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애퍼매톡스에서 로버트 E. 리에 대한 그랜트의 관대한 대우는 남부에서의 인기를 얻는 데 도움이 되었다. 비록 그는 시민권을 정치 의제로 유지했지만, 그랜트의 두 번째 임기 말에 공화당은 보수적인 재정 정책을 추구하는 방향으로 전환했다. 1873년 공황에 대한 그의 약한 대응은 경제에 해를 끼쳤고, 1874년 대패한 그의 당에 심각한 피해를 입혔다. 그랜트의 재정 정책은 월스트리트를 선호했지만, 그의 임기는 그랜트가 이해하거나 대처할 수 없었던 깊은 경제 불황으로 끝났다. 20세기 전반기의 수정주의 역사학자들은 남부 연합에 대한 낭만적인 시각과 패전병의 대의를 옹호하는 경향이 있었으며, 북부의 대의와 그랜트의 대통령직을 부패한 폭군으로 격하시켰다.
20세기의 그랜트에 대한 역사적 견해는 덜 호의적이었다. 정치 분석가 마이클 바론은 1998년에 "율리시스 S. 그랜트는 보편적으로 가장 위대한 미국 장군 중 한 명으로 평가받고 있으며, 그의 회고록은 지금까지 쓰여진 최고의 군사 자서전 중 하나로 널리 간주된다. 그러나 그는 보수주의자나 자유주의자 할 것 없이 불가피하게 미국 역사상 최악의 대통령 중 한 명으로 지목된다"고 언급했다. 바론은 "그러나 이러한 합의는 전문 역사학자 길드 외부의 작가들에 의해 도전을 받고 있다"고 주장한다. 바론은 대학생 때 그랜트 장군 국립기념관 복원 운동을 이끌었으며, 1998년 그랜트의 대통령직을 긍정적인 시각으로 묘사한 현대 시대의 첫 책을 쓴 변호사 프랭크 스카투로를 지목한다. 바론은 스카투로의 저서가 "그랜트가 강하고, 여러 중요한 면에서 성공적인 대통령이었음을 설득력 있게 주장한다. 이는 미국 정치사의 흐름을 우리가 어떻게 보는지에 있어 중요한 의미를 지닌 주장이다... 스카투로의 저서는... 전체 진보-뉴딜 전통에 대한 재평가를 촉구해야 한다"고 말했다.
21세기에 그랜트의 명성과 순위는 진 에드워드 스미스의 『그랜트』, H.W. 브랜즈의 『연합을 구한 사람: 전쟁과 평화 속 율리시스 그랜트』, 그리고 가장 최근에는 로널드 C. 화이트의 『아메리칸 율리시스: 율리시스 S. 그랜트의 삶』 등 저명한 역사학자들의 긍정적인 전기 출간에 힘입어 크게 상승했다. 역사학자 조안 워는 그랜트가 "미국 원주민 정책, 공무원 개혁, 아프리카계 미국인 권리 분야에서 다른 어떤 대통령도 시도하지 못했던 조치"를 취했다고 말했다. 워는 그랜트가 "성공적인 외교 정책을 수행했으며 영미 관계 개선에 기여했다"고 말했다. 그의 대통령직에 대한 관심 또한 조시아 번팅 3세의 『율리시스 S. 그랜트: 미국 대통령 시리즈: 제18대 대통령』과 같은 역사학자들에 의해 증가했다.
그랜트는 재임 기간 동안 미국 연방 대법원에 4명의 대법관을 임명했다. 그랜트가 취임했을 때 법원에는 8석이 있었다. 의회는 1866년에 사법 순회법을 통과시켜, 대법관이 은퇴할 때마다 한 좌석을 없애 앤드루 존슨이 후임자를 지명하는 것을 막도록 했다. 1869년 4월 의회는 1869년 사법법을 통과시켜 대법원의 규모를 9명으로 고정했다.
그랜트는 1869년에 대법원 두 자리를 채울 기회를 가졌다. 그의 초기 지명자들은 다음과 같다.
그는 이어서 두 명의 지명자를 더 제출했으며, 이들은 성공적으로 임명되었다.
두 사람 모두 철도 변호사였으며, 그들의 임명은 그랜트가 그들을 통해 그들이 지명된 날 결정된 헵번 대 그리볼드 사건을 뒤집으려 한다는 비난으로 이어졌다. 사업 이익에 불리했던 이 사건은 1862년 이전에 발생한 연방 부채가 그린백이 아닌 금으로 지급되어야 한다고 판결했다. 그럼에도 불구하고 스트롱과 브래들리 모두 인준되었고, 이듬해 헵번 판결은 실제로 뒤집혔다.
그랜트는 두 번째 임기 동안 두 자리를 더 채울 기회를 가졌다. 첫 번째 공석을 채우기 위해 그는 다음을 지명했다.
1873년 5월, 새먼 P. 체이스 대법원장이 갑자기 사망했다. 그랜트는 처음에 로스코 콩클링 상원의원에게 자리를 제안했지만 그는 거절했고, 티모시 하우 상원의원도 거절했다. 그랜트는 공석을 채우기 위해 세 번의 시도를 했다.
거부권.
그랜트는 93건의 거부권 행사로 이전 대통령들보다 더 많은 법안에 거부권을 행사했다. 이 중 45건은 일반 거부권이었고, 48건은 보류거부였다. 그랜트의 거부권은 4번 의회에 의해 무효화되었다.
제시 어니스트 윌킨스 주니어(Jesse Ernest Wilkins Jr., 1923년 11월 27일 – 2011년 5월 1일)는 미국의 핵 과학자, 기계공학자 및 수학자였다. 신동이었던 그는 13세에 시카고 대학교에 입학하여 그곳의 최연소 학생이 되었다. 어린 나이에 졸업하여 전국 언론에서 "흑인 천재"로 칭송받았다.
윌킨스는 유진 위그너와 함께 핵 원자로 내 중성자 에너지 분포를 추정하는 위그너-윌킨스 접근법을 공동 개발했는데, 이는 모든 핵 원자로 설계의 기초가 된다. 윌킨스는 나중에 1974년에 미국 핵 학회 회장이 되었다.
윌킨스는 70년 동안 광범위한 경력을 쌓았으며 순수 및 응용수학, 토목 및 원자력 공학, 광학 분야에 상당한 기여를 했다. 윌킨스는 제2차 세계 대전 동안 맨해튼 계획에 참여한 아프리카계 미국인 과학자 및 기술자 중 한 명이었다. 그는 또한 학계와 산업계에서 핵물리학 연구를 수행했다. 그는 수많은 과학 논문을 쓰고 여러 중요한 직책을 역임했으며 여러 중요한 상을 받았고 소수 학생들이 과학 분야에 진출하도록 도왔다. 그의 생애 동안 그는 종종 인종차별의 대상이었다.
1940년, 윌킨스는 시카고 대학교에서 AB 수학 학위를 취득했다. 그는 같은 기관에서 수학 석사 및 박사 학위를 계속 이수하여 1941년과 1942년에 완료했다. 그의 학위논문 제목은 Multiple Integral Problems in Parametric Form in the Calculus of Variations였으며, 매그너스 헤스터네스가 지도했다.
처음에 연구직을 확보하지 못했던 윌킨스는 1943년부터 1944년까지 앨라배마주 터스키기에 있는 터스키기 대학 (현 터스키기 대학교)에서 수학을 가르쳤다.
1944년 그는 시카고 대학교로 돌아와 맨해튼 계획의 일환으로 그곳의 야금 연구소에서 부 수리물리학자로, 그 다음에는 물리학자로 근무했다. 아서 홀리 콤프턴과 엔리코 페르미의 지휘 아래 윌킨스는 핵분열성 핵물질 추출을 연구했지만, 히로시마시에 원자폭탄이 투하된 후에야 연구 그룹의 궁극적인 목표를 알게 되었다. 윌킨스는 윌킨스 효과와 위그너-윌킨스 스펙트럼과 같은 여러 물리 현상의 공동 발견자 또는 발견자였다.
윌킨스의 팀이 오크리지 (테네시주)에 있는 오크리지 국립연구소 (당시 "X" 기지로 알려짐)로 이전될 예정이었을 때, 미국 남부의 짐크로 법으로 인해 윌킨스는 그곳에서 일할 수 없었다. 에드워드 텔러가 이 사실을 알게 되자, 그는 1944년 9월 18일 (당시 컬럼비아 대학의 전쟁 연구 책임자였던) 해럴드 유리에게 윌킨스의 능력에 대해 편지를 써서 윌킨스의 인종에 대한 현지 반응으로 인해 발생한 문제를 알리고 새로운 직책에 대한 그의 서비스를 추천했다. 텔러는 이렇게 설명했다.
윌킨스는 그 후에도 수학을 가르치고 유진 위그너 물리학자와 함께 중성자 흡수에 대한 중요한 연구를 수행했으며, 여기에는 수학적 모델 개발도 포함되었다. 그는 또한 나중에 전력 발전을 위한 원자로를 설계하고 개발하는 데 도움을 주었으며, 그러한 회사 중 한 곳의 공동 소유주가 되었다.
프로젝트에서 수학자와 원자력 기술자 간의 의사소통을 개선하기 위해 윌킨스는 뉴욕 대학교에서 기계 공학 학사(1957) 및 석사(1960) 학위를 취득하여 평생 동안 5개의 과학 학위를 취득했다. 이는 그가 핵 시설을 설계하고 건설할 자격도 부여했다.
1970년에 윌킨스는 하워드 대학교에서 응용수리물리학 석좌교수로 재직했으며, 대학의 수학 박사 과정 설립을 도왔다. 하워드 재직 기간 동안 그는 1976년부터 1977년까지 아곤 국립 연구소에서 객원 과학자로 안식년을 가졌다.
1974년부터 1975년까지 윌킨스는 미국 핵 학회 회장을 역임했으며 1976년에는 미국공학한림원에 선출된 두 번째 아프리카계 미국인이 되었다.
1990년부터 윌킨스는 조지아주 애틀랜타에서 클라크 애틀랜타 대학교의 응용수학 및 수리물리학 석좌교수로 살면서 일했으며, 2003년에 마지막으로 은퇴했다.
수년간의 연구를 통해 윌킨스는 미분기하학, 선형 미분 방정식, 적분, 원자력공학, 감마선 차폐 및 광학을 포함한 다양한 주제에 대한 100편 이상의 논문을 발표했으며, 그 과정에서 수많은 전문 및 과학 상을 받았다.
윌킨스는 1947년 6월에 결혼한 첫 번째 아내 글로리아 루이즈 스튜어드(1980년 사망)와의 사이에 두 자녀를 두었고 1984년에 맥신 G. 말론과 결혼했다. 그는 2003년 9월 시카고에서 베라 우드 앤더슨과 세 번째 결혼을 했다. 그는 첫 번째 결혼에서 딸 샤론과 아들 J. 어니스트 3세를 두었다.
그의 아버지 J. 어니스트 윌킨스 시니어는 아이젠하워 행정부에서 미국 노동부 차관을 지냈다.
윌킨스는 두 명의 저명한 변호사의 삼촌이다: 데이비드 B. 윌킨스, 하버드 법학대학원 교수, 그리고 티모시 A. 윌킨스, 프레쉬필즈 브룩하우스 데링거의 파트너. 2010년에 윌킨스의 조카딸인 캐롤린 마리 윌킨스(보스턴 버클리 음악 대학 음악 교수)는 그녀의 전기 Damn Near White: An African American Family's Rise from Slavery to Bittersweet Success에서 윌킨스의 아버지와 그녀의 가족에 대해 더 일반적으로 썼다.
윌킨스는 2011년 5월 1일 애리조나주 파운틴 힐스에서 사망했다. 그는 5월 5일 국립 기념 묘지 케이브 크릭, 애리조나에 묻혔다.
윌킨스는 2023년 영화 오펜하이머에서 로널드 어거스트가 연기했으며, 전미 비평가 위원회와 미국 영화 연구소가 선정한 2023년 10대 영화 중 하나로 선정되었다.
윌킨스의 회원 활동은 다음과 같다:
엄선된 저술 및 기타 작품.
이 작품에 나와 있는 대로:
로스앨러모스 연구소는 Y 프로젝트로도 알려져 있으며, 맨해튼 계획에 의해 설립되고 캘리포니아 대학교의 감독을 받아 제2차 세계 대전 중 운영된 비밀 과학 연구소였다. 이곳은 미국 육군과 협력하여 운영되었다. 그 임무는 최초의 원자폭탄을 설계하고 제작하는 것이었다. J. 로버트 오펜하이머가 1943년부터 1945년 12월까지 초대 소장을 역임했고, 그 후 노리스 브래드버리가 뒤를 이었다. 과학자들이 보안을 유지하면서 자유롭게 연구에 대해 논의할 수 있도록, 연구소는 뉴멕시코주 북부의 고립된 파하리토 고원에 위치했다. 전시 연구소는 한때 로스앨러모스 랜치 스쿨의 일부였던 건물을 사용했다.
개발 노력은 초기에는 플루토늄을 사용하는 포신형 핵분열 무기인 신 맨에 집중되었다. 1944년 4월, 로스앨러모스 연구소는 원자로에서 생성된 플루토늄의 자발 핵분열률이 플루토늄-240의 존재로 인해 너무 높아 코어가 완전히 조립되기 전에 조기 폭발을 일으킬 핵 연쇄 반응을 초래할 것이라고 판단했다. 이에 오펜하이머는 연구소를 재편성하고 존 폰 노이만이 제안한 대안 설계인 내폭형 핵무기에 전면적이고 궁극적으로 성공적인 노력을 기울였으며, 이는 팻 맨으로 명명되었다. 포신형 설계의 변형인 리틀 보이는 우라늄-235를 사용하여 개발되었다.
로스앨러모스 연구소의 화학자들은 플루토늄과 우라늄을 정제하는 방법을 개발했는데, 플루토늄은 Y 프로젝트가 시작될 당시 미세한 양으로만 존재했던 금속이었다. 이곳의 야금학자들은 플루토늄이 예상치 못한 특성을 가지고 있음을 발견했지만, 그럼에도 불구하고 이를 금속 구체로 주조할 수 있었다. 연구소는 세계에서 세 번째로 가동된 원자로인 워터 보일러를 건설했다. 또한 핵분열 폭탄을 사용하여 중수소와 삼중수소에서 핵융합 반응을 유발하는 수소폭탄인 "슈퍼"에 대해서도 연구했다.
팻 맨 설계는 1945년 7월 트리니티 핵 실험에서 시험되었다. Y 프로젝트 인원들은 히로시마·나가사키 원자폭탄 투하를 위한 피트 승무원 및 조립 팀을 구성했으며, 무기 전문가 및 관찰자로 폭격에 참여했다. 전쟁이 끝난 후, 연구소는 비키니 환초에서 진행된 크로스로드 작전 핵 실험을 지원했다. 시험, 비축 및 폭탄 조립 활동을 통제하기 위해 새로운 Z 부서가 신설되었으며, 이 활동들은 샌디아 기지에 집중되었다. 로스앨러모스 연구소는 1947년에 로스앨러모스 과학 연구소가 되었다.
핵분열과 원자폭탄.
1932년 제임스 채드윅의 중성자 발견, 이어서 1938년 화학자 오토 한과 프리츠 슈트라스만에 의한 핵분열의 발견, 그리고 곧이어 물리학자 리제 마이트너와 오토 로베르트 프리슈에 의한 그 설명(및 명명)은 우라늄을 이용한 통제된 핵 연쇄 반응의 가능성을 열었다. 당시 미국에서는 원자폭탄이 실용적이라고 생각하는 과학자가 거의 없었지만, 독일 핵무기 계획이 원자 무기를 개발할 가능성에 대해 나치 독일과 다른 파시스트 국가 출신의 난민 과학자들이 우려했고, 이로 인해 프랭클린 D. 루스벨트 대통령에게 경고하는 아인슈타인-실라르드 편지가 작성되었다. 이는 1939년 말부터 미국에서 예비 연구를 촉발시켰다.
미국에서는 진척이 더뎠지만, 영국에서는 버밍엄 대학교의 독일 출신 물리학자 난민인 오토 프리슈와 루돌프 파이얼스가 원자폭탄 개발, 생산 및 사용과 관련된 이론적 문제들을 검토했다. 그들은 순수 우라늄-235 구에 어떤 일이 벌어질지 고려했고, 연쇄반응이 발생할 뿐만 아니라 수백 톤의 TNT 에너지를 방출하는 데 필요한 우라늄-235의 양이 만큼 적을 수도 있다는 것을 발견했다. 그들의 상사인 마크 올리펀트는 프리슈-파이얼스 비망록을 공중전 과학 조사 위원회(CSSAW) 위원장인 헨리 티자드 경에게 가져갔고, 티자드는 다시 CSSAW가 우라늄 연구 책임을 위임한 조지 패짓 톰슨에게 전달했다. CSSAW는 조사를 위해 모드 위원회를 설립했다. 1941년 7월 최종 보고서에서 모드 위원회는 원자폭탄이 가능할 뿐만 아니라 1943년 초에 생산될 수도 있다고 결론지었다. 이에 따라 영국 정부는 튜브 앨로이스라고 알려진 핵무기 프로젝트를 만들었다.
영국과는 달리 아직 제2차 세계 대전에 참전하지 않은 미국에서는 여전히 긴급성이 부족했기 때문에, 올리펀트는 1941년 8월 말 비행기를 타고 미국으로 건너가 캘리포니아 대학교에 있는 그의 친구 어니스트 로런스를 포함한 미국 과학자들과 대화했다. 그는 그들에게 원자폭탄이 실현 가능하다는 것을 확신시켰을 뿐만 아니라, 로렌스에게 그의 사이클로트론을 동위원소 분리를 위한 거대한 질량 분석기로 전환하도록 영감을 주었다. 이는 올리펀트가 1934년에 개척한 기술이었다. 이어서 로렌스는 그의 친구이자 동료인 로버트 오펜하이머를 불러 모드 위원회 보고서의 물리학적 내용을 재확인하도록 했으며, 이 보고서는 1941년 10월 21일 스키넥터디의 제너럴 일렉트릭 연구소에서 열린 회의에서 논의되었다.
1941년 12월, 과학 연구 개발국(OSRD)의 S-1 섹션은 아서 콤프턴에게 폭탄 생산 및 설계에 대한 과학 연구를 총괄하는 책임을 맡겼다. 그는 폭탄 설계와 임계 질량 및 무기 폭발 계산의 핵심인 고속 중성자 계산 작업을 "고속 파열 조정관"이라는 직함을 가진 그레고리 브라이트에게 위임하고, 오펜하이머를 조수로 임명했다. 그러나 브라이트는 야금 연구소에서 일하는 다른 과학자들, 특히 엔리코 페르미와 보안 조치에 대해 의견이 일치하지 않아 1942년 5월 18일 사임했다. 이에 콤프턴은 브라이트의 후임으로 오펜하이머를 임명했다. 야금 연구소의 물리학자 존 H. 맨리는 전국에 흩어져 있는 실험 물리학 그룹과 연락하고 조정하는 일을 오펜하이머를 돕도록 배정되었다. 오펜하이머와 일리노이 대학교의 로버트 서버는 중성자 확산 문제(핵 연쇄 반응에서 중성자가 어떻게 움직이는가)와 유체역학(연쇄 반응에 의해 생성된 폭발이 어떻게 행동하는가)을 조사했다.
폭탄 설계 개념.
이 연구와 핵분열 반응의 일반 이론을 검토하기 위해, 오펜하이머와 페르미는 6월에는 시카고 대학교에서, 7월에는 버클리의 캘리포니아 대학교에서 이론 물리학자 한스 베테, 존 반 블렉, 에드워드 텔러, 에밀 코노핀스키, 로버트 서버, 스탠 프랭클, 그리고 오펜하이머의 전 제자들인 엘드레드 C. 넬슨, 그리고 실험 물리학자인 에밀리오 지노 세그레, 펠릭스 블로흐, 프랑코 라세티, 존 맨리, 그리고 에드윈 맥밀런과 회의를 소집했다. 그들은 핵분열 폭탄이 이론적으로 가능하다는 것을 잠정적으로 확인했다.
여전히 미지의 요소들이 많았다. 순수 우라늄-235의 특성은 상대적으로 알려지지 않았고, 1941년 2월 글렌 T. 시보그와 그의 팀에 의해 최근에야 발견되었지만 이론적으로 핵분열성이 있는 플루토늄의 특성은 더욱 그러했다. 버클리 회의의 과학자들은 핵분열하는 우라늄-235 원자에서 중성자를 흡수하는 우라늄-238 원자로부터 원자로에서 플루토늄을 증식시키는 것을 구상했다. 이 시점에는 아직 원자로가 건설되지 않았고, 사이클로트론에 의해 생산된 미세한 양의 플루토늄만 사용할 수 있었다.
핵분열성 물질을 임계 질량으로 배열하는 방법은 여러 가지가 있었다. 가장 간단한 방법은 "원통형 플러그"를 "활성 물질" 구체에 "탬퍼"—중성자를 안쪽으로 집중시키고 반응하는 질량을 함께 유지하여 효율성을 높이는 밀집된 물질—와 함께 발사하는 것이었다. 그들은 또한 리처드 C. 톨먼이 제안한 "내폭"의 원시적 형태인 회전타원면을 포함하는 설계와, 폭탄이 폭발하면서 효율성을 높이는 자동 촉매 방법의 가능성도 탐구했다.
핵분열 폭탄에 대한 아이디어가 이론적으로 정립되었다고 간주한 버클리 회의는 더 많은 실험 데이터가 나올 때까지 다른 방향으로 전환했다. 에드워드 텔러는 더 강력한 폭탄인 "슈퍼"에 대한 논의를 추진했는데, 오늘날 일반적으로 "수소폭탄"으로 불리는 이 폭탄은 폭발하는 핵분열 폭탄의 폭발력을 사용하여 중수소와 삼중수소 사이에서 핵융합 반응을 점화할 것이었다. 텔러는 여러 계획을 제안했지만, 한스 베테는 각 계획을 거부했다. 핵융합 아이디어는 핵분열 폭탄 생산에 집중하기 위해 보류되었다. 텔러는 또한 원자폭탄이 질소 핵의 가상 핵융합 반응으로 인해 대기를 "점화"할 수 있다는 추측성 가능성을 제기했지만, 베테는 이것이 불가능하다고 계산했으며, 텔러와 공동 저술한 보고서에서는 "자체 전파되는 핵 연쇄 반응은 시작될 가능성이 낮다"고 밝혔다.
폭탄 연구소 개념.
오펜하이머가 7월 회의를 능숙하게 다룬 점은 동료들에게 깊은 인상을 주었다. 그의 통찰력과 가장 어려운 사람들도 다루는 능력은 그를 잘 아는 사람들조차 놀라게 했다. 회의 후 오펜하이머는 물리학적 문제는 해결했지만, 원자폭탄 제작의 공학, 화학, 야금, 군수품 측면에서는 상당한 작업이 여전히 필요하다는 것을 깨달았다. 그는 폭탄 설계가 사람들이 문제에 대해 자유롭게 논의하고 낭비적인 중복 노력을 줄일 수 있는 환경을 필요로 한다고 확신했다. 그는 이러한 목표를 고립된 위치에 중앙 연구소를 설립함으로써 보안과 가장 잘 조화시킬 수 있다고 판단했다.
준장 레슬리 그로브스는 1942년 9월 23일 맨해튼 계획의 책임자가 되었다. 그는 로렌스의 캘루트론을 보기 위해 버클리를 방문했고, 오펜하이머를 만나 10월 8일 폭탄 설계에 대한 보고서를 받았다. 그로브스는 별도의 폭탄 설계 연구소를 설립하려는 오펜하이머의 제안에 관심을 가졌다. 10월 15일 시카고에서 다시 만났을 때, 그는 오펜하이머를 초대하여 이 문제에 대해 논의했다. 그로브스는 20세기 리미티드 열차를 타고 뉴욕으로 돌아가야 했기 때문에, 오펜하이머에게 동행하여 논의를 계속할 수 있도록 요청했다. 그로브스, 오펜하이머, 대령 제임스 C. 마셜, 그리고 중령 케네스 니콜스 모두 니콜스의 개인 침대칸에 몸을 구겨 넣고 폭탄 연구소를 어떻게 만들고 어떻게 운영할지에 대해 논의했다. 그로브스는 이후 오펜하이머를 워싱턴 D.C.로 오게 했고, 거기서 OSRD 국장인 버니바 부시와 국방연구위원회(NDRC) 위원장인 제임스 브라이언트 코넌트와 함께 이 문제를 논의했다. 10월 19일, 그로브스는 폭탄 연구소 설립을 승인했다.
오펜하이머는 프로젝트 Y로 알려진 새로운 연구소를 지휘할 논리적인 인물로 보였지만, 그는 행정 경험이 거의 없었다. 부시, 코넌트, 로렌스, 그리고 해럴드 유리는 모두 이에 대한 우려를 표명했다. 더욱이, 버클리 방사선 연구소의 로렌스, 시카고 야금 프로젝트의 콤프턴, 뉴욕 SAM 연구소의 유리와는 달리, 오펜하이머는 노벨상을 수상하지 못하여 저명한 과학자들을 다루는 데 필요한 명성이 부족할 수 있다는 우려를 불러일으켰다. 보안 문제도 있었다. 오펜하이머의 가장 가까운 지인들 중 다수는 그의 아내 키티를 포함하여 미국 공산당의 적극적인 당원이었다. 그의 여자친구 진 태틀록, 형 프랭크, 그리고 프랭크의 아내 재키도 마찬가지였다. 결국, 그로브스는 1943년 7월 20일 오펜하이머에게 보안 허가를 내주도록 직접 지시했다.
프로젝트 Y를 시카고의 야금 연구소나 테네시 오크리지의 클린턴 엔지니어 웍스에 위치시키는 방안이 고려되었지만, 결국 외딴 곳이 최선이라는 결론이 내려졌다. 로스앤젤레스 근처의 부지는 보안 문제로 거부되었고, 네바다 리노 근처의 부지는 접근성이 너무 좋지 않아 거부되었다. 오펜하이머의 추천에 따라, 오펜하이머가 상그레 데 크리스토 산맥에 목장을 소유하고 있던 앨버커키 인근으로 탐색 범위가 좁혀졌다. 기후는 온화했고, 앨버커키와의 항공 및 철도 연결이 있었으며, 미국 서해안에서 충분히 떨어져 있어 일본의 공격 문제가 없었고, 인구 밀도가 낮았다.
1942년 10월, 맨해튼 지구(맨해튼 계획의 군사 부문)의 존 H. 더들리 소령은 갤럽, 라스베이거스, 라 벤타나, 헤메즈 스프링스, 오토위 주변 지역을 조사했으며, 헤메즈 스프링스 근처를 추천했다. 11월 16일, 오펜하이머, 그로브스, 더들리 외 여러 명이 그 지역을 둘러보았다. 오펜하이머는 그 지역을 둘러싼 높은 절벽이 사람들에게 폐쇄공포증을 느끼게 할까 봐 우려했고, 엔지니어들은 홍수 가능성에 대해 걱정했다. 일행은 그 다음 로스앨러모스 랜치 스쿨 근처의 오토위 지역으로 이동했다. 오펜하이머는 그 지역의 자연미와 상그레 데 크리스토 산맥의 전망에 깊은 인상을 받고 강한 선호를 표명했는데, 이는 프로젝트에 참여할 사람들에게 영감을 주기를 바랐기 때문이었다. 엔지니어들은 열악한 접근 도로와 물 공급이 충분할지에 대해 우려했지만, 그 외에는 이상적인 장소라고 느꼈다.
미국 육군차관 로버트 P. 패터슨은 1942년 11월 25일 부지 인수를 승인하며, 에 달하는 부지 매입에 44만 달러를 승인했다. 이 중 를 제외한 나머지 토지는 이미 연방 정부 소유였다. 미국 농무부 장관 클로드 R. 위카드는 미국 산림청 소유의 약 에 달하는 토지를 전쟁부에 "군사적 필요가 지속되는 동안" 사용하도록 허가했다. 새로운 도로와 나중에 길이의 전력선에 대한 통행권에 필요한 토지로 인해 최종적으로 전시 토지 구매액은 에 달했지만, 실제 지출은 41만 4,971달러에 불과했다. 가장 큰 지출 항목은 35만 달러가 소요된 학교와 2만 5천 달러가 소요된 앵커 랜치였다. 둘 다 정부와의 협상을 위해 변호사를 고용했지만, 히스패닉계 자영농들은 에이커당 7달러(1943년 기준 $)밖에 받지 못했다. 방목 허가는 철회되었고, 사유지는 제2차 전쟁권한법의 권한을 사용하여 수용권을 통해 구매되거나 수용되었다. 수용 청원서에는 모든 광물, 수자원, 목재 및 기타 권리가 포함되도록 명시되어, 사유 개인이 해당 지역에 들어올 어떠한 이유도 없도록 했다. 이 부지는 반델리어 국립기념물과 아메리카 원주민의 신성한 매장지와 접하면서 불규칙한 모양이 되었다.
부지 인수에서 중요한 고려 사항은 로스앨러모스 랜치 스쿨의 존재였다. 이 학교는 54개의 건물로 구성되었으며, 그 중 27개는 주택, 기숙사 또는 기타 숙소로 의 숙박 시설을 제공했다. 나머지 건물에는 제재소, 빙실, 헛간, 목공 작업장, 마구간 및 차고 등이 포함되어 총 에 달했다. 인근 앵커 랜치에는 주택 4채와 헛간 1채가 있었다. 건설 작업은 1944년 3월 15일까지 미국 육군 공병대 알버커키 공병 지구의 감독을 받았으며, 그 이후 맨해튼 공병 지구가 책임을 인계받았다. 산타페의 윌라드 크루거와 동료들이 건축가 및 엔지니어로서 참여했다. 블랙 &amp; 비치는 1945년 12월에 유틸리티 설계를 위해 투입되었다. 전자는 74만 3,706.68달러, 후자는 1946년 말 맨해튼 프로젝트가 종료될 때까지 16만 4,116달러를 받았다. 알버커키 지구는 로스앨러모스에서 930만 달러의 건설을 감독했으며, 맨해튼 지구는 추가로 3,040만 달러를 감독했다. 초기 작업은 투손의 M. M. Sundt Company와 계약을 맺고 1942년 12월에 시작되었다. 그로브스는 처음에 오펜하이머의 예상액의 세 배인 30만 달러를 건설에 할당했으며, 완공 예정일은 1943년 3월 15일이었다. 그러나 프로젝트 Y의 범위가 예상보다 훨씬 크다는 것이 곧 분명해졌고, Sundt가 1943년 11월 30일에 작업을 마칠 때까지 7백만 달러 이상이 지출되었다. 지아 컴퍼니는 1946년 4월에 유지보수 책임을 인계받았다.
오펜하이머는 처음에 50명의 과학자와 50명의 기술자로 작업이 가능할 것으로 추정했다. 그로브스는 이 숫자를 300명으로 늘렸다. 실제 인구는 가족 구성원을 포함하여 1943년 말에는 약 3,500명, 1944년 말에는 5,700명, 1945년 말에는 8,200명, 1946년 말에는 10,000명에 달했다. 처음에는 모든 주민이 노동자였는데, 주택이 공급되는 유일한 대상이었기 때문이었다. 그러나 시간이 지남에 따라 더 많은 주택이 이용 가능해지면서 부양 가족의 수가 증가했다. 이러한 추세는 전쟁이 끝나고 군인이 가족을 가진 민간인으로 대체되면서 가속화되었다. 작업의 고도의 기밀성 때문에, 로스앨러모스 인구 조사는 1946년 4월까지 실시되지 않았다. 전쟁 중 로스앨러모스에서 태어난 아기들의 출생증명서에는 출생지가 산타페의 PO Box 1663으로 기재되어 있었다. 모든 편지와 소포는 그 주소를 통해 오고 갔다.
가장 바람직한 숙소는 이전에 교장과 로스앨러모스 랜치 스쿨 교직원이 거주했던 6개의 통나무 및 석조 오두막이었다. 이들은 로스앨러모스에서 욕조가 있는 유일한 주택이었으며, "욕조 줄"로 알려지게 되었다. 오펜하이머는 욕조 줄에 살았으며, 옆집 이웃은 대위 W. S. "디크" 파슨스로, 병기 및 공학 부서의 책임자였다. 파슨스의 집은 파슨스에게 자녀가 둘 있었고 오펜하이머는 당시 한 명뿐이었기 때문에 약간 더 컸다.
욕조 줄 다음으로 가장 바람직한 숙소는 선트(Sundt)가 건설한 아파트였다. 전형적인 2층 건물에는 4가구가 살았다. 각 선트 아파트에는 침실 2개 또는 3개, 시끄러운 검은색 석탄 스토브가 있는 부엌, 그리고 작은 욕실이 있었다. J. E. Morgan and Sons는 "모건빌"로 알려진 56개의 조립식 주택을 공급했다. Robert E. McKee Company는 "매키빌"로 알려진 마을의 일부를 건설했다. 1943년 6월부터 10월까지, 그리고 다시 1944년 6월과 7월에는 인원 수가 이용 가능한 숙소보다 많아 인원들은 일시적으로 프리홀레스 협곡에 머물렀다. 오크리지의 클린턴 엔지니어 웍스와 워싱턴주의 핸퍼드 엔지니어 웍스의 주택은 기본적인 수준이었지만 로스앨러모스 주택(그로브스 지정)보다 높은 수준(니콜스 지정)이었다. 그러나 니콜스는 로스앨러모스 과학자들에게 주택 문제는 자신의 문제가 아니라 그로브스의 문제라고 말했다.
임대료는 거주자의 수입에 따라 책정되었다. 로스앨러모스를 방문하는 일시적인 방문객은 이전에 로스앨러모스 랜치 스쿨의 일부였던 풀러 로지, 게스트 코티지 또는 빅 하우스에 숙박했다. 1943년에는 초등학교와 고등학교를 모두 운영하는 학교가 설립되었으며, 140명의 어린이가 등록했다. 1946년에는 350명으로 늘었다. 교육은 무료였으며, 맞벌이 어머니를 위한 보육원도 무료였다. 초등학교 교사 18명, 고등학교 교사 13명, 그리고 교장 1명으로 구성되어 교사 대 학생 비율이 매우 좋았다. 수많은 기술 건물이 건설되었다. 대부분은 석고 보드를 사용하는 반영구적인 유형이었다. 이 건물들은 중앙 난방 시스템에서 난방을 공급받았다. 처음에는 석탄 연소 보일러 2개가 있는 보일러 하우스 1호였다. 이것은 기름 연소 보일러 6개가 있는 보일러 하우스 2호로 대체되었다. 로스앨러모스 본관 외에도 약 25개의 외곽 지역이 실험 작업용으로 개발되었다.
도시의 성장은 하수 시스템을 앞질렀고, 1945년 말에는 전력 부족이 발생했다. 낮에는 불을 꺼야 했고, 오후 7시에서 10시 사이에도 마찬가지였다. 물도 부족했다. 1945년 가을에는 하루에 의 물을 소비했지만, 물 공급량은 에 불과했다. 12월 19일, 시간을 절약하기 위해 1943년에 땅 위에 설치된 파이프가 얼어붙어 물 공급이 완전히 중단되었다. 주민들은 하루에 의 물을 운반하는 15대의 유조 트럭에서 물을 길어와야 했다. 이름이 비밀이었기 때문에 로스앨러모스는 "사이트 Y"라고 불렸고, 주민들에게는 "언덕(The Hill)"으로 알려졌다. 연방 토지에 살았기 때문에 뉴멕시코주는 로스앨러모스 주민들에게 투표권을 허용하지 않았지만, 주 소득세를 내도록 요구했다. 로스앨러모스 주민들이 1949년 6월 10일 뉴멕시코주 시민이 되기까지는 길고 지루한 일련의 법적 및 입법적 싸움이 기다리고 있었다.
원래 로스앨러모스는 오펜하이머와 다른 연구원들이 군에 임관하여 군사 연구소가 될 예정이었다. 오펜하이머는 심지어 자신에게 중령 제복을 주문하기까지 했지만, 두 명의 주요 물리학자 로버트 바처와 이지도어 아이작 라비는 이 아이디어에 반대했다. 코넌트, 그로브스, 그리고 오펜하이머는 연구소를 캘리포니아 대학교가 운영하는 타협안을 고안했다. 재정 및 조달 활동은 1943년 1월 1일 OSRD의 의향서에 따라 캘리포니아 대학교의 책임이었다. 이것은 1943년 4월 20일 맨해튼 지구와의 공식 계약으로 대체되었으며, 이는 1월 1일로 소급 적용되었다. 재정 운영은 1943년부터 1946년까지 UC의 상주 사업 담당관 J. A. Duane Muncy가 총괄했다. 의도는 폭탄을 최종 조립할 때 군사화하는 것이었지만, 이 시점에는 로스앨러모스 연구소가 너무 커져서 이는 비실용적이고 불필요하다고 간주되었다. 위험한 작업에 민간인이 참여하는 것과 관련된 예상되는 어려움이 발생하지 않았기 때문이다.
존 M. 하먼 대령은 로스앨러모스의 첫 주둔지 사령관이었다. 그는 1943년 1월 19일 산타페 사무소에 중령으로 합류했으며, 2월 15일 대령으로 진급했다. 로스앨러모스는 1943년 4월 1일 공식적으로 군사 시설이 되었고, 그는 4월 19일 로스앨러모스로 이전했다. 1943년 5월에는 로스앨러모스 랜치 스쿨 졸업생인 C. 휘트니 애쉬브리지 중령이 그의 뒤를 이었다. 다시 애쉬브리지는 1944년 10월에 제럴드 R. 타일러 중령으로, 1945년 11월에는 라일 E. 시맨 대령으로, 1946년 9월에는 허브 C. 지 대령으로 교체되었다. 주둔지 사령관은 그로브스에게 직접 보고했으며, 도시, 정부 재산 및 군인들을 책임졌다.
4개의 군 부대가 주둔지에 배치되었다. 제4817 서비스 사령부 소속 MP 분견대는 1943년 4월 포트 라일리에서 도착했다. 초기 병력은 장교 7명과 사병 196명이었으며, 1946년 12월에는 장교 9명과 사병 486명으로 늘어나 44개의 경비 초소를 24시간 운영했다. 제4817 서비스 사령부 소속 임시 공병 분견대(PED)는 1943년 4월 10일 캠프 클라이본에서 창설되었다. 이 병사들은 보일러 공장, 차량 정비소, 식당 등 주둔지 내에서 여러 작업을 수행했다. 또한 건물과 도로를 유지보수했다. 최대 병력은 465명에 달했으며, 1946년 7월 1일 해산되었다.
제1 임시 여성 육군 보조 군단 (WAAC) 분견대는 1943년 4월 17일 포트 실에서 창설되었다. 초기 병력은 장교 1명과 보조원 7명에 불과했다. WAAC는 1943년 8월 24일 미국 육군 여성 군단 (WAC)이 되었고, 이 분견대는 4817 서비스 사령부 소속이 되어 장교 2명과 여성 사병 43명으로 구성되었다. 이들은 애쉬브리지에 의해 미국 육군에 입대 선서했다. 1945년 8월에는 약 260명의 여군으로 최대 병력을 기록했다. WAC는 PED보다 더 다양한 작업을 수행했다. 일부는 요리사, 운전사, 전화 교환원이었고, 다른 일부는 사서, 서기, 병원 기술자로 근무했다. 일부는 기술 구역 내에서 고도로 전문화된 과학 연구를 수행했다.
특수 공병 분견대(SED)는 1943년 10월 제9812 기술 서비스 부대의 일부로 창설되었다. 기술 기술이나 고급 교육을 받은 남성들로 구성되었으며, 대부분 해체된 육군 전문 훈련 프로그램에서 차출되었다. 전쟁부 정책은 22세 미만 남성에게 징병 유예를 허용하지 않았기 때문에 이들은 SED에 배정되었다. 1945년 8월에는 1,823명으로 최대 병력을 기록했다. SED 인원은 로스앨러모스 연구소의 모든 분야에서 근무했다.
로스앨러모스 연구소의 소장으로서 오펜하이머는 더 이상 콤프턴에게 책임을 지지 않고, 그로브스에게 직접 보고했다. 그는 프로젝트 Y의 기술 및 과학적 측면을 책임졌다. 그는 중성자 계산을 위해 자신과 함께 일했던 그룹들로부터 핵심 인력을 모았다. 여기에는 그의 비서 프리실라 그린, 그의 그룹의 서버와 맥밀런, 캘리포니아 대학교의 에밀리오 세그레와 조셉 W. 케네디 그룹, 미네소타 대학교의 존 해리 윌리엄스 그룹, 위스콘신 대학교의 조 맥키븐 그룹, 스탠퍼드 대학교의 펠릭스 블로흐 그룹, 그리고 퍼듀 대학교의 마셜 홀로웨이 그룹이 포함되었다. 그는 또한 MIT의 방사선 연구소의 한스 베테와 로버트 바처, 에드워드 텔러, 로버트 F. 크리스티, 다롤 K. 프로만, 앨빈 C. 그레이브스, 그리고 맨해튼 프로젝트의 야금 연구소의 존 H. 맨리와 그의 그룹, 그리고 로버트 R. 윌슨과 그의 그룹(여기에는 리처드 파인만이 포함되어 있었고, 프린스턴 대학교에서 맨해튼 프로젝트 연구를 수행하고 있었다)의 서비스도 확보했다. 그들은 많은 귀중한 과학 장비를 가져왔다. 윌슨의 그룹은 하버드 대학교의 사이클로트론을 해체하여 로스앨러모스로 운송했고, 맥키븐의 그룹은 위스콘신에서 두 대의 밴더그래프 발전기를 가져왔으며, 맨리의 그룹은 일리노이 대학교에서 콕크로프트-월튼 가속기를 가져왔다.
외부와의 통신은 1943년 4월까지 단일 산림청 회선을 통해 이루어졌고, 이후 5개의 육군 전화 회선으로 대체되었다. 이는 1945년 3월에 8개로 늘어났다. 또한 암호화 기기가 장착된 전신타자기 3대가 있었다. 첫 번째는 1943년 3월에 설치되었고, 두 대는 1943년 5월에 추가되었다. 한 대는 1945년 11월에 제거되었다. 사무실에는 전화가 있었지만, 개인 주택에는 없었다. 육군은 이를 보안 위험으로 간주했기 때문이다. 비상시에는 시내에 일부 공중전화가 있었다. 회선 도청을 막을 방법이 없었기 때문에, 기밀정보는 전화 회선으로 논의할 수 없었다. 처음에는 업무 시간 동안만 전화 회선이 작동했지만, 충분한 WAC 인원이 도착하여 교환원을 24시간 배치할 수 있게 되면서 상황이 바뀌었다.
로스앨러모스의 여성들은 노동력 부족과 현지 노동자를 데려오는 것에 대한 보안 우려 때문에 일하도록 장려되었다. 1943년 9월까지 약 60명의 과학자 아내가 기술 구역에서 일하고 있었다. 1944년 10월에는 연구소, 병원, 학교의 670명 노동자 중 약 200명이 여성이었다. 대부분은 행정 업무를 담당했지만, 릴리 호니히, 제인 해밀턴 홀, 그리고 페기 티터튼과 같은 많은 여성들은 과학자와 기술자로 일했다. 샬럿 서버는 A-5 (도서관) 그룹을 이끌었다. 많은 여성들이 T-5 (계산) 그룹에서 수치 계산 작업을 수행했다. 도로시 맥키빈은 1943년 3월 27일 이스트 팰리스 애비뉴 109번지에 문을 연 산타페 사무소를 운영했다. 로스앨러모스 비밀 기지의 새로운 직원들은 미리 현장 지시나 보안 자격 증명을 받지 못했다. 그들은 산타페 사무소로 보고하라는 지시를 받았으며, 맥키빈이 그들에게 필요한 것을 제공하여 로스앨러모스의 문지기 역할을 했다.
로스앨러모스 연구소에는 이사회(governing board)가 있었으며, 그 구성원으로는 오펜하이머, 바처, 베테, 케네디, D. L. 휴즈(인사 담당 이사), D. P. 미첼(조달 담당 이사), 그리고 디크 파슨스가 있었다. 맥밀런, 조지 키스티아코프스키 및 케네스 베인브리지는 나중에 추가되었다. 연구소는 행정(A), 베테 휘하의 이론(T), 바처 휘하의 실험 물리학(P), 케네디 휘하의 화학 및 야금(CM), 파슨스 휘하의 병기 및 공학(E)의 다섯 개 부서로 조직되었다. 모든 부서는 1943년과 1944년에 확장되었지만, T 부서는 규모가 세 배로 늘었음에도 불구하고 가장 작은 부서로 남았고, E 부서는 가장 큰 부서로 성장했다. 보안 허가가 문제였다. 과학자들(처음에는 오펜하이머 포함)은 적절한 허가 없이 기술 구역에 접근해야 했다. 효율성을 위해 그로브스는 오펜하이머가 고위 과학자들을 보증하고, 세 명의 다른 직원이 주니어 과학자나 기술자를 보증하는 간소화된 절차를 승인했다.
로스앨러모스 연구소는 제임스 채드윅이 이끄는 영국 임무단에 의해 강화되었다. 가장 먼저 도착한 사람은 오토 프리슈와 어니스트 티터턴이었다. 나중에 도착한 사람들은 닐스 보어와 그의 아들 오게 닐스 보어, 그리고 레일리-테일러 불안정에 대한 이해에 크게 기여한 유체역학 전문가인 G. I. 테일러 경이었다. 서로 다른 밀도의 두 유체 사이의 계면에서 발생하는 이 불안정은 가벼운 유체가 더 무거운 유체를 밀어낼 때 발생하며, 폭발 실험 해석, 폭발 효과 예측, 중성자 기폭 장치 설계, 그리고 원자폭탄 자체의 설계에 매우 중요했다. 채드윅은 몇 달만 머물렀고, 그 후 루돌프 파이얼스가 영국 임무단의 수장으로 그를 이었다. 그로브스가 선호했던 원래 아이디어는 영국 과학자들이 채드윅 휘하에서 그룹으로 일하고, 채드윅이 그들에게 업무를 분배하는 것이었다. 그러나 곧 영국 임무단을 연구소에 완전히 통합하는 방식으로 바뀌었다. 그들은 대부분의 부서에서 일했지만, 플루토늄 화학 및 야금 부서에서는 제외되었다. 1946년 원자력법인 맥마흔 법이 통과되면서 모든 영국 정부 직원들은 떠나야 했다. 1946년 말까지 모두 떠났으며, 특별 허가를 받은 티터턴만 1947년 4월 12일까지 남아 있었다. 영국 임무단은 그가 떠나면서 종료되었다.
포신형 무기 설계.
1943년, 개발 노력은 플루토늄을 사용하는 포신형 핵분열 무기인 신 맨에 집중되었다. 세 가지 원자폭탄 설계의 이름(팻 맨, 신 맨, 리틀 보이)은 모두 서버가 모양을 보고 선택했다. 신 맨은 긴 장치였으며, 이름은 대실 해밋의 그림자 없는 남자 탐정 소설 및 영화 시리즈에서 따왔다. 팻 맨은 둥글고 뚱뚱했으며, 말타의 매 (1941년 영화)에서 시드니 그린스트리트의 "캐스퍼 구트만" 캐릭터의 이름을 따왔다. 리틀 보이는 마지막으로 나왔으며, 같은 영화에서 험프리 보가트가 언급한 엘리샤 쿡 주니어의 캐릭터 이름을 따왔다.
1943년 4월과 5월에 걸쳐 일련의 회의가 열려 그해 남은 기간 동안 연구소의 계획이 수립되었다. 오펜하이머는 스탠 프랭클과 E. C. 넬슨이 버클리에서 도출한 확산 이론에 기반한 공식으로 우라늄-235 장치의 임계 질량을 추정했다. 이 공식은 완벽한 탬퍼를 가진 우라늄-235 장치에 대해 25 kg의 값을 제시했지만, 이는 근사치에 불과했다. 이는 모든 중성자가 같은 속도를 가지고, 모든 충돌이 탄성이며, 등방성으로 산란되고, 코어와 탬퍼에서 중성자의 평균 자유 거리가 같다는 단순화된 가정에 기반한 것이었다. 베테의 T 부서, 특히 서버의 T-2 (확산 이론) 그룹과 파인만의 T-4 (확산 문제) 그룹은 다음 몇 달 동안 개선된 모델을 개발하는 데 주력했다. 베테와 파인만은 또한 반응의 효율성을 위한 공식을 개발했다.
어떤 공식도 입력된 값보다 정확할 수는 없었다. 단면적 값은 불확실했고, 플루토늄에 대해서는 아직 결정되지 않았다. 이러한 값의 측정은 우선 순위가 되었지만, 연구소는 우라늄-235 1그램과 플루토늄 몇 마이크로그램만 보유하고 있었다. 이 작업은 바처의 P 부서에 할당되었다. 윌리엄스의 P-2 (정전 발전기) 그룹은 1943년 7월 첫 실험을 수행했는데, 두 대의 밴더그래프 발전기 중 더 큰 것을 사용하여 우라늄-235에 대한 플루토늄의 핵분열당 중성자 비율을 측정했다. 여기에는 야금 연구소와의 협상이 필요하여 165 μg의 플루토늄을 얻었고, 이는 1943년 7월 10일 로스앨러모스에 도착했다. 바처는 플루토늄-239의 핵분열당 중성자 수가 2.64 ± 0.2로, 우라늄-235보다 약 1.2배 많다고 보고할 수 있었다. 윌슨의 P-1 (사이클로트론) 그룹의 티터턴과 보이스 맥대니얼은 우라늄-235 핵이 핵분열할 때 즉발 중성자가 방출되는 데 걸리는 시간을 측정하려고 시도했다. 그들은 대부분이 1 나노초 이내에 방출된다고 계산했다. 후속 실험에서는 핵분열도 1나노초 이내에 일어난다는 것을 입증했다. 핵분열당 방출되는 중성자 수가 고속 및 저속 중성자 모두에 대해 동일하다는 이론가들의 주장을 확인하는 데는 더 오랜 시간이 걸렸으며, 1944년 가을이 되어서야 완료되었다.
존 폰 노이만은 1943년 9월 로스앨러모스 연구소를 방문하여 원자폭탄이 미칠 피해에 대한 논의에 참여했다. 그는 작은 폭발로 인한 피해는 충격량(폭발의 평균 압력에 지속 시간을 곱한 값)에 비례하지만, 원자폭탄과 같은 대규모 폭발로 인한 피해는 최고 압력에 의해 결정되며, 이는 에너지의 세제곱근에 비례한다고 설명했다. 이에 베테는 폭발 시 에서 의 과압이 발생하여 해당 반경 내에 심각한 피해를 초래할 것이라고 계산했다. 폰 노이만은 또한 충격파가 고체 물체에 반사될 때 압력이 증가하므로, 폭탄이 피해 반경과 비슷한 고도인 약 에서 폭발할 경우 피해를 증가시킬 수 있다고 제안했다.
파슨스는 1943년 6월 부시와 코넌트의 추천으로 병기 및 공학 부서의 책임자로 임명되었다. 부서에 인력을 충원하기 위해 총 개발 노력의 코디네이터 역할을 맡았던 톨먼은 존 스트라이브, 찰스 크리치필드, 세스 네더마이어를 미국 국립표준국에서 데려왔다. 부서는 초기에는 5개 그룹으로 조직되었으며, 원래 그룹장들은 E-1 (시험장) 그룹의 맥밀런, E-2 (계측) 그룹의 케네스 베인브리지, E-3 (신관 개발) 그룹의 로버트 브로드, E-4 (발사체, 표적, 및 소스) 그룹의 크리치필드, 그리고 E-5 (내폭) 그룹의 네더마이어였다. 1943년 가을에 두 개의 그룹이 더 추가되었는데, 노먼 포스터 램지 휘하의 E-7 (운반) 그룹과 조셉 O. 히르슈펠더 휘하의 E-8 (내부 탄도) 그룹이었다.
앵커 랜치에 시험장이 건설되었다. 이 총은 특이한 것이었으며, 임계 질량에 대한 중요한 데이터가 없는 상태에서 설계되어야 했다. 설계 기준은 다음과 같았다: 총의 총구 속도는 여야 하고, 총열은 그 에너지의 일반적인 대신 만 나가야 하며, 결과적으로 합금강으로 만들어져야 하고, 최대 폐쇄기 압력은 여야 하며, 세 개의 독립적인 뇌관을 가져야 한다. 한 번만 발사하면 되므로 총열은 일반 총보다 가볍게 만들 수 있었다. 또한 강선이나 후퇴 메커니즘도 필요 없었다. 압력 곡선은 히르슈펠더가 로스앨러모스 연구소에 합류하기 전에 지구물리 연구소에서 그의 감독하에 계산되었다.
해군 총기 공장에서 총이 제작되기를 기다리는 동안 다양한 추진제가 시험되었다. 히르슈펠더는 미국 광산국의 브루스턴에 있는 미국 광산국 실험 광산에 존 L. 매기를 보내 추진제와 점화 시스템을 시험했다. 시험 발사는 앵커 랜치에서 /50 구경 총으로 실시되었다. 이를 통해 시험 계측의 미세 조정이 가능했다. 첫 두 개의 총열은 1944년 3월 10일 로스앨러모스에 도착했으며, 버지니아 달그렌의 해군 수상 전투 센터 달그렌 디비전에서 이와 비슷한 작업을 경험했던 토머스 H. 올름스테드의 지휘 아래 앵커 랜치에서 시험 발사가 시작되었다. 뇌관은 시험 결과 까지의 압력에서 작동하는 것으로 밝혀졌다. 브로드의 그룹은 퓨징 시스템을 조사하여 전파 고도계, 근접신관 및 기압 고도계 퓨즈를 시험했다.
시험은 주파수 변조 방식의 AYD라고 알려진 레이다 고도계와 718이라고 알려진 펄스 방식의 레이다 고도계로 실시되었다. AYD 개조는 OSRD 계약에 따라 노든 연구소에서 수행되었다. 718 제조사인 RCA에 연락했을 때, 새로운 꼬리 경고 레이다인 AN/APS-13 (나중에 아치(Archie)라는 별명이 붙음)이 막 생산에 들어갔으며, 이는 레이다 고도계로 개조될 수 있다는 사실을 알게 되었다. 세 번째 생산된 장치는 1944년 4월 로스앨러모스로 전달되었다. 5월에는 AT-11을 다이빙하여 시험했다. 이어서 6월과 7월에는 전면적인 낙하 시험이 진행되었다. 이 시험들은 매우 성공적이었던 반면, AYD는 계속해서 문제를 겪었다. 따라서 아치가 채택되었지만, 1944년 8월에는 장치 부족으로 전면적인 파괴 시험은 불가능했다. 1944년 3월과 6월에 에드워즈 공군기지에서 씬 맨 폭탄 형상을 가진 실버플레이트 보잉 B-29 슈퍼포트리스 항공기 시험이 수행되었다.
1942년 11월 14일 S-1 집행위원회 회의에서 채드윅은 플루토늄에서 방출되는 알파 입자가 불순물로 존재하는 가벼운 원소에서 중성자를 생성할 수 있으며, 이는 플루토늄에서 핵분열을 일으켜 조기 폭발 즉 코어가 완전히 조립되기 전에 연쇄 반응을 일으킬 수 있다는 우려를 표명했다. 이는 한 달 전에 오펜하이머와 시보그가 이미 고려했던 문제였으며, 시보그는 붕소와 같은 중성자 방출 물질은 100억분의 1 수준으로 제한되어야 한다고 계산했다. 이러한 수준의 순도를 보장할 수 있는 화학 공정이 개발될 수 있는지에 대한 의문이 있었고, 채드윅은 이를 S-1 집행위원회에 제출하여 추가 검토하도록 했다. 그러나 나흘 후, 로렌스, 오펜하이머, 콤프턴, 맥밀런은 코넌트에게 엄격한 순도 요구 사항을 충족할 수 있다고 확신한다고 보고했다.
클린턴 기술 공장의 X-10 흑연 원자로가 1943년 11월 4일에 가동될 때까지는 극미량의 플루토늄만 사용할 수 있었지만, 이미 몇 가지 우려스러운 징후가 나타났다. 야금 연구소에서 플루토늄 불화물이 생산될 때, 화학 공정은 동일함에도 불구하고 때로는 밝은 색을 띠고 때로는 어두운 색을 띠었다. 1943년 11월에 이를 플루토늄 금속으로 환원하는 데 성공했을 때, 밀도는 15 g/cm3로 측정되었고, X선 산란 기술을 이용한 측정에서는 13 g/cm3의 밀도를 나타냈다. 이는 좋지 않은 결과였다. 플루토늄의 밀도는 우라늄과 비슷한 약 19 g/cm3라고 가정했기 때문이다. 이 수치들이 맞다면, 폭탄에 훨씬 더 많은 플루토늄이 필요할 것이었다. 케네디는 시보그의 야심 차고 관심을 끄는 방식에 반감을 가졌으며, 아서 월과 함께 시보그의 그룹과는 독립적으로 플루토늄 정제 절차를 고안했다. 2월에 샘플을 입수했을 때, 이 절차가 시험되었다. 그 달에 야금 연구소는 두 가지 다른 불화물이 존재한다고 발표했다. 밝은 색의 사불화 플루토늄 (PuF4)과 어두운 색의 삼불화 플루토늄 (PuF3)이었다. 화학자들은 곧 선택적으로 이들을 만드는 방법을 발견했으며, 전자가 금속으로 환원하기 더 쉽다는 것이 밝혀졌다. 1944년 3월의 측정에서는 밀도가 19~20 g/cm3 사이로 나타났다.
에릭 제트의 CM-8 (플루토늄 야금) 그룹은 1944년 3월 로스앨러모스 연구소에 플루토늄이 그램 단위로 도착한 후 플루토늄 금속 실험을 시작했다. 금속학자들은 플루토늄을 가열하면서 사이에서 온도가 증가하지 않고 갑자기 열을 흡수하는 다섯 가지 온도를 발견했다. 이는 여러 플루토늄 동소체의 강력한 징후였지만, 처음에는 너무 기이해서 사실이 아니라고 여겨졌다. 추가 실험을 통해 근처에서 상태 변화가 확인되었다. 이는 밀도 16 g/cm3의 δ 상으로 들어갔다. 시보그는 플루토늄의 녹는점이 우라늄과 비슷한 약 라고 주장했지만, 로스앨러모스 연구소의 금속학자들은 곧 약 에서 녹는다는 것을 발견했다. 화학자들은 플루토늄에서 가벼운 원소 불순물을 제거하는 기술로 눈을 돌렸지만, 1944년 7월 14일, 오펜하이머는 케네디에게 더 이상 이 작업이 필요하지 않을 것이라고 알렸다.
자발 핵분열의 개념은 1939년 닐스 보어와 존 아치볼드 휠러의 핵분열 메커니즘에 대한 논문에서 제기되었다. 우라늄에서 자발 핵분열을 발견하려는 첫 번째 시도는 윌러드 리비에 의해 이루어졌지만, 그는 이를 감지하는 데 실패했다. 이는 영국에서 프리슈와 티터턴에 의해, 그리고 독립적으로 소련에서 1940년 게오르기 플료로프와 콘스탄틴 페트르자크에 의해 관찰되었다. 후자가 일반적으로 발견자로 인정받는다. 콤프턴은 또한 프랑스 물리학자 피에르 빅토르 오제로부터 프레데리크 졸리오퀴리가 폴로늄에서 자발 핵분열일 수도 있는 것을 감지했다는 소식을 들었다. 만약 이것이 사실이라면, 중성자 기폭 장치에 폴로늄을 사용하는 것이 불가능해질 수 있었다. 만약 플루토늄에도 사실이라면, 포신형 설계가 작동하지 않을 수도 있다는 것을 의미했다. 로스앨러모스 연구소의 합의는 그것이 사실이 아니며, 졸리오퀴리의 결과가 불순물에 의해 왜곡되었다는 것이었다.
로스앨러모스 연구소에서 에밀리오 지노 세그레의 P-5 (방사능) 그룹은 우라늄-234, -235, -238, 플루토늄, 폴로늄, 프로트악티늄 및 토륨에서 이를 측정하기 시작했다. 그들은 플루토늄 자체에 대해서는 크게 걱정하지 않았다. 주요 관심사는 채드윅이 제기한 가벼운 원소 불순물과의 상호 작용 문제였다. 세그레와 그의 젊은 물리학자 그룹은 로스앨러모스 연구소의 다른 연구에서 발생하는 배경 방사선을 최소화하기 위해 기술 구역에서 약 떨어진 파하리토 협곡의 오래된 산림청 통나무집에서 실험을 설치했다.