ارنست لارنس
جنگ جهانی دوم و پروژه منهتن > آزمایشگاه پرتو

پس از شروع جنگ جهانی دوم در اروپا، لارنس به پروژه‌های نظامی کشیده شد. او به استخدام کارکنان برای آزمایشگاه تشعشع MIT کمک کرد، جایی که فیزیکدانان آمریکایی مگنترون حفره ای را که توسط تیم مارک اولیفانت در بریتانیا اختراع شد، توسعه دادند. نام آزمایشگاه جدید به دلایل امنیتی عمداً از آزمایشگاه لارنس در برکلی کپی شده است. او همچنین در استخدام کارکنان برای آزمایشگاه‌های صوتی زیر آب برای توسعه تکنیک‌هایی برای شناسایی زیردریایی‌های آلمانی مشارکت داشت. در همین حال، کار در برکلی با سیکلوترون‌ها ادامه یافت. در دسامبر ۱۹۴۰، گلن تی سیبورگ و امیلیو سگره از سیکلوترون ۶۰ اینچی (۱۵۰ سانتی‌متری) برای بمباران اورانیوم-۲۳۸ با دوترون‌ها استفاده کردند که عنصر جدیدی به نام نپتونیوم-۲۳۸ را تولید کرد که با انتشار بتا تجزیه شد و پلوتونیوم-۲۳۸ را تشکیل داد. یکی از ایزوتوپ‌های آن، پلوتونیوم ۲۳۹، می‌تواند تحت شکافت هسته‌ای قرار گیرد که راه دیگری برای ساخت بمب اتمی فراهم می‌کند.
لارنس به Segrè به عنوان دستیار تحقیقاتی پیشنهاد داد - یک موقعیت نسبتاً پست برای کسی که عنصری را کشف کرده بود - با مبلغ ۳۰۰ دلار در ماه به مدت شش ماه. با این حال، وقتی لارنس متوجه شد که سگره به‌طور قانونی در کالیفرنیا به دام افتاده است، حقوق سگره را بیشتر به ۱۱۶ دلار در ماه کاهش داد. هنگامی که نایب السلطنه دانشگاه کالیفرنیا می‌خواستند به دلیل ملیت خارجی سگره به کارش خاتمه دهند، لارنس با استخدام او به عنوان یک مدرس پاره وقت که توسط بنیاد راکفلر پرداخت می‌شد، توانست سگره را حفظ کند. تمهیدات مشابهی برای حفظ دانشجویان دکترای او Chien-Shiung Wu (یک تبعه چینی) و Kenneth Ross MacKenzie (یک تابعیت کانادایی) در هنگام فارغ‌التحصیلی انجام شد. در سپتامبر ۱۹۴۱، اولیفانت با لارنس و اوپنهایمر در برکلی ملاقات کرد، جایی که آنها سایت را به او نشان دادند. برای سیکلوترون جدید ۱۸۴ اینچی (۴٫۷ متر). اولیفانت، به نوبه خود، آمریکایی‌ها را به دلیل عدم پیروی از توصیه‌های کمیته MAUD بریتانیا، که از برنامه ای برای توسعه بمب اتمی حمایت می‌کرد، سرزنش کرد. لارنس قبلاً در مورد مشکل جداسازی ایزوتوپ شکافت پذیر اورانیوم-۲۳۵ از اورانیوم- فکر کرده بود. ۲۳۸، فرآیندی که امروزه به عنوان غنی سازی اورانیوم شناخته می‌شود. جداسازی ایزوتوپ‌های اورانیوم دشوار بود، زیرا این دو ایزوتوپ دارای خواص شیمیایی تقریباً یکسانی هستند و تنها با استفاده از تفاوت‌های جرم کوچک آنها می‌توان آنها را به تدریج از هم جدا کرد. جداسازی ایزوتوپ‌ها با طیف‌سنج جرمی تکنیکی بود که اولیفانت با لیتیوم در سال ۱۹۳۴ پیشگام بود.
لارنس شروع به تبدیل سیکلوترون ۳۷ اینچی قدیمی خود به یک طیف‌سنج جرمی غول پیکر کرد. به توصیه او، مدیر پروژه منهتن، سرتیپ لزلی آر. گرووز جونیور، اوپنهایمر را به عنوان رئیس آزمایشگاه لوس آلاموس در نیومکزیکو منصوب کرد. در حالی که آزمایشگاه تشعشع فرایند غنی‌سازی اورانیوم الکترومغناطیسی را توسعه داد، آزمایشگاه لوس آلاموس بمب‌های اتمی را طراحی و ساخت. مانند آزمایشگاه تشعشع، توسط دانشگاه کالیفرنیا اداره می‌شد.
برای جداسازی ایزوتوپ‌های الکترومغناطیسی از دستگاه‌هایی به نام کالوترون استفاده می‌شود که ترکیبی از دو ابزار آزمایشگاهی، طیف‌سنج جرمی و سیکلوترون است. این نام از «سیکلوترون‌های دانشگاه کالیفرنیا» گرفته شده است. در نوامبر ۱۹۴۳، تیم لارنس در برکلی توسط ۲۹ دانشمند بریتانیایی، از جمله اولیفانت، تقویت شد.
در فرایند الکترومغناطیسی، یک میدان مغناطیسی ذرات باردار را بر اساس جرم منحرف می‌کند. این فرایند نه از نظر علمی ظریف و نه از نظر صنعتی کارآمد بود. در مقایسه با یک نیروگاه انتشار گازی یا یک راکتور هسته‌ای، یک نیروگاه جداسازی الکترومغناطیسی مواد کمیاب‌تری مصرف می‌کند، برای کار به نیروی انسانی بیشتری نیاز دارد و هزینه بیشتری برای ساخت آن خواهد داشت. با این وجود، این فرایند تأیید شد زیرا مبتنی بر فناوری اثبات شده بود و بنابراین نشان دهنده ریسک کمتری بود. علاوه بر این، می‌توان آن را به صورت مرحله ای ساخت و به سرعت به ظرفیت صنعتی دست یافت.