Manhattan Projesi
Fizibilite > Bomba tasarım konseptleri

Compton, California Üniversitesi'nden teorik fizikçi J. Robert Oppenheimer'dan hızlı nötron hesaplamaları'na yönelik araştırmayı -kritik kütle ve silah patlaması hesaplamalarının anahtarı-, sıkı olmayan operasyonel güvenlik endişeleri nedeniyle 18 Mayıs 1942'de ayrılan Gregory Breit'ten devralmasını istedi. Metalurji Laboratuvarı'nda bir fizikçi olan John H. Manley, ülke geneline dağılmış deneysel fizik gruplarıyla temas kurarak ve bunları koordine ederek Oppenheimer'a yardım etmekle görevlendirildi. Illinois Üniversitesi'nden Oppenheimer ve Robert Serber, nötron difüzyonu sorunlarını - nötronların bir nükleer zincir reaksiyonunda nasıl hareket ettiğini- ve akışkanlar dinamiğini - bir zincirleme reaksiyon tarafından üretilen patlamanın nasıl davranabileceğini incelediler. Bu çalışmayı ve fisyon reaksiyonlarının genel teorisini gözden geçirmek için Oppenheimer ve Fermi, haziranda Chicago Üniversitesi'nde ve Temmuz 1942'de California Üniversitesi'nde teorik fizikçiler Hans Bethe, John Van Vleck, Edward Teller, Emil Konopinski, Robert Serber, Stan Frankel ve Eldred C. (Carlyle) Nelson ile Oppenheimer'ın üç eski öğrencisi olan deneysel fizikçiler Emilio Segrè, Felix Bloch, Franco Rasetti, John Henry Manley ve Edwin McMillan ile bir toplantı düzenlediler. Bir fisyon bombasının teorik olarak mümkün olduğunu tereddüt ederek de olsa doğruladılar.
Fakat hala birçok bilinmeyen faktör vardı. Saf uranyum-235'in özellikleri, yalnızca Şubat 1941'de Glenn Seaborg ve ekibi tarafından keşfedilen bir element olan plütonyumunkiler gibi nispeten bilinmiyordu. Berkeley konferansındaki (Temmuz 1942) bilim insanları, uranyum-238 atomlarının bölünen uranyum-235 atomlarından yayılan nötronları emdiği nükleer reaktörlerde plütonyum yaratmayı planladılar. Bu noktada hiçbir reaktör inşa edilmemişti ve St. Louis'deki Washington Üniversitesi gibi kurumlardaki siklotronlardan yalnızca küçük miktarlarda plütonyum elde edilebiliyordu. Aralık 1943'te bile sadece iki miligram üretilebilmişti. Bölünebilir malzemeyi kritik bir kütle halinde düzenlemenin birçok yolu vardı ama en basiti, nötronları içe doğru odaklayacak ve verimini artırmak için reaksiyona giren kütleyi bir arada tutacak yoğun malzeme olan bir "tokmak" ile "aktif malzeme" küresine "silindirik bir tıkaç" sıkıştırmaktı. Bunun dışında, Richard C. Tolman tarafından önerilen ilkel bir "çökertme" biçiminde olan küremsileri içeren tasarımları ve patlarken bombanın etkinliğini artıracak otokataliz olasılığını da araştırdılar.
En azından daha fazla deneysel veri elde edilene kadar, fisyon bombası fikrinin teorik olarak yerleştiği göz önüne alındığında, 1942 Berkeley konferansı farklı bir yöne evrildi. Edward Teller, döteryum ve trityumda nükleer füzyon reaksiyonunu ateşlemek için patlayan bir fisyon bombasının patlayıcı kuvvetini kullanacak olan, şimdi genellikle "hidrojen bombası" olarak anılan daha güçlü bir bomba olan "süper" hakkında tartışmaya itti. Teller plan üstüne plan önerdi, ancak Bethe her birini reddetti. Füzyon fikri, fisyon bombaları üretmeye odaklanmak için bir kenara bırakıldı. Teller ayrıca nitrojen çekirdeklerinin varsayımsal bir füzyon reaksiyonu nedeniyle bir atom bombasının atmosferi "tutuşturabileceği" spekülatif olasılığını da gündeme getirdi. Bethe bunun olamayacağını hesapladı, ve Teller'ın ortak yazdığı bir rapor, "kendi kendine yayılan nükleer reaksiyon zincirinin başlama olasılığının düşük olduğunu" gösterdi. Serber'in hesabına göre Oppenheimer, "bu konuda çenesini kapatacak kadar aklı olmayan" Arthur Compton'a bu senaryonun olasılığından bahsetti. Bu bir şekilde Washington'a giden ve "asla dinlenmeyen" bir belgeye girdi.