مشروع Y
البلوتونيوم

في اجتماع اللجنة التنفيذية S-1 الذي عقد في 14 تشرين الثاني (نوفمبر) 1942، أعرب تشادويك عن مخاوفه من أن جسيمات ألفا المنبعثة من البلوتونيوم قد تنتج نيوترونات في العناصر الخفيفة الموجودة كشوائب، والتي بدورها ستُنتج انشطاراً في البلوتونيوم وتسبب تفجيراً مبكّراً وسلسلة من التفاعلات العكسية قبل أن يتم تجميع القلب بشكلٍ كامل. حسب سيبورغ أن باعثات النيوترونات كالبورون يجب أن تقتصر على جزء واحد في مئة مليار. كان هناك شكوك حول ما إذا كان ممكناً تطوير العملية الكيميائية بحيث تضمن هذا المستوى من النقاوة، وجلب تشادويك انتباه اللجنة التنفيذية S-1 لهذه المسألة لأخذها بالحسبان أكثر. بعد أربعة أيام بعث لورانس أوبنهايمر وكومبتون وماكميلان تقريراً لكونانت يفيد بأن لديهم الثقة بأن متطلبات النقاء الدقيق يمكن تحقيقها.
كانت كميات مجهرية فقط متوفرة من البلوتونيوم إلى أن توفر المفاعل الجرافيتي X-10 في شركة كلينتون الهندسية في الرابع من تشرين الثاني (نوفمبر) 1943، لكن كان قمة إشارات مثيرة للقلق. عندما تم إنتاج فلوريد البلوتونيوم في مختبر المعادن، كان لونه أحياناً مضيئاً، وأحياناً معتماً، على الرغم من أن العملية الكيميائية كانت هي نفسها. عندما تمكّنوا من خفضه إلى معدن البلوتونيوم في تشرين الثاني 1943، كانت الكثافة المقاسة 15 غم/سم3 وأشار القياس باستخدام تقنيات تشتت الأشعة السينية إلى كثافة بلغت 13 غم/سم3. وكان هذا سيئاً؛ فقد افتُرض أن الكثافة كانت نفس كثافة اليورانيوم وقدرها 19 غم\سم3. لو كانت هذه الأرقام صحيحة، سيكون هناك حاجة للمزيد من البلوتونيوم لصنع القنبلة. لم يُعجب كينيدي بطموح سيبورغ وطريقته لمحاولة لفت الأنظار، وضع كينيدي مع آرثر واهل إجراءً لتقنية تنقية البلوتونيوم مستقلة عن مجموعة سيبورغ. عندما تم الحصول على عينة في شباط (فبراير)، تم اختبار ذلك الإجراء. في ذلك الشهر، أعلن مختبر ميتالورجيك أنه تبين وجود فلوريدين مختلفين: الفلوريد ذو اللون الفاتح رباعي فلوريد البلوتونيوم (PuF4) وثلاثي فلوريد البلوتونيوم الغامق (PuF3). وسرعان ما اكتشف الكيميائيون كيفية جعلها انتقائية، وتبين أن التقنية السابقة كانت أسهل في تقليل المعدن. أشارت القياسات التي أجريت في آذار (مارس) 1944 إلى أن الكثافة تتراوح بين 19 و20  غم/سم3.
بدأت مجموعة إيريك جيت CM-8 (بلوتونيوم ميتالورجي) بتجريب معدن البلوتونيوم بعد استلام كميات غراميّة في مختبر لوس ألاموس في آذار (مارس) 1944. بتسخينه، اكتشف علماء المعادن خمس درجات حرارية بين 137 و580 درجة مئوية ()279 و1,076 °F يبدأ عندها امتصاص السخونة دون زيادة في الحرارة. كان ذلك مؤشراً قوياً على تآصل البلوتونيوم المتعدد؛ لكنه أعتبر أيضاً أمرٌ غريب جداً ليُصدّق. أثبتت المزيد من الاختبارات تغيّر الحالة عند درجة حرارة 135 درجة مئوية. دخل المرحلة δ بكثافة 16 غم\سم3. ادّعى سيبورغ أن درجة انصهار البلوتونيوم تتراوح بين 950 و 1000 درجة مئوية مماثلة لدرجة انصهار اليورانيوم، لكن علماء المعادن في مختبر لوس ألاموس سرعان ما اكتشفوا أنه يذوب عند درجة 635 مئوية. تحوّل الكيميائيون لاحقاً لتقنيات إزالة شوائب العناصر الخفيفة من البلوتونيوم؛ لكن في 14 تموز (يوليو) 1944، أخبر أوبنهايمر كينيدي أن هذه العملية لن تكون مطلوبة.
أثيرت فكرة الانشطار التلقائي من قبل نيلز بور وجون أرتشيبالد ويلر أثناء معالجتهما لآلية الانشطار النووي عام 1939. أجريت أول محاولة لاكتشاف الانشطار العفوي في اليورانيوم على يد ويلارد ليبي، لكنه فشل في الكشف عن ذلك. لكن تمت ملاحظة ذلك في بريطانيا على يد فريتش وتيتيرتون، أيضاً في الاتحاد السوفيتي بشكلٍ منفصل على يد جورجي فليروف وكونستانتين بيترجاك عام 1940؛ وينسب الاكتشاف إلى هذين الآخيرين. كما سمع كومبتون من العالم الفيزيائي الفرنسي بيير أوغر أن فردريك جوليو-كوري اكتشف ما يمكن أن يكون أنشطاراً تلقائياً في البولونيوم. لو كان ذلك صحيحاً، لكان أعاق استخدام البولونيوم في محرّصات النيوترون؛ لو كان هذا صحيحاً بالنسبة للبلوتونيوم، فقد يعني أن تصميم نوع-المدفع لن يعمل. كان الإجماع في مختبر لوس ألاموس أنه لم يكن صحيحاً، وأن ما حصل عليه جوليو-كوري قد شُوّه بالشوائب.
في مختبر لوس ألاموس، خُصصت مجموعة إيميليو سيغري P-5 (النشاط الإشعاعي) لقياسه في نظائر اليورانيوم 234 و235 و238،وفي البلوتونيوم والبولونيوم بروتكتينيوم وثوريوم. لم يكن أعضاء المجموعة قلقين بشأن البلوتونيوم نفسه، بل كان مصدر قلقهم الرئيسي المشكلة التي أثارها تشادويك عن التفاعل مع شوائب العنصر الخفيفة. أجرى سيغري ومجموعته المكونة من فيزيائيين شباب تجربتهم في مقصورة قديمة لخدمات الغابات في باجاريتو كانيون، على بعد 23 كم من المنطقة التقنية، وذلك لتقليل الإشعاع الذي ينبعث من أبحاث أخرى تجرى في لوس ألاموس.