אוק רידג' (אתר גרעיני)
מפעלים ומתקנים > מפעל הדיפוזיה הגזית K-25

השיטה המבטיחה ביותר להפרדת איזוטופים, אך גם המאתגרת ביותר, הייתה דיפוזיה גזית. חוק גראהם (אנ') קובע כי קצב 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 במהירות גדולה יותר מהמולקולות הכבדות. הגז היוצא מהמכל יהיה עשיר מעט יותר במולקולות הקלות, ואילו הגז שנותר במכל המוצא יתרוקן מעט. המטרה הייתה 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. מחקר על התהליך נערך באוניברסיטת קולומביה שבניו יורק על ידי קבוצה פיזיקאים וכימאים שכללה את הרולד יורי, קארל כהן וג'ון דאנינג.
בנובמבר 1942 אישרה הוועדה למדיניות צבאית את הקמתו של מפעל בן 600 שלבים להעשרת אורניום בטכנולוגיה של דיפוזיה גזית, שכונה K-25. ב-14 בדצמבר נענתה חברת הבנייה מ. קלוג (אנ') להצעה להקים את המפעל. לאחר משא ומתן נחתם חוזה קוסט פלוס, סכום קבוע, שהסתכם לבסוף ב-2.5 מיליון דולר. בשל גודלו של פרויקט הבנייה, הוקמה עבורו חברה עסקית נפרדת בשם קלקס, ובראשה עמד אחד מסגני הנשיא של חברת קלוג.
מימוש התהליך נתקל בקשיים טכניים כבירים. היה צריך להשתמש באורניום שש פלואורי, שהוא גז מאוד קורוזיבי, מכיוון שלא נמצא לו תחליף, וכתוצאה מכך היה צורך להדק את המנועים והמשאבות בוואקום ולהקיפם בגז אינרטי. אך הבעיה הגדולה ביותר הייתה תכנון המחיצה, שהייתה צריכה להיות חזקה, מחוררת ועמידה בפני הקורוזיה החזקה של האורניום השש-פלואורי. נראה שהבחירה הטובה ביותר של החומר שממנו תיוצר המחיצה היה ניקל. אדוארד אדלר ואדוארד נוריס יצרו מחיצת רשת מצופה בניקל, ובאוניברסיטת קולומביה הוקם מפעל ניסוי בן שישה שלבים כדי לבחון את התהליך, אך אב הטיפוס של נוריס ואדלר התברר כשברירי ועדין מדי. מחיצות מתחרות פותחו מאבקת ניקל על ידי קלקס, מעבדות בל, ותאגיד הבקליט. בינואר 1944 הכריע גרובס בעד המחיצה של קלקס, והיא נכנסה לייצור.
קלקס תכננה את מפעל K-25 כמבנה ענק בן ארבע קומות בצורת U, שאורכו 800 מטר (חצי מייל), ומכיל 54 בניינים צמודים. אלה חולקו לתשעה קטעים, ובכל קטע שישה תאים. ניתן היה להפעיל כל תא באופן עצמאי בנפרד, או כחלק מרצף משורשר בתוך הקטע. באופן דומה ניתן היה להפעיל את כל קטע בנפרד, או כחלק מרצף משורשר של קטעים. סימון ומדידות של השטח בן 500 האקרים (2 קמ"ר) החלו במאי 1943. העבודות בבניין הראשי החלו באוקטובר, ומפעל פיילוט בן שישה בניינים היה מוכן להפעלה ב-17 באפריל 1944. בשנת 1945 ביטל גרובס את בניית השלבים האחרונים של המפעל, והורה לקלקס לתכנן ולבנות במקומם יחידה בת 540 שלבים, שנודעה בשם מפעל K-27. קלקס העבירה את היחידה האחרונה לקבלן ההפעלה ב-11 בספטמבר 1945. תחנת כוח פחמית שייצרה 235 מגה-וואט נכללה בקומפלקס לצורכי אמינות וכדי לספק תדירות משתנה, אם כי מרבית הכוח החשמלי הגיע מרשות עמק טנסי. עלות הבנייה הכוללת, כולל בניית מפעל K-27 שהושלם לאחר המלחמה, הסתכמה ב-480 מיליון דולר (שהם כ-5.6 מיליארד דולר נכון ל-2020).
מפעל הייצור החל לפעול בפברואר 1945, וכאשר הקטעים החלו לפעול זה אחר זה, וברצף משורשר (קסקדה), עלתה רמת ההעשרה של האורניום ואיכותו. באפריל 1945 הגיע K-25 להעשרה של 1.1 אחוזים. הוא גם החל להשתמש בתפוקת מפעל הדיפוזיה התרמית S-50 כחומר הזנה (קלט להעשרה). חלק מהאורניום שהופק חודש אחר-כך הגיע להעשרה של כמעט 7 אחוז. באוגוסט הופעל השלב האחרון מבין 2,892 השלבים. K-25 ו-K-27 השיגו את מלוא הפוטנציאל שלהם בתחילת התקופה שלאחר המלחמה, כשאז הם האפילו על מפעלי הייצור האחרים והפכו לאב-טיפוס לדור חדש של מפעלי העשרה. האורניום הועשר בתהליך הדיפוזיה הגזית במפעל K-25 עד 1985. לאחר מכן הוצאו המפעלים מכלל שימוש ושטחם טוהר מזיהומים רדיואקטיביים.