decatáronse deste silencio, e en abril de 1942 o físico nuclear Georgy Flyorov escribiulle a Iosif Stalin advertíndolle da ausencia de artigos sobre a fisión nuclear nas publicacións estadounidenses. Isto desencadeou que a Unión Soviética establecese o seu propio proxecto para unha bomba atómica.
O Proxecto Manhattan operou baixo unha seguridade férrea para tentar evitar que o seu descubrimento inducise as potencias do Eixe, especialmente Alemaña, a acelerar os seus propios proxectos nucleares ou levar a cabo operacións encubertas contra o proxecto. Pola contra, a Oficina de Censura do goberno confiou en que a prensa cumprise un código voluntario de conduta nas súas publicacións, e o proxecto pasou desapercibido nun primeiro momento. A comezos de 1943 os xornais comezaron a publicar informes de grandes construcións en Tennessee e Washington baseándose en rexistros públicos, e a oficina comezou a revisar coa dirección do proxecto como poderían manter o segredo. En xuño a Oficina de Censura solicitoulles ós xornais e locutores que evitasen debater sobre «esmagamento de átomos, enerxía atómica, fisión atómica, separación atómica, ou calquera dos seus equivalentes», así como sobre «o uso para propósitos militares do radio ou materiais radioactivos, auga pesada, equipamento de descarga de alta voltaxe ou ciclotróns». A oficina tamén solicitou evitar o debate sobre «polonio, uranio, iterbio, hafnio, protactinio, radio, renio, torio e deuterio»; aínda que só o uranio era o confidencial, listouse xunto a outros elementos para agochar a súa importancia.
Espionaxe soviética
A posibilidade de sabotaxe estivo presente durante todo o proxecto, sospeitándose deste feito en ocasións cando ocorrían fallos de equipamento. Mentres que se confirmou que algúns problemas foron causados por empregados insatisfeitos ou neglixentes, non houbo instancias confirmadas de sabotaxe instigada polo Eixe. Porén, o 10 de marzo de 1945 unha bomba globo xaponesa bateu cunha liña eléctrica, provocando unha sobrecarga de tensión que causou a parada temporal de tres reactores en Hanford. Cun número moi alto de persoas involucradas no proxecto, a seguridade do mesmo resultaba unha tarefa complicada. Formouse un destacamento especial denominado Corpo de Contraintelixencia para tratar os problemas de seguridade do proxecto. En 1943 os estadounidenses tiñan a certeza de que a Unión Soviética estaba intentando infiltrarse no proxecto. O tenente coronel Boris T. Pash, xefe da rama de contraintelixencia do Mando de Defensa Occidental, investigou unha sospeita de espionaxe soviética no Laboratorio de Radiación en Berkeley. Oppenheimer confirmoulle a Pash de que un profesor compañeiro de Berkeley, Haakon Chevalier, solicitáralle certa información para pasarlla á Unión Soviética.
O espía soviético que obtivo o maior éxito foi Klaus Fuchs, membro da misión británica cun papel destacado en Los Alamos. A revelación no ano 1950 das súas actividades de espionaxe danou a cooperación nuclear estadounidense co Reino Unido e o Canadá. Subsecuentemente descubríronse outros casos de espionaxe, dando como resultado o arresto de Harry Gold, David Greenglass e Ethel e Julius Rosenberg. Outros espías como George Koval e Theodore Hall non foron descubertos durante varias décadas. O valor destas accións de espionaxe resulta difícil de cuantificar para os historiadores, xa que a principal restrición no proxecto soviético da bomba atómica foi a escaseza de mineral de uranio. O consenso xeral indica que a espionaxe aforroulles ós soviéticos un ou dous anos de investigación. Intelixencia estranxeira
Ademais do desenvolvemento da bomba atómica, o Proxecto Manhattan tiña a tarefa de recompilar intelixencia sobre o proxecto alemán de enerxía nuclear. Os estadounidenses crían que o programa xaponés de armas nucleares non estaba moi avanzado xa que o Xapón tiña acceso a moi pouco mineral de uranio, mais si temían que Alemaña estaba moi preto de conseguir desenvolver as súas propias armas nucleares. Instigado polo Proxecto Manhattan, levouse a cabo unha campaña de bombardeo e sabotaxe contra plantas de auga pesada na Noruega ocupada por Alemaña. Creouse unha pequena misión con persoal da Oficina de Intelixencia Naval, da OSRD, do propio Proxecto Manhattan e do grupo de intelixencia do exército G-2 para investigar os desenvolvementos científicos do inimigo, sen limitarse a aqueles relacionados coas armas nucleares. O xefe da intelixencia do exército, o xeneral maior George V. Strong, asignou a Boris Pash ó mando da unidade, que recibiu o nome en clave «Alsos», palabra de orixe grega que significa «arboredo».
En Italia, a chamada misión Alsos interrogou a persoal do laboratorio de física da Universidade de Roma trala captura da cidade en xuño de 1944. Mentres tanto, Pash formou unha división combinada da misión, británica e estadounidense, en Londres, baixo o mando do capitán Horace K. Calvert para participar na operación Overlord. Groves considerou que o risco de que os alemáns puidesen intentar deter os desembarcos de Normandía con velenos radioactivos era suficiente como para advertirlle disto ó xeneral Eisenhower enviando a un oficial para informar o seu xefe de persoal, o tenente xeneral Walter Bedell Smith. Baixo o nome en clave de operación Peppermint, preparouse equipamento especial e adestraron a equipos de Servizo de Guerra Química para usalo.
Seguindo os primeiros avances dos exércitos Aliados en Europa, Pash e Calvert entrevistáronse con Frédéric Joliot-Curie para preguntarlle sobre as actividades dos científicos alemáns. Falaron tamén con oficiais da Union Minière du Haut Katanga sobre os cargamentos de uranio enviados a Alemaña. Localizaron 68 toneladas de mineral en Bélxica, e outras 30 toneladas en Francia. Os interrogatorios de varios prisioneiros alemáns indicáronlles que o uranio e o torio estaban a ser procesados en Oranienburg, a uns 32 km de Berlín, polo que Groves ordenou o seu bombardeo o 15 de marzo de 1945.
Un equipo da misión Alsos desprazouse ata Stassfurt na zona de ocupación soviética e recuperou 11 toneladas de mineral de uranio das instalacións da compañía Wirtschaftliche Forschungsgesellschaft. En abril de 1945 Pash, ao mando dunha forza composta coñecida como a Forza-T, levou a cabo a operación Harborage, un varrido tralas liñas inimigas das cidades de Hechingen, Bisingen e Haigerloch que compoñían o corazón do esforzo nuclear alemán. A Forza-T capturou laboratorios nucleares, documentación, equipamento e subministracións, incluíndo auga pesada e 1, 5 toneladas de uranio metálico. Varios equipos da misión Alsos foron tamén os encargados de capturar a varios científicos alemáns, incluíndo a Kurt Diebner, Otto Hahn, Walther Gerlach, Werner Heisenberg e Carl Friedrich von Weizsäcker, que foron levados a Inglaterra e internados en Farm Hall, unha residencia vixiada en Godmanchester. Bombardeo atómico de Hiroshima e Nagasaki
Preparativos
Comezando en novembro de 1943, o Mando de Material das Forzas Armadas do Exército en Wright Field, Ohio, comezou a operación Silverplate, o nome en código da modificación de aeronaves Boeing B-29 Superfortress para levar as bombas. Realizaron probas de bombardeo no Aeródromo do Exército en Muroc e na Estación de Probas de Armamento Naval de Inyokern, en California. Groves reuniuse co xefe das Forzas Aéreas do Exército dos Estados Unidos (USAAF), o xeneral Henry H. Arnold, en marzo de 1944 para debater a entrega das bombas terminadas ós seus obxectivos. A única aeronave aliada capaz de levar as bombas Thin Man de 5, 2 m de largo ou as bombas Fat Man de 150 cm de ancho era a británica Avro Lancaster, pero utilizar unha aeronave británica provocaría dificultades co seu mantemento. Groves agardaba que o B-29 estadounidense puidese modificarse para levar unha bomba Thin Man unindo os seus dous compartimentos para bombas xuntos. Arnold prometeulle que farían todo o posible para modificar os B-29s e designou o xeneral maior Oliver P. Echols como o oficial de enlace da USAAF para o Proxecto Manhattan. Subsecuentemente, Echols nomeou o coronel Roscoe C. Wilson como o seu substituto, e Wilson pasou a ser o contacto principal da USAAF para o Proxecto Manhattan. O presidente Roosevelt deulle instrucións a Groves de que se as bombas atómicas estaban listas antes da fin da guerra con Alemaña, debería prepararse para lanzalas en Alemaña. O Grupo Composto 509 activouse o 17 de decembro de 1944 na Base das Forzas Aéreas Wendover en Utah, baixo o mando do coronel Paul W. Tibbets. Esta base, preto da fronteira con Nevada, recibiu o nome en clave «Kingman» ou «W-47». Os adestramentos leváronse a cabo en Wendover e no Aeródromo do Exército Batista en Cuba, onde o Escuadrón de Bombardeiros 393 practicou voos de longa distancia sobre o mar e lanzou bombas cabaza de probas. En Los Alamos formouse unha unidade especial coñecida como Proxecto Alberta baixo o mando do capitán da Armada William S. Parsons do Proxecto Y, como parte das funcións do Proxecto Manhattan para axudar nos preparativos e na entrega das bombas. O comandante Frederick L. Ashworth de Alberta reuniuse co almirante da frota Chester W. Nimitz en Guam en febreiro de 1945 para informarlle do proxecto. Durante a súa estancia alí Ashworth escolleu North Field na illa Tinian do Pacífico como base para o Grupo Composto 509, e reservou sitio para o grupo e os edificios necesarios, despregándoo alí en xullo de 1945. Farrell chegou a Tinian o 30 de xullo como representante do Proxecto Manhattan.
A maioría dos compoñentes da bomba Little Boy saíron de San Francisco no cruceiro USS Indianapolis o 16 de xullo e chegaron a Tinian o 26 dese mesmo mes. Catro días despois o navío foi afundido por un submarino xaponés. O resto de compoñentes, incluíndo seis aneis de uranio-235, foron entregados por tres C-54 Skymaster do Escuadrón 320 de Transporte de Tropas do Grupo 509. Levaron dúas ensamblaxes de Fat Man ata Tinian en B-29s especialmente modificados pertencentes ó Grupo 509, e o primeiro núcleo de plutonio levouse nun C-54 especial. Estableceuse un comité unido de obxectivos entre o Distrito Manhattan e a USAAF para determinar que cidades do Xapón deberían ser os obxectivos, recomendando as cidades de Kokura, Hiroshima, Niigata e Kyoto. Foi entón cando interveu o secretario de guerra Henry L. Stimson, anunciando que el tomaría a decisión dos obxectivos, e que non autorizaría o bombardeo de Kyoto por mor da súa importancia histórica e relixiosa. Groves pediulle entón a Arnold que eliminase Kyoto non só da lista de obxectivos nucleares, senón tamén da lista de obxectivos para bombardeos convencionais. Unha das cidades escollidas como posible obxectivo substituto para Kyoto foi Nagasaki.
Bombardeos
En maio de 1945 creouse o Comité Interino para asesorar sobre o uso de enerxía nuclear en tempos de guerra e na posguerra. O seu presidente foi Stimson, con James F. Byrnes, antigo senador e posterior secretario de estado, como representante persoal do presidente Harry S. Truman; Ralph A. Bard, vicesecretario da Armada; William L. Clayton, secretario adxunto do estado; Vannevar Bush; Karl T. Compton; James B. Conant e George L. Harrison, axudante de Stimson e presidente de New York Life Insurance Company. Este comité estableceu un panel de científicos composto por Arthur Compton, Fermi, Lawrence e Oppenheimer para aconsellar sobre as cuestións científicas. Na súa presentación diante do Comité Interino, o panel de científicos deu a súa opinión non só dos probables efectos físicos dunha bomba atómica, mais tamén no seu probable impacto militar e político.
Durante a conferencia de Potsdam en Alemaña, Truman recibiu a nova de que a proba Trinity fora un éxito. Alí díxolle a Stalin que os Estados Unidos tiñan unha nova superarma, sen darlle máis detalles. Esta foi a primeira comunicación oficial á Unión Soviética sobre a bomba, aínda que Stalin xa sabía dela grazas ós seus espías. Coa autorización para usar a bomba contra o Xapón xa outorgada, non se considerou ningunha alternativa tralo rexeitamento xaponés da declaración de Potsdam. O 6 de agosto de 1945 o Boeing B-29 Superfortress Enola Gay do Escuadrón de Bombardeiros 393, pilotado por Tibbets, engalou dende North Field coa bomba Little Boy na súa adega de carga. Hiroshima era o obxectivo primario da misión por ser o cuartel xeral do 2º Exército Xeral, da 5ª División e un porto de embarque, con Kokura e Nagasaki como alternativas. Co permiso de Farrell, Parsons, o artilleiro ó cargo da misión, completou a ensamblaxe da bomba no aire para minimizar riscos durante a engalaxe. A bomba detonou a unha altitude de 530 m cunha explosión dunha equivalencia estimada a uns 13 quilotóns de TNT. Quedou destruída unha zona de aproximadamente 12 km2. Os oficiais xaponeses determinaron que o 69% dos edificios de Hiroshima foron destruídos e outros 6–7% quedaron danados. Entre 70000 e 80000 persoas, 20000 destas soldados xaponeses e outras 20000 traballadores escravos coreanos, un 30% da poboación de Hiroshima naquel entón, faleceron inmediatamente, con outras 70000 persoas feridas.
Na mañá do 9 de agosto de 1945 o B-29 Bockscar, pilotado polo comandante do Escuadrón de Bombardeiros 393 o maior Charles W. Sweeney, engalou coa bomba Fat Man na súa adega de carga. Nesta ocasión Ashworth foi o artilleiro e Kokura era o obxectivo primario. Sweeney engalou coa bomba xa armada pero cos sistemas de seguridade eléctricos aínda activados. Cando chegaron a Kokura unha cuberta de nubes escurecera a cidade, impedíndolles levar a cabo o ataque visual requirido polas ordes. Tras tres pasadas sobre a cidade, e con cada vez menos combustible, dirixíronse cara ó obxectivo secundario, Nagasaki. Ashworth decidiu utilizar unha aproximación por radar en caso de que o obxectivo estivese escurecido, mais unha apertura nas nubes sobre Nagasaki no último momento permitiulles realizar unha aproximación visual seguindo as ordes. A bomba Fat Man foi lanzada sobre o val industrial da cidade a medio camiño entre as instalacións de aceiro e armas de Mitsubishi no sur e as de artillaría de Mitsubishi-Urakami no norte. A explosión resultante tivo un equivalente duns 21 quilotóns de TNT, case igual que a proba Trinity, pero quedou confinada ó val Urakami e unha gran parte da cidade quedou protexida polos montes intermedios, o que resultou na destrución do 44% da cidade aproximadamente. O bombardeo tamén limitou en gran medida a capacidade de produción industrial da cidade e entre 23200 e 28200 traballadores industriais faleceron xunto a 150 soldados xaponeses. En total faleceron entre 35000 e 40000 persoas e outras 60000 quedaron feridas.
Groves agardaba ter outra bomba atómica preparada para o seu uso o 19 de agosto, xunto a outras tres en setembro e outras tres máis en outubro. Preparáronse dúas ensamblaxes máis de bombas Fat Man programadas para saír da Base Aérea Kirtland ata Tinian o 11 e o 14 de agosto. En Los Alamos os técnicos traballaron 24 horas seguidas para moldear outro núcleo de plutonio que aínda precisaría prensado e recubrimento, polo que non estaría preparado ata o 16 de agosto. Porén, o 10 de agosto Truman solicitou que non se lanzasen máis bombas atómicas no Xapón sen a súa autorización expresa. Groves suspendeu o envío deste terceiro núcleo baixo a súa propia autoridade o 13 de agosto.
O 11 de agosto Groves telefonou a Warren para ordenarlle a organización dun novo equipo de sondaxe e investigar os danos e radioactividade en Hiroshima e Nagasaki. Un grupo equipado con contadores Geiger portátiles chegou a Hiroshima o 8 de setembro, liderado por Farrell e Warren, co vicealmirante xaponés Masao Tsuzuki actuando como tradutor. Permaneceron en Hiroshima ata o 14 de setembro e despois sondaron Nagasaki dende o 19 de setembro ata o 8 de outubro. Esta exploración, xunto a outras misións científicas posteriores no Xapón, forneceron datos históricos e científicos de gran valor.
A necesidade dos bombardeos de Hiroshima e Nagasaki converteuse en tema de controversia entre os historiadores. Algúns deles cuestionaron se unha «diplomacia atómica» non houbera conseguido os mesmos obxectivos e debateron se os bombardeos ou a declaración soviética de guerra sobre o Xapón foron decisivos. O informe Franck de xuño de 1945 foi o principal pulo para evitar o bombardeo, pero foi rexeitado polo panel científico do Comité Interino. A petición Szilárd, redactada en xullo de 1945 e asinada por ducias de científicos que traballaban no Proxecto Manhattan, foi un intento tardío de advertirlle ó presidente Truman sobre a responsabilidade requirida para o uso deste tipo de armamento. Posguerra e disolución
Vendo que o traballo realizado que non acababan de comprender producira os bombardeos de Hiroshima e Nagasaki, os traballadores do Proxecto Manhattan quedaron sorprendidos tanto como o resto do mundo. Os xornais en Oak Ridge co anuncio do bombardeo de Hiroshima chegaron a venderse a 1 dólar. Malia que a existencia da bomba xa era pública, o segredo no proxecto continuou, moitos dos traballadores seguiron ignorando o propósito do seu traballo e moitos dos residentes de Oak Ridge continuaron evitando falar «da cousa» (inglés: the stuff) nas conversas ordinarias.
Anticipando os bombardeos Groves ordenoulle a Henry DeWolf Smyth que preparase unha historia para o consumo público. Atomic Energy for Military Purposes, máis coñecido como o «informe Smyth», publicouse o 12 de agosto de 1945. Groves e Nichols outorgáronlle os Premios «E» do Exército-Armada ós principais contratistas, involucrados no proxecto en segredo ata aquel momento. Outorgáronse tamén máis de 20 Medallas Presidenciais ó Mérito a contratistas e científicos, incluíndo a Bush e Oppenheimer. O persoal militar recibiu a Lexión do mérito, incluíndo a comandante do destacamento do Corpo de Mulleres do Exército, a capitá Arlene G. Scheidenhelm.
En Hanford a produción de plutonio diminuíu por mor do decaemento dos reactores B, D e F, envelenados polos produtos da fisión e a inflamación do moderador de grafito, algo coñecido como efecto Wigner. A inflamación danou os tubos de carga onde se irradiaba o uranio para producir o plutonio, deixándoos inservibles. Para manter a subministración de polonio para os iniciadores «urchin», limitouse a produción e pechouse a unidade máis vella, a pila B, para que polo menos un dos reactores estivese dispoñible no futuro. A investigación continuou, con DuPont e o Laboratorio Metalúrxico desenvolvendo un proceso de extracción de solvente redox como técnica alternativa de extracción de plutonio ó proceso bismuto-fosfato, o que deixaba o uranio sen gastar nun estado do que non podía recuperarse con facilidade.
A enxeñaría de bombas continuouna a División Z, nomeada así polo seu director Jerrold R. Zacharias de Los Alamos. A División Z estivo localizada nun primeiro momento en Wendover pero trasladouse a Oxnard Field, Novo México, en setembro de 1945 para estar máis preto de Los Alamos. Isto marcou o comezo da Base Sandia. A base aérea próxima de Kirtland utilizouse como base dos B-29 para a compatibilidade de aeronaves e probas de lanzamento. En outubro tódalas instalacións e persoal de Wendover foran transferidos a Sandia, e os oficiais da reserva que foron desmobilizados foron substituídos por uns 50 oficiais regulares seleccionados a man. Nichols recomendou pechar a planta S-50 e os circuítos Alfa da planta Y-12, completándose isto en setembro. Malia que o seu rendemento estaba no punto máis alto, os circuítos Alfa non podían competir coas plantas K-25 e a nova K-27, que comezaran a operar en xaneiro de 1946. En decembro pechouse a planta Y-12, reducindo desta forma a nómina de Tennessee Eastman dende os 8600 dólares ata os 1500 dólares, o que supoñía un aforro duns 2 millóns de dólares ó mes. O principal problema de desmobilización estivo en Los Alamos, onde houbo un éxodo de talento malia que aínda se precisaba máis traballo. Precisaban conseguir que as bombas como as usadas en Hiroshima e Nagasaki fosen máis sinxelas, seguras e fiables. Tamén era necesario desenvolver métodos de implosión para o uranio substituíndo así o método balístico menos eficiente, e precisaban núcleos compostos de uranio-plutonio por mor da falta de subministración deste último debido ós problemas cos reactores. Porén, a incerteza sobre o futuro do laboratorio foi un problema para conseguir que os traballadores quedasen alí. Oppenheimer volveu ó seu traballo na Universidade de California e Groves nomeou a Norris Bradbury como substituto interino, quen finalmente se mantería neste posto durante os seguintes 25 anos. Groves tentou combater a insatisfacción provocada pola falta de servizos cun programa de construción que incluía un sistema mellorado de subministración de auga, trescentas novas residencias e instalacións de recreo.
En xullo de 1946 leváronse a cabo dúas detonacións de bombas de tipo Fat Man no atol Bikini como parte da operación Crossroads para investigar o efecto das armas nucleares sobre os navíos de guerra. A bomba «Able» detonouse a unha altitude de 158 m o 1 de xullo de 1946, e a bomba «Baker» detonouse a 27 m baixo auga o 25 de xullo de 1946.
Tralos bombardeos de Hiroshima e Nagasaki varios físicos do Proxecto Manhattan fundaron o Bulletin of the Atomic Scientists, iniciado como acción de emerxencia por parte dos científicos que vían unha necesidade urxente dun programa educativo inmediato sobre as armas atómicas. Tras divisar o poder destrutivo destas novas armas e anticipando unha carreira de armamento nuclear, varios dos membros do proxecto, incluíndo a Bohr, Bush e Conant, expresaron a opinión de que era necesario chegar a un acordo sobre o control internacional da investigación nuclear e das armas nucleares. O plan Baruch, revelado nun discurso na recentemente formada Comisión da Enerxía Atómica das Nacións Unidas (UNAEC) en xuño de 1946, propoñía o establecemento dunha autoridade internacional para o desenvolvemento atómico, mais a proposta non foi adoptada.
Tras un debate interno sobre a administración permanente do programa nuclear, creouse a Comisión da Enerxía Atómica dos Estados Unidos por medio da Acta de Enerxía Atómica de 1946, encargándose das funcións e activos do Proxecto Manhattan. Esta comisión estableceu o control civil sobre o desenvolvemento atómico, e separou o desenvolvemento, produción e control das armas nucleares do exército, mentres que das cuestións militares pasou a encargarse o Proxecto de Armas Especiais das Forzas Armadas. O Proxecto Manhattan deixou de existir o 31 de decembro de 1946, mentres que o Distrito Manhattan mantívose ata a súa disolución o 15 de agosto de 1947. Custo
O gasto total do proxecto a data de 1 de outubro de 1945 acadou os 1845 millóns de dólares, o equivalente a menos de nove días de gasto habitual en tempos de guerra, e acadou os 2191 millóns de dólares cando a Comisión da Enerxía Atómica asumiu o control o 1 de xaneiro de 1947. O orzamento total foi de 2400 millóns de dólares. Máis do 90% do custo foi debido á construción das plantas e a produción dos materiais fisibles, con menos dun 10% para o desenvolvemento e produción das armas.
A finais de 1945 producíranse un total de catro bombas (o «trebello» da proba Trinity, a bomba Little Boy, a bomba Fat Man e unha cuarta bomba non utilizada), o que supuxo que o custo medio dunha bomba estivese nos 500 millóns de dólares de 1945. En comparación, o custo total do proxecto a finais de 1945 supoñía un 90% do total gastado na produción de armas pequenas (sen contar munición) por parte dos Estados Unidos, e o 34% do total gastado en tanques estadounidenses durante o mesmo período. Legado
O impacto cultural e político do desenvolvemento de armas nucleares considérase profundo e de grande alcance. William Laurence do New York Times, o primeiro en utilizar a expresión «era atómica», pasou a ser o correspondente oficial do Proxecto Manhattan na primavera de 1945. En 1943 e 1944 tentara persuadir sen éxito á Oficina da Censura que lle permitisen escribir sobre o potencial explosivo do uranio, polo que os oficiais gobernamentais sentiron que gañara o dereito a informar sobre o maior segredo da guerra. Laurence foi testemuño tanto da proba Trinity como do bombardeo de Nagasaki, e escribiu as notas de prensa oficiais para ámbolos dous eventos. Posteriormente escribiu unha serie de artigos loando as virtudes da nova arma. Os seus artigos anteriores e posteriores ós bombardeos axudaron ó coñecemento público do potencial da tecnoloxía nuclear e foron unha das motivacións do seu desenvolvemento nos Estados Unidos e na Unión Soviética. O Proxecto Manhattan deixou un legado en forma de rede de laboratorios nacionais: o Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, o Laboratorio Nacional de Los Alamos, o Laboratorio Nacional de Oak Ridge, o Laboratorio Nacional de Argonne e o Laboratorio Ames. Groves estableceu dous máis pouco despois da guerra, o Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, Nova York, e os Laboratorios Nacionais Sandia en Albuquerque. Groves dispuxo uns 72 millóns de dólares para o seu orzamento para actividades de investigación no ano fiscal 1946–1947. Esta rede de laboratorios estivo á vangarda das investigacións a grande escala coñecidas como «Big Science», termo cuñado por Alvin Weinberg, director do Laboratorio Nacional de Oak Ridge.
O Laboratorio de Investigación Naval xa levaba tempo interesado na posibilidade de utilizar enerxía nuclear para a propulsión de navíos de guerra, polo que procurou crear o seu propio proxecto nuclear. En maio de 1946 Chester Nimitz, para entón Xefe de Operacións Navais, decidiu que a Armada debería traballar en conxunto co Proxecto Manhattan. Asignou un grupo de oficiais navais a Oak Ridge, sendo o de maior rango o capitán Hyman G. Rickover, quen pasou a ser director asistente alí. Estes oficiais centráronse no estudo da enerxía nuclear, establecendo os cimentos dunha armada nuclear. Un grupo semellante de persoal das Forzas Aéreas chegou a Oak Ridge en setembro de 1946 coa intención de desenvolver aeronaves nucleares. O seu proxecto de Enerxía Nuclear para a Propulsión de Aeronaves tivo que facer fronte a grandes dificultades técnicas e sería finalmente cancelado.
A capacidade dos novos reactores para crear isótopos radioactivos en cantidades previamente imposibles iniciou unha revolución na medicina nuclear nos anos inmediatamente posteriores á guerra. Comezando a mediados de 1946, Oak Ridge comezou a distribuír radioisótopos a hospitais e universidades. A maioría dos pedidos eran de iodo-131 e fósforo-32, utilizados na diagnose e tratamento do cancro. Ademais da medicina, este tipo de isótopos utilizáronse en investigacións biolóxicas, industriais e agrícolas.
Á hora de ceder o control das armas nucleares á Comisión da Enerxía Atómica, Groves deu un discurso de despedida para o persoal que traballara no Proxecto Manhattan: En 2014 o Congreso dos Estados Unidos aprobou unha lei para a creación dun parque nacional dedicado á historia do Proxecto Manhattan, establecido co nome de Parque Histórico Nacional do Proxecto Manhattan o 10 de novembro de 2015.