เขตแมนฮัตตัน
จากบนลงล่าง จากซ้ายไปขวา: โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ชิคาโกไพล์-1 เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรก K-25 คือ แหล่งเสริมสมรรถนะยูเรเนียมหลัก เครื่อง ปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แฮนฟ อร์ด บีใช้สำหรับการผลิตพลูโทเนียม อุปกรณ์ ระเบิด แบบอิม พลอตเก็ตที่ลอสอะลามอส ทหารของ Alsos รื้อถอน กองอาวุธนิวเคลียร์ Haigerlochของโครงการอาวุธนิวเคลียร์ของเยอรมนี การทดสอบทรินิตี้การระเบิดนิวเคลียร์ครั้งแรก การทิ้งระเบิดปรมาณูที่ฮิโรชิมาและนางาซากิเป็นการโจมตีด้วยอาวุธนิวเคลียร์เพียงสองครั้งในประวัติศาสตร์
คล่องแคล่ว	พ.ศ. 2485–2489
ยุบหน่วย	15 สิงหาคม พ.ศ. 2490
ประเทศ	สหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร แคนาดา
สาขา	กองทัพบกสหรัฐฯ หน่วยวิศวกร
ค่ายทหาร/กองบัญชาการ	โอ๊คริดจ์ รัฐเทนเนสซีสหรัฐอเมริกา
วันครบรอบ	13 สิงหาคม พ.ศ. 2485
การหมั้นหมาย	การรุกรานอิตาลีของฝ่ายสัมพันธมิตร การรุกรานฝรั่งเศสของฝ่ายสัมพันธมิตร การรุกรานเยอรมนีของฝ่ายสัมพันธมิตร การทิ้งระเบิดปรมาณูที่ฮิโรชิมาและนางาซากิ การยึดครองญี่ปุ่นของฝ่ายสัมพันธมิตร
ผู้บัญชาการ
ผู้บัญชาการที่โดดเด่น	เจมส์ ซี. มาร์แชลล์ เลสลี่ โกรฟส์ เคนเนธ นิโคลส์
ตราสัญลักษณ์
ตราประจำ เขตแมนฮัตตันที่แขนเสื้อ

โครงการแมนฮัตตันเป็นโครงการวิจัยและพัฒนาที่ดำเนินการในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองเพื่อผลิตอาวุธนิวเคลียร์ เป็นครั้งแรก โดยมีสหรัฐอเมริกาเป็นผู้นำร่วมกับสหราชอาณาจักรและแคนาดา โครงการแมนฮัตตันจ้างงานเกือบ 130,000 คนในช่วงที่มีผู้เข้าร่วมสูงสุดและมีค่าใช้จ่ายเกือบ 2 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ (เทียบเท่าประมาณ 28 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2024) ^{[ 1 ]}

ระหว่างปี 1942 ถึง 1946 โครงการนี้อยู่ภายใต้การกำกับดูแลของพลตรีเลสลี โกรฟส์แห่งกองทัพบกสหรัฐฯนักฟิสิกส์นิวเคลียร์เจ. โรเบิร์ต ออปเพนไฮเมอร์เป็นผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการลอสอะลาโมสซึ่งเป็นผู้ออกแบบระเบิด โครงการของกองทัพบกได้รับการกำหนดชื่อเป็นเขตแมนฮัตตันเนื่องจากสำนักงานใหญ่แห่งแรกตั้งอยู่ในแมนฮัตตันชื่อนี้ค่อยๆ เข้ามาแทนที่ชื่อรหัสอย่างเป็นทางการ ของโครงการทั้งหมด คือ การพัฒนาวัสดุทดแทน (Development of Substitute Materials ) โครงการนี้ได้รวมเอาโครงการคู่ขนานของอังกฤษก่อนหน้านี้ คือ โครงการโลหะผสมท่อ ( Tube Alloys ) เข้ามาด้วย

กว่า 80 เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนโครงการถูกใช้ไปกับการก่อสร้างและดำเนินงาน โรงงานผลิต วัสดุฟิสไซล์โครงการนี้เสนอให้ใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงและพลูโทเนียมเป็นเชื้อเพลิงสำหรับอาวุธนิวเคลียร์ ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะผลิตขึ้นที่โรงงานวิศวกรรมคลินตันในรัฐเทนเนสซีส่วนพลูโทเนียมผลิตขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ขนาดอุตสาหกรรมแห่งแรกของโลก ที่โรงงานวิศวกรรมแฮนฟอร์ดในรัฐวอชิงตันโรงงานเหล่านี้ได้รับการสนับสนุนจากโรงงานอื่นๆ อีกหลายสิบแห่งทั่วแคนาดา สหรัฐอเมริกา และสหราชอาณาจักร

การออกแบบอาวุธเกิดขึ้นที่ห้องปฏิบัติการลอสอะลาโมสในรัฐนิวเม็กซิโกและส่งผลให้เกิดการออกแบบอาวุธสองแบบที่ใช้ในระหว่างสงคราม ได้แก่ลิตเติลบอย (ระเบิดยูเรเนียมเสริมสมรรถนะแบบปืน) และแฟตแมน (ระเบิดพลูโทเนียมแบบยุบตัว) การออกแบบแฟตแมนในตอนแรกเป็นตัวเลือกสำรองที่มีลำดับความสำคัญต่ำ เนื่องจากมีความซับซ้อนและต้องใช้เลนส์ระเบิด แต่ในปี 1944 ได้มีการยืนยันว่าพลูโทเนียมจากแฮนฟอร์ดไม่เหมาะสมสำหรับระเบิดแบบปืนเนื่องจากมีสัดส่วนของพลูโทเนียม-240 สูง อุปกรณ์นิวเคลียร์ชิ้นแรกที่ถูกจุดระเบิดคือระเบิดแบบยุบตัวในระหว่างการทดสอบทรินิตี้ซึ่งดำเนินการที่สนามทดสอบไวท์แซนด์สในรัฐนิวเม็กซิโกเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม 1945 โครงการนี้รับผิดชอบในการพัฒนาวิธีการเฉพาะในการส่งอาวุธไปยังเป้าหมายทางทหาร และการใช้ระเบิดลิตเติลบอยและแฟตแมนในการทิ้งระเบิดปรมาณูที่ฮิโรชิมาและนางาซากิในเดือนสิงหาคม 1945

โครงการนี้ยังมีหน้าที่รวบรวมข้อมูลข่าวกรองเกี่ยวกับโครงการอาวุธนิวเคลียร์ของเยอรมนีอีกด้วยบุคลากรของโครงการแมนฮัตตันได้ปฏิบัติงานในยุโรป บางครั้งอยู่หลังแนวข้าศึก โดยพวกเขาได้รวบรวมวัสดุนิวเคลียร์และเอกสาร และจับกุมนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน แม้ว่าโครงการแมนฮัตตันจะเน้นย้ำเรื่องความปลอดภัย แต่สายลับปรมาณูของ โซเวียต ก็แทรกซึมเข้าไปในโครงการได้^{[ 2 ] [ 3 ]}

ในช่วงหลังสงครามไม่นาน โครงการแมนฮัตตันได้ดำเนินการทดสอบอาวุธที่ อะทอล ล์บิกินีซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของปฏิบัติการครอสโรดส์พัฒนาอาวุธใหม่ ส่งเสริมการพัฒนาเครือข่ายห้องปฏิบัติการแห่งชาติสนับสนุนการวิจัยทางการแพทย์ด้านรังสีวิทยาและวางรากฐานสำหรับกองทัพเรือนิวเคลียร์โครงการนี้ยังคงควบคุมการวิจัยและการผลิตอาวุธนิวเคลียร์ของอเมริกาจนกระทั่งมีการจัดตั้งคณะกรรมการพลังงานปรมาณูแห่งสหรัฐอเมริกา (AEC) ในเดือนมกราคม ค.ศ. 1947

การค้นพบปฏิกิริยาฟิชชันนิวเคลียร์โดยOtto HahnและFritz Strassmannในปี 1938 และคำอธิบายเชิงทฤษฎีโดยLise MeitnerและOtto Frischทำให้การสร้างระเบิดปรมาณูโดยใช้ยูเรเนียมเป็นไปได้ในทางทฤษฎี มีความกังวลว่าโครงการระเบิดปรมาณูของเยอรมนีจะพัฒนาระเบิดดังกล่าวได้ก่อน^{[ 4 ]}ในเดือนสิงหาคม 1939 Leo SzilardและEugene Wignerได้ร่างจดหมาย Einstein–Szilardซึ่งเตือนถึงศักยภาพในการพัฒนา "ระเบิดที่มีอานุภาพมหาศาลชนิดใหม่" จดหมายฉบับนี้กระตุ้นให้สหรัฐอเมริกาจัดหาแร่ยูเรเนียมและเร่งการวิจัยของEnrico Fermiและคนอื่นๆ เกี่ยวกับปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ พวกเขาให้Albert Einstein ลงนาม และส่งมอบให้กับประธานาธิบดีFranklin D. Roosevelt ^{[ 5 ]}

รูสเวลต์เรียกไลแมน บริกส์มาเป็นหัวหน้าคณะกรรมการที่ปรึกษาเกี่ยวกับยูเรเนียมบริกส์ได้พบกับซิลาร์ด วิกเนอร์ และเอ็ดเวิร์ด เทลเลอร์ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2482 ^{[ 5 ]}คณะกรรมการรายงานกลับไปยังรูสเวลต์ในเดือนพฤศจิกายนว่ายูเรเนียม "จะเป็นแหล่งที่มาของระเบิดที่มีพลังทำลายล้างมากกว่าที่รู้จักในปัจจุบันอย่างมาก" ^{[ 6 ]}ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2483 กองทัพเรือสหรัฐฯมอบเงิน 6,000 ดอลลาร์ ให้ กับมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย^{[ 7 ]}ซึ่งเฟอร์มิและซิลาร์ดใช้ไปกับกราไฟต์ เป็นส่วนใหญ่ ทีมศาสตราจารย์จากโคลัมเบีย ซึ่งรวมถึงเฟอร์มิ ซิลาร์ดยูจีน ที. บูธและจอห์น ดันนิง ได้สร้างปฏิกิริยาฟิชชันนิวเคลียร์ครั้งแรกในทวีปอเมริกา ซึ่งเป็นการยืนยันผลงานของฮาห์นและสตรัสส์มันน์ ทีมเดียวกันนี้ได้สร้าง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ต้นแบบ (หรือ "กอง" ตามที่เฟอร์มิเรียก) หลายชุด ใน อาคารปูพินที่โคลัมเบีย แต่ยังไม่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ได้^{[ 8 ]}

นักวิทยาศาสตร์บางคนที่คุ้นเคยกับงานของคณะกรรมการของบริกส์มองว่างานนั้นไม่มีความเร่งด่วนเพียงพอคาร์ล ที. คอมป์ตันบ่นในต้นปี 1941 ว่า:

เมื่อผมวิเคราะห์สถานการณ์ บริกส์ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วเป็นคนเชื่องช้า อนุรักษ์นิยม มีระเบียบแบบแผน และคุ้นเคยกับการทำงานตามจังหวะของสำนักงานรัฐบาลในยามสงบ ได้ดำเนินนโยบายที่สอดคล้องกับคุณสมบัติเหล่านี้ และยังถูกจำกัดเพิ่มเติมด้วยข้อกำหนดเรื่องความลับอีกด้วย . . . เมื่อพิจารณาในฐานะองค์ประกอบของภาวะฉุกเฉินสงครามในปัจจุบัน ความเร็วในการบรรลุเป้าหมายย่อมมีความสำคัญมากกว่าความลับที่มากเกินไป ดังที่จะเห็นได้อย่างชัดเจนหากนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันสามารถนำแอปพลิเคชันบางอย่างไปใช้งานได้จริง^{[ 9 ]}

เมื่อคณะกรรมการวิจัยการป้องกันประเทศ (NDRC) ก่อตั้งขึ้นเมื่อวันที่ 27 มิถุนายน พ.ศ. 2483 เพื่อประสานงานการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ คณะกรรมการที่ปรึกษาเกี่ยวกับยูเรเนียมจึงถูกรวมเข้ากับองค์กร^{[ 10 ]}เมื่อวันที่ 28 มิถุนายน พ.ศ. 2484 รูสเวลต์ได้ลงนามในคำสั่งบริหารหมายเลข 8807ซึ่งจัดตั้งสำนักงานวิจัยและพัฒนาวิทยาศาสตร์ (OSRD) ^{[ 11 ]}ภายใต้ผู้อำนวยการแวนเนวาร์ บุชสำนักงานนี้ได้รับอำนาจให้ดำเนินงานวิจัยและโครงการวิศวกรรมขนาดใหญ่ และถูกเปลี่ยนเป็นแผนกยูเรเนียมของ OSRD ทันที^{[ 12 ]}ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2484 บริกส์เสนอให้ใช้เงิน 167,000 ดอลลาร์ในการวิจัยยูเรเนียม โดยเฉพาะ ไอโซโทป ยูเรเนียม-235และพลูโทเนียม [ ^{12 ]}ซึ่งถูกแยกออกมาเป็นครั้งแรกที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2484 ^{[ 13 ] [ a ] ​​อย่างไรก็ตาม งานวิจัยยังคงดำเนินการในระดับและขอบเขตที่ค่อนข้างเล็ก เนื่องจากบุชและผู้ บริหาร}คนอื่นๆ ยังคงไม่แน่ใจว่างานวิจัยจะประสบความสำเร็จได้อย่างรวดเร็ว^{[ 9 ]}

ในสหราชอาณาจักร Frisch และRudolf Peierlsที่มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมได้ค้นพบความก้าวหน้าในการตรวจสอบมวลวิกฤตของยูเรเนียม-235 ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2482 ^{[ 15 ]}การคำนวณของพวกเขาบ่งชี้ว่า มวล วิกฤตนั้นอยู่ในช่วงประมาณ 10 กิโลกรัม (22 ปอนด์) ซึ่งเล็กพอที่จะบรรทุกโดยเครื่องบินทิ้งระเบิดในยุคนั้นได้^{[ 16 ]}บันทึก Frisch–Peierlsในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2483 ได้ริเริ่มโครงการระเบิดปรมาณูของอังกฤษและคณะกรรมการ MAUD [ ^{17 ]}ซึ่งแนะนำเป็นเอกฉันท์ให้ดำเนินการพัฒนาระเบิดปรมาณูต่อไป^{[ 16 ] ใน}เดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2483 สหราชอาณาจักรได้เสนอให้สหรัฐอเมริกาเข้าถึงงานวิจัยของตน^{[ 18 ]}และJohn Cockcroftจาก คณะ Tizard Missionได้บรรยายสรุปให้นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันทราบเกี่ยวกับการพัฒนาของอังกฤษ เขาค้นพบว่าโครงการของอเมริกาเล็กกว่าของอังกฤษและไม่ก้าวหน้าเท่า^{[ 19 ]}

ในส่วนหนึ่งของการแลกเปลี่ยนทางวิทยาศาสตร์ ผลการค้นพบของคณะกรรมการ MAUD ได้ถูกถ่ายทอดไปยังสหรัฐอเมริกา หนึ่งในสมาชิกของคณะกรรมการ นักฟิสิกส์ชาวออสเตรเลียมาร์ค โอลิแฟนท์ได้เดินทางไปยังสหรัฐอเมริกาในช่วงปลายเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2484 และพบว่าข้อมูลที่คณะกรรมการ MAUD จัดหามานั้นไม่ได้ไปถึงนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันคนสำคัญ โอลิแฟนท์จึงเริ่มค้นหาสาเหตุว่าทำไมผลการค้นพบของคณะกรรมการจึงดูเหมือนถูกละเลย เขาได้พบกับคณะกรรมการยูเรเนียมและไปเยือนเบิร์กลีย์ รัฐแคลิฟอร์เนียซึ่งเขาได้พูดคุยโน้มน้าวใจเออร์เนสต์ โอ. ลอว์เร นซ์ ล อว์เรนซ์ประทับใจมากพอที่จะเริ่มทำการวิจัยเกี่ยวกับยูเรเนียมด้วยตนเอง จากนั้นเขาก็ได้พูดคุยกับเจมส์ บี. โคนันต์ อา ร์เธอร์ เอช. คอมป์ตันและจอร์จ บี . เพแกรม ภารกิจของโอลิแฟนท์จึงประสบความสำเร็จ นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันคนสำคัญต่างตระหนักถึงศักยภาพของระเบิดปรมาณูแล้ว^{[ 20 ] [ 21 ]}

เมื่อวันที่ 9 ตุลาคม พ.ศ. 2484 ประธานาธิบดีรูสเวลต์อนุมัติให้เร่งโครงการอะตอม เขาสร้างกลุ่มนโยบายระดับสูงซึ่งประกอบด้วยตัวเขาเอง—แม้ว่าเขาจะไม่เคยเข้าร่วมการประชุมเลยก็ตาม—รองประธานาธิบดีเฮนรี เอ. วอลเลซ แวนเนวาร์ บุช คอนันต์รัฐมนตรีว่าการกระทรวงกลาโหมเฮนรี แอล. สติมสันและเสนาธิการกองทัพบกพลเอกจอร์จ ซี . มาร์แชลล์ รูสเวลต์เลือกกองทัพบกให้ดำเนินโครงการแทนกองทัพเรือ เพราะกองทัพบกมีประสบการณ์มากกว่าในการจัดการการก่อสร้างขนาดใหญ่ เขาตกลงที่จะประสานงานกับอังกฤษ และเมื่อวันที่ 11 ตุลาคม ได้ส่งข้อความถึงนายกรัฐมนตรีวินสตัน เชอร์ชิลล์แนะนำให้พวกเขาติดต่อกันในเรื่องอะตอม^{[ 22 ]}ในช่วงเวลานี้ บุชได้เริ่มขยายและเปลี่ยนแปลงผู้นำของส่วนยูเรเนียมของ OSRD โดยยังคงบริกส์เป็นประธาน แต่เพิ่มและเลื่อนตำแหน่งบุคลากรอื่น ๆ ส่วนนี้ได้รับการเปลี่ยนชื่อเป็นส่วน S-1 ^{[ 23 ] [ 24 ]}

การประชุมคณะกรรมการ S-1 เมื่อวันที่ 18 ธันวาคม พ.ศ. 2484 นั้น "เต็มไปด้วยบรรยากาศแห่งความกระตือรือร้นและความเร่งด่วน" ^{[ 25 ]}อันเนื่องมาจากการโจมตีเพิร์ลฮาร์เบอร์และการประกาศสงครามของสหรัฐอเมริกาต่อญี่ปุ่นและเยอรมนี[ ^{26 ] งาน} วิจัยเกี่ยวกับเทคนิค การแยกไอโซโทปสามวิธีได้ดำเนินไปอย่างต่อเนื่องโดยลอว์เรนซ์และทีมงานของเขาที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียได้ทำการวิจัย เกี่ยวกับ การแยกด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทีมของเอเกอร์ เมอร์ฟรีย์และเจสซี เวกฟิลด์ บีมส์ ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับ การแพร่กระจายของก๊าซที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียและฟิลิป แอเบลสันได้กำกับการวิจัยเกี่ยวกับการแพร่กระจายความร้อนที่สถาบันคาร์เนกีแห่งวอชิงตันและต่อมาที่ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือ^{[ 27 ]}เมอร์ฟรีย์ยังเป็นหัวหน้างานของโครงการแยกสารที่บีมส์เป็นผู้กำกับ ซึ่งทำการวิจัยเกี่ยวกับการใช้ เครื่อง เหวี่ยงแก๊ส^{[ 28 ]}ในขณะเดียวกัน มีแนวทางการวิจัยสองแนวทางเกี่ยวกับเทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์โดยใช้ตัวลดความเร็วของนิวตรอนที่ แตกต่างกัน : ฮาโรลด์ ยูเรย์วิจัย เครื่องปฏิกรณ์ น้ำหนักเบาที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ในขณะที่อาร์เธอร์ คอมป์ตัน จัดตั้งห้องปฏิบัติการโลหะวิทยาที่มหาวิทยาลัยชิคาโกในช่วงต้นปี 1942 เพื่อศึกษาพลูโตเนียมและเครื่องปฏิกรณ์ที่ลดความเร็วด้วยกราไฟต์^{[ 29 ]}

คณะกรรมการ S-1 แนะนำให้ดำเนินการเทคโนโลยีทั้งห้าอย่างพร้อมกัน ซึ่งได้รับการอนุมัติจากบุช คอนันต์ และพลตรีวิลเฮล์ม ดี. สไตเออร์ผู้ซึ่งได้รับแต่งตั้งให้เป็นตัวแทนของกองทัพบกในเรื่องนิวเคลียร์^{[ 27 ]}จากนั้นบุชและคอนันต์ได้นำข้อแนะนำดังกล่าวไปยังกลุ่มนโยบายระดับสูงพร้อมกับข้อเสนองบประมาณ 54 ล้านดอลลาร์สำหรับการก่อสร้างโดยกองทัพบกสหรัฐฯ 31 ล้านดอลลาร์สำหรับการวิจัยและพัฒนาโดย OSRD และ 5 ล้านดอลลาร์สำหรับเหตุการณ์ฉุกเฉินในปีงบประมาณ 1943 พวกเขาอ้างถึงความกลัวระเบิดปรมาณูของเยอรมนีเป็นเหตุผล ข้อเสนอดังกล่าวแนะนำให้เลือกสถานที่ใหม่สำหรับการวิจัยและการผลิต กำหนดลำดับความสำคัญในการผลิต และให้โครงการทั้งหมดอยู่ภายใต้กฎระเบียบด้านความปลอดภัยที่เข้มงวด เมื่อวันที่ 17 มิถุนายน 1942 ประธานาธิบดีรูสเวลต์ได้อนุมัติข้อแนะนำดังกล่าว^{[ 27 ]}

หัวหน้าวิศวกรพลตรียูจีน เรย์โบลด์ได้เลือกพันเอกเจมส์ ซี. มาร์แชลล์ให้เป็นหัวหน้าฝ่ายโครงการของกองทัพบกในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2485 มาร์แชลล์ได้จัดตั้งสำนักงานประสานงานในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี. แต่ได้จัดตั้งสำนักงานใหญ่ชั่วคราวที่270 บรอดเวย์ในนิวยอร์ก ซึ่งเขาสามารถดึงการสนับสนุนด้านการบริหารจากกองวิศวกรภาคแอตแลนติกเหนือได้ ที่ตั้งอยู่ใกล้กับสำนักงานแมนฮัตตันของสโตน แอนด์ เว็บสเตอร์ผู้รับเหมาหลักของโครงการ และมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย เขาได้รับอนุญาตให้ดึงเจ้าหน้าที่จากหน่วยบัญชาการเดิมของเขา เขตซีราคิวส์ และเขาเริ่มต้นด้วยพันโท เคนเนธ นิโคลส์ซึ่งต่อมาได้เป็นรองหัวหน้าของเขา^{[ 30 ] [ 31 ]}

เนื่องจากภารกิจส่วนใหญ่ของเขาเกี่ยวข้องกับการก่อสร้าง มาร์แชลล์จึงทำงานร่วมกับหัวหน้ากองวิศวกรก่อสร้าง พลตรี โทมัส เอ็ม. โรบินส์และรองหัวหน้า พันเอกเลสลี โกรฟส์ เรย์โบลด์ ซอมเมอร์เวลล์ และสไตเออร์ ตัดสินใจเรียกโครงการนี้ว่า "การพัฒนาวัสดุทดแทน" แต่โกรฟส์รู้สึกว่าชื่อนี้จะดึงดูดความสนใจ เนื่องจากโดยปกติแล้วเขตวิศวกรจะใช้ชื่อเมืองที่ตั้งอยู่ มาร์แชลล์และโกรฟส์จึงตกลงที่จะตั้งชื่อหน่วยงานของกองทัพบกว่า เขตแมนฮัตตัน เรย์โบลด์ได้จัดตั้งเขตนี้อย่างเป็นทางการในวันที่ 13 สิงหาคม อย่างไม่เป็นทางการ เขตนี้รู้จักกันในชื่อ เขตวิศวกรแมนฮัตตัน หรือ MED ซึ่งแตกต่างจากเขตอื่นๆ ตรงที่ไม่มีขอบเขตทางภูมิศาสตร์ และมาร์แชลล์มีอำนาจเทียบเท่าวิศวกรประจำกอง การพัฒนาวัสดุทดแทนยังคงเป็นชื่อรหัสอย่างเป็นทางการของโครงการโดยรวม แต่ต่อมาถูกแทนที่ด้วย "แมนฮัตตัน" ^{[ 31 ] [ 32 ]}

ต่อมามาร์แชลล์ยอมรับว่า “ผมไม่เคยได้ยินเรื่องการแตกตัวของอะตอมมาก่อน แต่ผมรู้ว่าคุณไม่สามารถสร้างโรงงานได้มากนัก ยิ่งกว่านั้นคือสร้างได้ถึงสี่โรงงานด้วยงบประมาณ 90 ล้านดอลลาร์” ^{[ 33 ]} โรงงานผลิต ทีเอ็นทีแห่งเดียวที่นิโคลส์เพิ่งสร้างในเพนซิลเวเนียมีค่าใช้จ่าย 128 ล้านดอลลาร์^{[ 34 ]}พวกเขายังไม่ประทับใจกับการประมาณการที่ใกล้เคียงที่สุด ซึ่งโกรฟส์เปรียบเทียบกับการบอกให้ผู้จัดเลี้ยงเตรียมอาหารสำหรับแขก 10 ถึง 1,000 คน^{[ 35 ]}ทีมสำรวจจากสโตนแอนด์เวบสเตอร์ได้สำรวจพื้นที่สำหรับโรงงานผลิตแล้วคณะกรรมการการผลิตสงครามแนะนำพื้นที่รอบๆน็อกซ์วิลล์ รัฐเทนเนสซีซึ่งเป็นพื้นที่ห่างไกลที่หน่วยงานเทนเนสซีแวลลีย์สามารถจัดหาพลังงานไฟฟ้าได้อย่างเพียงพอ และแม่น้ำสามารถจัดหาน้ำหล่อเย็นสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ได้ หลังจากตรวจสอบหลายพื้นที่แล้ว ทีมสำรวจได้เลือกพื้นที่หนึ่งใกล้กับเอลซา รัฐเทนเนสซีคอนันต์แนะนำให้ซื้อทันที สไตเออร์เห็นด้วย แต่มาร์แชลล์ชะลอไว้ก่อน รอผลการทดลองเครื่องปฏิกรณ์ของคอนันต์^{[ 36 ]}ในบรรดากระบวนการที่คาดการณ์ไว้ มีเพียงการแยกด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าของลอว์เรนซ์เท่านั้นที่ดูเหมือนจะมีความก้าวหน้าเพียงพอสำหรับการเริ่มต้นก่อสร้าง^{[ 37 ]}

มาร์แชลล์และนิโคลส์เริ่มรวบรวมทรัพยากรที่จำเป็น ขั้นตอนแรกคือการได้รับการจัดอันดับความสำคัญสูงสำหรับโครงการ การจัดอันดับสูงสุดคือ AA-1 ถึง AA-4 ตามลำดับ แม้ว่าจะมีการจัดอันดับ AAA พิเศษที่สงวนไว้สำหรับกรณีฉุกเฉิน การจัดอันดับ AA-1 และ AA-2 สำหรับอาวุธและอุปกรณ์ที่จำเป็น ดังนั้นพันเอกลูเซียส ดี. เคลย์รองเสนาธิการฝ่ายบริการและจัดหาสำหรับความต้องการและทรัพยากร จึงรู้สึกว่าการจัดอันดับสูงสุดที่เขาสามารถกำหนดได้คือ AA-3 แม้ว่าเขาจะยินดีให้การจัดอันดับ AAA ตามคำขอสำหรับวัสดุที่สำคัญหากจำเป็น^{[ 38 ]}นิโคลส์และมาร์แชลล์รู้สึกผิดหวัง AA-3 มีลำดับความสำคัญเท่ากับโรงงาน TNT ของนิโคลส์ในเพนซิลเวเนีย^{[ 39 ]}

ในฤดูใบไม้ผลิปี 1942 อาร์เธอร์ คอมป์ตัน ได้ขอให้นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีเจ. โรเบิร์ต ออปเพนไฮ เมอร์ จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เข้ามาดูแลงานวิจัยเกี่ยวกับการคำนวณนิวตรอนเร็วซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการคำนวณมวลวิกฤตและการระเบิดของอาวุธ ต่อจากเกรกอรี ไบรต์ผู้ซึ่งลาออกเมื่อวันที่ 18 พฤษภาคม 1942 เนื่องจากกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัยในการปฏิบัติงานที่หละหลวม^{[ 40 ]}จอห์น เอช. แมนลีย์นักฟิสิกส์จากห้องปฏิบัติการโลหะวิทยา ได้รับมอบหมายให้ช่วยเหลือออปเพนไฮเมอร์โดยการประสานงานกลุ่มฟิสิกส์เชิงทดลองที่กระจายอยู่ทั่วประเทศ^{[ 41 ]}ออปเพนไฮเมอร์และโรเบิร์ต เซอร์เบอร์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ได้ตรวจสอบปัญหา การแพร่กระจาย ของนิวตรอนซึ่งเป็นการเคลื่อนที่ของนิวตรอนในปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ และอุทกพลศาสตร์ซึ่งเป็นพฤติกรรมของการระเบิดที่เกิดจากปฏิกิริยาลูกโซ่^{[ 42 ]}

เพื่อทบทวนงานนี้และทฤษฎีทั่วไปของปฏิกิริยาฟิชชัน Oppenheimer และ Fermi ได้จัดการประชุมที่มหาวิทยาลัยชิคาโกในเดือนมิถุนายนและที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2485 กับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีHans Bethe , John Van Vleck , Edward Teller, Emil Konopinski , Robert Serber, Stan Frankelและ Eldred C. (Carlyle) Nelson และนักฟิสิกส์เชิงทดลองEmilio Segrè , Felix Bloch , Franco Rasetti , Manley และEdwin McMillanพวกเขายืนยันเบื้องต้นว่าระเบิดฟิชชันนั้นเป็นไปได้ในทางทฤษฎี^{[ 42 ]}

คุณสมบัติของยูเรเนียม-235 บริสุทธิ์ยังไม่เป็นที่รู้จักมากนัก เช่นเดียวกับคุณสมบัติของพลูโทเนียม ซึ่งเพิ่งถูกแยกออกมาโดยเกล็น ซีบอร์กและทีมของเขาในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2484 นักวิทยาศาสตร์ในการประชุมเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2485 ได้จินตนาการถึงการสร้างพลูโทเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โดยที่อะตอมของยูเรเนียม-238 จะดูดซับนิวตรอนที่ปล่อยออกมาจากการแตกตัวของยูเรเนียม-235 ณ จุดนี้ยังไม่มีการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ และมีพลูโทเนียมเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ได้จากไซโคลตรอน [ ^{13 ] แม้}กระทั่งในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2486 ก็มีการผลิตพลูโทเนียมเพียงสองมิลลิกรัมเท่านั้น^{[ 43 ]}มีหลายวิธีในการจัดเรียงวัสดุฟิสไซล์ให้เป็นมวลวิกฤต วิธีที่ง่ายที่สุดคือการยิง "ปลั๊กทรงกระบอก" เข้าไปในทรงกลมของ "วัสดุที่ใช้งาน" ด้วย "ตัวอัด" ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงเพื่อโฟกัสนิวตรอนเข้าด้านในและรักษามวลที่ทำปฏิกิริยาไว้ด้วยกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ^{[ 44 ]}พวกเขายังได้สำรวจการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับทรงกลมซึ่งเป็นรูปแบบดั้งเดิมของ " การยุบตัว " ที่ริชาร์ด ซี. โทลแมน เสนอ แนะ และความเป็นไปได้ของวิธีการเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระเบิดเมื่อระเบิด^{[ 45 ]}

เนื่องจากแนวคิดเรื่องระเบิดฟิสชันได้รับการสรุปทางทฤษฎีแล้ว—อย่างน้อยก็จนกว่าจะมีข้อมูลการทดลองเพิ่มเติม—เอ็ดเวิร์ด เทลเลอร์จึงผลักดันให้มีการอภิปรายเกี่ยวกับระเบิดที่มีอานุภาพมากกว่า นั่นคือ "ซูเปอร์" ซึ่งปัจจุบันมักเรียกว่า " ระเบิดไฮโดรเจน " ซึ่งจะใช้แรงจากการระเบิดของระเบิดฟิสชันเพื่อจุดประกาย ปฏิกิริยา นิวเคลียร์ฟิวชันในดิวเทอเรียมและทริเทียม [ ^{46 ] เท}ลเลอร์เสนอแผนการต่างๆ มากมาย แต่เบธปฏิเสธทุกแผน แนวคิดเรื่องฟิวชันจึงถูกละทิ้งไปเพื่อมุ่งเน้นไปที่การผลิตระเบิดฟิสชัน^{[ 47 ]}เทลเลอร์ได้ยกความเป็นไปได้เชิงคาดการณ์ว่าระเบิดปรมาณูอาจ "จุดประกาย" บรรยากาศเนื่องจากปฏิกิริยาฟิวชันสมมุติของนิวเคลียสไนโตรเจน^{[ b ]}เบธคำนวณว่ามัน "ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง" ^{[ 49 ]}รายงานหลังสงครามที่เทลเลอร์ร่วมเขียนสรุปว่า "ไม่ว่าอุณหภูมิของส่วนหนึ่งของบรรยากาศจะถูกทำให้ร้อนถึงเท่าใด ก็ไม่น่าจะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่อเนื่องขึ้นได้" ^{[ 50 ]}ในบันทึกของเซอร์เบอร์ โอปเพนไฮเมอร์ได้กล่าวถึงความเป็นไปได้ของสถานการณ์นี้กับอาร์เธอร์ คอมป์ตันซึ่ง “ไม่มีสติปัญญามากพอที่จะหุบปากเกี่ยวกับเรื่องนี้ มันเข้าไปอยู่ในเอกสารที่ส่งไปยังวอชิงตัน” และ “ไม่เคยถูกจัดการให้เรียบร้อย” ^{[ c ]}

Vannevar Bush รู้สึกไม่พอใจกับความล้มเหลวของพันเอก Marshall ในการทำให้โครงการดำเนินไปอย่างรวดเร็ว^{[ 53 ]}และรู้สึกว่าจำเป็นต้องมีผู้นำที่กระตือรือร้นมากขึ้น เขาได้พูดคุยกับHarvey Bundyและนายพล Marshall, Somervell และ Styer เกี่ยวกับข้อกังวลของเขา โดยสนับสนุนให้โครงการอยู่ภายใต้คณะกรรมการนโยบายอาวุโส โดยมีนายทหารที่มีชื่อเสียง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Styer เป็นผู้อำนวยการ^{[ 39 ]}

ซอมเมอร์เวลล์และสไตเออร์เลือกโกรฟส์ให้ดำรงตำแหน่งดังกล่าว พลเอกมาร์แชลล์สั่งให้เลื่อนตำแหน่งเขาเป็นพลตรี^{[ 54 ]}เนื่องจากเชื่อว่าตำแหน่ง "นายพล" จะมีอิทธิพลมากกว่ากับนักวิทยาศาสตร์ในสถาบันการศึกษาที่ทำงานในโครงการนี้^{[ 55 ]}คำสั่งของโกรฟส์ทำให้เขาอยู่ภายใต้ซอมเมอร์เวลล์โดยตรง แทนที่จะเป็นเรย์โบลด์ โดยพันเอกมาร์แชลล์ต้องรับผิดชอบต่อโกรฟส์^{[ 56 ]}โกรฟส์ตั้งสำนักงานใหญ่ของเขาในวอชิงตัน ดี.ซี. ในอาคารกระทรวงสงครามแห่งใหม่ซึ่งพันเอกมาร์แชลล์มีสำนักงานประสานงานอยู่^{[ 57 ]}เขาเข้ารับตำแหน่งผู้บัญชาการโครงการแมนฮัตตันในวันที่ 23 กันยายน พ.ศ. 2485 ต่อมาในวันนั้น เขาได้เข้าร่วมการประชุมที่สติมสันเรียก ซึ่งได้จัดตั้งคณะกรรมการนโยบายทางทหาร ซึ่งรับผิดชอบต่อกลุ่มนโยบายระดับสูง ประกอบด้วยบุช (โดยมีคอนันต์เป็นตัวสำรอง) สไตเออร์ และพลเรือตรีวิลเลียม อาร์ . เพอร์เนลล์ ^{[ 54 ]}ต่อมาโทลแมนและคอนันต์ได้รับการแต่งตั้งเป็นที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์ของโกรฟส์^{[ 58 ]}

เมื่อวันที่ 19 กันยายน โกรฟส์ได้ไปพบโดนัลด์ เนลสันประธานคณะกรรมการการผลิตสงคราม และขออำนาจอย่างกว้างขวางในการออกเรตติ้ง AAA เมื่อใดก็ตามที่จำเป็น เนลสันลังเลในตอนแรก แต่ก็ยอมอ่อนข้ออย่างรวดเร็วเมื่อโกรฟส์ขู่ว่าจะไปพบประธานาธิบดี^{[ 59 ]}โกรฟส์สัญญาว่าจะไม่ใช้เรตติ้ง AAA เว้นแต่จำเป็นจริงๆ ในไม่ช้าก็ปรากฏว่าสำหรับความต้องการตามปกติของโครงการ เรตติ้ง AAA นั้นสูงเกินไป แต่เรตติ้ง AA-3 นั้นต่ำเกินไป หลังจากรณรงค์มาอย่างยาวนาน ในที่สุดโกรฟส์ก็ได้รับอำนาจ AA-1 เมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2487 ^{[ 60 ]}ตามคำกล่าวของโกรฟส์ “ในวอชิงตัน คุณจะตระหนักถึงความสำคัญของลำดับความสำคัญสูงสุด เกือบทุกอย่างที่เสนอในรัฐบาลรูสเวลต์จะมีลำดับความสำคัญสูงสุด ซึ่งจะคงอยู่ประมาณหนึ่งหรือสองสัปดาห์ แล้วสิ่งอื่นก็จะได้รับลำดับความสำคัญสูงสุดแทน” ^{[ 61 ]}

หนึ่งในปัญหาแรกๆ ของโกรฟส์คือการหาผู้อำนวยการโครงการ Yซึ่งเป็นกลุ่มที่จะออกแบบและสร้างระเบิด ตัวเลือกที่ชัดเจนคือหนึ่งในสามหัวหน้าห้องปฏิบัติการ ได้แก่ ยูเรย์ ลอว์เรนซ์ หรืออาร์เธอร์ คอมป์ตัน แต่พวกเขาไม่สามารถว่างได้ คอมป์ตันแนะนำออปเพนไฮเมอร์ ซึ่งคุ้นเคยกับแนวคิดการออกแบบระเบิดเป็นอย่างดีอยู่แล้ว อย่างไรก็ตาม ออปเพนไฮเมอร์มีประสบการณ์ด้านการบริหารน้อย และแตกต่างจากยูเรย์ ลอว์เรนซ์ และคอมป์ตัน เขาไม่ได้รับรางวัลโนเบล ซึ่งนักวิทยาศาสตร์หลายคนรู้สึกว่าหัวหน้าห้องปฏิบัติการที่สำคัญเช่นนี้ควรได้รับ นอกจากนี้ยังมีความกังวลเกี่ยวกับสถานะความปลอดภัยของออปเพนไฮเมอร์ เนื่องจากผู้ร่วมงานหลายคนของเขาเป็นคอมมิวนิสต์รวมถึงภรรยาของเขาคิตตี้แฟนสาวของเขาจีน แทตล็อกและน้องชายของเขาแฟรงค์การสนทนาที่ยาวนานในเดือนตุลาคมปี 1942 ทำให้โกรฟส์และนิโคลส์เชื่อว่าออปเพนไฮเมอร์เข้าใจประเด็นต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการจัดตั้งห้องปฏิบัติการในพื้นที่ห่างไกลอย่างถ่องแท้ และควรได้รับการแต่งตั้งเป็นผู้อำนวยการ Groves ได้ยกเว้นข้อกำหนดด้านความปลอดภัยเป็นการส่วนตัวและออกใบอนุญาตให้ Oppenheimer เมื่อวันที่ 20 กรกฎาคม พ.ศ. 2486 ^{[ 62 ] [ 63 ]}

ชาวอังกฤษและชาวอเมริกันแลกเปลี่ยนข้อมูลนิวเคลียร์กัน แต่ในตอนแรกไม่ได้รวมความพยายามเข้าด้วยกัน ในปี 1940–41 โครงการของอังกฤษ ( Tube Alloys ) มีขนาดใหญ่กว่าและก้าวหน้ากว่า^{[ 19 ]}ผู้นำอังกฤษคัดค้านข้อเสนอของบุชและคอนันต์ในเดือนสิงหาคม 1941 ที่จะรวมความพยายามด้านอะตอมของทั้งสองประเทศเข้าด้วยกัน^{[ 64 ]}แต่ชาวอังกฤษซึ่งมีความก้าวหน้าอย่างมากในการวิจัยในช่วงต้นสงคราม ไม่มีทรัพยากรเพียงพอที่จะพัฒนาต่อไปในขณะที่ต้องทุ่มเทส่วนใหญ่ของเศรษฐกิจให้กับสงคราม Tube Alloys จึงล้าหลังคู่แข่งชาวอเมริกันในไม่ช้า^{[ 65 ]}บทบาทของทั้งสองประเทศกลับกัน^{[ 66 ]}และในเดือนมกราคม 1943 คอนันต์แจ้งให้ชาวอังกฤษทราบว่าพวกเขาจะไม่ได้รับข้อมูลอะตอมอีกต่อไป ยกเว้นในบางพื้นที่^{[ 67 ] [ 68 ]}ชาวอังกฤษได้ตรวจสอบความเป็นไปได้ของโครงการนิวเคลียร์อิสระ แต่พบว่าไม่สามารถทำให้เสร็จทันเวลาเพื่อส่งผลกระทบต่อสงครามในยุโรปได้^{[ 69 ]}

ภายในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2486 คอนันต์ตัดสินใจว่าเจมส์ แชดวิกและนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษอีกหนึ่งหรือสองคนมีความสำคัญมากพอที่ทีมออกแบบระเบิดที่ลอสอะลามอสต้องการพวกเขา แม้ว่าจะมีความเสี่ยงที่จะเปิดเผยความลับการออกแบบอาวุธก็ตาม^{[ 70 ]}ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2486 เชอร์ชิลล์และรูสเวลต์ได้เจรจาข้อตกลงควิเบก [ ^{71 ] [ 72 ] ซึ่ง}จัดตั้งคณะกรรมการนโยบายร่วมเพื่อประสานความพยายามของสหรัฐอเมริกาและสหราชอาณาจักร แคนาดาไม่ได้เป็นผู้ลงนาม แต่ข้อตกลงดังกล่าวได้กำหนดให้มีตัวแทนของแคนาดาในคณะกรรมการนโยบายร่วมเนื่องจากแคนาดามีส่วนร่วมในความพยายามนี้^{[ 73 ]}ข้อตกลงระหว่างรูสเวลต์และเชอร์ชิลล์ที่รู้จักกันในชื่อHyde Park Aide-Mémoireซึ่งลงนามในปลายเดือนกันยายน พ.ศ. 2487 ได้ขยายข้อตกลงควิเบกไปยังช่วงหลังสงครามและแนะนำว่า "เมื่อ 'ระเบิด' พร้อมใช้งานในที่สุด อาจจะใช้โจมตีญี่ปุ่นหลังจากพิจารณาอย่างรอบคอบแล้ว โดยควรเตือนญี่ปุ่นว่าการระดมยิงนี้จะทำซ้ำจนกว่าพวกเขาจะยอมจำนน" ^{[ 74 ] [ 75 ]}

เมื่อความร่วมมือกลับมาดำเนินต่อหลังจากข้อตกลงควิเบก ความก้าวหน้าและการใช้จ่ายของชาวอเมริกันทำให้ชาวอังกฤษประหลาดใจ แชดวิกผลักดันให้อังกฤษมีส่วนร่วมในโครงการแมนฮัตตันอย่างเต็มที่และละทิ้งความหวังที่จะมีโครงการของอังกฤษที่เป็นอิสระในช่วงสงคราม^{[ 69 ]}ด้วยการสนับสนุนของเชอร์ชิลล์ เขาพยายามทำให้แน่ใจว่าทุกคำขอความช่วยเหลือจากโกรฟส์ได้รับการตอบสนอง^{[ 76 ]}คณะผู้แทนอังกฤษที่เดินทางมาถึงสหรัฐอเมริกาในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2486 ประกอบด้วยนีลส์ โบห์ร, ออตโต ฟริช, เคลาส์ ฟุคส์ , รูดอล์ฟ ไพเออร์ลส์ และเออร์เนสต์ ทิตเตอร์ตัน [ ^{77 ] นัก}วิทยาศาสตร์อีกหลายคนเดินทางมาถึงในช่วงต้นปี พ.ศ. 2487 ในขณะที่ผู้ที่ได้รับมอบหมายให้ศึกษาการแพร่กระจายของก๊าซได้เดินทางกลับไปในช่วงฤดูใบไม้ร่วงของปี พ.ศ. 2487 นักวิทยาศาสตร์ 35 คนที่ทำงานภายใต้โอลิแฟนท์กับลอว์เรนซ์ที่เบิร์กลีย์ได้รับมอบหมายให้เข้าร่วมกลุ่มห้องปฏิบัติการที่มีอยู่ และส่วนใหญ่อยู่จนกระทั่งสิ้นสุดสงคราม บุคลากรทั้งสิบเก้าคนที่ถูกส่งไปยังลอสอะลามอสได้เข้าร่วมกลุ่มที่มีอยู่แล้ว ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการระเบิดและการประกอบระเบิด แต่ไม่ใช่กลุ่มที่เกี่ยวข้องกับพลูโตเนียม^{[ 69 ]}ข้อตกลงควิเบกได้ระบุว่าอาวุธนิวเคลียร์จะไม่ถูกนำมาใช้โจมตีประเทศอื่นโดยปราศจากความยินยอมร่วมกันของสหรัฐฯ และสหราชอาณาจักร ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2488 วิลสันตกลงว่าการทิ้งระเบิดนิวเคลียร์ใส่ญี่ปุ่นจะถูกบันทึกไว้เป็นการตัดสินใจของคณะกรรมการนโยบายร่วม^{[ 78 ]}

คณะกรรมการนโยบายร่วมได้จัดตั้งกองทุนพัฒนาร่วมขึ้นในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2487 โดยมีโกรฟส์เป็นประธาน เพื่อจัดหาแร่ยูเรเนียมและทอเรียมในตลาดระหว่างประเทศคองโกเบลเยียมและแคนาดาถือครองยูเรเนียมส่วนใหญ่ของโลกนอกยุโรปตะวันออก และรัฐบาลเบลเยียมพลัดถิ่นอยู่ในลอนดอน สหราชอาณาจักรตกลงที่จะมอบแร่เบลเยียมส่วนใหญ่ให้กับสหรัฐอเมริกา เนื่องจากไม่สามารถใช้แร่ส่วนใหญ่ได้หากปราศจากการวิจัยของอเมริกาที่จำกัด^{[ 79 ]}ในปี พ.ศ. 2487 กองทุนได้ซื้อแร่ยูเรเนียมออกไซด์จำนวน 3,440,000 ปอนด์ (1,560,000 กิโลกรัม) จากบริษัทที่ดำเนินการเหมืองในคองโกเบลเยียม เพื่อหลีกเลี่ยงการแจ้งให้รัฐมนตรีว่าการกระทรวงการคลังของสหรัฐฯเฮนรี มอร์เกนทาว จูเนียร์ ทราบ จึง มีการใช้บัญชีพิเศษที่ไม่ต้องอยู่ภายใต้การตรวจสอบและการควบคุมตามปกติเพื่อเก็บเงินของกองทุน ระหว่างปี พ.ศ. 2487 จนถึงการลาออกจากตำแหน่งในกองทุนในปี พ.ศ. 2490 โกรฟส์ได้ฝากเงินรวมทั้งสิ้น 37.5 ล้านดอลลาร์สหรัฐ^{[ 80 ]}

ต่อมาโกรฟส์กล่าวว่าการมีส่วนร่วมโดยตรงของนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษในโครงการแมนฮัตตันนั้น "มีประโยชน์แต่ไม่สำคัญ" แต่ "อาจจะไม่มีระเบิดปรมาณูให้ทิ้งลงที่ฮิโรชิมา" หากปราศจากแรงผลักดันของอังกฤษ (โดยเฉพาะเชอร์ชิลล์) ^{[ 81 ]}การมีส่วนร่วมของอังกฤษในช่วงสงครามมีความสำคัญต่อความสำเร็จของโครงการอาวุธนิวเคลียร์อิสระ ของพวกเขา เมื่อพระราชบัญญัติแม็กมาฮอนปี 1946 ยุติความร่วมมือด้านนิวเคลียร์ของอเมริกาเป็นการชั่วคราว^{[ 69 ]}

โครงการ Yของลอสอลาโมส

การทดสอบทรินิตี้ที่อะลาโมกอร์โด

ริชแลนด์แฮนฟอร์ด เอ็นจิเนียร์ เวิร์คส์

โอ๊ค ริดจ์คลินตัน เอ็นจิเนียร์ เวิร์คส

ห้องปฏิบัติการรังสีเบิร์กลีย์

ห้องปฏิบัติการโลหะวิทยาชิคาโก

โครงการเอมส์

โครงการเดย์ตัน

ห้องปฏิบัติการมอนทรีออล

ห้องปฏิบัติการชอล์กริเวอร์

โครงการอูฐอินโย เคอร์น

บริษัทมอนติเซลโล วานาเดียม คอร์ปอเรชั่น

บริษัท อูราวานยูเอส วานาเดียม คอร์ป

โครงการเวนโดเวอร์ อัลเบอร์ตา

เทรลโคมินโก

โรงงานผลิตอาวุธแม่น้ำวาบาช

โรงงานผลิตอาวุธมอร์แกนทาวน์

โรงงานผลิตอาวุธยุทโธปกรณ์แห่งรัฐแอละแบมา

บริษัท คลีฟแลนด์ เนชั่นแนล คาร์บอน จำกัด

เซนต์หลุยส์ มัลลินครอดท์

แผนกการแพทย์โรเชสเตอร์

รวมสถานที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับโครงการแมนฮัตตันในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา การวิจัยและการผลิตเกิดขึ้นในสถานที่มากกว่าสามสิบแห่งทั่วสหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร และแคนาดา คลิกที่สถานที่เพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติม

• สีม่วง: การผลิตวัสดุฟิสไซล์
• สีส้ม: การผลิตวัตถุดิบอาหารสัตว์
• สีเขียว: การวิจัย
• สีดำ: โลจิสติกส์/อื่นๆ

วันหลังจากที่เขารับช่วงต่อโครงการ โกรฟส์เดินทางไปเทนเนสซีพร้อมกับพันเอกมาร์แชลล์เพื่อตรวจสอบสถานที่ที่เสนอไว้ที่นั่น และโกรฟส์ก็ประทับใจ^{[ 83 ] [ 84 ]}เมื่อวันที่ 29 กันยายน พ.ศ. 2485 โรเบิร์ต พี. แพตเตอร์สัน รัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงสงครามของสหรัฐอเมริกา ได้อนุญาตให้กองวิศวกรเข้าซื้อที่ดิน 56,000 เอเคอร์ (23,000 เฮกตาร์) โดยใช้อำนาจเวนคืน ที่ดิน ในราคา 3.5 ล้านดอลลาร์ ต่อมาได้มีการซื้อที่ดินเพิ่มอีก 3,000 เอเคอร์ (1,200 เฮกตาร์) ครอบครัวประมาณ 1,000 ครอบครัวได้รับผลกระทบจากคำสั่งนี้ ซึ่งมีผลบังคับใช้ในวันที่ 7 ตุลาคม^{[ 85 ]}การประท้วง การอุทธรณ์ทางกฎหมาย และการสอบสวนของรัฐสภาในปี พ.ศ. 2486 ก็ไม่ได้ผล^{[ 86 ]}ในช่วงกลางเดือนพฤศจิกายนเจ้าหน้าที่ US Marshalsได้ติดประกาศให้ย้ายออกที่ประตูบ้านไร่ และผู้รับเหมาก่อสร้างก็เริ่มเข้ามา^{[ 87 ]}บางครอบครัวได้รับแจ้งล่วงหน้าสองสัปดาห์ให้ย้ายออกจากฟาร์มที่เป็นบ้านของพวกเขามาหลายชั่วอายุคน^{[ 88 ]}ค่าใช้จ่ายสุดท้ายของการซื้อที่ดิน ซึ่งไม่เสร็จสมบูรณ์จนกระทั่งเดือนมีนาคม พ.ศ. 2488 มีมูลค่าเพียงประมาณ 2.6 ล้านดอลลาร์สหรัฐ หรือประมาณ 47 ดอลลาร์สหรัฐต่อเอเคอร์^{[ 89 ]}เมื่อได้รับประกาศที่ระบุว่า Oak Ridge เป็นพื้นที่ห้ามเข้าโดยเด็ดขาด ซึ่งไม่มีใครสามารถเข้าไปได้โดยไม่ได้รับอนุญาตจากกองทัพผู้ว่าการรัฐเทนเนสซี Prentice Cooper ก็ฉีกประกาศ นั้นทิ้งด้วยความโกรธ^{[ 90 ]}

เดิมทีสถานที่แห่งนี้รู้จักกันในชื่อ Kingston Demolition Range แต่ต่อมาได้เปลี่ยนชื่ออย่างเป็นทางการเป็นClinton Engineer Works (CEW) ในช่วงต้นปี 1943 ^{[ 91 ]}ในขณะที่ Stone & Webster มุ่งเน้นไปที่โรงงานผลิต บริษัทสถาปัตยกรรมและวิศวกรรมSkidmore, Owings & Merrillได้พัฒนาชุมชนที่อยู่อาศัยสำหรับ 13,000 คน ชุมชนตั้งอยู่บนเนินเขา Black Oak Ridge ซึ่งเป็นที่มาของชื่อ เมือง Oak Ridge แห่งใหม่ ^{[ 92 ]}การปรากฏตัวของกองทัพที่ Oak Ridge เพิ่มขึ้นในเดือนสิงหาคม 1943 เมื่อ Nichols เข้ามาแทนที่ Marshall ในตำแหน่งหัวหน้าเขตวิศวกรแมนฮัตตัน หนึ่งในภารกิจแรกของเขาคือการย้ายสำนักงานใหญ่ของเขตไปยัง Oak Ridge แม้ว่าชื่อของเขตจะไม่ได้เปลี่ยนแปลงก็ตาม^{[ 93 ]}ในเดือนกันยายน 1943 การบริหารจัดการสิ่งอำนวยความสะดวกของชุมชนได้ถูกว่าจ้างให้บริษัท Turner Construction Company ดำเนินการ ผ่านบริษัทในเครือ Roane-Anderson Company ^{[ 94 ]}วิศวกรเคมีเป็นส่วนหนึ่งของ "ความพยายามอย่างเร่งรีบ" ในการผลิตยูเรเนียม 235 ที่มีความเข้มข้น 10% ถึง 12% โดยมีการรักษาความปลอดภัยอย่างเข้มงวดและการอนุมัติอย่างรวดเร็วสำหรับวัสดุและอุปกรณ์^{[ 95 ]}ประชากรของโอ๊คริดจ์ขยายตัวอย่างรวดเร็วเกินกว่าแผนเริ่มต้น และมีจำนวนสูงสุดที่ 75,000 คนในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2488 ซึ่งในขณะนั้นมีคนงาน 82,000 คนทำงานที่โรงงานวิศวกรรมคลินตัน^{[ 82 ]}และ 10,000 คนทำงานที่โรน-แอนเดอร์สัน^{[ 94 ]}

แนวคิดที่จะตั้งโครงการ Y ที่โอ๊คริดจ์ได้รับการพิจารณาแล้ว แต่ได้ตัดสินใจว่าควรอยู่ในสถานที่ห่างไกล ตามคำแนะนำของออปเพนไฮเมอร์ การค้นหาสถานที่ที่เหมาะสมจึงถูกจำกัดให้แคบลงไปที่บริเวณใกล้เคียงเมืองอัลบูเคอร์คี รัฐนิวเม็กซิโกซึ่งออปเพนไฮเมอร์เป็นเจ้าของฟาร์มปศุสัตว์^{[ 96 ]}เมื่อวันที่ 16 พฤศจิกายน พ.ศ. 2485 ออปเพนไฮเมอร์ โกรฟส์ ดัดลีย์ และคนอื่นๆ ได้ไปสำรวจบริเวณใกล้เคียงโรงเรียน Los Alamos Ranch Schoolออปเพนไฮเมอร์แสดงความชอบอย่างมากต่อสถานที่แห่งนี้ โดยอ้างถึงความงามตามธรรมชาติ ซึ่งหวังว่าจะสร้างแรงบันดาลใจให้แก่ผู้ที่ทำงานในโครงการ^{[ 97 ] [ 98 ]}วิศวกรกังวลเกี่ยวกับถนนทางเข้าที่ไม่ดี และว่าแหล่งน้ำจะเพียงพอหรือไม่ แต่โดยรวมแล้วรู้สึกว่ามันเป็นสถานที่ที่เหมาะสม^{[ 99 ]}

แพตเตอร์สันอนุมัติการซื้อที่ดินเมื่อวันที่ 25 พฤศจิกายน พ.ศ. 2485 โดยอนุมัติเงิน 440,000 ดอลลาร์สำหรับการซื้อที่ดินที่คำนวณไว้ล่วงหน้าจำนวน 54,000 เอเคอร์ (22,000 เฮกตาร์) ซึ่งเกือบทั้งหมด (ยกเว้น 8,900 เอเคอร์ (3,600 เฮกตาร์)) เป็นที่ดินที่รัฐบาลกลางเป็นเจ้าของอยู่แล้ว^{[ 100 ]}รัฐมนตรีว่าการกระทรวงเกษตรคลอดด์ อาร์. วิคการ์ด ได้มอบที่ดินของ กรมป่าไม้สหรัฐฯประมาณ 45,000 เอเคอร์ (18,000 เฮกตาร์) ให้แก่กระทรวงสงคราม "ตราบเท่าที่ความจำเป็นทางทหารยังคงอยู่" ^{[ 101 ]}การซื้อที่ดินในช่วงสงครามในที่สุดมีจำนวน 49,383 เอเคอร์ (19,985 เฮกตาร์) แต่ใช้เงินไปเพียง 414,971 ดอลลาร์เท่านั้น^{[ 102 ]}งานเริ่มขึ้นในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2485 Groves จัดสรรเงิน 300,000 ดอลลาร์สำหรับการก่อสร้างในเบื้องต้น ซึ่งมากกว่าที่ Oppenheimer ประเมินไว้ถึงสามเท่า แต่เมื่อ Sundt ^{[ d ]}เสร็จสิ้นในวันที่ 30 พฤศจิกายน พ.ศ. 2486 มีการใช้เงินไปมากกว่า 7 ล้านดอลลาร์^{[ 105 ]}

ในช่วงสงคราม ลอสอะลามอสถูกเรียกว่า "ไซต์ Y" หรือ "เนินเขา" ^{[ 106 ]}เดิมทีตั้งใจให้เป็นห้องปฏิบัติการทางทหาร โดยมีออปเพนไฮเมอร์และนักวิจัยคนอื่นๆ ได้รับมอบหมายให้ทำงานในกองทัพ แต่โรเบิร์ต บาเชอร์และอิซิดอร์ ราบีไม่เห็นด้วยกับความคิดนี้ และโน้มน้าวออปเพนไฮเมอร์ว่านักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ จะคัดค้าน คอนันต์ โกรฟส์ และออปเพนไฮเมอร์จึงคิดหาทางประนีประนอม โดยให้มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเป็นผู้ดูแลห้องปฏิบัติการภายใต้สัญญาจ้างกับกระทรวงสงคราม^{[ 107 ]}โดโรธี แมคคิบบินเป็นผู้ดูแลสำนักงานสาขาในซานตาเฟ ซึ่งเธอคอยต้อนรับผู้มาใหม่และออกบัตรผ่านให้^{[ 108 ]}

เมื่อวันที่ 25 มิถุนายน พ.ศ. 2485 สภา Army-OSRD ได้ตัดสินใจสร้างโรงงานนำร่องสำหรับการผลิตพลูโทเนียมในเขตอนุรักษ์ป่าอาร์กอนทางตะวันตกเฉียงใต้ของชิคาโก โดยกำหนดให้เป็นSite Aในเดือนกรกฎาคม นิโคลส์ได้จัดการเช่าที่ดิน 1,025 เอเคอร์ (415 เฮกตาร์) จากเขตอนุรักษ์ป่า Cook Countyและแต่งตั้งกัปตันเจมส์ เอฟ. กราฟตันเป็นวิศวกรประจำพื้นที่ชิคาโก ในไม่ช้าก็ปรากฏชัดว่าขนาดของการดำเนินงานนั้นใหญ่เกินกว่าพื้นที่ดังกล่าว จึงตัดสินใจสร้างโรงงานนำร่องที่โอ๊คริดจ์และคงสถานที่วิจัยและทดสอบไว้ในชิคาโก^{[ 109 ] [ 110 ]}

ความล่าช้าในการจัดตั้งโรงงานที่ไซต์ A ทำให้Arthur Comptonอนุญาตให้ห้องปฏิบัติการโลหะวิทยาสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกใต้ที่นั่งชมกีฬาของStagg Field ที่มหาวิทยาลัยชิคาโก เครื่องปฏิกรณ์ต้องการบล็อกก ราไฟต์บริสุทธิ์จำนวนมหาศาลและยูเรเนียมทั้งในรูปโลหะและออกไซด์ผง ในขณะนั้น แหล่งยูเรเนียมบริสุทธิ์มีจำกัดFrank Spedding จากมหาวิทยาลัยรัฐไอโอวาสามารถผลิตได้เพียง 2 ตัน เท่านั้น โรงงานผลิตหลอดไฟ Westinghouseจัดหายูเรเนียม 3 ตัน โดยผลิตอย่างเร่งรีบด้วยกระบวนการชั่วคราว บริษัท Goodyear Tireสร้างบอลลูนสี่เหลี่ยมขนาดใหญ่เพื่อห่อหุ้มเครื่องปฏิกรณ์^{[ 111 ] [ 112 ]}

เมื่อวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2485 ทีมที่นำโดย Enrico Fermi ได้เริ่มต้นปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์เทียมที่ยั่งยืนด้วยตนเองครั้งแรก^{ในเครื่อง}ปฏิกรณ์ทดลองที่รู้จักกันในชื่อ^Chicago Pile-1 [ ^{114 ] จุด}ที่ปฏิกิริยากลายเป็นยั่งยืนด้วยตนเองเรียกว่า "การเข้าสู่ภาวะวิกฤต" คอมป์ตันรายงานความสำเร็จไปยังโคนันต์ในวอชิงตัน ดี.ซี. โดยการโทรศัพท์แบบเข้ารหัส โดยกล่าวว่า "นักเดินเรือชาวอิตาลี [เฟอร์มิ] เพิ่งลงจอดในโลกใหม่" ^{[ 115 ] [ f ]}

ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2486 ผู้สืบทอดตำแหน่งของกราฟตัน คือ พันตรีอาเธอร์ วี. ปีเตอร์สันได้สั่งให้รื้อถอนและประกอบเครื่องปฏิกรณ์ชิคาโกไพล์-1 ขึ้นใหม่ที่ไซต์ A ในเขตอนุรักษ์ป่า เนื่องจากเขามองว่าการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์นั้นอันตรายเกินไปสำหรับพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่น^{[ 116 ]}ไซต์ A ยังคงดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ต่อไปในฐานะส่วนขยายลับของห้องปฏิบัติการโลหะวิทยาที่มหาวิทยาลัย เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักเครื่องแรกอย่างชิคาโกไพล์-3 ก็เริ่มทำงานได้ที่ไซต์นี้ในวันที่ 15 พฤษภาคม พ.ศ. 2487 ^{[ 117 ] [ 118 ]}หลังสงคราม การดำเนินงานที่ไซต์ A ถูกย้ายไปประมาณ 6 ไมล์ (9.7 กม.) ไปยังเคาน์ตีดูเพจซึ่งเป็นที่ตั้งปัจจุบันของห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอน^{[ 110 ]}

ภายในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2485 มีความกังวลว่าแม้แต่โอ๊คริดจ์ก็อยู่ใกล้กับศูนย์กลางประชากรขนาดใหญ่ (น็อกซ์วิลล์) มากเกินไป ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุนิวเคลียร์ครั้งใหญ่ซึ่งไม่น่าจะเกิดขึ้นได้ โกรฟส์จึงว่าจ้างดูปองท์ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2485 ให้เป็นผู้รับเหมาหลักในการก่อสร้างโรงงานผลิตพลูโตเนียม ประธานบริษัทวอลเตอร์ เอส. คาร์เพนเตอร์ จูเนียร์ไม่ต้องการกำไรใดๆ ทั้งสิ้น ด้วยเหตุผลทางกฎหมาย จึงตกลงกันที่ค่าธรรมเนียมเพียงเล็กน้อยหนึ่งดอลลาร์^{[ 119 ]}

DuPont แนะนำว่าควรตั้งไซต์ให้ห่างจากโรงงานผลิตยูเรเนียมที่มีอยู่เดิมที่ Oak Ridge ^{[ 120 ]}ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2485 Groves ได้ส่งพันเอกFranklin Matthiasและวิศวกรของ DuPont ไปสำรวจไซต์ที่มีศักยภาพ Matthias รายงานว่าไซต์ Hanfordใกล้Richland รัฐวอชิงตันนั้น "เหมาะสมในทุกด้าน" อย่างแท้จริง มันอยู่โดดเดี่ยวและอยู่ใกล้แม่น้ำโคลัมเบียซึ่งสามารถจัดหาน้ำได้เพียงพอสำหรับระบายความร้อนให้กับเครื่องปฏิกรณ์ Groves ไปเยี่ยมชมไซต์ในเดือนมกราคมและจัดตั้ง Hanford Engineer Works (HEW) ซึ่งมีรหัสว่า "ไซต์ W" ^{[ 121 ]}

ปลัดกระทรวงแพตเตอร์สันอนุมัติเมื่อวันที่ 9 กุมภาพันธ์ จัดสรรเงิน 5 ล้านดอลลาร์สำหรับการซื้อที่ดิน 430,000 เอเคอร์ (170,000 เฮกตาร์) รัฐบาลกลางได้ย้ายผู้อยู่อาศัยในชุมชนใกล้เคียงประมาณ 1,500 คน รวมถึงชาววานาปุมและชนเผ่าอื่นๆ ที่ใช้พื้นที่ดังกล่าว เกิดข้อพิพาทกับเกษตรกรเกี่ยวกับการชดเชยพืชผลที่ปลูกไปแล้ว ในกรณีที่กำหนดการเอื้ออำนวย กองทัพอนุญาตให้เก็บเกี่ยวพืชผลได้ แต่ก็ไม่สามารถทำได้เสมอไป^{[ 121 ]}กระบวนการซื้อที่ดินยืดเยื้อและไม่เสร็จสมบูรณ์ก่อนสิ้นสุดโครงการแมนฮัตตันในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2489 ^{[ 122 ]}

ข้อพิพาทไม่ได้ทำให้งานล่าช้า แม้ว่าความคืบหน้าในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ที่ห้องปฏิบัติการโลหะวิทยาและดูปองต์จะยังไม่ก้าวหน้าเพียงพอที่จะคาดการณ์ขอบเขตของโครงการได้อย่างแม่นยำ แต่ก็เริ่มดำเนินการในเดือนเมษายน พ.ศ. 2486 สำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับคนงานประมาณ 25,000 คน โดยคาดว่าครึ่งหนึ่งจะอาศัยอยู่ในสถานที่ก่อสร้าง ภายในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2487 มีการสร้างอาคารประมาณ 1,200 หลัง และมีคนอาศัยอยู่ในค่ายก่อสร้างเกือบ 51,000 คน ในฐานะวิศวกรประจำพื้นที่ แมทเธียสมีอำนาจควบคุมโดยรวมของสถานที่ก่อสร้าง^{[ 123 ]}ในช่วงที่มีประชากรมากที่สุด ค่ายก่อสร้างแห่งนี้เป็นเมืองที่มีประชากรมากเป็นอันดับสามในรัฐวอชิงตัน^{[ 124 ]}แฮนฟอร์ดดำเนินการเดินรถโดยสารกว่า 900 คัน มากกว่าเมืองชิคาโก^{[ 125 ]}เช่นเดียวกับลอสอะลามอสและโอ๊คริดจ์ ริชแลนด์เป็นชุมชนที่มีรั้วรอบขอบชิดและจำกัดการเข้าถึง แต่ดูเหมือนเมืองบูมของอเมริกาในช่วงสงครามทั่วไปมากกว่า: ภาพลักษณ์ทางทหารต่ำกว่า และองค์ประกอบด้านความปลอดภัยทางกายภาพ เช่น รั้วสูงและสุนัขเฝ้ายามนั้นไม่ชัดเจนนัก^{[ 126 ]}

แคนาดาให้การสนับสนุนด้านการวิจัย การสกัด และการผลิตยูเรเนียมและพลูโตเนียม และนักวิทยาศาสตร์ชาวแคนาดาได้ทำงานที่ลอสอะลามอส^{[ 127 ] [ 128 ]}

Comincoผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสที่Trail รัฐบริติชโคลัมเบียตั้งแต่ปี 1930 Urey เสนอในปี 1941 ว่าบริษัทสามารถผลิตน้ำหนักมากได้ โดยเพิ่มเซลล์อิเล็กโทรไลซิสรองเข้าไปในโรงงานที่มีอยู่เดิมมูลค่า 10 ล้านดอลลาร์ ซึ่งประกอบด้วยเซลล์ 3,215 เซลล์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ 75 เมกะวัตต์ เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของดิวเทอเรียมในน้ำจาก 2.3% เป็น 99.8% สำหรับกระบวนการนี้Hugh Taylor จาก Princeton ได้พัฒนา ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมบนคาร์บอนสำหรับสามขั้นตอนแรก ในขณะที่ Urey พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาแบบนิกเกิล- โครเมียมสำหรับหอคอยขั้นตอนที่สี่ ต้นทุนสุดท้ายอยู่ที่ 2.8 ล้านดอลลาร์ รัฐบาลแคนาดาไม่ได้รับทราบโครงการนี้อย่างเป็นทางการจนกระทั่งเดือนสิงหาคม 1942 การผลิตน้ำหนักมากที่ Trail เริ่มขึ้นในเดือนมกราคม 1944 และดำเนินต่อไปจนถึงปี 1956 น้ำหนักมากจาก Trail ถูกนำไปใช้กับChicago Pile 3ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกที่ใช้น้ำหนักมากและยูเรเนียมธรรมชาติ ซึ่งเริ่มทำงานได้ในวันที่ 15 พฤษภาคม 1944 ^{[ 129 ]}

สถานที่ตั้ง Chalk River ในรัฐออนแทรีโอถูกจัดตั้งขึ้นเพื่อย้ายฐานปฏิบัติการของฝ่ายสัมพันธมิตรที่ห้องปฏิบัติการมอนทรีออล ให้ห่าง จากเขตเมือง ชุมชนใหม่ถูกสร้างขึ้นที่Deep River ในรัฐออนแทรีโอ เพื่อจัดหาที่อยู่อาศัยและสิ่งอำนวยความสะดวกให้กับสมาชิกในทีม สถานที่แห่งนี้ถูกเลือกเนื่องจากอยู่ใกล้กับเขตอุตสาหกรรมการผลิตของรัฐออนแทรีโอและควิเบก และอยู่ใกล้กับสถานีรถไฟที่อยู่ติดกับฐานทัพขนาดใหญ่Camp Petawawaตั้งอยู่ริมแม่น้ำออตตาวา ทำให้สามารถเข้าถึงแหล่งน้ำได้อย่างอุดมสมบูรณ์ ผู้อำนวยการคนแรกของห้องปฏิบัติการใหม่คือHans von Halbanเขาถูกแทนที่โดย John Cockcroft ในเดือนพฤษภาคม 1944 และต่อมาโดยBennett Lewisในเดือนกันยายน 1946 เครื่องปฏิกรณ์นำร่องที่รู้จักกันในชื่อZEEP (zero-energy experimental pile) กลายเป็นเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกของแคนาดา และเป็นเครื่องแรกที่สร้างเสร็จนอกสหรัฐอเมริกา เมื่อมันเริ่มทำงานได้ในเดือนกันยายน 1945 ZEEP ยังคงถูกใช้งานโดยนักวิจัยจนถึงปี 1970 ^{[ 130 ]} เครื่องปฏิกรณ์ NRXขนาดใหญ่ 10 เมกะวัตต์ซึ่งได้รับการออกแบบในช่วงสงคราม เสร็จสมบูรณ์และเริ่มเดินเครื่องในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2490 ^{[ 129 ]}

เหมืองเอลโดราโดที่พอร์ตเรเดียมเป็นแหล่งแร่ยูเรเนียม^{[ 131 ]}

แม้ว่าแบบแผนการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ดูปองท์ชื่นชอบจะเป็นแบบระบายความร้อนด้วยฮีเลียมและใช้กราไฟต์เป็นตัวหน่วงนิวตรอน แต่ดูปองท์ก็ยังแสดงความสนใจที่จะใช้น้ำหนักเบา (heavy water) เป็นระบบสำรองโครงการ P-9เป็นชื่อรหัสของรัฐบาลสำหรับโครงการผลิตน้ำหนักเบา มีการประเมินว่าจำเป็นต้องใช้น้ำหนักเบา 3 ตัน (2.7 ตัน) ต่อเดือน โรงงานที่เทรล ซึ่งอยู่ระหว่างการก่อสร้างในขณะนั้น สามารถผลิตได้ 0.5 ตัน (0.45 ตัน) ต่อเดือน ดังนั้นโกรฟส์จึงอนุญาตให้ดูปองท์จัดตั้งโรงงานผลิตน้ำหนักเบาที่โรงงานผลิตอาวุธมอร์แกนทาวน์ ใกล้เมืองมอร์แกนทาวน์ รัฐเวสต์เวอร์จิเนียที่โรงงานผลิตอาวุธวาบาชริเวอร์ใกล้เมืองดานาและนิวพอร์ต รัฐอินเดียนาและที่โรงงานผลิตอาวุธอะลาบามาใกล้เมืองไชลด์สเบิร์กและซิลากา รัฐอะลาบามาแม้ว่าจะรู้จักกันในชื่อโรงงานผลิตอาวุธและได้รับเงินสนับสนุนภายใต้ สัญญา ของกรมสรรพาวุธแต่โรงงานเหล่านี้ถูกสร้างและดำเนินการโดยกองทัพบกสหรัฐฯ โรงงานของอเมริกาใช้กระบวนการที่แตกต่างจากโรงงานที่เทรล น้ำหนักมากถูกสกัดโดยการกลั่น โดยใช้ประโยชน์จากจุดเดือดที่สูงกว่าเล็กน้อยของน้ำหนักมาก^{[ 132 ] [ 133 ]}

วัตถุดิบหลักของโครงการคือยูเรเนียม ซึ่งใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ เป็นวัตถุดิบที่ถูกแปรรูปเป็นพลูโทเนียม และในรูปแบบที่เสริมสมรรถนะแล้ว ก็ใช้ในระเบิดปรมาณูเองด้วย ในปี 1940 มีแหล่งยูเรเนียมที่สำคัญที่รู้จักกัน 4 แห่ง ได้แก่ ในโคโลราโด ในแคนาดาตอนเหนือ ในโจอาคิมสทาลในเชโกสโลวาเกีย และในคองโกเบลเยียม^{[ 134 ]} แหล่ง ยูเรเนียมทั้งหมด ยกเว้นโจอาคิมสทาล อยู่ในมือของฝ่ายสัมพันธมิตร การสำรวจในปี 1942 ระบุว่ามีปริมาณยูเรเนียมเพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการของโครงการ^{[ 135 ] [ g ]}นิโคลส์ได้จัดเตรียมกับกระทรวงการต่างประเทศเพื่อควบคุมการส่งออกยูเรเนียมออกไซด์และเจรจาเพื่อซื้อแร่ยูเรเนียม 1,200 ตัน (1,100 ตัน) จากคองโกเบลเยียม ซึ่งถูกเก็บไว้ในคลังสินค้าบนเกาะสเตเทนและสต็อกแร่ที่ขุดได้ที่เหลือเก็บไว้ในคองโก เขาเจรจากับบริษัท Eldorado Gold Minesเพื่อซื้อแร่จากโรงกลั่นในเมืองพอร์ตโฮป รัฐออนแทรีโอ รัฐบาลแคนาดาได้เข้าซื้อหุ้นของบริษัทจนกระทั่งได้ถือหุ้นส่วนใหญ่^{[ 137 ]}

ในบรรดาแร่เหล่านี้ แร่จากคองโกของเบลเยียมมีปริมาณยูเรเนียมต่อมวลหินมากที่สุด^{[ 138 ] [ h ]}นอกเหนือจากความต้องการในช่วงสงครามแล้ว ผู้นำอเมริกันและอังกฤษสรุปว่าการควบคุมแหล่งแร่ยูเรเนียมของโลกให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้นั้นเป็นผลประโยชน์ของประเทศตน เหมือง ชินโคโลบเวถูกน้ำท่วมและปิดตัวลง และนิโคลส์พยายามเจรจาเพื่อเปิดเหมืองอีกครั้งและขายผลผลิตในอนาคตทั้งหมดให้กับสหรัฐอเมริกากับเอ็ดการ์ เซนเจียร์ผู้อำนวยการของบริษัทที่เป็นเจ้าของเหมืองยูเนียน มินิแยร์ ดู โอต์-คาตังกาแต่ ไม่ประสบความสำเร็จ ^{[ 140 ]}จากนั้นเรื่องนี้ก็ถูกหยิบยกขึ้นมาโดยคณะกรรมการนโยบายร่วม เนื่องจากหุ้นของยูเนียน มินิแยร์ 30 เปอร์เซ็นต์อยู่ภายใต้การควบคุมของผลประโยชน์ของอังกฤษ อังกฤษจึงเป็นผู้นำในการเจรจา เซอร์จอห์น แอนเดอร์สันและเอกอัครราชทูตจอห์น วินันต์ได้เจรจาตกลงกับเซงเกียร์และรัฐบาลเบลเยียมในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2487 เพื่อเปิดเหมืองอีกครั้งและซื้อแร่จำนวน 1,720 ตัน (1,560 ตัน) ในราคา 1.45 ดอลลาร์ต่อปอนด์^{[ 141 ]}เพื่อหลีกเลี่ยงการพึ่งพาแร่จากอังกฤษและแคนาดา โกรฟส์ยังได้จัดการซื้อสต็อกของบริษัท US Vanadium Corporation ในเมือง อูราวาน รัฐโคโลราโด อีกด้วย ^{[ 142 ]}

แร่ดิบถูกละลายในกรดไนตริกเพื่อผลิตยูรานิลไนเตรตซึ่งถูกแปรรูปเป็นยูเรเนียมไตรออกไซด์ และถูกรีดิวซ์เป็น ยูเรเนียมไดออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูง^{[ 143 ]}ภายในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2485 Mallinckrodt สามารถผลิตออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงได้ถึงหนึ่งตันต่อวัน แต่การเปลี่ยนออกไซด์นี้ให้เป็นโลหะยูเรเนียมในตอนแรกนั้นพิสูจน์แล้วว่าทำได้ยากกว่า^{[ 144 ]}การผลิตช้าเกินไปและคุณภาพต่ำจนยอมรับไม่ได้ จึงมีการจัดตั้งสาขาของห้องปฏิบัติการโลหะวิทยาขึ้นที่วิทยาลัยรัฐไอโอวาในเมืองเอมส์ รัฐไอโอวาภายใต้การนำของแฟรงค์ สเปดดิง เพื่อตรวจสอบทางเลือกอื่น โครงการนี้เป็นที่รู้จักในชื่อโครงการเอมส์และกระบวนการเอมส์ก็เริ่มใช้งานได้ในปี พ.ศ. 2486 ^{[ 145 ]}

Natural uranium consists of 99.3% uranium-238 and 0.7% uranium-235, but as only the latter is fissile it must be physically separated from the more plentiful isotope. Various methods were considered for uranium enrichment, most of which was carried out at Oak Ridge.^[146] The most obvious technology, the centrifuge, failed, but electromagnetic separation, gaseous diffusion, and thermal diffusion technologies were all successful and contributed to the project. In February 1943, Groves came up with the idea of using the output of some plants as the input for others.^[147]

The centrifuge process was regarded as the only promising separation method in April 1942.^[148]Jesse Beams had developed such a process in the 1930s, but had encountered technical difficulties. In 1941 he began working with uranium hexafluoride, the only known gaseous compound of uranium, and was able to separate uranium-235. At Columbia, Karl P. Cohen produced a body of mathematical theory making it possible to design a centrifugal separation unit, which Westinghouse undertook to construct.^[149]

Scaling this up to a production plant presented a formidable technical challenge. Urey and Cohen estimated that producing a kilogram (2.2 lb) of uranium-235 per day would require up to 50,000 centrifuges with 1-meter (3 ft 3 in) rotors, or 10,000 centrifuges with 4-meter (13 ft) rotors, assuming that 4-meter rotors could be built. The prospect of keeping so many rotors operating continuously at high speed appeared daunting,^[150] and when Beams ran his experimental apparatus, he obtained only 60% of the predicted yield, indicating that more centrifuges were required. Beams, Urey and Cohen then began work on a series of improvements which promised to increase efficiency. However, frequent failures of motors, shafts and bearings at high speeds delayed work on the pilot plant.^[151]

In November 1942 the centrifuge process was abandoned by the Military Policy Committee.^[152] Successful gas centrifuges of the Zippe-type design were instead developed in the Soviet Union after the war. It eventually became the preferred method of uranium isotope separation, being far more economical.^[153]

การแยกไอโซโทปด้วย สนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการพัฒนาขึ้นที่ห้องปฏิบัติการรังสีของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย วิธีนี้ใช้เครื่องมือที่เรียกว่าคาลูตรอนชื่อนี้มาจากคำว่าแคลิฟอร์เนียมหาวิทยาลัยและไซโคลตรอน [ ^{154 ] ใน}กระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กจะเบี่ยงเบนอนุภาคที่มีประจุตามมวล^{[ 155 ]}กระบวนการนี้ไม่สวยงามทางวิทยาศาสตร์และไม่มีประสิทธิภาพในเชิงอุตสาหกรรม^{[ 156 ]}เมื่อเปรียบเทียบกับโรงงานแพร่กระจายก๊าซหรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โรงงานแยกด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะใช้ทรัพยากรที่หายากมากกว่า ต้องการกำลังคนในการดำเนินงานมากกว่า และมีต้นทุนการก่อสร้างสูงกว่า อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ได้รับการอนุมัติเนื่องจากใช้เทคโนโลยีที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว จึงมีความเสี่ยงน้อยกว่า นอกจากนี้ยังสามารถสร้างได้เป็นขั้นตอนและเข้าถึงกำลังการผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้อย่างรวดเร็ว^{[ 154 ]}

มาร์แชลล์และนิโคลส์ค้นพบว่ากระบวนการแยกไอโซโทปด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องใช้ทองแดง 5,000 ตัน (4,500 ตัน) ซึ่งกำลังขาดแคลนอย่างมาก อย่างไรก็ตาม สามารถใช้เงินทดแทนได้ โดยมีอัตราส่วนทองแดงต่อเงินอยู่ที่ 11:10 เมื่อวันที่ 3 สิงหาคม พ.ศ. 2485 นิโคลส์ได้พบกับปลัดกระทรวงการคลังแดเนียล ดับเบิลยู เบลล์และขอให้โอนเงินแท่งเงิน 6,000 ตันจากคลังเก็บเงินเวสต์พอยต์ [ ^{157 ] ใน}ที่สุดก็ใช้เงินไป 14,700 ตัน (13,300 ตัน; 430,000,000 ออนซ์ทรอย) ^{[ 158 ]}แท่งเงินขนาด 1,000 ออนซ์ทรอย (31 กก.) ถูกหล่อเป็นแท่งทรงกระบอก อัดขึ้นรูปเป็นแถบ และพันรอบขดลวดแม่เหล็ก^{[ 158 ] [ 159 ]}

ความรับผิดชอบในการออกแบบและก่อสร้างโรงงานแยกด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งต่อมาเรียกว่าY-12ได้ถูกมอบหมายให้แก่ Stone & Webster ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2485 การออกแบบกำหนดให้มีหน่วยประมวลผลขั้นแรก 5 หน่วย หรือที่รู้จักกันในชื่อ Alpha racetracks และหน่วยสำหรับการประมวลผลขั้นสุดท้าย 2 หน่วย หรือที่รู้จักกันในชื่อ Beta racetracks ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2486 Groves ได้อนุมัติการก่อสร้าง racetracks เพิ่มอีก 4 หน่วย หรือที่รู้จักกันในชื่อ Alpha II การก่อสร้างเริ่มขึ้นในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2486 ^{[ 161 ]} Alpha I หน่วยที่สองเริ่มใช้งานได้ในปลายเดือนมกราคม พ.ศ. 2487 Beta หน่วยแรก และ Alpha I หน่วยแรกและหน่วยที่สาม เริ่มใช้งานได้ในเดือนมีนาคม และ Alpha I หน่วยที่สี่ เริ่มใช้งานได้ในเดือนเมษายน ส่วน Alpha II racetracks ทั้งสี่หน่วยนั้นแล้วเสร็จระหว่างเดือนกรกฎาคมถึงตุลาคม พ.ศ. 2487 ^{[ 162 ]} Tennessee Eastmanได้รับสัญญาให้บริหารจัดการ Y-12 ^{[ 163 ]}เครื่อง Calutron ถูกส่งมอบให้แก่ผู้ปฏิบัติงานของ Tennessee Eastman ที่ได้รับการฝึกอบรมมาแล้ว ซึ่งรู้จักกันในชื่อCalutron Girls ^{[ 164 ]}

ในขั้นต้น คาลูตรอนได้เพิ่มความเข้มข้นของยูเรเนียม-235 ให้มีปริมาณระหว่าง 13% ถึง 15% และส่งยูเรเนียมดังกล่าวจำนวนไม่กี่ร้อยกรัมแรกไปยังลอสอะลามอสในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2487 มีเพียง 1 ส่วนใน 5,825 ส่วนของยูเรเนียมที่ป้อนเข้าไปเท่านั้นที่กลายเป็นผลิตภัณฑ์ ส่วนที่เหลือส่วนใหญ่กระเด็นไปทั่วอุปกรณ์ในระหว่างกระบวนการ ความพยายามในการกู้คืนอย่างหนักช่วยเพิ่มการผลิตเป็น 10% ของยูเรเนียม-235 ที่ป้อนเข้าไปภายในเดือนมกราคม พ.ศ. 2488 ในเดือนกุมภาพันธ์ สนามแข่งอัลฟาเริ่มได้รับยูเรเนียมที่เพิ่มความเข้มข้นเล็กน้อย (1.4%) จากโรงงานแพร่ความร้อน S-50 แห่งใหม่ และในเดือนถัดมาก็ได้รับยูเรเนียมที่เพิ่มความเข้มข้น (5%) จากโรงงานแพร่ก๊าซ K-25 ภายในเดือนสิงหาคม โรงงาน K-25 ก็ผลิตยูเรเนียมที่เพิ่มความเข้มข้นเพียงพอที่จะป้อนเข้าสู่สนามแข่งเบตาได้โดยตรง^{[ 165 ]}

วิธีการแยกไอโซโทปที่มีแนวโน้มดีที่สุดแต่ก็ท้าทายที่สุดเช่นกันคือการแพร่ของก๊าซกฎของเกรแฮมระบุว่าอัตราการแพร่ของก๊าซแปรผกผันกับรากที่สองของมวลโมเลกุลดังนั้นในกล่องที่มีเยื่อกึ่งซึมผ่านได้และส่วนผสมของก๊าซสองชนิด โมเลกุลที่เบากว่าจะผ่านออกจากภาชนะได้เร็วกว่าโมเลกุลที่หนักกว่า แนวคิดคือกล่องดังกล่าวสามารถจัดเรียงเป็นลำดับของปั๊มและเยื่อ โดยแต่ละขั้นถัดไปจะมีส่วนผสมของไอโซโทปที่เข้มข้นขึ้นเล็กน้อย การวิจัยเกี่ยวกับกระบวนการนี้ดำเนินการที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียโดยกลุ่มที่รวมถึง Harold Urey, Karl P. CohenและJohn R. Dunning ^{[ 166 ]}

ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2485 คณะกรรมการนโยบายทางทหารได้อนุมัติการก่อสร้างโรงงานแพร่กระจายก๊าซ 600 ขั้นตอน^{[ 167 ]}ในวันที่ 14 ธันวาคมMW Kelloggยอมรับข้อเสนอในการก่อสร้างโรงงาน ซึ่งมีรหัสว่า K-25 มีการจัดตั้งนิติบุคคลแยกต่างหากชื่อ Kellex สำหรับโครงการนี้^{[ 168 ]}กระบวนการนี้เผชิญกับความยากลำบากทางเทคนิคอย่างมาก ต้องใช้ก๊าซยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง เนื่องจากไม่สามารถหาสารทดแทนได้ และมอเตอร์และปั๊มต้องปิดสนิทและบรรจุอยู่ในก๊าซเฉื่อย ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดคือการออกแบบแผ่นกั้น ซึ่งต้องแข็งแรง มีรูพรุน และทนต่อการกัดกร่อน Edward Adler และ Edward Norris สร้างแผ่นกั้นตาข่ายจากนิกเกิลชุบไฟฟ้า โรงงานนำร่องหกขั้นตอนถูกสร้างขึ้นที่โคลัมเบียเพื่อทดสอบกระบวนการ แต่ต้นแบบพิสูจน์แล้วว่าเปราะเกินไป แผ่นกั้นคู่แข่งได้รับการพัฒนาจากนิกเกิลผงโดย Kellex, Bell Telephone LaboratoriesและBakelite Corporation ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2487 โกรฟส์ได้สั่งให้เริ่มการผลิตแผงกั้นเคลเล็กซ์^{[ 169 ] [ 170 ]}

การออกแบบของ Kellex สำหรับ K-25 กำหนดให้เป็นโครงสร้างรูปตัวยูสี่ชั้นยาว 0.5 ไมล์ (0.80 กม.) ซึ่งประกอบด้วยอาคารต่อเนื่อง 54 หลัง โดยแบ่งออกเป็นเก้าส่วน แต่ละส่วนมีหกขั้นตอน คณะสำรวจเริ่มการก่อสร้างโดยการทำเครื่องหมายพื้นที่ 500 เอเคอร์ (2.0 กม. ^² ) ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2486 งานก่อสร้างอาคารหลักเริ่มขึ้นในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2486 และโรงงานนำร่องหกขั้นตอนพร้อมใช้งานในวันที่ 17 เมษายน พ.ศ. 2487 ในปี พ.ศ. 2488 Groves ได้ยกเลิกขั้นตอนบน และสั่งให้ Kellex ออกแบบและสร้างหน่วยป้อนด้านข้าง 540 ขั้นตอนแทน ซึ่งต่อมาเป็นที่รู้จักในชื่อ K-27 Kellex ส่งมอบหน่วยสุดท้ายให้กับผู้รับเหมาดำเนินการUnion Carbide and Carbon ในวันที่ 11 กันยายน พ.ศ. 2488 ต้นทุนรวมทั้งหมด รวมถึงโรงงาน K-27 ที่สร้างเสร็จหลังสงคราม มีมูลค่า 480 ล้านดอลลาร์^{[ 171 ]}

โรงงานผลิตเริ่มดำเนินการในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2488 และเมื่อระบบต่างๆ เริ่มใช้งานทีละขั้นตอน คุณภาพของผลิตภัณฑ์ก็เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงเดือนเมษายน พ.ศ. 2488 K-25 มีความเข้มข้นถึง 1.1% และเริ่มนำผลผลิตจากโรงงานแพร่กระจายความร้อน S-50 มาใช้ในการผลิต ผลิตภัณฑ์บางส่วนที่ผลิตในเดือนถัดมามีความเข้มข้นเกือบ 7% ในเดือนสิงหาคม ขั้นตอนสุดท้ายจากทั้งหมด 2,892 ขั้นตอนเริ่มดำเนินการ K-25 และ K-27 บรรลุศักยภาพสูงสุดในช่วงต้นหลังสงคราม เมื่อโรงงานเหล่านี้มีประสิทธิภาพเหนือกว่าโรงงานผลิตอื่นๆ และกลายเป็นต้นแบบของโรงงานรุ่นใหม่^{[ 172 ]}

กระบวนการแพร่ความร้อนนั้นอิงตามทฤษฎีของซิดนีย์ แชปแมนและเดวิด เอนสโกกซึ่งอธิบายว่าเมื่อก๊าซผสมไหลผ่านบริเวณที่มีอุณหภูมิแตกต่างกัน ก๊าซที่หนักกว่าจะมีแนวโน้มที่จะไปรวมตัวกันที่ปลายด้านเย็น และก๊าซที่เบากว่าจะไปรวมตัวกันที่ปลายด้านอุ่น^{[ 173 ]}นักวิทยาศาสตร์ของกองทัพเรือสหรัฐฯ ได้พัฒนาเทคโนโลยีนี้ขึ้น แต่ไม่ใช่หนึ่งในเทคโนโลยีเสริมสมรรถนะยูเรเนียมที่ถูกเลือกใช้ในโครงการแมนฮัตตันในตอนแรก สาเหตุหลักมาจากความสงสัยในความเป็นไปได้ทางเทคนิค แต่การแข่งขันระหว่างกองทัพบกและกองทัพเรือก็มีส่วนเกี่ยวข้องด้วย^{[ 174 ]}ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือยังคงทำการวิจัยต่อภายใต้การกำกับดูแลของฟิลิป อับเบลสัน แต่มีการติดต่อกับโครงการแมนฮัตตันน้อยมากจนกระทั่งเดือนเมษายน พ.ศ. 2487 เมื่อกัปตันวิลเลียม เอส. พาร์สันส์นายทหารเรือผู้รับผิดชอบการพัฒนาอาวุธยุทโธปกรณ์ที่ลอสอะลามอส ได้นำข่าวความคืบหน้าที่น่าพอใจเกี่ยวกับการแพร่ความร้อนมาแจ้งให้ออปเพนไฮเมอร์ทราบ ออปเพนไฮเมอร์จึงแจ้งให้โกรฟส์ทราบ ซึ่งโกรฟส์ได้อนุมัติการก่อสร้างโรงงานความร้อนในวันที่ 24 มิถุนายน พ.ศ. 2487 ^{[ 175 ]}

Groves ทำสัญญากับบริษัท HK Ferguson แห่งเมืองคลีฟแลนด์รัฐโอไฮโอ เพื่อสร้างโรงงานแพร่กระจายความร้อน ซึ่งได้รับการกำหนดให้เป็น S-50 ^{[ 176 ]}แผนดังกล่าวระบุให้ติดตั้งคอลัมน์แพร่กระจายสูง 48 ฟุต (15 ม.) จำนวน 2,142 คอลัมน์ จัดเรียงเป็น 21 แร็ค ภายในแต่ละคอลัมน์มีท่อศูนย์กลางสามท่อ ไอน้ำที่ได้จากโรงไฟฟ้า K-25 ที่อยู่ใกล้เคียง^{[ i ]}ที่ความดัน 100 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (690 kPa) และอุณหภูมิ 545 °F (285 °C) ไหลลงผ่านท่อนิกเกิลขนาด 1.25 นิ้ว (32 มม.) ที่อยู่ด้านในสุด ในขณะที่น้ำที่อุณหภูมิ 155 °F (68 °C) ไหลขึ้นผ่านท่อเหล็กที่อยู่ด้านนอกสุด ยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ไหลในท่อทองแดงตรงกลาง และการแยกไอโซโทปของยูเรเนียมเกิดขึ้นระหว่างท่อนิกเกิลและท่อทองแดง^{[ 177 ]}งานเริ่มขึ้นเมื่อวันที่ 9 กรกฎาคม พ.ศ. 2487 และ S-50 เริ่มดำเนินการบางส่วนในเดือนกันยายน การรั่วไหลจำกัดการผลิตและบังคับให้ปิดโรงงานในช่วงไม่กี่เดือนถัดมา แต่ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2488 โรงงาน S-50 ผลิตผลิตภัณฑ์เสริมสมรรถนะเล็กน้อยได้ 12,730 ปอนด์ (5,770 กิโลกรัม) ^{[ 178 ]}

ภายในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2488 ชั้นวางการผลิตทั้ง 21 ชั้นได้เริ่มดำเนินการแล้ว ในตอนแรก ผลผลิตของ S-50 ถูกป้อนเข้าสู่ Y-12 แต่เริ่มตั้งแต่เดือนมีนาคม พ.ศ. 2488 กระบวนการเสริมสมรรถนะทั้งสามกระบวนการได้ดำเนินการแบบอนุกรม S-50 กลายเป็นขั้นตอนแรก โดยเสริมสมรรถนะยูเรเนียมจาก 0.71% เป็น 0.89% ยูเรเนียม-235 จากนั้นจึงป้อนเข้าสู่กระบวนการแพร่กระจายก๊าซในโรงงาน K-25 ซึ่งผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีสมรรถนะประมาณ 23% จากนั้นจึงป้อนเข้าสู่ Y-12 ^{[ 179 ]}ซึ่งเพิ่มสมรรถนะเป็นประมาณ 89% ซึ่งเพียงพอสำหรับการใช้ในอาวุธนิวเคลียร์ ยูเรเนียมที่มีสมรรถนะ 89% ประมาณ 50 กิโลกรัม (110 ปอนด์) ถูกส่งไปยังลอสอะลามอสภายในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2488 ยูเรเนียมทั้งหมด 50 กิโลกรัม พร้อมกับยูเรเนียมที่มีสมรรถนะ 50% อีกจำนวนหนึ่ง โดยเฉลี่ยแล้วมีสมรรถนะประมาณ 85% ถูกนำไปใช้ในระเบิด ลิตเติ ลบอยลูก แรก ^{[ 180 ]}

แนวทางการพัฒนาที่สองของโครงการแมนฮัตตันใช้พลูโทเนียม แม้ว่าจะมีพลูโทเนียมอยู่ตามธรรมชาติในปริมาณเล็กน้อย แต่วิธีที่ดีที่สุดในการได้รับพลูโทเนียมในปริมาณมากคือผ่านทางเครื่องปฏิกรณ์ ยูเรเนียมธรรมชาติจะถูกยิงด้วยนิวตรอนและเปลี่ยนเป็นยูเรเนียม-239ซึ่งจะสลายตัวอย่างรวดเร็ว โดยเปลี่ยนเป็นเนปทูเนียม-239 ก่อน แล้วจึงเปลี่ยนเป็นพลูโทเนียม-239 ^{[ 181 ]}เนื่องจากจะมีการเปลี่ยนรูปเพียงปริมาณเล็กน้อย พลูโทเนียมจึงต้องถูกแยกทางเคมีจากยูเรเนียมที่เหลืออยู่ จากสิ่งเจือปนเริ่มต้น และจากผลิตภัณฑ์ฟิสชัน^{[ 181 ]}

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2486 DuPont เริ่มก่อสร้างโรงงานพลูโทเนียมบนพื้นที่ 112 เอเคอร์ (0.5 ตารางกิโลเมตร⁾ที่ Oak Ridge โดยมีจุดประสงค์เพื่อเป็นโรงงานนำร่องสำหรับโรงงานผลิตขนาดใหญ่ที่ Hanford ซึ่งประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์กราไฟต์ X-10 แบบ ระบายความร้อนด้วยอากาศ โรงงานแยกสารเคมี และสิ่งอำนวยความสะดวกสนับสนุน เนื่องจากการตัดสินใจในภายหลังที่จะสร้างเครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยน้ำที่ Hanford ทำให้มีเพียงโรงงานแยกสารเคมีเท่านั้นที่ดำเนินการเป็นโรงงานนำร่องอย่างแท้จริง^{[ 182 ]}เครื่องปฏิกรณ์กราไฟต์ X-10 ประกอบด้วยก้อนกราไฟต์ขนาดใหญ่ ด้านละ 24 ฟุต (7.3 เมตร) น้ำหนักประมาณ 1,500 ตัน (1,400 ตัน) ล้อมรอบด้วยคอนกรีตความหนาแน่นสูง 7 ฟุต (2.1 เมตร) เพื่อเป็นเกราะป้องกันรังสี^{[ 182 ]}

ปัญหาใหญ่ที่สุดที่พบคือแท่งยูเรเนียมที่ผลิตโดย Mallinckrodt และ Metal Hydrides แท่งเหล่านี้ต้องเคลือบด้วยอะลูมิเนียมเพื่อป้องกันการกัดกร่อนและการรั่วไหลของผลิตภัณฑ์ฟิสชันเข้าไปในระบบระบายความร้อน บริษัท Grasselli Chemical พยายามพัฒนากระบวนการจุ่มร้อนแต่ไม่ประสบความสำเร็จAlcoaลองใช้การบรรจุกระป๋อง โดยพัฒนากระบวนการเชื่อมแบบไร้ฟลักซ์แบบใหม่ กระป๋อง 97% ผ่านการทดสอบสุญญากาศมาตรฐาน แต่การทดสอบที่อุณหภูมิสูงแสดงให้เห็นอัตราความล้มเหลวมากกว่า 50% ถึงกระนั้น การผลิตก็เริ่มขึ้นในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2486 ในที่สุดห้องปฏิบัติการโลหะวิทยาก็ได้พัฒนาเทคนิคการเชื่อมที่ดีขึ้นด้วยความช่วยเหลือของGeneral Electricซึ่งถูกนำมาใช้ในกระบวนการผลิตในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2486 ^{[ 183 ]}

เครื่องปฏิกรณ์กราไฟต์ X-10 เริ่มทำงานในวันที่ 4 พฤศจิกายน พ.ศ. 2486 โดยใช้ยูเรเนียมประมาณ 30 ตัน (27 ตัน) หนึ่งสัปดาห์ต่อมา ปริมาณยูเรเนียมเพิ่มขึ้นเป็น 36 ตัน (33 ตัน) ทำให้กำลังการผลิตเพิ่มขึ้นเป็น 500 กิโลวัตต์ และภายในสิ้นเดือนนั้น พลูโตเนียม 500 มิลลิกรัมแรกก็ถูกสร้างขึ้น^{[ 184 ]}การปรับปรุงแก้ไขอย่างค่อยเป็นค่อยไปทำให้กำลังการผลิตเพิ่มขึ้นเป็น 4,000 กิโลวัตต์ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2487 X-10 ดำเนินการเป็นโรงงานผลิตจนถึงเดือนมกราคม พ.ศ. 2488 เมื่อถูกเปลี่ยนไปใช้ในการวิจัย^{[ 185 ]}

แม้ว่าการออกแบบระบายความร้อนด้วยอากาศจะถูกเลือกสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ที่โอ๊คริดจ์เพื่ออำนวยความสะดวกในการก่อสร้างอย่างรวดเร็ว แต่ก็ไม่สามารถนำไปใช้กับเครื่องปฏิกรณ์ผลิตขนาดใหญ่กว่ามากได้ การออกแบบเบื้องต้นโดยห้องปฏิบัติการโลหะวิทยาและดูปองท์ใช้ฮีเลียมในการระบายความร้อน ก่อนที่พวกเขาจะพบว่าเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยน้ำนั้นง่ายกว่า ถูกกว่า และสร้างได้เร็วกว่า^{[ 186 ]}การออกแบบนี้ยังไม่พร้อมใช้งานจนกระทั่งวันที่ 4 ตุลาคม พ.ศ. 2486 ในระหว่างนั้น แมทเธียสได้มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงพื้นที่แฮนฟอร์ดโดยการสร้างที่พัก ปรับปรุงถนน สร้างทางรถไฟ และยกระดับระบบไฟฟ้า น้ำ และโทรศัพท์^{[ 187 ]}

เช่นเดียวกับที่โอ๊คริดจ์ ความยากลำบากที่สุดพบในระหว่างการบรรจุยูเรเนียมลงในกระป๋อง ซึ่งเริ่มขึ้นที่แฮนฟอร์ดในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2487 พวกมันถูกแช่น้ำเพื่อกำจัดสิ่งสกปรกและสิ่งเจือปน จุ่มลงในบรอนซ์หลอมเหลว ดีบุก และโลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิคอนบรรจุลงในกระป๋องโดยใช้เครื่องอัดไฮดรอลิก จากนั้นปิดฝาโดยใช้การเชื่อมแบบอาร์คภายใต้บรรยากาศอาร์กอน สุดท้าย พวกมันถูกทดสอบเพื่อตรวจหาช่องโหว่หรือรอยเชื่อมที่ผิดพลาด น่าผิดหวังที่กระป๋องยูเรเนียมส่วนใหญ่ไม่ผ่านการทดสอบในตอนแรก ส่งผลให้ผลผลิตมีเพียงไม่กี่ชิ้นต่อวัน แต่ก็มีความคืบหน้าอย่างต่อเนื่อง และในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2487 การผลิตเพิ่มขึ้นจนดูเหมือนว่าจะมีกระป๋องยูเรเนียมเพียงพอที่จะเริ่มเดินเครื่องปฏิกรณ์ Bตามกำหนดในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2487 ^{[ 188 ]}

งานก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ B ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์ขนาด 250 เมกะวัตต์เครื่องแรกจากทั้งหมดหกเครื่องที่วางแผนไว้ เริ่มขึ้นเมื่อวันที่ 10 ตุลาคม พ.ศ. 2486 ^{[ 189 ]}กลุ่มเครื่องปฏิกรณ์ได้รับการกำหนดตัวอักษรเป็น A ถึง F โดยที่ไซต์ B, D และ F ได้รับการพัฒนาเป็นอันดับแรก เนื่องจากจะทำให้ระยะห่างระหว่างเครื่องปฏิกรณ์มากที่สุด พวกมันเป็นเพียงกลุ่มเครื่องปฏิกรณ์เดียวที่ถูกสร้างขึ้นในระหว่างโครงการแมนฮัตตัน^{[ 190 ]}เหล็กประมาณ 390 ตัน (350 ตัน) คอนกรีต 17,400 ลูกบาศก์หลา (13,300 ลูกบาศก์เมตร⁾บล็อกคอนกรีต 50,000 ก้อน และอิฐคอนกรีต 71,000 ก้อน ถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างอาคารสูง 120 ฟุต (37 เมตร)

การก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์เริ่มขึ้นในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2487 ^{[ 191 ]}โดยมีคอมป์ตัน แมทเธียสครอว์ฟอร์ด กรีนิววอลต์ จากดูปองท์ ลีโอนา วูดส์และเฟอร์มิ ผู้ซึ่งใส่แท่งเชื้อเพลิงแท่งแรก เฝ้าดูอยู่ เครื่องปฏิกรณ์เริ่มทำงานในวันที่ 13 กันยายน พ.ศ. 2487 ในอีกไม่กี่วันต่อมา มีการบรรจุแท่ง เชื้อเพลิง 838 แท่ง และเครื่องปฏิกรณ์ก็เข้าสู่สภาวะวิกฤต หลังเที่ยงคืนของวันที่ 27 กันยายนไม่นาน ผู้ปฏิบัติงานเริ่มดึง แท่งควบคุม ออก เพื่อเริ่มการผลิต ในตอนแรกทุกอย่างดูเหมือนจะเรียบร้อยดี แต่ประมาณ 03:00 น. ระดับพลังงานเริ่มลดลง และภายในเวลา 06:30 น. เครื่องปฏิกรณ์ก็หยุดทำงานโดยสมบูรณ์ มีการตรวจสอบน้ำหล่อเย็นเพื่อดูว่ามีการรั่วไหลหรือปนเปื้อนหรือไม่ วันรุ่งขึ้นเครื่องปฏิกรณ์เริ่มทำงานอีกครั้ง แต่ก็หยุดทำงานอีกครั้ง^{[ 192 ] [ 193 ]}

เฟอร์มิได้ติดต่อเฉียนซืองหวูซึ่งระบุสาเหตุของปัญหาว่า เกิดจาก พิษของนิวตรอนจากซีนอน-135ซึ่งมีครึ่งชีวิต 9.2 ชั่วโมง^{[ 194 ]} จากนั้น เฟอร์มิ วูดส์โดนัลด์ เจ. ฮิวจ์สและจอห์น อาร์ชิบัลด์ วีลเลอร์ได้คำนวณภาคตัดขวางนิวเคลียร์ของซีนอน-135 ซึ่งพบว่ามีค่ามากกว่ายูเรเนียมถึง 30,000 เท่า^{[ 195 ]}จอร์จ เกรฟส์ วิศวกรของดูปองท์ ได้เบี่ยงเบนจากการออกแบบดั้งเดิมของห้องปฏิบัติการโลหะวิทยา ซึ่งเครื่องปฏิกรณ์มีท่อ 1,500 ท่อเรียงเป็นวงกลม และได้เพิ่มท่ออีก 504 ท่อเพื่อเติมเต็มมุม นักวิทยาศาสตร์ในตอนแรกคิดว่าการออกแบบที่เกินความจำเป็นนี้เป็นการเสียเวลาและเงิน แต่เฟอร์มิตระหนักว่าด้วยการบรรจุท่อทั้งหมด 2,004 ท่อ เครื่องปฏิกรณ์สามารถเข้าถึงระดับพลังงานที่ต้องการและผลิตพลูโทเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 196 ]}เครื่องปฏิกรณ์ D เริ่มเดินเครื่องเมื่อวันที่ 17 ธันวาคม พ.ศ. 2487 และเครื่องปฏิกรณ์ F เริ่มเดินเครื่องเมื่อวันที่ 25 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2488 ^{[ 197 ]}

ในขณะเดียวกัน นักเคมีได้พิจารณาถึงวิธีการแยกพลูโทเนียมออกจากยูเรเนียมในเมื่อยังไม่ทราบคุณสมบัติทางเคมี ทีมงานภายใต้การนำของ Charles M. Cooper ได้พัฒนาวิธีการแยกโดยใช้แลนทานัมฟลูออไร ด์ โดยใช้พลูโทเนียมปริมาณเล็กน้อยที่มีอยู่ในห้องปฏิบัติการโลหะวิทยา ซึ่งถูกเลือกใช้สำหรับโรงงานแยกนำร่องต่อมา Seaborg และ Stanly G. Thomson ได้พัฒนา วิธีการแยกแบบที่สอง คือ กระบวนการบิสมัทฟอสเฟต^{[ 198 ]} Greenewalt ชื่นชอบกระบวนการบิสมัทฟอสเฟตเนื่องจากแลนทานัมฟลูออไรด์มีฤทธิ์กัดกร่อน และกระบวนการนี้ถูกเลือกใช้สำหรับโรงงานแยกที่ Hanford ^{[ 199 ]}เมื่อ X-10 เริ่มผลิตพลูโทเนียม โรงงานแยกนำร่องก็ถูกนำไปทดสอบ ชุดแรกได้รับการประมวลผลด้วยประสิทธิภาพ 40% แต่ในอีกไม่กี่เดือนต่อมา ประสิทธิภาพก็เพิ่มขึ้นเป็น 90% ^{[ 185 ]}

ที่แฮนฟอร์ด ในตอนแรกให้ความสำคัญสูงสุดกับการติดตั้งในพื้นที่ 300 ได้แก่ อาคารสำหรับทดสอบวัสดุ เตรียมยูเรเนียม และประกอบและสอบเทียบเครื่องมือ อาคารหลังหนึ่งเป็นที่ตั้งของอุปกรณ์บรรจุยูเรเนียมแท่ง ในขณะที่อีกหลังหนึ่งมีเครื่องปฏิกรณ์ทดสอบขนาดเล็ก แม้จะได้รับความสำคัญสูงสุด แต่การทำงานในพื้นที่ 300 ก็ล่าช้ากว่ากำหนดเนื่องจากลักษณะเฉพาะและซับซ้อนของสิ่งอำนวยความสะดวก และการขาดแคลนแรงงานและวัสดุในช่วงสงคราม^{[ 200 ]}

แผนเบื้องต้นกำหนดให้สร้างโรงงานแยกสาร 2 แห่งในแต่ละพื้นที่ที่รู้จักกันในชื่อ 200-ตะวันตกและ 200-ตะวันออก ต่อมาได้ลดเหลือ 2 แห่ง คือ โรงงาน T และ U ในพื้นที่ 200-ตะวันตก และอีก 1 แห่ง คือ โรงงาน B ในพื้นที่ 200-ตะวันออก^{[ 201 ]}โรงงานแยกสารแต่ละแห่งประกอบด้วยอาคาร 4 หลัง ได้แก่ อาคารเซลล์กระบวนการหรือ "แคนยอน" (รู้จักกันในชื่อ 221) อาคารเพิ่มความเข้มข้น (224) อาคารทำให้บริสุทธิ์ (231) และโกดังเก็บนิตยสาร (213) แคนยอนแต่ละแห่งมีความยาว 800 ฟุต (240 เมตร) และกว้าง 65 ฟุต (20 เมตร) แต่ละแห่งประกอบด้วยเซลล์ขนาด 17.7 x 13 x 20 ฟุต (5.4 x 4.0 x 6.1 เมตร) จำนวน 40 เซลล์^{[ 202 ]}

การก่อสร้างอาคาร 221-T และ 221-U เริ่มขึ้นในเดือนมกราคม พ.ศ. 2487 โดยอาคาร 221-T เสร็จสมบูรณ์ในเดือนกันยายน และอาคาร 221-U ในเดือนธันวาคม อาคาร 221-B สร้างเสร็จในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2488 เนื่องจากมีระดับกัมมันตภาพรังสีสูงมาก การทำงานในโรงงานแยกสารจึงต้องควบคุมจากระยะไกลโดยใช้โทรทัศน์วงจรปิด ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่เคยมีมาก่อนในปี พ.ศ. 2486 การบำรุงรักษาดำเนินการโดยใช้เครนเหนือศีรษะและเครื่องมือที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ อาคาร 224 มีขนาดเล็กกว่าเนื่องจากมีวัสดุที่ต้องแปรรูปน้อยกว่า และมีกัมมันตภาพรังสีน้อยกว่า อาคาร 224-T และ 224-U สร้างเสร็จในวันที่ 8 ตุลาคม พ.ศ. 2487 และอาคาร 224-B สร้างเสร็จในวันที่ 10 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2488 วิธีการทำให้บริสุทธิ์ที่ใช้ใน 231-W ในที่สุดยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดเมื่อเริ่มการก่อสร้างในวันที่ 8 เมษายน พ.ศ. 2487 แต่โรงงานก็สร้างเสร็จและได้เลือกวิธีการแล้วเสร็จภายในสิ้นปีนั้น^{[ 203 ]}เมื่อวันที่ 5 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2488 แมทเทียสได้ส่งมอบพลูโทเนียมไนเตรตบริสุทธิ์ 95% จำนวน 80 กรัม ให้กับผู้ส่งสารของลอสอลาโมสในลอสแอนเจลิสด้วยตนเอง^{[ 197 ]}

ในปี พ.ศ. 2486 ความพยายามในการพัฒนาได้มุ่งไปที่อาวุธฟิชชันแบบปืนที่มีพลูโทเนียมเรียกว่าThin Manการวิจัยเบื้องต้นเกี่ยวกับคุณสมบัติของพลูโทเนียมทำโดยใช้พลูโทเนียม-239 ที่สร้างขึ้นจากไซโคลตรอน ซึ่งมีความบริสุทธิ์สูงมาก แต่สามารถสร้างได้ในปริมาณน้อยมากเท่านั้น ลอสอะลามอสได้รับตัวอย่างพลูโทเนียมตัวแรกจากเครื่องปฏิกรณ์ Clinton X-10 ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2487 และภายในไม่กี่วัน Emilio Segrè ก็ค้นพบปัญหา: พลูโทเนียมที่สร้างขึ้นจากเครื่องปฏิกรณ์มีพลูโทเนียม-240 ที่มีความเข้มข้นสูงกว่า ส่งผลให้อัตราการเกิดฟิชชันโดยธรรมชาติสูงกว่าพลูโทเนียมจากไซโคลตรอนถึงห้าเท่า^{[ 204 ]}

สิ่งนี้ทำให้ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานในอาวุธประเภทปืน เนื่องจากพลูโทเนียม-240 จะเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่เร็วเกินไป ทำให้เกิดการระเบิดก่อนกำหนดซึ่งจะกระจายมวลวิกฤตหลังจากที่พลูโทเนียมแตกตัวเพียงเล็กน้อย (เกิดการฟุ้งกระจาย ) มีการเสนอแนะปืนที่มีความเร็วสูงกว่า แต่พบว่าไม่สามารถทำได้จริง ความเป็นไปได้ในการแยกไอโซโทปก็ได้รับการพิจารณาและถูกปฏิเสธเช่นกัน เนื่องจากพลูโทเนียม-240 แยกออกจากพลูโทเนียม-239 ได้ยากกว่ายูเรเนียม-235 แยกออกจากยูเรเนียม-238 และการพยายามทำเช่นนั้น "จะทำให้การพัฒนาอาวุธล่าช้าออกไปอย่างไม่มีกำหนด" ^{[ 205 ]}

งานวิจัยเกี่ยวกับวิธีการออกแบบระเบิดแบบอื่นที่เรียกว่าการระเบิดแบบอัดแน่น (implosion) ได้เริ่มต้นขึ้นก่อนหน้านี้ภายใต้การกำกับดูแลของนักฟิสิกส์เซธ เนดเดอร์ไมเออร์ การระเบิดแบบอัดแน่นใช้วัตถุระเบิดเพื่อบดขยี้ทรงกลมของวัสดุฟิสไซล์ที่อยู่ในสภาวะวิกฤตให้มีขนาดเล็กลงและหนาแน่นขึ้น มวลวิกฤตจะถูกประกอบขึ้นในเวลาที่น้อยกว่าวิธีการใช้ปืนมาก เมื่ออะตอมฟิสไซล์ถูกบรรจุใกล้กันมากขึ้น อัตราการจับนิวตรอนก็จะเพิ่มขึ้น^{[ 206 ]}ดังนั้นจึงใช้ประโยชน์จากวัสดุฟิสไซล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น^{[ 207 ]}การวิจัยของเนดเดอร์ไมเออร์ในปี 1943 และต้นปี 1944 แสดงให้เห็นถึงความหวัง แต่ก็ทำให้เห็นชัดเจนว่าอาวุธแบบอัดแน่นนั้นซับซ้อนกว่าการออกแบบแบบปืนทั้งในแง่ของทฤษฎีและวิศวกรรม^{[ 208 ]}ในเดือนกันยายนปี 1943 จอห์น ฟอน นอยมันน์ผู้ซึ่งมีประสบการณ์เกี่ยวกับประจุรูปทรงได้เสนอให้ใช้การกำหนดค่าทรงกลมแทนรูปทรงกระบอกที่เนดเดอร์ไมเออร์กำลังดำเนินการอยู่^{[ 209 ]}

ความพยายามเร่งด่วนในการออกแบบการระเบิดแบบอัดแน่น ซึ่งมีรหัสว่าFat Manเริ่มขึ้นในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2487 เมื่อออปเพนไฮเมอร์ได้ดำเนินการปรับโครงสร้างห้องปฏิบัติการลอสอะลามอสครั้งใหญ่เพื่อมุ่งเน้นไปที่การ ระเบิดแบบอัดแน่น ^{[ 210 ]}มีการจัดตั้งกลุ่มใหม่สองกลุ่มที่ลอสอะลามอสเพื่อพัฒนาอาวุธระเบิดแบบอัดแน่น ได้แก่ แผนก X (สำหรับวัตถุระเบิด) ซึ่งนำโดยผู้เชี่ยวชาญด้านวัตถุระเบิดจอร์จ คิสเตียคอฟสกีและแผนก G (สำหรับอุปกรณ์) ภายใต้การนำของโรเบิร์ต บาเชอร์^{[ 211 ] [ 212 ]}การออกแบบใหม่นี้มีเลนส์ระเบิดที่โฟกัสการระเบิดแบบอัดแน่นให้เป็นรูปทรงกลม^{[ 213 ]}การออกแบบเลนส์นั้นช้า ยาก และน่าหงุดหงิด^{[ 213 ]}มีการทดสอบวัตถุระเบิดหลายชนิดก่อนที่จะเลือกใช้ส่วนประกอบ Bและบาราโทล [ ^{214 ] การ}ออกแบบขั้นสุดท้ายมีลักษณะคล้ายลูกฟุตบอล โดยมีเลนส์หกเหลี่ยม 20 ชิ้นและเลนส์ห้าเหลี่ยม 12 ชิ้น แต่ละชิ้นมีน้ำหนักประมาณ 80 ปอนด์ (36 กิโลกรัม) การทำให้การระเบิดเป็นไปอย่างเหมาะสมนั้นจำเป็นต้องใช้ตัวจุดระเบิด ไฟฟ้าที่รวดเร็ว เชื่อถือได้ และปลอดภัย ซึ่งมีสองตัวสำหรับแต่ละเลนส์เพื่อความน่าเชื่อถือ^{[ 215 ]}พวกเขาใช้ตัวจุดระเบิดแบบลวดสะพานระเบิดซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์ใหม่ที่พัฒนาขึ้นที่ลอสอะลาโมสโดยกลุ่มที่นำโดยหลุยส์ อัลวาเรซ^{[ 216 ] [ 217 ]}

เพื่อศึกษาพฤติกรรมของคลื่นกระแทก ที่บรรจบกัน โรเบิร์ต เซอร์เบอร์ ได้คิดค้นการทดลอง RaLaซึ่งใช้ไอโซโทปรังสีแลนทานัม-140 ที่มีอายุสั้น ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดรังสีแกมมา ที่มีศักยภาพสูง แหล่งกำเนิดรังสีแกมมาถูกวางไว้ตรงกลางทรงกลมโลหะที่ล้อมรอบด้วยเลนส์ระเบิด ซึ่งอยู่ภายในห้องไอออนไนเซชัน อีกทีหนึ่ง วิธีนี้ทำให้สามารถถ่ายภาพเอกซเรย์ของการระเบิดได้ เลนส์ได้รับการออกแบบโดยใช้ชุดการทดสอบนี้เป็นหลัก^{[ 218 ]}ในประวัติของโครงการลอสอะลาโมสเดวิด ฮอว์กินส์เขียนว่า "RaLa กลายเป็นการทดลองเดี่ยวที่สำคัญที่สุดที่มีผลต่อการออกแบบระเบิดขั้นสุดท้าย" ^{[ 219 ]}

ภายในวัตถุระเบิดมีตัวดันอะลูมิเนียม ซึ่งช่วยให้การเปลี่ยนผ่านจากวัตถุระเบิดที่มีความหนาแน่นค่อนข้างต่ำไปยังชั้นถัดไปอย่างราบรื่น นั่นคือตัวอัดยูเรเนียมธรรมชาติ หน้าที่หลักของมันคือการยึดมวลวิกฤตไว้ด้วยกันให้นานที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่มันยังสะท้อนนิวตรอนเข้าไปในแกนกลาง และยูเรเนียมบางส่วนจะเกิดการแตกตัว เพื่อป้องกันการระเบิดก่อนกำหนดโดยนิวตรอนภายนอก ตัวอัดจึงถูกเคลือบด้วยโบรอนที่ดูดซับนิวตรอนบางๆ^{[ 215 ]}ตัวเริ่มต้นนิวตรอนแบบปรับแต่งโพโลเนียม-เบริลเลียมหรือที่รู้จักกันในชื่อ "เม่นทะเล" ^{[ 220 ]}ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยาลูกโซ่ในเวลาที่เหมาะสมที่สุด^{[ 221 ]}งานวิจัยเกี่ยวกับเคมีและโลหะวิทยาของโพโลเนียมกัมมันตรังสีนี้ได้รับการกำกับดูแลโดยCharles Allen Thomasจากบริษัท Monsantoและกลายเป็นที่รู้จักในชื่อ^{โครงการ} Dayton ^[ 222 ^]การทดสอบต้องการโพโลเนียมมากถึง 500 คูรีต่อเดือน ซึ่ง Monsanto สามารถจัดหาได้^{[ 223 ]}ชุดประกอบทั้งหมดถูกห่อหุ้มด้วย ปลอกระเบิด ดูราลูมินเพื่อป้องกันกระสุนและสะเก็ดระเบิด^{[ 215 ]}

ภารกิจที่สำคัญที่สุดของนักโลหะวิทยาคือการหาวิธีหล่อพลูโทเนียมให้เป็นทรงกลม ความยากลำบากเริ่มปรากฏชัดเมื่อความพยายามในการวัดความหนาแน่นของพลูโทเนียมให้ผลลัพธ์ที่ไม่สอดคล้องกัน ในตอนแรกสงสัยว่ามีการปนเปื้อน แต่ในไม่ช้าก็พบว่าพลูโทเนียมมีหลายรูปแบบ [ ^{224 ] เฟส} α ที่เปราะซึ่งมีอยู่ในอุณหภูมิห้องจะเปลี่ยนเป็นเฟส β ที่ยืดหยุ่นได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น จากนั้นความสนใจจึงเปลี่ยนไปที่เฟส δ ที่อ่อนตัวได้มากกว่า ซึ่งโดยปกติจะมีอยู่ในช่วง 300 °C ถึง 450 °C พบว่าเฟสนี้มีความเสถียรที่อุณหภูมิห้องเมื่อผสมกับอะลูมิเนียม แต่เนื่องจากอะลูมิเนียมปล่อยนิวตรอนเมื่อถูกอนุภาคอัลฟา โจมตี ซึ่งจะทำให้ปัญหาการจุดระเบิดก่อนกำหนดรุนแรงขึ้น นักโลหะวิทยาจึงคิดค้นการใช้โลหะผสมพลูโทเนียม-แกลเลียมซึ่งทำให้เฟส δ มีเสถียรภาพและสามารถอัดขึ้นรูปด้วยความร้อนให้เป็นรูปทรงกลมตามต้องการได้ เนื่องจากพบว่าพลูโทเนียมเกิดการกัดกร่อนได้ง่าย จึงเคลือบทรงกลมด้วยนิกเกิล^{[ 225 ]}

งานนี้พิสูจน์แล้วว่าอันตราย เมื่อสิ้นสุดสงคราม นักเคมีและนักโลหะวิทยาครึ่งหนึ่งต้องถูกถอดออกจากงานที่เกี่ยวข้องกับพลูโทเนียม เนื่องจากตรวจพบระดับธาตุที่สูงเกินกว่าจะยอมรับได้ในปัสสาวะของพวกเขา^{[ 226 ]}เหตุเพลิงไหม้เล็กน้อยที่ลอสอะลามอสในเดือนมกราคม พ.ศ. 2488 ทำให้เกิดความกังวลว่าไฟไหม้ในห้องปฏิบัติการพลูโทเนียมอาจปนเปื้อนทั้งเมือง และโกรฟส์ได้อนุมัติให้สร้างโรงงานใหม่สำหรับเคมีและโลหะวิทยาของพลูโทเนียม ซึ่งต่อมาเป็นที่รู้จักในชื่อไซต์ DP ^{[ 227 ]}ครึ่งทรงกลมสำหรับแกน พลูโทเนียมชิ้นแรก ถูกผลิตและส่งมอบในวันที่ 2 กรกฎาคม พ.ศ. 2488 ครึ่งทรงกลมอีกสามชิ้นตามมาในวันที่ 23 กรกฎาคม และส่งมอบในอีกสามวันต่อมา^{[ 228 ]}

เมื่อเปรียบเทียบกับพลูโทเนียมแฟตแมน อาวุธแบบปืนลิตเติลบอยที่ใช้ยูเรเนียมนั้นออกแบบได้ง่ายและตรงไปตรงมา ความรับผิดชอบโดยรวมถูกมอบหมายให้แก่กองสรรพาวุธ (O) ของพาร์สันส์ โดยการออกแบบ การพัฒนา และงานทางเทคนิคที่ลอสอะลามอสถูกรวมไว้ภายใต้ กลุ่มของ ร้อยโทฟรานซิส เบิร์ชการออกแบบแบบปืนต้องใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะเท่านั้น ซึ่งทำให้การออกแบบง่ายขึ้นมาก ไม่จำเป็นต้องใช้ปืนความเร็วสูงอีกต่อไป และได้เปลี่ยนมาใช้อาวุธที่เรียบง่ายกว่าแทน^{[ 229 ] [ 230 ]}

การวิจัยเกี่ยวกับ Super ก็ได้ดำเนินการเช่นกัน แม้ว่าจะถือว่าเป็นเรื่องรองจากการพัฒนาระเบิดฟิสชั่นก็ตาม ความพยายามนี้ได้รับการกำกับดูแลโดย Teller ซึ่งเป็นผู้สนับสนุนที่กระตือรือร้นที่สุด^{[ 231 ]}กลุ่ม F-1 (Super) คำนวณว่าการเผาไหม้ดิวเทอเรียม เหลว 1 ลูกบาศก์เมตร (35 ลูกบาศก์ฟุต) จะปลดปล่อยพลังงานเทียบเท่ากับ TNT 10 เมกะตัน (42 เพตาจูล) ซึ่งเพียงพอที่จะทำลายล้างพื้นที่ 1,000 ตารางไมล์ (2,600 ตารางกิโลเมตร⁾ [ ^{232 ] ใน}รายงานฉบับสุดท้ายเกี่ยวกับ Super ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2489 Teller ยังคงมองโลกในแง่ดีเกี่ยวกับโอกาสที่จะพัฒนา Super ได้สำเร็จ แม้ว่าความคิดเห็นนั้นจะไม่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปก็ตาม^{[ 233 ]}

เนื่องจากความซับซ้อนของอาวุธแบบระเบิดภายใน จึงมีการตัดสินใจว่า แม้จะมีการสิ้นเปลืองวัสดุฟิสไซล์ แต่ก็ จำเป็นต้องมี การทดสอบนิวเคลียร์ เต็มรูปแบบ โอปเพนไฮเมอร์ตั้งชื่อรหัสว่า "ทรินิตี้" ^{[ 234 ]}ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2487 การวางแผนการทดสอบถูกมอบหมายให้เคนเนธ เบนบริดจ์ซึ่งเลือกสนามฝึกยิงระเบิดอะลาโมกอร์โดเป็นสถานที่ทดสอบ^{[ 235 ]}มีการสร้างค่ายฐานพร้อมค่ายทหาร คลังสินค้า โรงงาน คลังเก็บวัตถุระเบิด และโรงอาหาร^{[ 236 ]}มีการระเบิดก่อนการทดสอบในวันที่ 7 พฤษภาคม พ.ศ. 2488 เพื่อปรับเทียบเครื่องมือ มีการสร้างแท่นทดสอบไม้ห่างจากจุดศูนย์กลางการระเบิดของทรินิตี้ในอนาคต 800 หลา (730 เมตร) และอัดแน่นด้วยวัตถุระเบิดแรงสูงประมาณ 100 ตัน (91 ตัน) ^{[ j ]}ที่ผสมกับผลิตภัณฑ์ฟิสชั่นนิวเคลียร์^{[ 239 ] [ 240 ]}

โกรฟส์ไม่ชอบที่จะต้องอธิบายต่อคณะกรรมการวุฒิสภาถึงการสูญเสียพลูโทเนียมมูลค่าพันล้านดอลลาร์ ดังนั้นจึงมีการสร้างภาชนะกักเก็บทรงกระบอกที่มีชื่อรหัสว่า "จัมโบ้" เพื่อกู้คืนวัสดุที่ใช้งานอยู่หากเกิดความล้มเหลว ภาชนะนี้ถูกสร้างขึ้นด้วยค่าใช้จ่ายมหาศาลจากเหล็กและเหล็กกล้าจำนวน 214 ตัน (194 ตัน) ^{[ 241 ]}อย่างไรก็ตาม เมื่อถึงเวลาที่มันมาถึง ความเชื่อมั่นในวิธีการระเบิดแบบยุบตัวก็สูงขึ้น และปริมาณพลูโทเนียมที่มีอยู่ก็เพียงพอแล้ว โอปเพนไฮเมอร์จึงตัดสินใจไม่ใช้มัน แต่กลับนำไปวางไว้บนยอดหอคอยเหล็กที่อยู่ห่างจากอาวุธ 800 หลา (730 เมตร) เพื่อเป็นตัววัดคร่าวๆ ของพลังการระเบิด จัมโบ้รอดมาได้ แม้ว่าหอคอยจะไม่รอดก็ตาม ซึ่งเป็นการเพิ่มความน่าเชื่อถือให้กับความเชื่อที่ว่าจัมโบ้จะสามารถกักเก็บการระเบิดที่ล้มเหลวได้ สำเร็จ ^{[ 242 ] [ 239 ]}

สำหรับการทดสอบจริง อาวุธดังกล่าวซึ่งมีชื่อเล่นว่า "อุปกรณ์" ถูกยกขึ้นไปไว้บนยอดหอคอยเหล็กสูง 100 ฟุต (30 เมตร) เนื่องจากการระเบิดที่ความสูงระดับนั้นจะช่วยให้เห็นภาพพฤติกรรมของอาวุธได้ชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่อถูกปล่อยลงมาจากเครื่องบินทิ้งระเบิด การระเบิดกลางอากาศจะเพิ่มพลังงานที่ส่งตรงไปยังเป้าหมายให้มากที่สุดและก่อให้เกิดกัมมันตรังสีตกค้าง น้อยลง อุปกรณ์ดังกล่าวถูกประกอบขึ้นภายใต้การดูแลของนอร์ริส แบรดเบอรีที่บ้านไร่แมคโดนัลด์ ที่อยู่ใกล้เคียง ในวันที่ 13 กรกฎาคม และถูกยกขึ้นไปบนหอคอยอย่างระมัดระวังในวันถัดมา^{[ 243 ]}

เวลา 05:30 น. ของวันที่ 16 กรกฎาคม พ.ศ. 2488 อุปกรณ์ดังกล่าวระเบิดด้วยพลังงานเทียบเท่ากับทีเอ็นทีประมาณ 20 กิโลตัน ทำให้เกิดหลุมอุกกาบาตของทริไนต์ (แก้วกัมมันตรังสี) ในทะเลทรายกว้าง 250 ฟุต (76 เมตร) คลื่นกระแทกรู้สึกได้ไกลกว่า 100 ไมล์ (160 กิโลเมตร) และกลุ่มควันรูปเห็ดสูงถึง 7.5 ไมล์ (12.1 กิโลเมตร) ได้ยินเสียงไกลถึงเอลปาโซ รัฐเท็กซัสดังนั้นโกรฟส์จึงออกข่าวปกปิดเกี่ยวกับการระเบิดของคลังกระสุนที่สนามบินอะลาโมกอร์โดซึ่งเกี่ยวข้องกับกระสุนแก๊ส^{[ 244 ] [ 245 ]}

ต่อมาออปเพนไฮเมอร์อ้างว่า ขณะที่เห็นการระเบิด เขาได้นึกถึงบทกวีจากคัมภีร์ศักดิ์สิทธิ์ของศาสนาฮินดูภควัตคีตา (XI,12):

พร้อมกับบทกวี (XI,32) ซึ่งเขาแปลว่า "บัดนี้ข้าพเจ้าได้กลายเป็นความตาย ผู้ทำลายล้างโลก" ^{[ 248 ] [ 249 ] [ k ]}

การทดสอบประสบความสำเร็จมากกว่าที่คาดไว้มาก ข่าวนี้ถูกส่งทางโทรเลขไปยังสติมสันทันที ซึ่งขณะนั้นเขาอยู่ที่การประชุมพ็อตสดัมและโกรฟส์ได้รีบจัดทำรายงานฉบับยาวขึ้นและส่งทางไปรษณีย์ด่วน ประธานาธิบดีแฮร์รี เอส. ทรูแมนได้รับผลกระทบอย่างมากและในเชิงบวกจากข่าวนี้ สติมสันบันทึกไว้ในไดอารี่ของเขาว่า เมื่อเขาแบ่งปันข่าวนี้กับเชอร์ชิลล์ เชอร์ชิลล์กล่าวว่า "ตอนนี้ฉันรู้แล้วว่าเกิดอะไรขึ้นกับทรูแมนเมื่อวานนี้ ฉันไม่เข้าใจเลย เมื่อเขาไปถึงที่ประชุมหลังจากอ่านรายงานนี้แล้ว เขากลายเป็นคนเปลี่ยนไป เขาบอกชาวรัสเซียว่าพวกเขาขึ้นและลงตรงไหน และโดยทั่วไปแล้วก็ควบคุมการประชุมทั้งหมด" ^{[ 251 ]}

ในช่วงที่มีการดำเนินงานสูงสุดในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2487 โครงการแมนฮัตตันจ้างคนงานประมาณ 129,000 คน โดยเป็นคนงานก่อสร้าง 84,500 คน ผู้ควบคุมเครื่องจักร 40,500 คน และบุคลากรทางทหาร 1,800 คน เมื่อกิจกรรมการก่อสร้างลดลง จำนวนคนงานก็ลดลงเหลือ 100,000 คนในอีกหนึ่งปีต่อมา แต่จำนวนบุคลากรทางทหารกลับเพิ่มขึ้นเป็น 5,600 คน การจัดหาคนงานตามจำนวนที่ต้องการ โดยเฉพาะคนงานที่มีทักษะสูง ในการแข่งขันกับโครงการสำคัญอื่นๆ ในช่วงสงครามพิสูจน์แล้วว่าเป็นเรื่องยากมาก^{[ 252 ]}เนื่องจากการหมุนเวียนของพนักงานสูง ทำให้มีคนทำงานในโครงการนี้มากกว่า 500,000 คน^{[ 253 ]}ชาวอเมริกันเชื้อสายแอฟริกันส่วนใหญ่ทำงานในตำแหน่งระดับล่าง แต่ก็มีนักวิทยาศาสตร์และช่างเทคนิคชาวอเมริกันเชื้อสายแอฟริกันอยู่บ้าง[ 254 ^{]ข้อกำหนดด้าน}แรงงานและความปลอดภัยที่เป็นเอกลักษณ์ยังส่งผลให้โครงการแมนฮัตตันมีสัดส่วนของผู้หญิงในบทบาททางเทคนิคสูงกว่าโครงการของรัฐบาลในภายหลัง^{[ 255 ]}

ในปี พ.ศ. 2486 โกรฟส์ได้รับสิทธิพิเศษชั่วคราวสำหรับแรงงานจากคณะกรรมการกำลังคนสงครามในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2487 ทั้งคณะกรรมการการผลิตสงครามและคณะกรรมการกำลังคนสงครามต่างให้ความสำคัญกับโครงการนี้เป็นอันดับสูงสุด^{[ 256 ]}ผู้อำนวยการคณะกรรมการแคนซัสระบุว่า ตั้งแต่เดือนเมษายนถึงกรกฎาคม พ.ศ. 2487 ผู้สมัครที่มีคุณสมบัติทุกคนในรัฐที่ไปติดต่อ สำนักงาน บริการจัดหางานของสหรัฐอเมริกาได้รับการกระตุ้นให้ทำงานที่ไซต์แฮนฟอร์ด จะไม่มีการเสนองานอื่นใดจนกว่าผู้สมัครจะปฏิเสธข้อเสนอนั้นอย่างเด็ดขาด^{[ 257 ]}โทลแมนและโคนันต์ ในฐานะที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์ของโครงการ ได้จัดทำรายชื่อนักวิทยาศาสตร์ผู้สมัครและให้นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานในโครงการอยู่แล้วประเมิน จากนั้นโกรฟส์ได้ส่งจดหมายส่วนตัวถึงหัวหน้ามหาวิทยาลัยหรือบริษัทของพวกเขาเพื่อขอให้ปล่อยตัวพวกเขาเพื่อทำงานที่จำเป็นในสงคราม^{[ 258 ]}

แหล่งบุคลากรที่มีทักษะแหล่งหนึ่งคือกองทัพบกเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งโครงการฝึกอบรมเฉพาะทางของกองทัพบกในปี พ.ศ. 2486 MED ได้จัดตั้งหน่วยวิศวกรพิเศษ (SED) โดยมีกำลังพลที่ได้รับอนุญาต 675 นาย ช่างเทคนิคและคนงานที่มีทักษะที่ถูกเกณฑ์เข้ากองทัพบกได้รับมอบหมายให้ประจำการใน SED อีกแหล่งหนึ่งคือหน่วยทหารหญิง (WAC) เดิมทีมีจุดประสงค์เพื่อปฏิบัติงานธุรการที่เกี่ยวข้องกับเอกสารลับ แต่ในไม่ช้า WAC ก็ถูกดึงตัวมาทำงานด้านเทคนิคและวิทยาศาสตร์ด้วย^{[ 259 ]}ในวันที่ 1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2488 บุคลากรทางทหารทั้งหมดที่ได้รับมอบหมายให้ประจำการใน MED รวมถึงหน่วย SED ทั้งหมด ได้รับมอบหมายให้ประจำการในหน่วยบริการทางเทคนิคที่ 9812 ยกเว้นที่ลอสอะลาโมส ซึ่งบุคลากรทางทหารอื่นที่ไม่ใช่ SED รวมถึง WAC และตำรวจทหาร ได้รับมอบหมายให้ประจำการในหน่วยบัญชาการบริการที่ 4817 ^{[ 260 ]}

ศาสตราจารย์ร่วมด้านรังสีวิทยาที่คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ Stafford L. Warrenได้รับการแต่งตั้งเป็นพันเอกในกองทัพบกสหรัฐฯ หน่วย แพทย์ และได้รับการแต่งตั้งเป็นหัวหน้าแผนกแพทย์ของ MED และที่ปรึกษาทางการแพทย์ของ Groves งานแรกของ Warren คือการจัดหาบุคลากรให้กับโรงพยาบาลที่ Oak Ridge, Richland และ Los Alamos ^{[ 261 ]}แผนกแพทย์มีหน้าที่รับผิดชอบด้านการวิจัยทางการแพทย์ แต่ยังรวมถึงโครงการด้านสุขภาพและความปลอดภัยของ MED ด้วย ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายอย่างมาก เนื่องจากคนงานต้องจัดการกับสารเคมีที่เป็นพิษหลากหลายชนิด ใช้ของเหลวและก๊าซอันตรายภายใต้ความดันสูง ทำงานกับแรงดันไฟฟ้าสูง และทำการทดลองที่เกี่ยวข้องกับวัตถุระเบิด นอกเหนือจากอันตรายที่ไม่เป็นที่รู้จักมากนักจากกัมมันตภาพรังสีและการจัดการวัสดุฟิสไซล์^{[ 262 ]}อย่างไรก็ตาม ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2488 สภาความปลอดภัยแห่งชาติได้มอบรางวัลเกียรติยศสำหรับการบริการที่โดดเด่นด้านความปลอดภัยให้กับโครงการแมนฮัตตัน เพื่อเป็นการยกย่องบันทึกด้านความปลอดภัยของโครงการ ระหว่างเดือนมกราคม พ.ศ. 2486 ถึงมิถุนายน พ.ศ. 2488 มีผู้เสียชีวิต 62 ราย และบาดเจ็บจนพิการ 3,879 ราย ซึ่งต่ำกว่าอัตราของอุตสาหกรรมเอกชนประมาณ 62 เปอร์เซ็นต์^{[ 263 ]}

โครงการแมนฮัตตันดำเนินการภายใต้คำสั่ง "ความลับสุดยอด" จากรูสเวลต์ ซึ่งหมายความว่าแม้แต่การมีอยู่ของโครงการเองก็ต้องเก็บเป็นความลับ ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าเป็นงานที่ยากลำบากมากเมื่อพิจารณาจากปริมาณความรู้และการคาดการณ์เกี่ยวกับการแตกตัวของนิวเคลียร์ที่มีอยู่ก่อนโครงการแมนฮัตตัน จำนวนคนที่เกี่ยวข้องจำนวนมาก และขนาดของสิ่งอำนวยความสะดวก^{[ 264 ]} โกรฟส์นำนโยบาย การแบ่งส่วนข้อมูลแบบสุดขั้วมาใช้( นโยบายรู้ เฉพาะสิ่งที่จำเป็นต้องรู้ ):

สำหรับผม การแบ่งส่วนความรู้ถือเป็นหัวใจสำคัญของความปลอดภัย กฎของผมนั้นเรียบง่ายและไม่สามารถตีความผิดได้ นั่นคือ ทุกคนควรรู้ทุกสิ่งที่จำเป็นต้องรู้เพื่อทำงานของตน และไม่มีอะไรอื่น การยึดมั่นในกฎนี้ไม่เพียงแต่ให้ความปลอดภัยที่เพียงพอเท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมอย่างมากด้วยการทำให้บุคลากรของเราทำงานของตนให้ตรงประเด็น และทำให้ทุกคนที่เกี่ยวข้องเข้าใจอย่างชัดเจนว่าโครงการนี้มีอยู่เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่เฉพาะเจาะจง ไม่ใช่เพื่อให้แต่ละบุคคลได้สนองความอยากรู้อยากเห็นและเพิ่มพูนความรู้ทางวิทยาศาสตร์ของตน^{[ 265 ]}

สิ่งนี้ขัดแย้งกับบรรทัดฐานของนักวิทยาศาสตร์หลายคนที่เกี่ยวข้อง ซึ่งอ้างว่าวิทยาศาสตร์ไม่สามารถดำเนินการได้อย่างประสบความสำเร็จภายใต้ข้อกำหนดดังกล่าว เจ้าหน้าที่โครงการแมนฮัตตันยังประสบปัญหาจากนักข่าว สมาชิกสภาคองเกรส เจ้าหน้าที่รัฐบาลกลางที่ไม่ "รู้เรื่อง" ผู้อยู่อาศัยใกล้สถานที่ในท้องถิ่น ผู้พิพากษาที่ตัดสินข้อพิพาทเรื่องที่ดิน และแหล่งที่มาอื่นๆ ของการคาดเดา การสอดแนม และการรั่วไหล รวมถึงความกังวลเกี่ยวกับการจารกรรมและการก่อวินาศกรรม โก รฟส์อาศัยFBI และ หน่วยข่าวกรอง G-2ที่เป็นอิสระของเขาเองในการตรวจสอบการละเมิดความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้น ในที่สุดมีการสอบสวนคดี "การพูดคุยที่ไม่ระมัดระวัง" มากกว่า 1,500 คดีในช่วงสงคราม^{[ 264 ]}

เนื่องจากความสำเร็จในการปกปิดเรื่องราวจากหนังสือพิมพ์ไบรอน ไพรซ์หัวหน้าสำนักงานเซ็นเซอร์จึงกำหนดให้โครงการแมนฮัตตันเป็น "ความลับที่เก็บรักษาไว้ดีที่สุดของสงคราม" ^{[ 266 ]}ในปี 1945 นิตยสารไลฟ์ประเมินว่าก่อนการทิ้งระเบิดที่ฮิโรชิมาและนางาซากิ "อาจจะมีคนเพียงไม่กี่สิบคนในประเทศเท่านั้นที่รู้ความหมายที่แท้จริงของโครงการแมนฮัตตัน และอาจจะมีเพียงพันคนเท่านั้นที่รู้ว่ามีการทำงานเกี่ยวกับอะตอม" นิตยสารเขียนว่าคนงานมากกว่า 100,000 คนที่ทำงานในโครงการนี้ "ทำงานเหมือนตัวตุ่นในความมืด" พวกเขาได้รับคำเตือนว่าการเปิดเผยความลับของโครงการมีโทษจำคุก 10 ปีหรือปรับ10,000 ดอลลาร์สหรัฐ (เทียบเท่ากับ 179,000 ดอลลาร์สหรัฐในปี 2025) พวกเขาเฝ้าดู "ปุ่มหมุนและสวิตช์ในขณะที่ปฏิกิริยาลึกลับเกิดขึ้นหลังกำแพงคอนกรีตหนา" โดยไม่รู้จุดประสงค์ของงานของตน^{[ 267 ] [ 268 ] [ 269 ]}

ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2488 กองทัพสหรัฐฯ ได้เผยแพร่รายงานลับเกี่ยวกับการประเมินระบบรักษาความปลอดภัยรอบโครงการแมนฮัตตัน รายงานระบุว่าโครงการนี้ "มีการรักษาความปลอดภัยอย่างเข้มงวดมากกว่าโครงการพัฒนาสงครามลับสุดยอดอื่นๆ" โครงสร้างพื้นฐานด้านความปลอดภัยโดยรอบนั้นกว้างขวางและครอบคลุมมาก จนกระทั่งในช่วงเริ่มต้นของโครงการในปี พ.ศ. 2486 ผู้ตรวจสอบได้ตรวจสอบพนักงานที่มีศักยภาพ 400,000 คน และบริษัท 600 แห่ง เพื่อประเมินความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้น^{[ 270 ]}

การเซ็นเซอร์ข้อมูลอะตอมโดยสมัครใจเริ่มขึ้นก่อนโครงการแมนฮัตตัน หลังจากสงครามในยุโรปเริ่มขึ้นในปี 1939 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันเริ่มหลีกเลี่ยงการตีพิมพ์งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับกองทัพ และในปี 1940 วารสารทางวิทยาศาสตร์เริ่มขอให้สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติอนุมัติบทความวิลเลียม แอล. ลอว์เรนซ์จากเดอะนิวยอร์กไทมส์ซึ่งเขียนบทความเกี่ยวกับการแตกตัวของอะตอมในเดอะแซทเทอร์เดย์อีฟนิงโพสต์เมื่อวันที่ 7 กันยายน 1940 ต่อมาได้ทราบว่าเจ้าหน้าที่รัฐบาลขอให้บรรณารักษ์ทั่วประเทศถอนฉบับดังกล่าวในปี 1943 ^{[ 271 ]}อย่างไรก็ตาม สหภาพโซเวียตสังเกตเห็นความเงียบนี้ ในเดือนเมษายน 1942 นักฟิสิกส์นิวเคลียร์เกออร์กี ฟลอรอฟเขียนจดหมายถึงโจเซฟ สตาลินเกี่ยวกับการไม่มีบทความเกี่ยวกับการแตกตัวของนิวเคลียร์ในวารสารของอเมริกา ซึ่งส่งผลให้สหภาพโซเวียตจัดตั้งโครงการระเบิดปรมาณูของตนเองขึ้น^{[ 272 ]}

โครงการแมนฮัตตันดำเนินการภายใต้การรักษาความปลอดภัยอย่างเข้มงวดเพื่อป้องกันไม่ให้การค้นพบกระตุ้นให้ฝ่ายอักษะ โดยเฉพาะเยอรมนี เร่งโครงการนิวเคลียร์ของตนเองหรือดำเนินการปฏิบัติการลับต่อโครงการ^{[ 273 ]}สำนักงานเซ็นเซอร์อาศัยสื่อมวลชนในการปฏิบัติตามจรรยาบรรณโดยสมัครใจที่เผยแพร่ และในตอนแรกโครงการหลีกเลี่ยงการแจ้งให้สำนักงานทราบ ในช่วงต้นปี 1943 หนังสือพิมพ์เริ่มตีพิมพ์รายงานเกี่ยวกับการก่อสร้างขนาดใหญ่ในเทนเนสซีและวอชิงตัน และสำนักงานเริ่มหารือกับโครงการเกี่ยวกับวิธีการรักษาความลับ ในเดือนมิถุนายน สำนักงานขอให้หนังสือพิมพ์และผู้ประกาศข่าวหลีกเลี่ยงการพูดคุยเกี่ยวกับ "การทุบอะตอม พลังงานอะตอม การแตกตัวของอะตอม การแยกอะตอม หรือสิ่งเทียบเท่าใดๆ การใช้เรเดียมหรือวัสดุกัมมันตรังสี น้ำหนัก อุปกรณ์ปล่อยประจุไฟฟ้าแรงสูง ไซโคลตรอนเพื่อวัตถุประสงค์ทางทหาร" ^{[ 274 ] [ 266 ]}

ความเป็นไปได้ของการก่อวินาศกรรมมีอยู่เสมอ และบางครั้งก็ถูกสงสัยเมื่ออุปกรณ์ทำงานผิดพลาด แม้ว่าจะมีปัญหาบางอย่างที่เชื่อว่าเป็นผลมาจากพนักงานที่ประมาทหรือไม่พอใจ แต่ก็ไม่มีกรณีใดที่ได้รับการยืนยันว่าเป็นการก่อวินาศกรรมที่ริเริ่มโดยฝ่ายอักษะ^{[ 275 ]}อย่างไรก็ตาม ในวันที่ 10 มีนาคม พ.ศ. 2488 บอลลูนไฟ ของญี่ปุ่น ได้ชนกับสายไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าที่พุ่งสูงขึ้นทำให้เครื่องปฏิกรณ์ทั้งสามเครื่องที่แฮนฟอร์ดต้องปิดตัวลงชั่วคราว^{[ 276 ]}ด้วยจำนวนผู้เกี่ยวข้องมากมาย การรักษาความปลอดภัยจึงเป็นเรื่องยาก หน่วย ข่าวกรอง พิเศษ ถูกจัดตั้งขึ้นเพื่อจัดการกับปัญหาด้านความปลอดภัยของโครงการ^{[ 277 ]}ในปี พ.ศ. 2486 เป็นที่ชัดเจนว่าสหภาพโซเวียตกำลังพยายามแทรกซึมเข้าไปในโครงการ พันโทบอริส ที. พัชหัวหน้าหน่วยข่าวกรองของกองบัญชาการป้องกันตะวันตกได้ทำการสอบสวนการจารกรรมของโซเวียตที่ต้องสงสัยที่ห้องปฏิบัติการรังสีในเบิร์กลีย์ Oppenheimer แจ้ง Pash ว่าเขาได้รับการติดต่อจากศาสตราจารย์Haakon Chevalier ที่ Berkeley เกี่ยวกับการส่งข้อมูลไปยังสหภาพโซเวียต^{[ 278 ]}

สายลับโซเวียตที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดคือเคลาส์ ฟุคส์นักฟิสิกส์และสมาชิกของคณะผู้แทนอังกฤษ ซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับงานที่ลอสอะลามอสในการออกแบบระเบิดแบบยุบตัว^{[ 279 ]}กิจกรรมจารกรรมของเขาไม่ได้รับการเปิดเผยจนกระทั่งปี 1950 อันเป็นผลมาจากโครงการเวโนนาการเปิดเผยกิจกรรมจารกรรมของเขาสร้างความเสียหายให้กับความร่วมมือด้านนิวเคลียร์ของสหรัฐอเมริกากับอังกฤษและแคนาดา^{[ 280 ]}และต่อมาได้มีการเปิดเผยกรณีจารกรรมอื่นๆ ซึ่งนำไปสู่การจับกุมแฮร์รี่ โกลด์เดวิดกรีนกลาสและจูเลียสและเอเธล โรเซนเบิร์ก [ ^{281 ] สายลับ}คนอื่นๆ เช่นจอร์จ โควาลและธีโอดอร์ ฮอลล์ยังคงไม่เป็นที่รู้จักเป็นเวลาหลายทศวรรษ^{[ 282 ]}คุณค่าของการจารกรรมนั้นยากที่จะวัดปริมาณได้ เนื่องจากข้อจำกัดหลักของโครงการระเบิดปรมาณูของโซเวียตคือการขาดแคลนแร่ยูเรเนียม อาจช่วยประหยัดเวลาให้โซเวียตได้อย่างน้อยหนึ่งหรือสองปีในการพัฒนาระเบิดของตนเอง^{[ 283 ]}แม้ว่านักประวัติศาสตร์บางคนจะโต้แย้งว่าโซเวียตใช้เวลาตรวจสอบและทำซ้ำข้อมูลมากพอๆ กับที่พวกเขาจะประหยัดได้หากพวกเขาเชื่อถือข้อมูลนั้น^{[ 284 ]}

นอกเหนือจากการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์แล้ว โครงการแมนฮัตตันยังได้รับมอบหมายให้รวบรวมข้อมูลข่าวกรองเกี่ยวกับโครงการพลังงานนิวเคลียร์ของเยอรมนีเชื่อกันว่าโครงการอาวุธนิวเคลียร์ของญี่ปุ่นยังไม่ก้าวหน้ามากนัก เนื่องจากญี่ปุ่นเข้าถึงแร่ยูเรเนียมได้น้อย แต่ในตอนแรกเกรงกันว่าเยอรมนีใกล้จะพัฒนาอาวุธของตนเองได้แล้ว ด้วยการริเริ่มของโครงการแมนฮัตตัน จึงมีการ ดำเนิน การโจมตีและก่อวินาศกรรมต่อโรงงานผลิตน้ำหนักเบาในนอร์เวย์ที่เยอรมนียึดครอง^{[ 285 ]}มีการจัดตั้งภารกิจขนาดเล็กขึ้น โดยมีเจ้าหน้าที่จากสำนักงานข่าวกรองกองทัพเรือ , OSRD, โครงการแมนฮัตตัน และหน่วยข่าวกรองกองทัพบก (G-2) ร่วมกัน เพื่อตรวจสอบการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ของศัตรู ซึ่งไม่ได้จำกัดเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับอาวุธนิวเคลียร์ เท่านั้น ^{[ 286 ]} พลตรี จอร์จ วี. สต รอง หัวหน้าหน่วยข่าวกรองกองทัพบกได้แต่งตั้งบอริส พัชให้เป็นผู้บัญชาการหน่วย^{[ 287 ]}ซึ่งมีชื่อรหัสว่า "Alsos" (ภาษากรีกแปลว่า "ป่าละเมาะ") ^{[ 288 ]}ซามูเอล กูด สมิท เป็นผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ของภารกิจ Alsos ^{[ 289 ]}

คณะภารกิจ Alsos ในอิตาลีได้สอบถามเจ้าหน้าที่ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยโรมหลังจากการยึดเมืองในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2487 ^{[ 290 ]}ในขณะเดียวกัน Pash ได้จัดตั้งคณะภารกิจ Alsos ร่วมกันระหว่างอังกฤษและอเมริกาในลอนดอนภายใต้การบัญชาการของกัปตัน Horace K. Calvert เพื่อเข้าร่วมในปฏิบัติการ Overlord [ ^{291 ] Groves}พิจารณาว่าความเสี่ยงที่เยอรมันอาจพยายามขัดขวางการยกพลขึ้นบกที่นอร์มังดีด้วยสารพิษกัมมันตรังสีนั้นเพียงพอที่จะเตือนนายพลDwight D. Eisenhowerและส่งเจ้าหน้าที่ไปรายงานหัวหน้าเสนาธิการของเขา พลโทWalter Bedell Smith [ ^{292 ] ภาย}ใต้ชื่อรหัสปฏิบัติการ Peppermintได้มีการเตรียมอุปกรณ์พิเศษและ ฝึกอบรมทีม บริการสงครามเคมีในการใช้งาน^{[ 293 ]}

Following in the wake of the advancing Allied armies, the Alsos team interrogated scientists and searched facilities in liberated areas of France and Germany to learn about the German work. Goudsmit concluded in November 1944 that the German nuclear program had never made it beyond the laboratory stage. As he put it later: "The evidence at hand proved definitely that Germany had no atom bomb and was not likely to have one in any reasonable time."^[294]

Interrogation of German prisoners indicated that uranium and thorium were being processed in Oranienburg, so Groves arranged for it to be bombed on 15 March 1945 to deny its capture by the Soviet Union.^[295] An Alsos team went to Stassfurt in the Soviet Occupation Zone and retrieved 11 tons of ore from WIFO.^[296] In April 1945, Pash, in command of a composite force known as T-Force, conducted Operation Harborage, a sweep behind enemy lines of Hechingen, Bisingen, and Haigerloch—the heart of the German nuclear effort. T-Force captured nuclear laboratories, documents, equipment and supplies, including heavy water and 1.5 tons of metallic uranium.^[297][298]

Alsos teams rounded up German scientists including Kurt Diebner, Otto Hahn, Walther Gerlach, Werner Heisenberg, and Carl Friedrich von Weizsäcker. They were taken to England and interned at Farm Hall, where they were surreptitiously surveilled.^[299]

The only Allied aircraft capable of carrying the 17-foot (5.2 m) long Thin Man or the 59-inch (150 cm) wide Fat Man was the British Avro Lancaster, but using a British aircraft would have caused difficulties with maintenance. Groves hoped that the American Boeing B-29 Superfortress could be modified to carry a Thin Man by joining its two bomb bays together.^[300] This became unnecessary after Thin Man was abandoned, as a Little Boy was short enough to fit into a B-29 bomb bay,^[230] but modifications were still required. The Army Air Forces Materiel Command at Wright Field, Ohio, began Silverplate, the codename for the modification of the B-29, in November 1943. Test drops were carried out at Muroc Army Air Field and the Naval Ordnance Test Station in California with Thin Man and Fat Man pumpkin bombs to test their ballistic, fuzing and stability characteristics.^[301]

The 509th Composite Group was activated on 17 December 1944 at Wendover Army Air Field, Utah, under the command of Colonel Paul W. Tibbets. Its 393rd Bombardment Squadron, equipped with Silverplate B-29s, practiced long-distance flights over water and dropped pumpkin bombs.^[302] A special unit known as Project Alberta was formed at Los Alamos under Parsons's command to assist in preparing and delivering the bombs.^[302] The 509th Composite Group deployed to North Field on Tinian in July 1945.^[303] Most of the components for the Little Boy left San Francisco on the cruiserUSS Indianapolis on 16 July and arrived on Tinian on 26 July. The remaining components, which included six highly enriched uranium rings, were delivered by three Douglas C-54 Skymasters of the 509th Group's 320th Troop Carrier Squadron.^[304] Two Fat Man assemblies traveled to Tinian in specially modified 509th Composite Group B-29s, and the first plutonium core went in a special C-54.^[305]

At the end of December 1944, worried by the heavy losses occurring in the Battle of the Bulge, Roosevelt instructed Groves and Stimson that if the atomic bombs were ready before the war with Germany ended, they should be ready to drop them on Germany, but Japan was regarded as more likely.^[306] In late April 1945, a targeting committee was established to determine which cities should be targets, and it recommended Kokura, Hiroshima, Niigata, and Kyoto. Stimson intervened, announcing that he would be making the targeting decision, and that he would not authorize the bombing of Kyoto on the grounds of its historical and religious significance.^[307]Nagasaki was ultimately substituted.^[308] In May 1945, the Interim Committee was created to advise on wartime and postwar use of nuclear energy. The Interim Committee in turn established a scientific panel consisting of Arthur Compton, Fermi, Lawrence, and Oppenheimer; the scientific panel offered its opinion not just on the likely physical effects of an atomic bomb, but on its probable military and political impact. In a meeting on 1 June, the Interim Committee resolved that "the bomb should be used against Japan as soon as possible; that it be used on a war plant surrounded by workers' homes; and that it be used without prior warning".^[309][310]

At the Potsdam Conference in Germany, President Harry S. Truman told Stalin that the US had "a new weapon of unusual destructive force", without giving any details. As he showed "no special interest," Truman erroneously assumed that Stalin did not understand. In reality, Soviet spies had kept Stalin informed of the work and the planned test.^{[311][312][313]}

A strike order from General Thomas T. Handy to General Carl Spaatz was approved by Marshall and Stimson on 25 July which specified that the "first special bomb" be used "after about 3 August 1945," and that "additional bombs" would be used "as soon as made ready by the project staff".^[314] The operational plan was to drop the first bomb on 2 August, the second bomb on 10 August, and a third bomb around 24 August. However, due to weather conditions over Japan and the desire for visual bombing, the date of the first bombing mission was pushed back to 6 August, and the second was moved forward to 9 August.^[315]

On 6 August 1945, the Enola Gay, a Boeing B-29 Superfortress of the 393d Bombardment Squadron, piloted by Tibbets, lifted off from North Field with a Little Boy in its bomb bay. Hiroshima, the headquarters of the 2nd General Army and Fifth Division and a port of embarkation, was the primary target, with Kokura and Nagasaki as alternatives. Parsons, the weaponeer in charge of the mission, completed the bomb assembly in the air to minimize the risks of a nuclear explosion in the event of a crash during takeoff.^[316] The bomb detonated at an altitude of 1,750 feet (530 m) with a blast that was later estimated to be the equivalent of 13 kilotons of TNT.^[317] An area of approximately 4.7 square miles (12 km²) was destroyed. Japanese officials determined that 69% of Hiroshima's buildings were destroyed and another 6–7% damaged. Early estimates were that 66,000 people were killed and 69,000 injured; later re-estimations that included people ignored by previous methods, like Korean slave laborers and additional soldiers, concluded there might have been 140,000 dead from the attack by December 1945.^{[318][319][320][321]}

On the morning of 9 August 1945, the Bockscar, a second B-29 piloted by the 393d Bombardment Squadron's commander, Major Charles W. Sweeney, lifted off with a Fat Man on board. This time, Ashworth served as weaponeer and Kokura was the primary target. When they reached Kokura, they found cloud cover had obscured the city, prohibiting the visual attack required by orders. After three runs and with fuel running low, they headed for the secondary target, Nagasaki. Ashworth decided that a radar approach would be used if the target was obscured, but a last-minute break in the clouds over Nagasaki allowed a visual approach as ordered. The Fat Man was dropped over the city's industrial valley midway between the Mitsubishi Steel and Arms Works in the south and the Mitsubishi-Urakami Ordnance Works in the north. The resulting explosion had a blast yield equivalent to 21 kilotons of TNT, roughly the same as the Trinity blast, but was confined to the Urakami Valley, and a major portion of the city, including the city center, was protected by the intervening hills. About 44% of the city was destroyed, and estimates of casualties range from 40,000 to 80,000 people killed and at least 60,000 injured.^[322] Overall, an estimated 35,000–40,000 people were killed and 60,000 injured.^{[323][324][318]}

Groves expected to have another atomic bomb ready for use on 19 August, with three more in September and a further three in October.^[325] Two more Fat Man assemblies were readied, and scheduled to leave Kirtland Field for Tinian on 11 and 14 August.^[324] At Los Alamos, technicians worked 24 hours straight to cast another plutonium core.^[326] Although cast, it still needed to be pressed and coated, which would take until 16 August.^[327] It could therefore have been ready for use on 19 August.

On 10 August, Truman was informed that another bomb was being prepared. He ordered that no additional atomic bombs could be used without his express authority. According to Henry A. Wallace, Truman told his cabinet that "the thought of wiping out another 100,000 people was too horrible. He didn't like the idea of killing, as he said, 'all those kids.'"^[328] Groves suspended the third core's shipment on 13 August.^[329]

On 11 August, Groves phoned Warren with orders to organize a survey team to report on the damage and radioactivity at Hiroshima and Nagasaki as soon as the war ended. A party equipped with portable Geiger counters arrived in Hiroshima on 8 September headed by Farrell and Warren, with Japanese Rear Admiral Masao Tsuzuki, who acted as a translator. They remained in Hiroshima until 14 September and then surveyed Nagasaki from 19 September to 8 October.^[330] This and other scientific missions to Japan provided valuable data on the effects of the atomic bomb, and led to the creation of the Atomic Bomb Casualty Commission.^[331]

In anticipation of the bombings, Groves had commissioned physicist Henry DeWolf Smyth to prepare a sanitized technical history of the project for public consumption. The idea of releasing such information freely was controversial; the decision to do so was made by Truman personally. The "Smyth Report" was released to the public on 12 August 1945.^[332]

Japan announced its surrender on 15 August.^[333] The necessity of the bombings became a subject of controversy among historians. Some questioned whether "atomic diplomacy" would have attained the same goals, and the relative weight that the bombs and the Soviet declaration of war had on the Japanese willingness to surrender.^[334] The Franck Report was the most notable effort pushing for a demonstration but was turned down by the Interim Committee's scientific panel.^[335] The Szilárd petition, drafted in July 1945 and signed by dozens of scientists working on the Manhattan Project, was a late attempt at warning Truman about his responsibility in using such weapons.^[336][337]

The Manhattan Project became instantly famous after the bombing of Hiroshima and the partial lifting of its secrecy. It was widely credited with ending the war, and Groves worked to credit its contractors, whose work had hitherto been secret. Groves and Nichols presented them with Army–Navy "E" Awards, and over 20 Presidential Medals for Merit were awarded to key contractors and scientists, including Bush and Oppenheimer. Military personnel received the Legion of Merit.^[338]

The Manhattan Project persisted until 31 December 1946, and the Manhattan District to 15 August 1947.^[339] During this time, it suffered from numerous difficulties caused by technical problems, the effects of rapid demobilization, and a lack of clarity on its long-term mission.

At Hanford, plutonium production declined as Reactors B, D and F wore out, poisoned by fission products and swelling of the graphite moderator known as the Wigner effect. The swelling damaged the charging tubes where the uranium was irradiated to produce plutonium, rendering them unusable. Production was curtailed and the oldest unit, B pile, was closed down so at least one reactor would remain available. Research continued, with DuPont and the Metallurgical Laboratory developing a redox solvent extraction process as an alternative plutonium extraction technique to the bismuth phosphate process, which left unspent uranium in a state from which it could not easily be recovered.^[340]

Bomb engineering was carried out by the Z Division,^[341] initially located at Wendover Field but moved to Oxnard Field, New Mexico, in September 1945 to be closer to Los Alamos. This marked the beginning of the Sandia Base. Nearby Kirtland Field was used as a B-29 base for aircraft compatibility and drop tests.^[342] As reservist officers were demobilized, they were replaced by about fifty hand-picked regular officers.^[343]

Nichols recommended that S-50 and the Alpha tracks at Y-12 be closed down. This was done in September.^[344] Although performing better than ever,^[345] the Alpha tracks could not compete with K-25 and the new K-27, which had commenced operation in January 1946. In December, the Y-12 plant was closed, cutting the Tennessee Eastman payroll from 8,600 to 1,500 and saving $2 million a month.^[346]

Nowhere was demobilization more of a problem than at Los Alamos, where there was an exodus of talent. Much remained to be done. The bombs used on Hiroshima and Nagasaki needed work to make them simpler, safer and more reliable. Implosion methods needed to be developed for uranium in place of the wasteful gun method, and composite uranium-plutonium cores were needed now that plutonium was in short supply. However, uncertainty about the future of the laboratory made it hard to induce people to stay. Oppenheimer returned to his job at the University of California and Groves appointed Norris Bradbury as an interim replacement; Bradbury remained in the post for the next 25 years.^[347] Groves attempted to combat the dissatisfaction caused by the lack of amenities with a construction program that included an improved water supply, three hundred houses, and recreation facilities.^[340]

Manhattan Project personnel participated in the first postwar nuclear tests, Operation Crossroads, conducted at Bikini Atoll in July 1946. Two Fat Man-type bombs were detonated — one as an airburst, one as an underwater burst — to investigate the effect of nuclear weapons on warships.^[348][349] Press and international observers were allowed to attend, making the tests an international spectacle.^[350]

Following a domestic debate over the peacetime management of the nuclear program, the Atomic Energy Act of 1946 created the United States Atomic Energy Commission to take over the project's functions and assets. It established civilian control over atomic development. Military aspects were taken over by the Armed Forces Special Weapons Project (AFSWP).^[351]

After the bombings at Hiroshima and Nagasaki, a number of Manhattan Project physicists founded the Bulletin of the Atomic Scientists (1945) and Emergency Committee of Atomic Scientists (1946), which began as an emergency action undertaken by scientists who saw urgent need for an educational program about atomic weapons.^[352] In the face of the destructiveness of the bombs and in anticipation of the nuclear arms race several project members including Bohr, Bush and Conant expressed the view that it was necessary to reach agreement on international control of nuclear research and atomic weapons. The Baruch Plan, unveiled in a speech to the newly formed United Nations Atomic Energy Commission (UNAEC) in June 1946, proposed the establishment of an international atomic development authority, but was not adopted.^[353]

The project expenditure through 1 October 1945 was $1.845 billion, equivalent to less than nine days of wartime spending, and was $2.191 billion when the AEC assumed control on 1 January 1947. The total allocation was $2.4 billion. 84% of the costs through the end of 1945 were spent on the plants at Oak Ridge and Hanford, producing the enriched uranium and plutonium needed to fuel the bombs. At both sites, the majority of the costs were for construction (74% at Oak Ridge, 87% at Hanford), with the rest being for operations.^{[355][356][357]}

Initial funding for the project was through the general budget of the Office of Scientific Research and Development. As plans were made to turn the work over to the Army Corps of Engineers, Bush wrote to Roosevelt in late 1942 that "it would be ruinous to the essential secrecy to have to defend before an appropriations committee any request for funds for this project." Instead, initial funding was done through discretionary funds to which Roosevelt had access.^[358]

As it grew in size and cost, Congress was deliberately kept ignorant of the project, because of concerns that Congressmen were prone to leaking information, and because it was feared that the project would appear to be a boondoggle. Appropriations requests were quietly slipped into other bills, but the project's mounting costs and large facilities (which appeared to many to produce nothing) attracted scrutiny from several Congressional auditors. The Truman Committee that investigated wartime waste and fraud attempted to audit the project several times, but each time their inquiries were rejected.^[359]

These Congressional inquiries, along with the need for smooth budgetary approval, led to Bush, Groves, and Stimson agreeing in the spring of 1944 that a few high-ranking Congressmen should be told of the project's purpose. By March 1945, exactly seven Congressmen were officially informed.^[359] The funds were hidden into appropriation requests with the inconspicuous headings, frequently "Engineer Service Army" and "Expediting Production." In late May 1945, to further expedite budget issues and assure the cooperation of Albert J. Engel, who had threatened to reveal the existence of the project if he was not told more about it, five additional Congressmen were permitted to visit the Oak Ridge site to assure themselves of "the reasonableness of the various living accommodations which had been provided, [and] that they actually observe the size and scope of the installations and that some of the complexities of the project be demonstrated to them."^[l]

During the war, the Manhattan Project ultimately produced the three bombs used (the Trinity gadget, Little Boy, and Fat Man), as well as an additional unused Fat Man bomb, making the average wartime cost per bomb around $500 million in 1945 dollars. By comparison, the project's total cost by the end of 1945 was about 90% of the total spent on the production of US small arms (not including ammunition) and 34% of the total spent on US tanks during the same period.^[354] It was the second most expensive weapons project undertaken by the United States during the war, behind only the Boeing B-29 Superfortress.^[361]

The political and cultural impacts of the development of nuclear weapons were profound. William Laurence of The New York Times, the first to use the phrase "Atomic Age",^[366] became the official correspondent for the Manhattan Project in spring 1945. He witnessed both the Trinity test^[367] and the bombing of Nagasaki and wrote the official press releases on them. He went on to write a series of articles extolling the virtues of the new weapon. His reporting helped to spur public awareness of the potential of nuclear technology and motivated its development in the United States and Soviet Union.^[368]

The Manhattan Project left a legacy of a network of national laboratories: the Lawrence Berkeley National Laboratory, Los Alamos National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory, Argonne National Laboratory, and Ames Laboratory. Two more were established by Groves soon after the war, the Brookhaven National Laboratory at Upton, New York, and the Sandia National Laboratories at Albuquerque, New Mexico.^[369] They would be in the vanguard of the kind of large-scale research that Alvin Weinberg, the director of the Oak Ridge National Laboratory, would call Big Science.^[370]Computational science, especially computational engineering, was influenced by the Manhattan Project; Los Alamos ran one of the most advanced tabulating machine facilities in the world.^[371]

The Naval Research Laboratory had long been interested in the prospect of using nuclear power for warship propulsion, and sought to create its own nuclear project. In May 1946, Nimitz, now Chief of Naval Operations, decided that the Navy should instead work with the Manhattan Project. A group of naval officers were assigned to Oak Ridge, the most senior of whom was Captain Hyman G. Rickover, who became assistant director there. They immersed themselves in the study of nuclear energy, laying the foundations for a nuclear-powered navy.^[372] A similar group of Air Force personnel arrived at Oak Ridge in September 1946 with the aim of developing nuclear aircraft.^[373] Their Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft project ran into formidable technical difficulties and was ultimately canceled.^[374]

The ability of the new reactors to create radioactive isotopes in previously unheard-of quantities sparked a revolution in nuclear medicine. Starting in mid-1946, Oak Ridge began distributing radioisotopes to hospitals and universities, primarily iodine-131 and phosphorus-32, for cancer diagnosis and treatment. Isotopes were also used in biological, industrial and agricultural research.^[375]

Its production sites also left a vast legacy of environmental damage. At Hanford, for example, corrosive and radioactive wastes were stored in "hastily fabricated, single-shell, steel-lined, underground storage tanks" that were intended to be temporary.^[376] They were neglected and eventually leaked. Issues of this kind resulted in Hanford becoming "one of the most contaminated nuclear waste sites in North America", and the subject of significant cleanup efforts after it was deactivated.^[377]

On handing over control to the Atomic Energy Commission, Groves bid farewell to the people who had worked on the Manhattan Project:

Five years ago, the idea of Atomic Power was only a dream. You have made that dream a reality. You have seized upon the most nebulous of ideas and translated them into actualities. You have built cities where none were known before. You have constructed industrial plants of a magnitude and to a precision heretofore deemed impossible. You built the weapon which ended the War and thereby saved countless American lives. With regard to peacetime applications, you have raised the curtain on vistas of a new world.^[378]

The Manhattan Project National Historical Park was established on 10 November 2015.^[379]

• The Bomb (film) – 2015 American documentary film
• Oppenheimer (TV series) – 1980 TV miniseries
• Fat Man and Little Boy (film) – 1989 film starring Paul Newman
• Oppenheimer (film) – 2023 film by Christopher Nolan starring Cillian Murphy
• Polytetrafluoroethylene (PTFE), Teflon
• Timeline of nuclear weapons development

English Wikisource has original text related to this article:

Los Alamos Ranch School Seizure Letter

• "The Atomic Bomb and the End of World War II, A Collection of Primary Sources". George Washington University. Retrieved 27 July 2011.
• "Atomic Heritage Foundation". Atomic Heritage Foundation. Retrieved 27 July 2011.
• "Voices of the Manhattan Project". Atomic Heritage Foundation. Retrieved 10 February 2015. — Features hundreds of audio/visual interviews with Manhattan Project veterans.
• "History Center: Los Alamos National Laboratory". Los Alamos National Laboratory. Retrieved 27 July 2011.
• "ORNL: The first 50 Years: History of ORNL". ORNL Review. 25 (3). Archived from the original on 2 June 2016. Retrieved 13 October 2015.
• Manhattan Project and Allied Scientists Collections at the University of Chicago Special Collections Research Center
• Chadwick, Mark B. (3 December 2021). "Nuclear Science for the Manhattan Project and Comparison to Today's ENDF Data". Nuclear Technology. 207 (sup1): S24–S61. arXiv:2103.05727. doi:10.1080/00295450.2021.1901002.