stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
פרויקט מנהטן
האתרים שבהם התבצע הפרויקט > שיקגו

ב-25 ביוני 1942 החליט הצבא להקים מפעל ניסוי לייצור פלוטוניום מדרום-מערב לשיקגו. עד מהרה התברר כי היקף הפעולות גדול מדי, והוחלט להשאיר בשיקגו רק מתקן מחקר ובדיקה, ולבנות את מפעל הניסוי כולו באוק רידג'.
ארתור קומפטון מאוניברסיטת שיקגו אישר למעבדה המטלורגית של האוניברסיטה לבנות כור גרעיני ניסיוני ראשון, שכונה בהמשך "שיקגו פייל-1" (אנ'). לכור נדרשה כמות עצומה של לבני גרפיט וגושי אורניום. באותה עת היה מחסור באורניום טהור. פרנק ספדינג (אנ') מאוניברסיטת איווה הצליח לייצר 1.8 טון אורניום טהור. 2.7 טון אורניום נוספים, שהופקו בדחיפות ובתהליך מאולתר, סופקו על ידי חברת וסטינגהאוז. בלון מרובע גדול נבנה על ידי חברת גודייר כדי לכסות את הכור. ב-2 בדצמבר 1942 יצר צוות בראשותו של אנריקו פרמי את תגובת השרשרת הגרעינית הראשונה אי-פעם שנוצרה בידי אדם. הנקודה שבה הראקציה בכור מתחילה לקיים את עצמה (לייצר את שרשרת התגובות באופן עצמי), מכוּנה: 'הכור הופך קריטי' או 'נכנס לשלב קריטי'. קומפטון דיווח על הצלחתו לקונאנט בוושינגטון בשיחת טלפון (שסוכם מראש איזה משפט בה יבשר על הצלחה), שבה אמר את המשפט המפורסם: "הנווט האיטלקי נחת זה עתה בעולם החדש" ('הנווט האיטלקי' מרמז על פרמי).
הכור באתר ארגון, 'שיקגו פייל-3' (אנ'), הראשון שהשתמש במים כבדים, הפך קריטי ב-15 במאי 1944. אחרי המלחמה עברו כל הפעילויות לאתר חדש, המעבדה הלאומית ארגון (אנ'), שבפרווריה הדרומיים של שיקגו.
האתרים שבהם התבצע הפרויקט > אתרים לייצור מים כבדים

אף שהתכנון המועדף על דופונט לכורים גרעיניים היה קירור בהליום ושימוש בגרפיט כחומר ממתן, היא עדיין הביעה עניין בשימוש במים כבדים כגיבוי, במקרה שתכנון כור הגרפיט יסתבר כלא ישים מסיבה כלשהי. לצורך זה, ההערכה הייתה שיידרשו 2.7 טון של מים כבדים לחודש. פרויקט P-9 (אנ') היה שם הקוד הממשלתי לתוכנית ייצור המים הכבדים. גרובס אישר לדופונט להקים מתקני מים כבדים באתר ליד העיר מורגנטאון שבמערב וירג'יניה, במפעל התחמושת שעל נהר ואבאש ליד ניופורט שבאינדיאנה, ובמפעל תחמושת ליד צ'ילדרסבורג וסילקוגה שבאלבמה. מים כבדים הופקו במפעלים אלו על ידי זיקוק, תוך ניצול נקודת הרתיחה הגבוהה מעט יותר של המים הכבדים.
הטיפול באורניום > עפרות אורניום

חומר הגלם העיקרי של הפרויקט היה אורניום, ששימש כדלק לכורים, כחומר מוצא למעבר לפלוטוניום, ובצורתו המועשרת - כחומר הבקיע בפצצה האטומית עצמה. היו ארבעה מרבצים ידועים של אורניום ב-1940: במדינת קולורדו שבארצות הברית, בצפון קנדה, בצ'כוסלובקיה ובקונגו הבלגית. כולם, פרט למרבץ בצ'כוסלובקיה, היו בשליטת בעלות הברית, ומהם ניתן היה להפיק כמויות מספיקות של אורניום לצורכי הפרויקט. 1,100 טון של עפרות אורניום נרכשו מקונגו הבלגית, ואוחסנו במחסנים בסטטן איילנד.
רכישות אלה הבטיחו אספקה מספקת כדי לענות על צורכי המלחמה, אך ארצות הברית ובריטניה הגיעו למסקנה כי חשוב שישלטו על כמה שיותר מרבצי אורניום שקיימים בעולם. המקור העשיר ביותר של עפרות אורניום היה בשינקולובווה (אנ') באזור קטנגה שבקונגו הבלגית, אך מכרה זה היה מוצף במים וסגור. קנת ניקולס, "מהנדס המחוז" של פרויקט מנהטן, ניהל משא ומתן עם אדגר סנגייר (אנ'), מנהל החברה הבלגית בעלת המכרה, על פתיחתו מחדש ועל מכירת כל התפוקה העתידית שלו לארצות הברית. כ-30% ממניות החברה הבלגית נשלטו על ידי אינטרסים בריטיים, ולפיכך הובילו הבריטים את המשא ומתן. סר ג'ון אנדרסון והשגריר האמריקאי בבריטניה ג'ון ויננט גיבשו במאי 1944 הסכם עם סנגייר ועם ממשלת בלגיה על פתיחתו מחדש של המכרה ועל רכישת 1,560 טונות של עפרות אורניום ב-3.20 דולר לקילוגרם.
בנוסף, וכדי למנוע תלות בבריטים ובקנדים בהספקת עפרות, טיפל גרובס גם ברכישת מניות תאגיד ונדיום מיורוואן (אנ') שבקולורדו. מכרה האורניום בקולורדו (אנ') הניב לפרויקט כ-730 טון עפרות.
המפעל הכימי מלינקרוט מסנט לואיס לקח את עפרות האורניום הגולמיות והמיס אותן בחומצה חנקתית כדי לייצר חנקת אורניום (אנ'). אתר הוסף בתהליך הפרדת נוזל-נוזל (אנ') כדי לנקות זיהומים מחנקת האורניום. היא חוממה והתקבל אורניום טריאוקסיד (אנ') שממנו התקבלה תחמוצת אורניום (אנ') טהורה למדי. ביולי 1942 ייצרה מלינקרודט טון של תחמוצת אורניום טהורה מאוד ביום, אך הפיכתה של התחמוצת למתכת אורניום התבררה כקשה לביצוע. חברות כווסטינגהאוז ואחרות ניסו לייצר אורניום מתחמוצת האורניום, אך הייצור היה איטי מדי ואיכות האורניום שיוצר הייתה נמוכה מדי. לצורך מחקר ומציאת חלופות טובות לייצור אורניום נקי, הוקם סניף מיוחד של המעבדה המטלורגית באוניברסיטת איווה באיימס שבאיווה, בראשות פרנק ספדינג (אנ'). המחקר נקרא פרויקט איימס (אנ'), ותהליך איימס (אנ') שגילתה היה זמין ב-1943.
הטיפול באורניום > הפרדת איזוטופים

אורניום טבעי מורכב מהאיזוטופ אורניום-238 בתכולה של 99.3%, ומהאיזוטופ אורניום-235, שרק הוא החומר הבקיע, בתכולה של 0.7%. תהליך העשרת האורניום הוא בעיקרו הפרדה פיזית של אורניום-235 מתוך האיזוטופ אורניום-238, וקבלת אורניום עשיר מספיק באורניום-235. נבחנו מספר שיטות להעשרת אורניום, רובן פותחו ובוצעו באתר הפרויקט באוק רידג' שבמדינת טנסי.
הטכנולוגיה המועדפת הייתה בתחילה הפרדה באמצעות צנטריפוגות, אך זו נזנחה משהתברר שהיא לא ישימה. הטכנולוגיות האחרות, שכללו: הפרדה אלקטרומגנטית, דיפוזיה גזית ודיפוזיה תרמית, התבררו כמוצלחות, ובהן השתמשו בפרויקט. פותחו גם שיטות משולבות מוצלחות, שבהן פלט של טכנולוגיה אחת שימש כקלט להמשך תהליך ההפרדה באמצעות טכנולוגיה אחרת.
הטיפול באורניום > הפרדת איזוטופים > צנטריפוגות

באפריל 1942 נחשבה ההפרדה באמצעות צנטריפוגות לשיטה המבטיחה היחידה, לאחר שכבר בשנות ה-30 היא נוסתה על ידי ג'סי בימס בתנאי מעבדה באוניברסיטת וירג'יניה. לאחר מחקר מתמטי-פיזיקלי התברר שבתנאי ייצור, הפקה של קילוגרם אחד של אורניום-235 ליום תדרוש 10,000 צנטריפוגות, שבכל אחת מהן רוטור שאורך זרועו ארבעה מטר. בדגמי ייצור שנבנו התברר שגם עם רוטור בגודל כזה, התפוקה שהושגה הייתה רק 60% מהמצופה. בנוסף, המהירות הגבוהה שנדרשה בסיבוב הצנטריפוגות הביאה לכשלים רבים ותכופים מדי במנועיהן ובמוטותיהן. כתוצאה מכך המליצו קונאנט וניקולס לוועדה הצבאית המפקחת להפסיק להשקיע בשיטה זו, ובנובמבר 1942 היא הופסקה ונזנחה.
הטיפול באורניום > הפרדת איזוטופים > הפרדה אלקטרומגנטית

הפרדה אלקטרומגנטית של איזוטופים פותחה על ידי לורנס במעבדת הקרינה של אוניברסיטת קליפורניה. בשיטה זו השתמשו במכשיר שכונה "קלוטרון" (הלחם של המילים "ציקלוטרון", "אוניברסיטה" ו"קליפורניה"). הקלוטרונים היו מורכבים תחילה מספקטרומטר מסה סטנדרטי ומהמגנט רב העוצמה של הציקלוטרון. בהמשך הגדיל לורנס את המגנט בקלוטרון מגודל של 93 ס"מ (37 אינץ') שלקח מהציקלוטרון, למגנט גדול הרבה יותר של 467 ס"מ (184 אינץ'), והוא המגנט שהותקן בקלוטרונים של מפעל הייצור. בתהליך האלקטרומגנטי, השדה המגנטי מסיט חלקיקים טעונים כתלות במסה שלהם. התהליך לא היה מאוד יעיל מבחינת כמות תפוקתו. בהשוואה לייצור באמצעות דיפוזיה גזית או באמצעות כור, ייצור באמצעות הפרדה אלקטרומגנטית צורך חומרים נדירים ויקרים יותר, דורש יותר כוח אדם להפעלתו, ובנייתו יקרה יותר. למרות זאת השיטה אושרה כיוון שהתבססה על טכנולוגיה עובדת ומוכחת, ולפיכך הסיכון בה לאי-הצלחה היה קטן. בנוסף, היא אפשרה בנייה של מפעל הייצור באופן מדורג ובשלבים עד הגעה מהירה לתפוקת ייצור משמעותית.
מרשל וניקולס גילו כי תהליך ההפרדה האיזוטופית האלקטרומגנטית יחייב 4,500 טון של נחושת, כמות שהייתה קשה מאוד להשגה באותה עת, בעיקר בגלל צריכה מוגברת של נחושת במערכות נשק קריטיות אחרות בחזיתות מלחמת העולם. ניתן היה להשתמש בכסף במקום בנחושת, ולפיכך נפגש ניקולס ב-3 באוגוסט 1942 עם תת-מזכיר האוצר דניאל בל, וביקש העברה של 6,000 טונות של מטילי כסף ממחסני המטבעה בווסט פוינט. בסופו של דבר סופקו לפרויקט 13,300 טון של מתכת כסף.
האחריות לתכנון ולבניית מפעל ההפרדה האלקטרומגנטית באוק רידג', שנקרא מפעל Y-12, ניתנה לחברת סטון אנד ובסטר על ידי ועדת S-1 ביוני 1942. התכנון היה לבנות חמש יחידות ייצור ראשוניות, שכונו "מסלול מרוצים אלפא", ושתי יחידות לייצור סופי, שנקראו "מסלול מרוצים בטא". הבנייה החלה בפברואר 1943. בספטמבר 1943 אישר גרובס בנייה של ארבעה מסלולי מרוץ נוספים שנקראו "אלפא 2".
הקלוטרונים הופעלו תחילה על ידי מדענים מברקלי כדי שיוכלו לפתור תקלות, שאכן התעוררו בהפעלות הראשונות של המתקנים, וכדי להשיג כמות תפוקה סבירה. לאחר מכן הועברה הפעלת הקלוטרונים לאחריות המפעל הכימי טנסי איסטמן, שהעסיק לצורך זה עובדות עם השכלה תיכונית בלבד. ניקולס השווה את נתוני הייצור של היחידה, והתברר שהנשים הצעירות הפיקו כמות גדולה יותר מהמדענים מברקלי. הבנות היו "מאומנות כמו חיילים" לבצע את העבודה בלי להבין ובלי לשאול יותר מדי שאלות, בעוד שהמדענים לא יכלו להימנע מחקירה ארוכה של כל תופעה חריגה, גם אם היא זניחה, ועיכבו בכך את תהליך הייצור.
מפעל Y-12 העשיר תחילה את האורניום-235 לרמה של 13%–15%, ובמרץ 1944 שלח את כמה מאות הגרמים הראשונים מחומר זה ללוס אלמוס.
הטיפול באורניום > הפרדת איזוטופים > דיפוזיה גזית

השיטה המבטיחה ביותר להפרדת איזוטופים, אך גם המאתגרת ביותר, הייתה דיפוזיה גזית. חוק גרהם קובע כי שיעור האפוזיה של גז הוא ביחס הפוך לשורש הריבועי של המסה המולקולרית שלו, ולכן במכל בעל ממברנה מחוררת חדירה למחצה ותערובת של שני גזים, המולקולות הקלות יותר יעברו דרך הממברנה מהר יותר מהמולקולות הכבדות. הגז היוצא מהמכל יהיה עשיר מעט יותר במולקולות הקלות. הרעיון היה ליצור מערך משורשר של משאבות וממברנות כאלה, כך שבכל שלב תיווצר תערובת מועשרת יותר, שתשמש כקלט לשלב הבא, שבו תיווצר שוב תערובת מועשרת עוד יותר, וכך הלאה. המחקר על תהליך זה התבצע באוניברסיטת קולומביה על ידי קבוצה שכללה את הרולד יורי, וילארד ליבי, קארל כהן (אנ') וג'ון דאנינג (אנ').
בנובמבר 1942 אישרה ועדת המדיניות הצבאית את הקמתו של מפעל דיפוזיה גזית בעל 600 שלבים. שם הקוד של המפעל היה K-25. במימוש התהליך הייתה התמודדות עם קשיים טכניים גדולים. תחילה היה צורך להמיר את עפרת האורניום המוצקה לגז כדי שיוכל לעבור דיפוזיה, וזאת נעשה על ידי הגבתו עם גז פלואור וקבלת אורניום שש פלואורי. האורניום שש פלואורי שנוצר הוא חומר שגורם לקורוזיה חזקה. המנועים והמשאבות היו צריכים להיות מהודקים בתוך ואקום ומוקפים בגז אינרטי. הבעיה הגדולה ביותר הייתה תכנון המחיצה (הממברנה), שהייתה צריכה להיות חזקה, מחוררת, ועמידה בפני הקורוזיה החזקה של גז האורניום. החומר שנבחר לבניית המחיצה היה המתכת ניקל. אדוארד אדלר ואדוארד נוריס יצרו מחיצת רשת מניקל, ובנו מתקן ניסוי בן שישה שלבים באוניברסיטת קולומביה, אך אב-טיפוס זה התברר כעדין ושברירי מדי. מחיצה חלופית פותחה מאבקת ניקל על ידי חברת קלקס (שהוקמה לצורך הפרויקט), מעבדות בל, ותאגיד הבקליט. בינואר 1944 הכריע גרובס בעד המחיצה שפיתחה חברת קלקס, והיא נכנסה לייצור.
חברת קלקס גם בנתה את מפעל הדיפוזיה הגזית כולו על-פי הסכם בנייה בהיקף של 2.5 מיליון דולר. היא תכננה מבנה בן 4 קומות, באורך של 800 מטר ובצורת U, שהורכב מ-54 בניינים צמודים, שחולקו לתשעה קטעים. בתוך כל קטע היו שישה תאי העשרה. ניתן היה להפעיל כל תא באופן עצמאי. בדומה, ניתן היה להפעיל באופן עצמאי גם קטע שלם ברצף, כשהתאים פועלים בזה אחר זה כמערך משורשר: פלט של תא אחד משמש כקלט לתא הבא, וכך הלאה. הבנייה החלה במאי 1943 עם איתור שטח של 2,000 דונם. בניית הבניין הראשי החלה באוקטובר 1943, ופיילוט של קטע בן שישה תאים היה מוכן לפעולה ב-17 באפריל 1944. מפעל ההעשרה פעל באופן רצוף במקביל להמשך בניית עוד ועוד בניינים ותאי העשרה, כשהמטרה הייתה, כפי שגרובס הגדיר לחברת קלקס, להגיע ל-540 תאים. הבנייה הושלמה רק לאחר המלחמה, ב-11 בספטמבר 1945. עלות הבנייה הכוללת הגיעה ל-480 מיליון דולר.
מפעל הייצור K-25 החל לפעול בפברואר 1945, וככל שרבו הקטעים בני ששת התאים המשורשרים, כך עלתה איכות האורניום המועשר. באפריל 1945 החל השימוש באורניום המועשר ממפעל הדיפוזיה התרמית S-50, כחומר מוצא (קלט) להעשרה. מפעל K-25 של הדיפוזיה הגזית, ובהמשך המפעל המשופר K-27, הגיעו למלוא פוטנציאל התפוקה שלהם בתחילת התקופה שלאחר מלחמת העולם השנייה. באותה עת הם הפכו לאב-טיפוס לדור החדש של מפעלי העשרת אורניום.
הטיפול באורניום > הפרדת איזוטופים > דיפוזיה תרמית

תהליך הדיפוזיה התרמית התבסס על התאוריה של סידני צ'פמן ודייוויד אנסקוג (Chapman–Enskog theory), שהסבירה שכאשר גז מעורב עובר דרך מפל טמפרטורה, הגז הכבד יותר נוטה להתרכז בקצה הקר והגז הקל בקצה החם. כיוון שגזים חמים נוטים לעלות וגזים קרים נוטים לרדת, יכולה תופעה פיזיקלית זו לשמש כאמצעי להפרדת איזוטופים. תהליך זה הודגם לראשונה על ידי קלאוס קלוסיוס וגרהרד דיקל בגרמניה ב-1938. התהליך פותח על ידי מדענים של חיל הים האמריקני, אך תחילה לא נכלל בטכנולוגיות ההעשרה הראשונות שנבחרו לבדיקה ולשימוש בפרויקט מנהטן. הסיבה הייתה בעיקר הספקות לגבי ההיתכנות הטכנית של התהליך, אך השפיעה גם היריבות בין צבא היבשה לבין חיל הים.
מעבדת המחקר של הצי המשיכה את המחקר על התהליך בהנחיית פיליפ אייבלסון, אך כמעט ולא היה קשר בין עבודתה לפרויקט מנהטן עד אפריל 1944. בחודש זה קפטן ויליאם פרסונס (אנ'), קצין הצי הממונה על פיתוח תחמושת בלוס אלמוס, הביא לאופנהיימר חדשות מעודדות על התקדמות הניסויים שביצעו מדעני הצי על תהליך הדיפוזיה התרמית. אופנהיימר כתב לגרובס, והציע את האפשרות שפלט תהליך הדיפוזיה התרמית יכול להיות מוזן לתוך מפעל ההפרדה האלקטרומגנטית, Y-12, ובכך יקצר וישפר את תהליך ההעשרה. גרובס הקים ועדה שכללה את וורן לואיס (אנ'), אגר מרפי (אנ') וריצ'רד טולמן (אנ') כדי לבדוק את הרעיון, והיא העריכה שמפעל דיפוזיה תרמית בעלות בנייה של 3.5 מיליון דולר יכול להעשיר 50 ק"ג של אורניום בשבוע לשיעור של קרוב ל-0.9% אורניום-235. גרובס אישר את בניית המפעל ב-24 ביוני 1944.
גרובס התקשר עם חברת פרגוסון מקליבלנד כדי לבנות את מפעל הדיפוזיה התרמית, שנקרא S-50. יועציו של גרובס מחברת סטנדרד אויל, תומפסון וקארל כהן, העריכו שיידרשו לבנייה שישה חודשים, אך גרובס נתן לפרגוסון רק ארבעה חודשים. על פי התוכניות נבנו 2,142 עמודי דיפוזיה בגובה של 15 מטר כל אחד, כשהם מסודרים ב-21 מתקנים (102 עמודים בכל מתקן). בתוך כל עמוד היו שלושה צינורות קונצנטריים. קיטור, שהגיע מתחנת הכוח הסמוכה, התקבל בלחץ של 100 פאונד לאינץ' רבוע (6.9 בר) ובטמפרטורה של 285° צלזיוס, זרם כלפי מטה דרך הצינור הפנימי שנבנה מניקל (בעובי 32 מ"מ), ומים בטמפרטורה של 68° צלזיוס זרמו כלפי מעלה דרך הצינור החיצוני שנבנה מברזל. האורניום שש פלואורי, שעליו התבצעה ההפרדה, זרם בצינור האמצעי שנבנה מנחושת, והפרדת האיזוטופים התרחשה באורניום בתווך זעיר בין צינור הניקל וצינור הנחושת.
בניית המפעל החלה ב-9 ביולי 1944, והוא החל לפעול חלקית כבר בספטמבר. ממדיו הסופיים של מפעל S-50 כולו, שהכיל את כל עמודי הדיפוזיה ואת חדרי הבקרה והשירות, היו בשטח של 160 × 25 מטר, גובהו היה 23 מטר, והוא נבנה כמבנה שחור ענק סמוך לתחנת הכוח באוק רידג'. באוקטובר ייצר המפעל רק 4.8 ק"ג ברמת העשרה של 0.852% אורניום-235. בנוסף, תקלות ודליפות הגבילו את הייצור ואילצו להפסיק את פעולת המפעל מדי פעם במהלך החודשים הבאים. במרץ 1945 כל 21 מתקני הייצור פעלו כמצופה. בתחילה הוזנה תפוקת ה-S-50 למפעל Y-12 שביצע הפרדה אלקטרומגנטית, אך החל ממרץ 1945 הוחלט שכל שלושת תהליכי ההעשרה יבוצעו בסדרה, בזה אחר זה. S-50 היה השלב הראשון, והעשיר את האורניום-235 מ-0.71% ל-0.89%. חומר זה הוזן לתהליך הדיפוזיה הגזית במפעל K-25, שהעשיר אותו לרמה של כ-23%, וחומר זה הוזן לשלב השלישי והסופי — תהליך ההפרדה האלקטרומגנטית במפעל Y-12, שהעלה אותו לרמת העשרה גבוהה של 89%, המספיקה לפצצה גרעינית.
הטיפול באורניום > כמות הייצור הכוללת של אורניום-235

כ-50 ק"ג אורניום שהועשר ל-89% אורניום-235, הועברו ביולי 1945 ללוס אלמוס. כל 50 הק"ג, יחד עם מעט אורניום שהועשר לרמה של כ-50%, שימשו בפצצת "ילד קטן" שהוטלה על הירושימה ב-6 באוגוסט 1945.
הטיפול בפלוטוניום

קו הפיתוח השני של פרויקט מנהטן השתמש ביסוד הבקיע פלוטוניום. אף שכמויות קטנות של פלוטוניום קיימות בטבע, הדרך הטובה ביותר לקבל כמויות גדולות שלו נמצאת בכור גרעיני, שבו אורניום טבעי מופגז על ידי נייטרונים. האורניום-238 הופך לאורניום-239, המתפרק במהירות, תחילה לנפטוניום-239 ואחר-כך לפלוטוניום-239. כך חומר המוצא הטבעי, האורניום, עבר טרנספורמציה והומר ליסוד כימי חדש, הפלוטוניום. רק כמות קטנה של אורניום-238 תומר ותתפרק, ולכן הפלוטוניום חייב להיות מופרד כימית מן האורניום שנותר, וכן מכל הזיהומים ההתחלתיים שהיו באורניום הטבעי, וממוצרי לוואי בלתי רצויים שנוצרו בביקוע.
הטיפול בפלוטוניום > כור הגרפיט X-10 באוק רידג'

במרץ 1943 החלה חברת דופונט בבניית מפעל פלוטוניום על שטח של 450 דונם באוק רידג' שבטנסי, שיועד להיות מתקן ניסוי והרצה לקראת בניית מפעל ייצור גדול בהנפורד שבמדינת וושינגטון. המפעל כלל כור גרפיט X-10 שקורר באוויר, מתקן הפרדה כימית, ומתקני תמיכה. בשל ההחלטה שהתקבלה בהמשך להקים בהנפורד כורים מקוררים במים, רק מפעל ההפרדה הכימית פעל כמתקן ניסוי והרצה אמיתי. כור הגרפיט X-10 היה מורכב מגוש גרפיט ענק של 7.3 × 7.3 × 7.3 מטר ובמשקל של כ-1,400 טון, שלצורך הגנה בפני קרינה הוקף בבטון בצפיפות גבוהה ובעובי של 2.1 מטר.
הקושי הגדול ביותר שבו נתקלו היה עם גושי האורניום הקטנים שיוצרו והועברו משני מפעלים כימיים. תחילה נראה היה שצריך לצפות את הגושים באלומיניום כדי למנוע קורוזיה ובריחת חלקיקי ביקוע לתוך מערכת הקירור. אלא שבסופו של דבר פיתחה מעבדת המתכות טכניקת ריתוך משופרת שפתרה את הבעיה, ושולבה בתהליך הייצור באוקטובר 1943.
פעילות כור הגרפיט X-10 נצפתה מקרוב על ידי פרמי וקומפטון, והכור נכנס לשלב קריטי ב-4 בנובמבר 1943 עם כמות של כ-27 טון אורניום כחומר מוצא. שבוע לאחר מכן עלתה הכמות ל-33 טון, וייצור החשמל היה 500 קילוואט. עד סוף נובמבר נוצרו לראשונה 500 מ"ג פלוטוניום. השינויים במשך הזמן העלו ביולי 1944 את הכוח החשמלי המופק ל-4,000 קילוואט. X-10 פעל כמפעל לייצור פלוטוניום באוק רידג' עד ינואר 1945, כשאז עבר לפעילות מחקרית בלבד.
הטיפול בפלוטוניום > הכורים בהנפורד

אף שבכור באוק רידג' נבחר קירור באוויר, בעיקר כדי לאפשר בנייה מהירה, היה ברור כי שיטת קירור זו לא תהיה מעשית עבור כורי ייצור גדולים הרבה יותר. המעבדה המטלורגית ומפעל דופונט תכננו תחילה להשתמש בהליום לקירור, אך קבעו לבסוף שקירור מים יהיה פשוט יותר, זול יותר ומהיר יותר לבנייה. תכנון הכור הסתיים רק ב-4 באוקטובר 1943; בינתיים התמקד פרנקלין מתיאס (אנ'), המהנדס הראשי באתר, בשיפור אתר הנפורד על ידי הקמת מקומות מגורים, שיפור כבישים, בניית קו רכבת ושדרוג קווי החשמל, המים והטלפון.
כמו באוק רידג', הקושי הגדול ביותר היה בציפוי גושי האורניום, אשר החל בהנפורד במרץ 1944. הם עברו תהליך כבישה כדי להסיר מהם לכלוך וזיהומים, נטבלו בברונזה מותכת, בבדיל, בסגסוגת אלומיניום, נלחצו באמצעות מכבשים הידראוליים, ולאחר מכן כוסו באמצעות ריתוך בקשת חשמלית בסביבה של גז ארגון. לבסוף, הם נבדקו באופן קפדני כדי לזהות חורים או ריתוכים פגומים. אלא שרוב הגושים המצופים כשלו תחילה בבדיקות, ורק קומץ עמד בהן בכל יום. אך לאחר התקדמות ושיפור תהליכים גדל הייצור, וביוני 1944 נראה היה שיש מספיק חומר תקין כדי להפעיל את כור B על פי לוח הזמנים, באוגוסט 1944.
העבודה החלה בכור B, הראשון מבין שישה כורים מתוכננים של 250 מגה-ואט, ב-10 באוקטובר 1943. הכורים נקראו באותיות מ-A עד F, כשאתרים D ,B ו-F נבחרו להיבנות תחילה, מכיוון שהמרחק ביניהם היה גדול מספיק. כורים אלו יהיו היחידים שנבנו במהלך פרויקט מנהטן. כ-350 טון פלדה, 13,300 מטרים מעוקבים של בטון, 50,000 בלוקים מבטון ו-71,000 לבנים מבטון שימשו לבניית מבנה הכור, שהגיע לגובה של 37 מטר.
בניית הכור עצמו החלה בפברואר 1944. קומפטון, מתיאס, קרופורד גרינוואט מדופונט, ליאונה וודס ופרמי, הכניסו את גוש האורניום הראשון, והכור הופעל ב-13 בספטמבר 1944. במהלך הימים הבאים הוטענו 838 צינורות, והכור הגיע לשלב הקריטי. זמן קצר לאחר חצות ב-27 בספטמבר, החלו המפעילים למשוך את מוטות הבקרה, והייצור התחיל. תחילה הכול היה נראה תקין, אך בסביבות 03:00 החלה רמת הכוח לרדת, ועד השעה 06:30 נכבה הכור לחלוטין. מי הקירור נחקרו כדי לראות אם היו דליפות או זיהומים. למחרת הופעל הכור מחדש, אך נכבה שוב.
פרמי יצר קשר עם טשין-שיונג וו, שזיהתה את הגורם לבעיה כזיהום של נייטרונים מהגז קסנון-135, שיש לו זמן מחצית חיים של 9.2 שעות. פרמי, וודס, דונלד יוז וג'ון וילר חישבו את חתך הפעולה הגרעיני של קסנון-135, והתברר שהוא גדול פי 30,000 מזה של אורניום. מניעת זיהום זה אכן פתרה את הבעיה. בנוסף, מהנדס דופונט ג'ורג' גרייבס חרג מהתכנון המקורי של המעבדה המטלורגית, שעל פיו הוצבו בכור 1,500 צינורות מסודרים במעגל, והוסיף עוד 504 צינורות כדי למלא גם את הפינות. המדענים חשבו תחילה שתוספת צינורות זו היא בזבוז של זמן וכסף, אך פרמי הבין שעל ידי הצבת כל 2,004 הצינורות, יוכל הכור להגיע לרמת הכוח הנדרשת ולייצר פלוטוניום ביעילות.
כור D החל לעבוד ב-17 בדצמבר 1944 וכור F ב-25 בפברואר 1945.
הטיפול בפלוטוניום > הפרדת הפלוטוניום

בינתיים החלו הכימאים לחשוב על בעיית הפרדת הפלוטוניום מהאורניום, כשהתכונות הכימיות של הפלוטוניום כלל לא היו ידועות, וכשרק כמויות זעירות של פלוטוניום (רק גרמים ספורים) היו זמינות ב-1942. בשנה זו ובתנאים קשים אלו, פיתח צוות בראשות צ'ארלס קופר מהמעבדה המטלורגית של אוניברסיטת שיקגו, תהליך שבו אלקטרודה סלקטיבית של לנתן פלואורידי (LaF3) משמשת להפרדת פלוטוניום מאורניום, והקים מפעל הרצה קטן לייצור פלוטוניום בתהליך זה. תהליך ההפרדה השני, תהליך הפוספט ביסמוט, פותח לאחר מכן על ידי סיבורג וסטנלי תומסון. בתהליך זה הועבר הפלוטוניום בין שתי דרגות חמצון, 4+ ו־6+, בתמיסות של פוספט ביסמוט. בדרגת החמצון האחת הפלוטוניום שקע, ובשנייה הוא נותר בתמיסה וחומרים אחרים שקעו.
גרינוולט מחברת דופונט העדיף את תהליך הפוספט ביסמוט בשל האופי הקורוזיבי של לנתן פלואורידי, והוא נבחר למפעלי ההפרדה של הנפורד. כשמפעל X-10 באוק רידג' התחיל לייצר פלוטוניום, הפך מפעל ההרצה במעבדה המטלורגית למתקן ניסוי ומחקר. הייצור הראשון של פלוטוניום התבצע ביעילות של 40%, אך תוך מספר חודשים עלתה היעילות ל-90%.
בהנפורד ניתנה תחילה עדיפות עליונה למתקנים בשטח 300. זה כלל מבנים לבדיקת חומרים, להכנת אורניום, ולהרכבה ולכיול מכשירים. באחד המבנים שוכן ציוד לציפוי גושי אורניום, והאחר הכיל כור בדיקה קטן. למרות העדיפות הגבוהה שהוקצתה לו, העבודה על שטח 300 לא עמדה בלוח זמנים, בשל האופי הייחודי והמורכב של מתקניו ובשל מחסור בכוח אדם ובחומרים בעת מלחמה.
על פי תוכניות מוקדמות תוכננו להיבנות ארבעה מפעלי הפרדה, שניים בכל אחד מהשטחים הידועים כשטח 200-מערב ושטח 200-מזרח. בפועל נבנו שלושה מפעלים בסך הכול, שני מפעלי הפרדה T ו-U בשטח 200-מערב, ומפעל הפרדה B (יחיד) בשטח 200-מזרח. כל מפעל הפרדה כלל ארבעה בניינים: בניין תאי התהליך או "קניון" (שנקרא 221), בניין ריכוז (224), בניין טיהור (231) וחנות עיתונים (213). המבנה העיקרי במפעל ההפרדה, הקניון, היה באורך של 240 מטר וברוחב של 20 מטר, וכלל 40 תאים בגודל 5.4 × 4.0 × 6.1 מטר כל אחד.
העבודה החלה ב־221-T וב־221-U, והתבצעה מינואר עד דצמבר 1944. בניין 221-B הושלם במרץ 1945. בשל רמת הרדיואקטיביות הגבוהה, כל העבודה במפעלי ההפרדה התבצעה באמצעות שלט רחוק תוך שימוש בטלוויזיה במעגל סגור, טכנולוגיה שהייתה חדשנית לחלוטין בשנת 1943. התחזוקה בוצעה בסיוע של עגורני גשר וכלי עבודה שתוכננו במיוחד למשימתם. מבני 224 היו קטנים יותר ופחות רדיואקטיביים, ולכן פשוטים יותר לבנייה. מבנים 224-T ו־224-U הושלמו ב-8 באוקטובר 1944, ו-224-B ב-10 בפברואר 1945. שיטות הטיהור ששימשו בסופו של דבר ב־231-W עדיין לא היו ידועות בתחילת בנייתו ב-8 באפריל 1944, אך המפעל הושלם והשיטות נבחרו עד סוף השנה. ב-5 בפברואר 1945 מסר מתיאס אישית בלוס אנג'לס את המשלוח הראשון של 80 גרם של פלוטוניום חנקתי ברמת ניקיון של 95% לשליח מיוחד שהעבירם ללוס אלמוס.
ניסוי טריניטי

בשל מורכבות פצצת אטום שפועלת בשיטת קריסה פנימה, הוחלט שלמרות בזבוז חומר בקיע יקר, נדרש ניסוי לבדיקתה בתנאי אמת. גרובס אישר את הניסוי, ואופנהיימר החליט שהניסוי שיבוצע יהיה ניסוי גרעיני בהיקף מלא של פצצת פלוטוניום המבוססת על "מנגנון קריסה". שם הקוד שניתן לניסוי היה "טריניטי".
במרץ 1944 מונה לתכנון הניסוי קנת ביינברידג', פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת הרווארד שעבד תחת קיסטיאקובסקי. ביינברידג' בחר לאתר הניסוי בשטח של ניסויי הפצצה שליד שדה התעופה הצבאי אלמוגורדו שבדרום ניו מקסיקו. ביינברידג' וקפטן סמואל דבלוס עבדו על הקמת מחנה בסיס לניסוי ולמתקניו, שכללו צריפים, מחסנים, סדנאות, מחסן תחמושת ומזנון.
גרובס לא אהב את האפשרות שיצטרך להסביר לוועדה בסנאט הפסד של פלוטוניום, שכלל ההשקעה בפרויקט עד מועד השימוש בו בניסוי הסתכמה ביותר ממיליארד דולר. לפיכך תוכנן ונבנה כלי גלילי שכונה "ג'מבו" כדי לשחזר את החומר הפעיל במקרה של כישלון. אורכו היה 7.6 מ' ורוחבו 3.7 מ', הוא נבנה בהשקעה כספית גדולה מ-194 טון ברזל ופלדה על ידי בבקוק אנד וילקוקס מברברטון שבאוהיו, והובא ברכבת מיוחדת לניו מקסיקו ולאתר הבדיקה. אך עד שהגיע, גבר הביטחון בפצצת מנגנון הקריסה, זמינות הפלוטוניום הייתה מספקת, ואופנהיימר החליט שלא להשתמש בו. במקום זאת הוא הוצב על מגדל פלדה במרחק של 730 מ' ממוקד הפיצוץ כדי לשמש מדד גס לעוצמת ההתפוצצות. בסופו של דבר שרד ג'מבו בפיצוץ, אך לא המגדל שעליו הוצב.
ב-7 במאי 1945 בוצע פיצוץ מוקדם לקראת הניסוי, שנועד לכיול מכשירים. פלטפורמת בדיקה עשויה מעץ הוקמה 730 מטר ממוקד הפיצוץ ומולאה ב-91 טון של מטען TNT, ששולב עם תוצרי ביקוע שכללו אורניום מוקרן מהנפורד שהומס ועורבב עם המטען. הפיצוץ המוקדם נצפה על ידי בריגדיר גנרל תומאס פארל (אנ'), סגנו של אופנהיימר וגרובס, והניב נתונים חיוניים לניסוי טריניטי עצמו.
פצצת הניסוי עצמה, שכונתה "הגאדג'ט", הועלתה לראש מגדל פלדה בגובה של 30 מטרים שהוצב בנ.צ. 33°40′38″N 106°28′31″W﻿ / ﻿33.6773°N 106.4754°W﻿ / 33.6773; -106.4754. פיצוץ בגובה זה מעל הקרקע ייתן אינדיקציה טובה יותר לאופן שבו תתנהג הפצצה כשתופל ממטוס. פיצוץ באוויר גם הגדיל למקסימום את האנרגיה המופעלת ישירות על המטרה, ויצר פחות נשורת גרעינית. הגאדג'ט הורכב בפיקוחו של נוריס ברדבורי בחוות מקדונלד הסמוכה ב-13 ביולי, והועלה למגדל למחרת בבוקר. הצופים כללו את בוש, צ'אדוויק, קונאנט, פארל, פרמי, גרובס, לורנס, אופנהיימר וטולמן.
ב-16 ביולי 1945, בשעה 05:30, פוצץ הגאדג'ט, הפיק אנרגיה בכוח הרס הדומה לפיצוץ 21,000 טונות של TNT‏ (20 קילוטון TNT), ויצר במדבר מכתש של טריניטיט (מעין זכוכית רדיואקטיבית) בגודל של 76 מטר. גל ההלם הורגש עד מרחק של מעל 160 ק"מ ממקום הפיצוץ, וענן הפטרייה הגרעינית הגיע לגובה של 12.1 ק"מ. הפיצוץ נשמע במרחק גדול, וגרובס פרסם סיפור כיסוי על פיצוץ במחסן תחמושת בשדה אלמוגורדו.
תגובות אנשי הצוות והצופים בניסוי היו של הפתעה, שמחה והקלה לנוכח הצלחתו הגדולה של הפיצוץ, ותדהמה מעוצמתו, מהאור הבוהק שבו הוארו ההרים מסביב, מכדור האש הצהוב-כתום שהתפשט במהירות עד שהפך לפטרייה ענקית, ומגל ההדף עצום שיצר. מפורסמת אמירתו של אופנהיימר כי משהבין את עוצמת ההרס הטמונה בפצצה, עלו במוחו (בציטוט משובש) מילותיו של קרישנה מתוך הבהגאוואד גיטה: "עתה הנני המוות, מחריב העולמות".
למחרת נפגש הנשיא טרומן עם וינסטון צ'רצ'יל ועם יוסיף סטלין בוועידת פוטסדאם, וסיפר להם כי יש בידי ארצות הברית נשק חדש בעוצמה חסרת-תקדים.