مشروع مانهاتن

أدى اكتشاف الانشطار النووي على يد أوتو هان وفريتز ستراسمان عام 1938، وتفسيره النظري من قبل ليز مايتنر وأوتو فريش ، إلى جعل صنع قنبلة ذرية باستخدام اليورانيوم ممكنًا نظريًا. وسادت مخاوف من أن يسبق مشروع قنبلة ذرية ألماني مشروعًا ألمانيًا في هذا المجال. ^{[ 4 ]} في أغسطس 1939، صاغ ليو زيلارد ويوجين ويغنر رسالة أينشتاين-زيلارد ، التي حذرت من احتمال تطوير "قنابل بالغة القوة من نوع جديد". وحثت الرسالة الولايات المتحدة على تخزين كميات كبيرة من خام اليورانيوم وتسريع أبحاث إنريكو فيرمي وآخرين في مجال التفاعلات النووية المتسلسلة. وقد وقّع ألبرت أينشتاين على الرسالة وسلمها إلى الرئيس فرانكلين د. روزفلت . ^{[ 5 ]}

دعا روزفلت ليمان بريغز لرئاسة لجنة استشارية معنية باليورانيوم ؛ والتقى بريغز مع زيلارد وويغنر وإدوارد تيلر في أكتوبر 1939. ^{[ 5 ]} وقدّمت اللجنة تقريرًا إلى روزفلت في نوفمبر يفيد بأن اليورانيوم "سيوفر مصدرًا محتملاً للقنابل ذات قوة تدميرية تفوق بكثير أي شيء معروف حاليًا". ^{[ 6 ]} وفي فبراير 1940، منحت البحرية الأمريكية جامعة كولومبيا 6000 دولار، ^{[ 7 ]} أنفق فيرمي وزيلارد معظمها على الجرافيت . وقد ابتكر فريق من أساتذة كولومبيا، بمن فيهم فيرمي وزيلارد ويوجين تي. بوث وجون دانينغ، أول تفاعل انشطار نووي في الأمريكتين، مؤكدين بذلك عمل هان وستراسمان. وقام الفريق نفسه لاحقًا ببناء سلسلة من النماذج الأولية للمفاعلات النووية (أو "المفاعلات" كما سماها فيرمي) في قاعة بوبين بجامعة كولومبيا، لكنهم لم يتمكنوا بعد من تحقيق تفاعل متسلسل. ^{[ 8 ]}

اعتبر بعض العلماء المطلعين على عمل لجنة بريغز أنه غير عاجل بما فيه الكفاية. وقد اشتكى كارل تي. كومبتون في أوائل عام 1941 من ذلك.

أثناء تحليلي للوضع، وجدتُ أن بريغز، الذي يتسم بطبيعته بالبطء والتحفظ والمنهجية، والمعتاد على العمل بوتيرة المكاتب الحكومية في زمن السلم، يتبع سياسةً تتوافق مع هذه الصفات، بل وتزداد تقييدًا بسبب متطلبات السرية... وبالنظر إلى هذا الأمر كعنصر من عناصر حالة الطوارئ الحربية الراهنة، فإن سرعة تحقيق الهدف أهم بكثير من السرية المفرطة، وهو ما سيتضح جليًا لو تمكن العلماء الألمان من تطبيق بعض هذه التقنيات فعليًا. ^{[ 9 ]}

عندما شُكّلت لجنة أبحاث الدفاع الوطني (NDRC) في 27 يونيو 1940 لتنسيق الأبحاث العلمية، دُمجت اللجنة الاستشارية المعنية باليورانيوم في المنظمة. ^{[ 10 ]} وفي 28 يونيو 1941، وقّع روزفلت الأمر التنفيذي رقم 8807 ، الذي أنشأ مكتب البحث والتطوير العلمي (OSRD)، ^{[ 11 ]} تحت إدارة فانيفار بوش . مُنح المكتب صلاحية المشاركة في الأبحاث والمشاريع الهندسية الكبيرة، وحُوّل فورًا إلى قسم اليورانيوم التابع لمكتب البحث والتطوير العلمي. ^{[ 12 ]} في يوليو 1941، اقترح بريغز إنفاق 167 ألف دولار على أبحاث اليورانيوم، ولا سيما نظير اليورانيوم-235 ، والبلوتونيوم ، ^{[ 12 ]} الذي تم عزله لأول مرة في جامعة كاليفورنيا في فبراير 1941. ^{[ 13 ] [ أ ]} ومع ذلك، كان العمل لا يزال يُجرى على نطاق ونطاق صغيرين نسبيًا، حيث كان بوش وغيره من المسؤولين لا يزالون متشككين في إمكانية تحقيق العمل نجاحًا سريعًا. ^{[ 9 ]}

في بريطانيا، حقق فريش ورودولف بيرلز في جامعة برمنغهام إنجازًا هامًا في يونيو 1939 بدراسة الكتلة الحرجة لليورانيوم-235. ^{[ 15 ]} أشارت حساباتهما إلى أنها في حدود 10 كيلوغرامات (22 رطلاً) ، وهي كتلة صغيرة بما يكفي لحملها بواسطة قاذفات القنابل في ذلك الوقت. ^{[ 16 ]} أدت مذكرة فريش-بيرلز الصادرة في مارس 1940 إلى إطلاق مشروع القنبلة الذرية البريطاني ولجنة MAUD التابعة له ، ^{[ 17 ]} والتي أوصت بالإجماع بمواصلة تطوير القنبلة الذرية. ^{[ 16 ]} في يوليو 1940، عرضت بريطانيا على الولايات المتحدة الوصول إلى أبحاثها، ^{[ 18 ]} وقدم جون كوكروفت من بعثة تيزارد إحاطة للعلماء الأمريكيين حول التطورات البريطانية. واكتشف أن المشروع الأمريكي كان أصغر حجمًا من المشروع البريطاني، وأقل تقدمًا. ^{[ 19 ]} 

في إطار التبادل العلمي، نُقلت نتائج لجنة MAUD إلى الولايات المتحدة. سافر أحد أعضائها، الفيزيائي الأسترالي مارك أوليفانت ، إلى الولايات المتحدة في أواخر أغسطس 1941، واكتشف أن البيانات التي قدمتها اللجنة لم تصل إلى كبار الفيزيائيين الأمريكيين. انطلق أوليفانت للبحث عن سبب تجاهل نتائج اللجنة. التقى بلجنة اليورانيوم وزار بيركلي، كاليفورنيا ، حيث أقنع إرنست أو. لورانس . وقد أعجب لورانس بما توصل إليه لدرجة أنه بدأ أبحاثه الخاصة في اليورانيوم. بدوره، تحدث إلى جيمس ب. كونانت ، وآرثر هـ. كومبتون ، وجورج ب. بيجرام . وهكذا تكللت مهمة أوليفانت بالنجاح؛ فقد أصبح كبار الفيزيائيين الأمريكيين على دراية بالقوة الكامنة للقنبلة الذرية. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

في 9 أكتوبر 1941، وافق الرئيس روزفلت على تسريع البرنامج الذري. وشكّل فريقًا رفيع المستوى للسياسات ضمّه -رغم أنه لم يحضر أي اجتماع- ونائب الرئيس هنري أ. والاس ، وفانيفار بوش، وكونانت، ووزير الحرب هنري ل. ستيمسون ، ورئيس أركان الجيش الجنرال جورج س. مارشال . اختار روزفلت الجيش لإدارة المشروع بدلًا من البحرية، نظرًا لخبرة الجيش الأوسع في إدارة مشاريع البناء الضخمة. ووافق على تنسيق الجهود مع البريطانيين، وفي 11 أكتوبر أرسل رسالة إلى رئيس الوزراء ونستون تشرشل ، يقترح فيها تبادل الآراء حول المسائل الذرية. ^{[ 22 ]} في هذه الأثناء، كان بوش قد بدأ بالفعل بتوسيع وتغيير قيادة قسم اليورانيوم في مكتب البحث والتطوير التابع لمكتب البحث والتطوير، حيث أبقى على بريغز رئيسًا له، لكنه أضاف ورقى موظفين آخرين. وأُعيد تسمية القسم نفسه إلى القسم S-1. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

ساد اجتماع لجنة S-1 في 18 ديسمبر 1941 "جوٌ من الحماس والإلحاح" ^{[ 25 ]} في أعقاب الهجوم على بيرل هاربر وإعلان الولايات المتحدة الحرب على اليابان وألمانيا . ^{[ 26 ]} كان العمل جارياً على ثلاث تقنيات لفصل النظائر : بحث لورانس وفريقه في جامعة كاليفورنيا الفصل الكهرومغناطيسي ، وبحث فريق إيجر مورفري وجيسي ويكفيلد بيمز في الانتشار الغازي في جامعة كولومبيا ، وأدار فيليب أبيلسون أبحاثاً حول الانتشار الحراري في مؤسسة كارنيجي في واشنطن، ولاحقاً في مختبر الأبحاث البحرية . ^{[ 27 ]} كما أشرف مورفري على مشروع فصل، أداره بيمز، لدراسة استخدام أجهزة الطرد المركزي الغازية . ^{[ 28 ]} في غضون ذلك، كان هناك خطان بحثيان في تكنولوجيا المفاعلات النووية ، مع مهدئات نيوترونية مختلفة : أجرى هارولد أوري أبحاثًا حول مفاعلات الماء الثقيل في جامعة كولومبيا، بينما قام آرثر كومبتون بتنظيم مختبر المعادن في جامعة شيكاغو في أوائل عام 1942 لدراسة البلوتونيوم والمفاعلات المهدئة بالجرافيت . ^{[ 29 ]}

أوصت لجنة S-1 بمتابعة التقنيات الخمس جميعها في آن واحد. وقد حظي هذا الاقتراح بموافقة بوش وكونانت والعميد فيلهلم د. ستاير ، الذي عُيّن ممثلاً للجيش في الشؤون النووية. ^{[ 27 ]} ثمّ رفع بوش وكونانت التوصية إلى فريق السياسات العليا مع اقتراح ميزانية بقيمة 54  مليون دولار لأعمال البناء التي يُنفّذها فيلق المهندسين بالجيش الأمريكي ، و31  مليون دولار للبحث والتطوير من قِبل مكتب البحث والتطوير، و5  ملايين دولار للطوارئ في السنة المالية 1943. وقد برّرا ذلك بالخوف من قنبلة ذرية ألمانية. أوصى الاقتراح باختيار مواقع جديدة للبحث والإنتاج، وتحديد أولويات الإنتاج، وإخضاع المشروع بأكمله لأنظمة أمنية صارمة. وفي 17 يونيو 1942، وافق الرئيس روزفلت على التوصيات. ^{[ 27 ]}

في يونيو 1942، اختار رئيس المهندسين، اللواء يوجين ريبولد، العقيد جيمس سي . مارشال لرئاسة الجزء الخاص بالجيش من المشروع. أنشأ مارشال مكتب اتصال في واشنطن العاصمة، لكنه اتخذ من 270 برودواي في نيويورك مقرًا مؤقتًا له، حيث كان بإمكانه الاستفادة من الدعم الإداري المقدم من قسم شمال الأطلسي التابع لفيلق المهندسين . كان المقر قريبًا من مكتب مانهاتن لشركة ستون آند ويبستر ، المقاول الرئيسي للمشروع، ومن جامعة كولومبيا. وقد حصل على إذن بالاستعانة بموظفين من قيادته السابقة، منطقة سيراكيوز، وبدأ العمل بالمقدم كينيث نيكولز ، الذي أصبح نائبه. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

نظرًا لأن معظم مهام مارشال انصبت على أعمال البناء، فقد عمل بالتعاون مع رئيس قسم الإنشاءات في سلاح المهندسين، اللواء توماس إم. روبنز ، ونائبه، العقيد ليزلي غروفز . قرر ريبولد وسومرفيل وستاير تسمية المشروع "تطوير مواد بديلة"، لكن غروفز رأى أن هذا الاسم سيثير الانتباه. ولأن المناطق الهندسية عادةً ما تحمل اسم المدينة التي تقع فيها، اتفق مارشال وغروفز على تسمية وحدة الجيش "منطقة مانهاتن"؛ أنشأ ريبولد هذه المنطقة رسميًا في 13 أغسطس. عُرفت هذه المنطقة بشكل غير رسمي باسم "منطقة مانهاتن الهندسية" أو اختصارًا "MED". على عكس المناطق الأخرى، لم تكن لها حدود جغرافية، وكان لمارشال صلاحيات مهندس قسم. بقي "تطوير مواد بديلة" الاسم الرمزي الرسمي للمشروع ككل، ولكن تم استبداله بمرور الوقت باسم "مانهاتن". ^{[ 31 ] [ 32 ]}

أقرّ مارشال لاحقًا بأنه "لم يسمع قطّ بالانشطار الذري، لكنه كان يعلم أنه لا يمكن بناء محطة كبيرة، فضلًا عن أربع محطات، بمبلغ 90  مليون دولار". ^{[ 33 ]} وقد كلّف مصنع واحد لمادة تي إن تي ، بناه نيكولز مؤخرًا في بنسلفانيا، 128  مليون دولار. ^{[ 34 ]} كما لم يقتنعوا بالتقديرات التقريبية، التي شبّهها غروفز بإخبار متعهد حفلات بالاستعداد لما بين عشرة وألف ضيف. ^{[ 35 ]} وكان فريق مسح من شركة ستون آند ويبستر قد استكشف بالفعل موقعًا لمحطات الإنتاج. أوصى مجلس إنتاج الحرب بمواقع حول نوكسفيل، تينيسي ، وهي منطقة معزولة حيث يمكن لهيئة وادي تينيسي توفير طاقة كهربائية وافرة، ويمكن للأنهار توفير مياه التبريد للمفاعلات. بعد فحص عدة مواقع، اختار فريق المسح موقعًا بالقرب من إلزا، تينيسي . نصح كونانت بالاستحواذ عليه فورًا، ووافق ستاير، لكن مارشال تريّث، منتظرًا نتائج تجارب كونانت على المفاعل. ^{[ 36 ]} من بين العمليات المحتملة، بدت عملية الفصل الكهرومغناطيسي لورانس فقط متقدمة بما يكفي لبدء البناء. ^{[ 37 ]}

بدأ مارشال ونيكولز بتجميع الموارد اللازمة. وكانت الخطوة الأولى هي الحصول على تصنيف أولوية عالية للمشروع. تراوحت أعلى التصنيفات من AA-1 إلى AA-4 تنازليًا، مع وجود تصنيف AAA خاص مخصص لحالات الطوارئ. كان التصنيفان AA-1 وAA-2 مخصصين للأسلحة والمعدات الأساسية، لذا رأى العقيد لوسيوس د. كلاي ، نائب رئيس الأركان في قسم الخدمات والإمداد لشؤون المتطلبات والموارد، أن أعلى تصنيف يمكنه منحه هو AA-3، مع استعداده لمنح تصنيف AAA عند الطلب للمواد الحيوية إذا دعت الحاجة. ^{[ 38 ]} شعر نيكولز ومارشال بخيبة أمل؛ إذ كان تصنيف AA-3 هو نفس تصنيف أولوية مصنع TNT التابع لنيكولز في بنسلفانيا. ^{[ 39 ]}

في ربيع عام ١٩٤٢، طلب آرثر كومبتون من الفيزيائي النظري ج. روبرت أوبنهايمر من جامعة كاليفورنيا تولي أبحاث حسابات النيوترونات السريعة - وهي أساسية لحسابات الكتلة الحرجة وانفجار الأسلحة - من غريغوري بريت ، الذي استقال في ١٨ مايو ١٩٤٢ بسبب مخاوف تتعلق بتراخي إجراءات الأمن العملياتي. ^{[ ٤٠ ]} وكُلِّف جون هـ. مانلي ، الفيزيائي في مختبر المعادن، بمساعدة أوبنهايمر من خلال تنسيق مجموعات الفيزياء التجريبية المنتشرة في أنحاء البلاد. ^{[ ٤١ ]} درس أوبنهايمر وروبرت سيربر من جامعة إلينوي مشكلات انتشار النيوترونات - كيفية تحرك النيوترونات في التفاعل النووي المتسلسل - والديناميكا المائية - كيفية تصرف الانفجار الناتج عن التفاعل المتسلسل. ^{[ ٤٢ ]}

لمراجعة هذا العمل والنظرية العامة لتفاعلات الانشطار، عقد أوبنهايمر وفيرمي اجتماعات في جامعة شيكاغو في يونيو وفي جامعة كاليفورنيا في يوليو 1942 مع الفيزيائيين النظريين هانز بيته ، وجون فان فليك ، وإدوارد تيلر، وإميل كونوبينسكي ، وروبرت سيربر، وستان فرانكل ، وإلدريد سي. (كارلايل) نيلسون، والفيزيائيين التجريبيين إميليو سيغري ، وفيليكس بلوخ ، وفرانكو راسيتي ، ومانلي، وإدوين ماكميلان . وقد أكدوا مبدئيًا أن قنبلة الانشطار ممكنة نظريًا. ^{[ 42 ]}

كانت خصائص اليورانيوم-235 النقي غير معروفة نسبيًا، وكذلك خصائص البلوتونيوم، الذي لم يُعزل إلا على يد غلين سيبورغ وفريقه في فبراير 1941. تصوّر العلماء في مؤتمر يوليو 1942 إنتاج البلوتونيوم في المفاعلات النووية حيث تمتص ذرات اليورانيوم-238 النيوترونات المنبعثة من انشطار اليورانيوم-235. في ذلك الوقت، لم يكن أي مفاعل قد بُني، ولم تكن كميات البلوتونيوم المتوفرة من السيكلوترونات سوى ضئيلة . ^{[ 13 ]} حتى ديسمبر 1943، لم يُنتج سوى مليغرامين فقط. ^{[ 43 ]} كانت هناك طرق عديدة لترتيب المادة الانشطارية في كتلة حرجة. أبسطها كان إطلاق "سدادة أسطوانية" في كرة من "المادة النشطة" مع "مادة ضاغطة" - وهي مادة كثيفة لتركيز النيوترونات إلى الداخل والحفاظ على تماسك الكتلة المتفاعلة لزيادة كفاءتها. ^{[ 44 ]} كما استكشفوا تصميمات تتضمن أشكالًا كروية ، وشكلًا بدائيًا من " الانفجار الداخلي " اقترحه ريتشارد سي. تولمان ، وإمكانية استخدام طرق التحفيز الذاتي لزيادة كفاءة القنبلة أثناء انفجارها. ^{[ 45 ]}

بعد أن استقرت فكرة القنبلة الانشطارية نظريًا - على الأقل حتى توفر المزيد من البيانات التجريبية - حثّ إدوارد تيلر على مناقشة قنبلة أكثر قوة: القنبلة "الخارقة"، والتي تُعرف الآن باسم " القنبلة الهيدروجينية "، والتي تستخدم قوة انفجار قنبلة انشطارية لإشعال تفاعل اندماج نووي بين الديوتيريوم والتريتيوم . ^{[ 46 ]} اقترح تيلر مخططات عديدة، لكن بيث رفضها جميعًا. وهكذا ، تم تأجيل فكرة الاندماج للتركيز على إنتاج القنابل الانشطارية. ^{[ 47 ]} أثار تيلر احتمالًا نظريًا مفاده أن القنبلة الذرية قد "تشعل" الغلاف الجوي بسبب تفاعل اندماج افتراضي لنوى النيتروجين. ^{[ ب ]} وقدّر بيث أن هذا الاحتمال "مستبعد للغاية". ^{[ 49 ]} وخلص تقرير صدر بعد الحرب، شارك تيلر في تأليفه، إلى أنه "مهما بلغت درجة حرارة جزء من الغلاف الجوي، فمن غير المرجح أن تبدأ سلسلة تفاعلات نووية ذاتية الانتشار". ^{[ ٥٠ ]} في رواية سيربر، ذكر أوبنهايمر احتمال هذا السيناريو لآرثر كومبتون ، الذي "لم يكن لديه من الحكمة ما يكفي ليصمت بشأنه. بطريقة ما، وصل الأمر إلى وثيقة رُفعت إلى واشنطن" و"لم يُطوَى صفحتها أبدًا". ^{[ ج ]}

لم يرضَ فانيفار بوش عن فشل العقيد مارشال في تسريع وتيرة المشروع ^{[ 53 ]،} وشعر بضرورة وجود قيادة أكثر حزمًا. فتحدث إلى هارفي بوندي والجنرالات مارشال وسومرفيل وستير بشأن مخاوفه، داعيًا إلى وضع المشروع تحت إشراف لجنة سياسات عليا، يرأسها ضابط مرموق، ويفضل أن يكون ستير. ^{[ 39 ]}

اختار سومرفيل وستير غروفز لهذا المنصب؛ وأمر الجنرال مارشال بترقيته إلى رتبة عميد، ^{[ 54 ]} إذ رُئي أن لقب "جنرال" سيكون له تأثير أكبر على العلماء الأكاديميين العاملين في المشروع. ^{[ 55 ]} وبموجب أوامر غروفز، أصبح تحت إمرة سومرفيل مباشرةً بدلاً من ريبولد، وأصبح العقيد مارشال مسؤولاً أمام غروفز. ^{[ 56 ]} أنشأ غروفز مقره في واشنطن العاصمة، في مبنى وزارة الحرب الجديد ، حيث كان مكتب الاتصال الخاص بالعقيد مارشال. ^{[ 57 ]} تولى قيادة مشروع مانهاتن في 23 سبتمبر 1942. وفي وقت لاحق من ذلك اليوم، حضر اجتماعًا دعا إليه ستيمسون، والذي أنشأ لجنة السياسة العسكرية، المسؤولة أمام مجموعة السياسة العليا، والتي تضم بوش (مع كونانت كعضو احتياطي)، وستير، والأميرال ويليام ر. بورنيل . ^{[ 54 ]} عُيّن تولمان وكونانت لاحقًا مستشارين علميين لغروفز. ^{[ 58 ]}

في 19 سبتمبر، توجه غروفز إلى دونالد نيلسون ، رئيس مجلس الإنتاج الحربي، وطلب منه صلاحيات واسعة لمنح تصنيف AAA كلما دعت الحاجة. تردد نيلسون في البداية، لكنه سرعان ما وافق عندما هدد غروفز باللجوء إلى الرئيس. ^{[ 59 ]} وعد غروفز بعدم استخدام تصنيف AAA إلا عند الضرورة. وسرعان ما اتضح أن تصنيف AAA كان مرتفعًا جدًا بالنسبة للمتطلبات الروتينية للمشروع، بينما كان تصنيف AA-3 منخفضًا جدًا. بعد حملة طويلة، حصل غروفز أخيرًا على صلاحية AA-1 في 1 يوليو 1944. ^{[ 60 ]} ووفقًا لغروفز، "في واشنطن، أدركت أهمية الأولوية القصوى. كان معظم ما يُقترح في إدارة روزفلت يحظى بالأولوية القصوى. وكان ذلك يستمر لمدة أسبوع أو أسبوعين، ثم يحصل شيء آخر على الأولوية القصوى". ^{[ 61 ]}

كانت إحدى المشكلات المبكرة التي واجهها غروفز هي إيجاد مدير لمشروع "واي" ، وهو الفريق الذي سيتولى تصميم وبناء القنبلة. كان الخيار الأنسب هو أحد رؤساء المختبرات الثلاثة: يوري، أو لورانس، أو آرثر كومبتون، لكن لم يكن بالإمكان الاستغناء عنهم. رشّح كومبتون أوبنهايمر، الذي كان على دراية تامة بمفاهيم تصميم القنبلة. مع ذلك، كان أوبنهايمر يفتقر إلى الخبرة الإدارية، وعلى عكس يوري، ولورانس، وكومبتون، لم يفز بجائزة نوبل، التي رأى العديد من العلماء أنها من حق رئيس مختبر بهذه الأهمية. كما كانت هناك مخاوف بشأن الوضع الأمني ​​لأوبنهايمر، إذ كان العديد من معاونيه شيوعيين ، بمن فيهم زوجته كيتي ، وصديقته جين تاتلوك ، وشقيقه فرانك . أقنعت محادثة مطولة في أكتوبر 1942 غروفز ونيكولز بأن أوبنهايمر يفهم تمامًا المسائل المتعلقة بإنشاء مختبر في منطقة نائية، وأنه ينبغي تعيينه مديرًا له. تنازل غروفز شخصياً عن متطلبات الأمن وأصدر تصريح أوبنهايمر في 20 يوليو 1943. ^{[ 62 ] [ 63 ]}

تبادل البريطانيون والأمريكيون المعلومات النووية، لكنهم لم يوحدوا جهودهم في البداية؛ ففي عامي 1940-1941، كان المشروع البريطاني ( أنابيب السبائك ) أكبر وأكثر تقدماً. ^{[ 19 ]} عارضت القيادة البريطانية في البداية عرضاً قدمه بوش وكونانت في أغسطس 1941 لتوحيد الجهود الذرية للبلدين، ^{[ 64 ]} لكن البريطانيين، الذين حققوا تقدماً كبيراً في الأبحاث في بداية الحرب، لم تكن لديهم الموارد الكافية لتطوير المشروع في ظل تخصيص جزء كبير من اقتصادهم للحرب؛ وسرعان ما تخلف مشروع أنابيب السبائك عن نظيره الأمريكي. ^{[ 65 ]} انعكست أدوار البلدين، ^{[ 66 ]} وفي يناير 1943، أبلغ كونانت البريطانيين أنهم لن يتلقوا معلومات ذرية بعد الآن إلا في مجالات محددة. ^{[ 67 ] [ 68 ]} بحث البريطانيون إمكانية إنشاء برنامج نووي مستقل، لكنهم خلصوا إلى أنه لن يكون جاهزاً في الوقت المناسب للتأثير على الحرب في أوروبا . ^{[ 69 ]}

بحلول مارس 1943، قرر كونانت أن جيمس تشادويك وعالمًا أو اثنين آخرين من العلماء البريطانيين كانوا على قدرٍ كافٍ من الأهمية بحيث يحتاج إليهم فريق تصميم القنبلة في لوس ألاموس، على الرغم من خطر كشف أسرار تصميم السلاح. ^{[ 70 ]} في أغسطس 1943، تفاوض تشرشل وروزفلت على اتفاقية كيبيك ، ^{[ 71 ] [ 72 ]} التي أنشأت لجنة السياسة المشتركة لتنسيق جهود الولايات المتحدة والمملكة المتحدة؛ لم تكن كندا من الدول الموقعة، لكن الاتفاقية نصت على وجود ممثل كندي في لجنة السياسة المشتركة نظرًا لمساهمة كندا في هذا الجهد. ^{[ 73 ]} اتفاقية بين روزفلت وتشرشل تُعرف باسم مذكرة هايد بارك ، وُقعت في أواخر سبتمبر 1944، مددت اتفاقية كيبيك إلى فترة ما بعد الحرب، واقترحت أنه "عندما تصبح القنبلة متاحة أخيرًا، فربما يمكن، بعد دراسة متأنية، استخدامها ضد اليابانيين، الذين يجب تحذيرهم من أن هذا القصف سيتكرر حتى يستسلموا". ^{[ 74 ] [ 75 ]}

عندما استؤنف التعاون بعد اتفاقية كيبيك، أذهل التقدم الأمريكي ونفقات الأمريكيين البريطانيين. ضغط تشادويك من أجل مشاركة بريطانيا الكاملة في مشروع مانهاتن، وتخلى عن آماله في مشروع بريطاني مستقل خلال الحرب. ^{[ 69 ]} وبدعم من تشرشل، سعى لضمان تلبية جميع طلبات المساعدة المقدمة من غروفز. ^{[ 76 ]} ضمت البعثة البريطانية التي وصلت إلى الولايات المتحدة في ديسمبر 1943 كلاً من نيلز بور ، وأوتو فريش، وكلاوس فوكس ، ورودولف بيرلز، وإرنست تيتيرتون . ^{[ 77 ]} وصل المزيد من العلماء في أوائل عام 1944. وبينما غادر أولئك المكلفون بدراسة الانتشار الغازي بحلول خريف عام 1944، تم إلحاق الخمسة والثلاثين الذين كانوا يعملون تحت إشراف أوليفانت مع لورانس في بيركلي بمجموعات المختبرات القائمة، وبقي معظمهم حتى نهاية الحرب. انضم التسعة عشر الذين أُرسلوا إلى لوس ألاموس إلى مجموعات قائمة، معظمها معنية بالانفجار الداخلي وتجميع القنابل، باستثناء المجموعات المعنية بالبلوتونيوم. ^{[ 69 ]} نصّ اتفاق كيبيك على عدم استخدام الأسلحة النووية ضد أي دولة أخرى دون موافقة متبادلة من الولايات المتحدة والمملكة المتحدة. وفي يونيو/حزيران 1945، وافق ويلسون على تسجيل قصف اليابان النووي كقرار صادر عن لجنة السياسة المشتركة. ^{[ 78 ]}

أنشأت لجنة السياسات المشتركة صندوق التنمية المشترك في يونيو 1944، برئاسة غروفز، بهدف شراء خامات اليورانيوم والثوريوم من الأسواق الدولية. كانت الكونغو البلجيكية وكندا تمتلكان معظم احتياطيات اليورانيوم العالمية خارج أوروبا الشرقية، وكانت الحكومة البلجيكية في المنفى تتخذ من لندن مقرًا لها. وافقت بريطانيا على منح الولايات المتحدة معظم الخام البلجيكي، نظرًا لعدم قدرتها على استخدام معظم الإمدادات دون تقييد الأبحاث الأمريكية. ^{[ 79 ]} في عام 1944، اشترى الصندوق 3,440,000 رطل (1,560,000 كيلوغرام) من خام أكسيد اليورانيوم من شركات تُشغّل مناجم في الكونغو البلجيكية. ولتجنب إطلاع وزير الخزانة الأمريكي هنري مورغنثاو الابن ، استُخدم حساب خاص غير خاضع للتدقيق والرقابة المعتادة لحفظ أموال الصندوق. بين عامي 1944 واستقالته من الصندوق عام 1947، أودع غروفز ما مجموعه 37.5 مليون دولار. ^{[ 80 ]}  

قال غروفز لاحقًا إن مساهمات العلماء البريطانيين المباشرة في مشروع مانهاتن كانت "مفيدة ولكنها ليست حيوية"، ولكن "ربما لم تكن لتُلقى قنبلة ذرية على هيروشيما" لولا دافع بريطانيا (وخاصة تشرشل). ^{[ 81 ]} وكانت مشاركة بريطانيا في زمن الحرب حاسمة لنجاح برنامجها المستقل للأسلحة النووية عندما أنهى قانون ماكماهون لعام 1946 التعاون النووي الأمريكي مؤقتًا. ^{[ 69 ]}

في اليوم التالي لتوليه المشروع، سافر غروفز إلى ولاية تينيسي برفقة العقيد مارشال لتفقد الموقع المقترح هناك، وقد أعجب غروفز به. ^{[ 83 ] [ 84 ]} في 29 سبتمبر 1942، أذن وكيل وزارة الحرب الأمريكية روبرت ب. باترسون لفيلق المهندسين بالاستحواذ على 56,000 فدان (23,000 هكتار) من الأراضي عن طريق الاستملاك بتكلفة 3.5 مليون دولار. وتم الاستحواذ لاحقًا على 3,000 فدان إضافية (1,200 هكتار) . تأثرت حوالي 1,000 عائلة بهذا القرار، الذي دخل حيز التنفيذ في 7 أكتوبر. ^{[ 85 ]} لم تُجدِ الاحتجاجات والطعون القانونية ولا حتى تحقيق الكونغرس عام 1943 نفعًا. ^{[ ٨٦ ]} بحلول منتصف نوفمبر، كان المارشالات الأمريكيون يعلقون إشعارات الإخلاء على أبواب المزارع، وبدأ مقاولو البناء بالانتقال إليها. ^{[ ٨٧ ]} أُعطيت بعض العائلات مهلة أسبوعين لإخلاء المزارع التي كانت منازلهم لأجيال. ^{[ ٨٨ ]} بلغت التكلفة النهائية للاستحواذ على الأرض، والذي لم يكتمل حتى مارس ١٩٤٥، حوالي ٢.٦ مليون دولار فقط - أي ما يعادل ٤٧ دولارًا للفدان تقريبًا. ^{[ ٨٩ ]} عندما عُرض على حاكم ولاية تينيسي ، برنتيس كوبر ، إعلانٌ يُعلن أوك ريدج منطقة حظر تام لا يُسمح لأحد بدخولها دون إذن عسكري، مزّقه غاضبًا. ^{[ ٩٠ ]}    

كان الموقع يُعرف في البداية باسم ميدان كينغستون للهدم، ثم أُعيدت تسميته رسميًا إلى أعمال كلينتون الهندسية (CEW) في أوائل عام 1943. ^{[ 91 ]} وبينما ركزت شركة ستون آند ويبستر على مرافق الإنتاج، قامت شركة الهندسة المعمارية والهندسية سكيدمور، أوينغز وميريل بتطوير مجمع سكني يتسع لـ 13000 نسمة. يقع المجمع على سفوح بلاك أوك ريدج، التي استمدت منها مدينة أوك ريدج الجديدة اسمها. ^{[ 92 ]} ازداد الوجود العسكري في أوك ريدج في أغسطس 1943 عندما حل نيكولز محل مارشال كرئيس لمنطقة مانهاتن الهندسية. كانت إحدى أولى مهامه نقل مقر المنطقة إلى أوك ريدج، على الرغم من أن اسم المنطقة لم يتغير. ^{[ 93 ]} في سبتمبر 1943، أُسندت إدارة مرافق المجمع إلى شركة تيرنر للإنشاءات من خلال شركة تابعة لها، وهي شركة روان-أندرسون. ^{[ 94 ]} شارك مهندسو الكيمياء في "جهود حثيثة" لإنتاج يورانيوم 235 مخصب بنسبة تتراوح بين 10% و12%، مع تشديد الإجراءات الأمنية وسرعة الحصول على الموافقات اللازمة للإمدادات والمواد. ^{[ 95 ]} سرعان ما تجاوز عدد سكان أوك ريدج الخطط الأولية بكثير، وبلغ ذروته عند 75,000 نسمة في مايو 1945، حيث كان يعمل آنذاك 82,000 شخص في شركة كلينتون للهندسة، ^{[ 82 ]} و10,000 شخص في شركة روان-أندرسون. ^{[ 94 ]}

طُرحت فكرة إنشاء مشروع Y في أوك ريدج، ولكن تقرر أن يكون في موقع ناءٍ. وبناءً على توصية أوبنهايمر، انحصر البحث عن موقع مناسب في محيط ألبوكيرك، نيو مكسيكو ، حيث كان أوبنهايمر يمتلك مزرعة. ^{[ 96 ]} في 16 نوفمبر 1942، قام أوبنهايمر وغروفز ودادلي وآخرون بجولة في محيط مدرسة مزرعة لوس ألاموس . وأبدى أوبنهايمر تفضيلًا كبيرًا للموقع، مشيرًا إلى جماله الطبيعي، الذي كان يُؤمل أن يُلهم العاملين في المشروع. ^{[ 97 ] [ 98 ]} كان المهندسون قلقين بشأن سوء حالة الطريق المؤدي إلى الموقع، وما إذا كان إمداد المياه سيكون كافيًا، لكنهم شعروا بخلاف ذلك أنه مثالي. ^{[ 99 ]}

وافق باترسون على الاستحواذ على الموقع في 25 نوفمبر 1942، مُصرِّحًا بمبلغ 440,000 دولار لشراء 54,000 فدان (22,000 هكتار) مُحسوبة مُسبقًا ، جميعها باستثناء 8,900 فدان (3,600 هكتار) كانت مملوكة بالفعل للحكومة الفيدرالية. ^{[ 100 ]} منح وزير الزراعة كلود ر. ويكارد حوالي 45,000 فدان (18,000 هكتار) من أراضي دائرة الغابات الأمريكية لوزارة الحرب "طالما استمرت الضرورة العسكرية". ^{[ 101 ]} بلغت مساحة الأراضي المشتراة في زمن الحرب في نهاية المطاف 49,383 فدانًا (19,985 هكتارًا) ، ولكن لم يُنفق منها سوى 414,971 دولارًا. ^{[ 102 ]} بدأ العمل في ديسمبر 1942. خصص غروفز في البداية 300 ألف دولار للبناء، أي ثلاثة أضعاف تقدير أوبنهايمر، ولكن بحلول الوقت الذي انتهى فيه سوندت ^{[ د ]} في 30 نوفمبر 1943، تم إنفاق أكثر من 7 ملايين دولار. ^{[ 105 ]}     

خلال الحرب، كان يُشار إلى لوس ألاموس باسم "الموقع Y" أو "التلة". ^{[ 106 ]} في البداية، كان من المقرر أن يكون مختبرًا عسكريًا، حيث كان أوبنهايمر وباحثون آخرون سينضمون إلى الجيش، لكن روبرت باشر وإيزيدور رابي رفضا الفكرة وأقنعا أوبنهايمر بأن علماء آخرين سيعترضون. عندها، توصل كونانت وغروفز وأوبنهايمر إلى حل وسط يقضي بتشغيل المختبر من قبل جامعة كاليفورنيا بموجب عقد مع وزارة الحرب. ^{[ 107 ]} أدارت دوروثي ماكيبين المكتب الفرعي في سانتا فيه، حيث كانت تستقبل الوافدين الجدد وتصدر لهم تصاريح الدخول. ^{[ 108 ]}

قرر مجلس الجيش التابع لمكتب البحث والتطوير في 25 يونيو 1942 إنشاء محطة تجريبية لإنتاج البلوتونيوم في محمية غابة أرجون ، جنوب غرب شيكاغو. وقد سُميت هذه المحطة بالموقع "أ" . في يوليو، رتب نيكولز استئجار 1025 فدانًا (415 هكتارًا) من مقاطعة كوك كاونتي لحماية الغابات ، وعُين الكابتن جيمس ف. غرافتون مهندسًا لمنطقة شيكاغو. وسرعان ما اتضح أن حجم العمليات يفوق قدرة المنطقة، فتقرر بناء المحطة التجريبية في أوك ريدج والإبقاء على منشأة البحث والاختبار في شيكاغو. ^{[ 109 ] [ 110 ]} 

أدت التأخيرات في إنشاء المحطة في الموقع (أ) إلى قيام آرثر كومبتون بتفويض مختبر المعادن لبناء أول مفاعل نووي أسفل مدرجات ملعب ستاغ في جامعة شيكاغو. تطلب المفاعل كمية هائلة من كتل الجرافيت عالية النقاء واليورانيوم في صورتيه المعدنية وأكسيد المسحوق. في ذلك الوقت، كان مصدر معدن اليورانيوم النقي محدودًا ؛ إذ لم يتمكن فرانك سبيدينغ من جامعة ولاية أيوا إلا من إنتاج طنين قصيرين فقط . وقد وفر مصنع ويستنغهاوس للمصابيح ثلاثة أطنان قصيرة، تم إنتاجها على عجل وبعملية بدائية. وقامت شركة غوديير للإطارات ببناء بالون مربع كبير لتغليف المفاعل. ^{[ 111 ] [ 112 ]}

في 2 ديسمبر 1942، بدأ فريق بقيادة إنريكو فيرمي أول تفاعل نووي ^{متسلسل اصطناعي} ذاتي الاستدامة في مفاعل تجريبي يُعرف باسم " ^مفاعل شيكاغو-1" . ^{[ 114 ]} في يناير 1943، أمر خليفة غرافتون، الرائد آرثر ف. بيترسون ، بتفكيك مفاعل "مفاعل شيكاغو-1" وإعادة تجميعه في الموقع "أ" داخل المحمية الحرجية، إذ اعتبر تشغيل المفاعل شديد الخطورة على منطقة مكتظة بالسكان. ^{[ 115 ]} استمر الموقع "أ" في إجراء البحوث العلمية كامتداد سري للمختبر المعدني في الجامعة. كما وصل مفاعل "مفاعل شيكاغو-3" ، وهو أول مفاعل يعمل بالماء الثقيل، إلى حالة التشغيل الحرجة في هذا الموقع، في 15 مايو 1944. ^{[ 116 ] [ 117 ]} بعد الحرب، نُقلت العمليات في الموقع "أ" حوالي 9.7 كيلومترات (6 أميال ) إلى مقاطعة دوبيج ، حيث يقع حاليًا مختبر أرغون الوطني . ^{[ 110 ]} 

بحلول ديسمبر 1942، تزايدت المخاوف من أن أوك ريدج نفسها كانت قريبة جدًا من مركز سكاني رئيسي (نوكسفيل) في حال وقوع حادث نووي كبير، وهو أمر مستبعد. استعان غروفز بشركة دوبونت في نوفمبر 1942 لتكون المقاول الرئيسي لبناء مجمع إنتاج البلوتونيوم. لم يكن رئيس الشركة، والتر إس. كاربنتر الابن ، يرغب في تحقيق أي ربح؛ ولأسباب قانونية، تم الاتفاق على رسوم رمزية قدرها دولار واحد. ^{[ 118 ]}

أوصت شركة دوبونت بأن يكون الموقع بعيدًا عن منشأة إنتاج اليورانيوم القائمة في أوك ريدج. ^{[ 119 ]} في ديسمبر 1942، أرسل غروفز العقيد فرانكلين ماتياس ومهندسي دوبونت لاستكشاف مواقع محتملة. أفاد ماتياس أن موقع هانفورد بالقرب من ريتشلاند، واشنطن ، كان "مثاليًا من جميع النواحي تقريبًا". كان الموقع معزولًا وقريبًا من نهر كولومبيا ، الذي يمكن أن يوفر كمية كافية من المياه لتبريد المفاعلات. زار غروفز الموقع في يناير وأسس أعمال هانفورد الهندسية (HEW)، والتي أُطلق عليها الاسم الرمزي "الموقع W". ^{[ 120 ]}

وافق وكيل الوزارة باترسون في 9 فبراير، مُخصصًا 5  ملايين دولار للاستحواذ على 430 ألف فدان (170 ألف هكتار) . قامت الحكومة الفيدرالية بنقل نحو 1500 من سكان المستوطنات المجاورة، بالإضافة إلى قبيلة وانابوم وقبائل أخرى كانت تستخدم المنطقة. نشأ نزاع مع المزارعين حول التعويض عن المحاصيل التي زُرعت بالفعل. وحيثما سمحت الجداول الزمنية، سمح الجيش بحصاد المحاصيل، لكن هذا لم يكن ممكنًا دائمًا. ^{[ 120 ]} استمرت عملية الاستحواذ على الأراضي لفترة طويلة ولم تكتمل قبل نهاية مشروع مانهاتن في ديسمبر 1946. ^{[ 121 ]} 

لم يُؤدِّ الخلاف إلى تأخير العمل. ورغم أنَّ التقدم في تصميم المفاعل في مختبر المعادن وشركة دوبونت لم يكن كافيًا للتنبؤ بدقة بنطاق المشروع، فقد بدأ العمل في أبريل 1943 على إنشاء مرافق لنحو 25,000 عامل، كان من المتوقع أن يقيم نصفهم في الموقع. وبحلول يوليو 1944، تم تشييد حوالي 1,200 مبنى، وكان ما يقرب من 51,000 شخص يعيشون في معسكر البناء. وبصفته مهندس المنطقة، مارس ماتياس السيطرة الكاملة على الموقع. ^{[ 122 ]} في ذروته، كان معسكر البناء ثالث أكبر مدينة من حيث عدد السكان في ولاية واشنطن. ^{[ 123 ]} شغّلت هانفورد أسطولًا يضم أكثر من 900 حافلة، أي أكثر من مدينة شيكاغو. ^{[ 124 ]} ومثل لوس ألاموس وأوك ريدج، كانت ريتشلاند مجمعًا سكنيًا مسورًا ذو دخول محدود، لكنها بدت أشبه بمدينة أمريكية نموذجية مزدهرة في زمن الحرب: كان الطابع العسكري أقل وضوحًا، وكانت عناصر الأمن المادي مثل الأسوار العالية وكلاب الحراسة أقل بروزًا. ^{[ 125 ]}

قدمت كندا الأبحاث والاستخراج والإنتاج لليورانيوم والبلوتونيوم، وعمل علماء كنديون في لوس ألاموس. ^{[ 126 ] [ 127 ]}

على الرغم من أن تصاميم دوبونت المفضلة للمفاعلات النووية كانت تعتمد على التبريد بالهيليوم واستخدام الجرافيت كمهدئ، إلا أن دوبونت أبدت اهتمامًا باستخدام الماء الثقيل كخيار احتياطي. كان مشروع P-9 هو الاسم الرمزي الحكومي لبرنامج إنتاج الماء الثقيل. وقُدِّر أن الإنتاج المطلوب هو 3 أطنان قصيرة (2.7 طن متري) من الماء الثقيل شهريًا. وكان بإمكان مصنع تريل، الذي كان قيد الإنشاء آنذاك، إنتاج 0.5 طن قصير (0.45 طن متري) شهريًا. ولذلك، أذن غروفز لشركة دوبونت بإنشاء مرافق لإنتاج الماء الثقيل في مصانع مورغانتاون للذخائر، بالقرب من مورغانتاون، فيرجينيا الغربية ؛ وفي مصانع واباش ريفر للذخائر ، بالقرب من دانا ونيوبورت ، إنديانا ؛ وفي مصانع ألاباما للذخائر ، بالقرب من تشيلديرسبيرغ وسيلاكوغا ، ألاباما . وعلى الرغم من أنها عُرفت باسم مصانع الذخائر ومُوِّلت بموجب عقود إدارة الذخائر ، إلا أن فيلق المهندسين بالجيش الأمريكي هو من قام ببنائها وتشغيلها. وقد استخدمت المصانع الأمريكية عملية مختلفة عن تلك المستخدمة في تريل. تم استخلاص الماء الثقيل عن طريق التقطير، مستفيدين من ارتفاع درجة غليانه قليلاً. ^{[ 131 ] [ 132 ]}  

كانت المادة الخام الأساسية للمشروع هي اليورانيوم، الذي استُخدم كوقود للمفاعلات، وكغذاء يُحوّل إلى بلوتونيوم، وفي صورته المخصبة، في القنبلة الذرية نفسها. كانت هناك أربعة رواسب رئيسية معروفة لليورانيوم في عام 1940: في كولورادو، وشمال كندا، ويواخيمستال في تشيكوسلوفاكيا، وفي الكونغو البلجيكية . ^{[ 133 ]} كانت جميعها، باستثناء يواخيمستال، تحت سيطرة الحلفاء. أظهر مسح أُجري عام 1942 أن كميات كافية من اليورانيوم متوفرة لتلبية متطلبات المشروع. ^{[ 134 ] [ و ]} رتب نيكولز مع وزارة الخارجية الأمريكية لفرض ضوابط تصدير على أكسيد اليورانيوم، وتفاوض على شراء 1200 طن قصير (1100 طن متري) من خام اليورانيوم من الكونغو البلجيكية، والذي كان مُخزّنًا في مستودع في جزيرة ستاتن، بالإضافة إلى المخزون المتبقي من الخام المُستخرج والمُخزّن في الكونغو. تفاوض مع شركة إلدورادو غولد ماينز لشراء خام من مصفاتها في بورت هوب، أونتاريو. ثم قامت الحكومة الكندية بشراء أسهم الشركة حتى استحوذت على حصة مسيطرة. ^{[ 136 ]} 

من بين هذه الخامات، احتوت خامات الكونغو البلجيكية على أعلى نسبة من اليورانيوم لكل كتلة صخرية بفارق كبير. ^{[ 137 ] [ g ]} وبغض النظر عن احتياجاتهم في زمن الحرب، خلص القادة الأمريكيون والبريطانيون إلى أن من مصلحة بلادهم السيطرة على أكبر قدر ممكن من رواسب اليورانيوم في العالم. غمر منجم شينكولوبوي بالمياه وأُغلق، وحاول نيكولز دون جدوى التفاوض مع إدغار سينجير ، مدير شركة "يونيون مينيير دو هوت كاتانغا" المالكة للمنجم، لإعادة فتحه وبيع كامل إنتاجه المستقبلي للولايات المتحدة . ^{[ 139 ]} ثم تولت لجنة السياسات المشتركة الأمر. وبما أن 30% من أسهم "يونيون مينيير" كانت تحت سيطرة جهات بريطانية، فقد تولى البريطانيون زمام المبادرة في المفاوضات. توصل السير جون أندرسون والسفير جون وينانت إلى اتفاق مع سينجير والحكومة البلجيكية في مايو 1944 لإعادة فتح المنجم وشراء 1720 طنًا قصيرًا (1560 طنًا متريًا) من الخام بسعر 1.45 دولارًا للرطل. ^{[ 140 ]} ولتجنب الاعتماد على البريطانيين والكنديين في الحصول على الخام، رتب غروفز أيضًا لشراء مخزون شركة يو إس فاناديوم في أورافان، كولورادو . ^{[ 141 ]} 

تم إذابة الخام في حمض النيتريك لإنتاج نترات اليورانيل ، والتي عولجت بدورها لإنتاج ثالث أكسيد اليورانيوم ، ثم اختُزل إلى ثاني أكسيد اليورانيوم عالي النقاء . ^{[ 142 ]} بحلول يوليو 1942، كانت شركة مالينكروت تنتج طنًا من الأكسيد عالي النقاء يوميًا، إلا أن تحويله إلى معدن اليورانيوم أثبت في البداية صعوبة بالغة. ^{[ 143 ]} كان الإنتاج بطيئًا للغاية، وكانت الجودة منخفضة بشكل غير مقبول. أُنشئ فرع من مختبر المعادن في كلية ولاية أيوا في أميس، أيوا ، تحت إشراف فرانك سبيدينغ للبحث عن بدائل. عُرف هذا المشروع باسم مشروع أميس ، وأصبحت عملية أميس متاحة في عام 1943. ^{[ 144 ]}

يتكون اليورانيوم الطبيعي من 99.3% يورانيوم-238 و0.7% يورانيوم-235، ولكن نظرًا لأن الأخير فقط هو القابل للانشطار، فإنه يجب فصله فيزيائيًا عن النظير الأكثر وفرة. تمت دراسة طرق مختلفة لتخصيب اليورانيوم ، ونُفذ معظمها في أوك ريدج. ^{[ 145 ]} فشلت التقنية الأكثر وضوحًا، وهي جهاز الطرد المركزي، لكن تقنيات الفصل الكهرومغناطيسي والانتشار الغازي والانتشار الحراري نجحت جميعها وساهمت في المشروع. في فبراير 1943، توصل غروفز إلى فكرة استخدام ناتج بعض المحطات كمدخلات لمحطات أخرى. ^{[ 146 ]}

الفصل الكهرومغناطيسي

طُوِّرت تقنية الفصل الكهرومغناطيسي للنظائر في مختبر الإشعاع بجامعة كاليفورنيا. استخدمت هذه الطريقة أجهزة تُعرف باسم "الكالوترونات" . اشتُقّ الاسم من كلمات كاليفورنيا ، وجامعة ، وسيكلوترون . ^{[ 153 ]} في العملية الكهرومغناطيسية، يُحوِّل مجال مغناطيسي الجسيمات المشحونة وفقًا لكتلتها. ^{[ 154 ]} لم تكن هذه العملية أنيقة علميًا ولا فعّالة صناعيًا. ^{[ 155 ]} بالمقارنة مع محطة الانتشار الغازي أو المفاعل النووي، فإن محطة الفصل الكهرومغناطيسي تستهلك موادًا نادرة أكثر، وتتطلب عددًا أكبر من العمال لتشغيلها، وتكلفة بناء أعلى. ومع ذلك، تمت الموافقة على العملية لأنها تستند إلى تقنية مُثبتة، وبالتالي تُمثل مخاطر أقل. علاوة على ذلك، يُمكن بناؤها على مراحل، والوصول بسرعة إلى الطاقة الإنتاجية الصناعية. ^{[ 153 ]}

اكتشف مارشال ونيكولز أن عملية فصل النظائر الكهرومغناطيسية تتطلب 5000 طن قصير (4500 طن متري) من النحاس، الذي كان شحيحًا للغاية. ومع ذلك، يمكن استبداله بالفضة بنسبة 11:10 نحاس إلى فضة. في 3 أغسطس 1942، التقى نيكولز بوكيل وزارة الخزانة دانيال دبليو بيل وطلب منه نقل 6000 طن من سبائك الفضة من مستودع سبائك ويست بوينت . ^{[ 156 ]} في النهاية، استُخدم 14700 طن قصير (13300 طن متري؛ 430 مليون أونصة تروي) . ^{[ 157 ]} صُبّت سبائك الفضة التي تزن 1000 أونصة تروي (31 كيلوغرامًا) في قوالب أسطوانية، ثم بُثقت إلى شرائح، ولُفّت على ملفات مغناطيسية. ^{[ 157 ] [ 158 ]} 

أُسندت مسؤولية تصميم وبناء محطة الفصل الكهرومغناطيسي، التي عُرفت لاحقًا باسم Y-12 ، إلى شركة ستون آند ويبستر في يونيو 1942. تضمن التصميم خمس وحدات معالجة للمرحلة الأولى، تُعرف باسم مسارات ألفا، ووحدتين للمعالجة النهائية، تُعرف باسم مسارات بيتا. في سبتمبر 1943، أذن غروفز ببناء أربعة مسارات إضافية، تُعرف باسم ألفا 2. بدأ البناء في فبراير 1943. ^{[ 160 ]} دخلت وحدة ألفا 1 الثانية حيز التشغيل في نهاية يناير 1944، ودخلت وحدة بيتا الأولى ووحدتا ألفا 1 الأولى والثالثة حيز التشغيل في مارس، ودخلت وحدة ألفا 1 الرابعة حيز التشغيل في أبريل. اكتمل بناء مسارات ألفا 2 الأربعة بين يوليو وأكتوبر 1944. ^{[ 161 ]} تعاقدت شركة تينيسي إيستمان لإدارة Y-12. ^{[ 162 ]} سُلمت أجهزة الكالوترون إلى مشغلات مدربات من شركة تينيسي إيستمان يُعرفن باسم فتيات الكالوترون . ^{[ 163 ]}

قامت أجهزة الكالوترون في البداية بتخصيب اليورانيوم-235 بنسبة تتراوح بين 13% و15%، وشحنت الدفعة الأولى منه، التي بلغت بضع مئات من الغرامات، إلى لوس ألاموس في مارس 1944. لم ينتج سوى جزء واحد من كل 5825 غرامًا من اليورانيوم الخام. أما الباقي فقد تناثر على المعدات أثناء العملية. ساهمت جهود الاستخلاص المكثفة في رفع الإنتاج إلى 10% من اليورانيوم-235 الخام بحلول يناير 1945. في فبراير، بدأت مسارات ألفا بتلقي يورانيوم مُخصب قليلاً (1.4%) من محطة الانتشار الحراري الجديدة S-50، وفي الشهر التالي تلقت يورانيوم مُخصبًا بنسبة 5% من محطة الانتشار الغازي K-25. بحلول أغسطس، كانت K-25 تُنتج يورانيومًا مُخصبًا بدرجة كافية لتغذية مسارات بيتا مباشرةً. ^{[ 164 ]}

الانتشار الغازي

كانت طريقة الانتشار الغازي الطريقة الأكثر واعدة، ولكنها أيضاً الأكثر تحدياً، لفصل النظائر. ينص قانون غراهام على أن معدل تدفق الغاز يتناسب عكسياً مع الجذر التربيعي لكتلته الجزيئية ، لذا في صندوق يحتوي على غشاء شبه منفذ ومزيج من غازين، ستخرج الجزيئات الأخف من الحاوية بسرعة أكبر من الجزيئات الأثقل. كانت الفكرة هي إمكانية تشكيل هذه الصناديق على هيئة سلسلة من المضخات والأغشية، بحيث تحتوي كل مرحلة لاحقة على مزيج أكثر تركيزاً. أُجريت أبحاث حول هذه العملية في جامعة كولومبيا من قبل فريق ضم هارولد أوري، وكارل ب. كوهين ، وجون ر. دانينغ . ^{[ 165 ]}

في نوفمبر 1942، وافقت لجنة السياسة العسكرية على إنشاء محطة نشر غازي مكونة من 600 مرحلة. ^{[ 166 ]} وفي 14 ديسمبر، قبل إم دبليو كيلوج عرضًا لإنشاء المحطة، التي أُطلق عليها الاسم الرمزي K-25. وتم إنشاء كيان مؤسسي منفصل باسم كيلكس لهذا المشروع. ^{[ 167 ]} واجهت العملية صعوبات تقنية هائلة. كان لا بد من استخدام غاز سادس فلوريد اليورانيوم شديد التآكل لعدم وجود بديل، وكان لا بد من أن تكون المحركات والمضخات محكمة الإغلاق ومغلفة بغاز خامل. تمثلت المشكلة الأكبر في تصميم الحاجز، الذي كان يجب أن يكون قويًا ومساميًا ومقاومًا للتآكل. ابتكر إدوارد أدلر وإدوارد نوريس حاجزًا شبكيًا من النيكل المطلي كهربائيًا. تم بناء محطة تجريبية من ست مراحل في كولومبيا لاختبار العملية، لكن النموذج الأولي أثبت أنه هش للغاية. تم تطوير حاجز منافس من مسحوق النيكل بواسطة كيلكس ومختبرات بيل للهاتف وشركة الباكليت . في يناير 1944، أمر غروفز بإنتاج حاجز كيلكس. ^{[ 168 ] [ 169 ]}

تطلّب تصميم شركة كيلكس لمحطة K-25 هيكلاً على شكل حرف U بطول 0.80 كيلومتر (0.5 ميل) يتألف من أربعة طوابق، ويضم 54 مبنىً متجاوراً. قُسّمت هذه المباني إلى تسعة أقسام، يحتوي كل قسم على خلية من ست مراحل. بدأ فريق مسح أعمال البناء بتحديد موقع المحطة الذي تبلغ مساحته ^{2 كيلومتر} مربع (500 فدان ) في مايو 1943. بدأ العمل على المبنى الرئيسي في أكتوبر 1943، وأصبحت المحطة التجريبية ذات المراحل الست جاهزة للتشغيل في 17 أبريل 1944. في عام 1945، ألغى غروفز المراحل العلوية، ووجّه شركة كيلكس بدلاً من ذلك إلى تصميم وبناء وحدة تغذية جانبية من 540 مرحلة، والتي عُرفت باسم K-27. سلّمت كيلكس الوحدة الأخيرة إلى المقاول المُشغّل، شركة يونيون كاربايد آند كاربون، في 11 سبتمبر 1945. بلغت التكلفة الإجمالية، بما في ذلك محطة K-27 التي اكتمل بناؤها بعد الحرب، 480 مليون دولار. ^{[ 170 ]}   

بدأ مصنع الإنتاج عملياته في فبراير 1945، ومع دخول كل مرحلة من مراحل الإنتاج حيز التشغيل، تحسّنت جودة المنتج. وبحلول أبريل 1945، بلغت نسبة تخصيب K-25 1.1%، وبدأ استخدام ناتج محطة الانتشار الحراري S-50 كمادة خام. ووصلت نسبة تخصيب بعض المنتجات التي أُنتجت في الشهر التالي إلى ما يقارب 7%. وفي أغسطس، بدأت المرحلة الأخيرة من أصل 2892 مرحلة التشغيل. وقد حققت محطتا K-25 وK-27 كامل إمكاناتهما في الفترة الأولى التي أعقبت الحرب، حيث تفوقتا على مصانع الإنتاج الأخرى وأصبحتا نموذجًا أوليًا لجيل جديد من المصانع. ^{[ 171 ]}

الانتشار الحراري

استندت عملية الانتشار الحراري إلى نظرية سيدني تشابمان وديفيد إنسكوج ، التي أوضحت أنه عندما يمر غاز مختلط عبر تدرج حراري، يميل الغاز الأثقل إلى التمركز عند الطرف البارد، بينما يتركز الغاز الأخف عند الطرف الدافئ. ^{[ 172 ]} طُوّرت هذه العملية على يد علماء البحرية الأمريكية، لكنها لم تكن من بين تقنيات التخصيب المختارة مبدئيًا لمشروع مانهاتن. ويعود ذلك أساسًا إلى الشكوك حول جدواها التقنية، فضلًا عن التنافس بين الجيش والبحرية. ^{[ 173 ]} واصل مختبر الأبحاث البحرية البحث تحت إشراف فيليب أبيلسون، لكن التواصل مع مشروع مانهاتن كان محدودًا حتى أبريل 1944، عندما نقل الكابتن ويليام س. بارسونز ، الضابط البحري المسؤول عن تطوير الذخائر في لوس ألاموس، إلى أوبنهايمر أخبارًا مشجعة عن التقدم المحرز في مجال الانتشار الحراري. أبلغ أوبنهايمر غروفز، الذي وافق على بناء محطة حرارية في 24 يونيو 1944. ^{[ 174 ]}

تعاقد غروفز مع شركة إتش كيه فيرغسون في كليفلاند ، أوهايو، لبناء محطة الانتشار الحراري، التي سُميت S-50. ^{[ 175 ]} تضمنت الخطط تركيب 2142 عمود انتشار بارتفاع 15 مترًا (48 قدمًا) مُرتبة في 21 رفًا. احتوى كل عمود على ثلاثة أنابيب متحدة المركز. تدفق البخار، المُستمد من محطة توليد الطاقة K-25 القريبة ^{[ h ]} بضغط 690 كيلو باسكال (100 رطل لكل بوصة مربعة ) ودرجة حرارة 285 درجة مئوية (545 درجة فهرنهايت) ، إلى أسفل عبر أنبوب النيكل الداخلي بقطر 32 ملم (1.25 بوصة ) ، بينما تدفق الماء بدرجة حرارة 68 درجة مئوية (155 درجة فهرنهايت) إلى أعلى عبر أنبوب الحديد الخارجي. تدفق سادس فلوريد اليورانيوم في أنبوب النحاس الأوسط، وحدث فصل نظائر اليورانيوم بين أنبوبي النيكل والنحاس. ^{[ 176 ]} بدأ العمل في 9 يوليو 1944، وبدأ تشغيل مصنع S-50 جزئيًا في سبتمبر. حدّت التسريبات من الإنتاج وأجبرت على إغلاق المصنع خلال الأشهر القليلة التالية، ولكن في يونيو 1945 أنتج مصنع S-50 ما مقداره 12,730 رطلاً (5,770 كجم) من المنتج المُخصّب قليلاً. ^{[ 177 ]}        

بحلول مارس 1945، كانت جميع وحدات الإنتاج الـ 21 تعمل بكامل طاقتها. في البداية، كان يُغذّى ناتج وحدة S-50 إلى وحدة Y-12، ولكن ابتداءً من مارس 1945، تم تشغيل عمليات التخصيب الثلاث بالتتابع. أصبحت وحدة S-50 المرحلة الأولى، حيث خُصِّص اليورانيوم من 0.71% إلى 0.89% من اليورانيوم-235. ثم غُذّي هذا الناتج إلى عملية الانتشار الغازي في وحدة K-25، التي أنتجت منتجًا مُخصّبًا بنسبة 23% تقريبًا. بدوره، غُذّي هذا المنتج إلى وحدة Y-12، ^{[ 178 ]} التي رفعت نسبة تخصيبه إلى 89% تقريبًا، وهي نسبة كافية للاستخدام في الأسلحة النووية. بحلول يوليو 1945، تم تسليم حوالي 50 كيلوغرامًا (110 أرطال) من اليورانيوم المُخصّب بنسبة 89% إلى لوس ألاموس. استُخدمت الكمية الكاملة البالغة 50 كيلوغرامًا، بالإضافة إلى كمية أخرى مُخصّبة بنسبة 50%، ليصل متوسط ​​نسبة التخصيب إلى حوالي 85%، في أول قنبلة "ليتل بوي" . ^{[ 179 ]}  

في مارس 1943، بدأت شركة دوبونت ببناء مصنع للبلوتونيوم على مساحة 112 فدانًا (0.5 كيلومتر مربع ⁾ في أوك ريدج. كان المصنع مُصممًا ليكون محطة تجريبية لمرافق الإنتاج الأكبر في هانفورد، وشمل مفاعل الجرافيت X-10 المُبرد بالهواء ، ومحطة فصل كيميائي، ومرافق دعم. ونظرًا للقرار اللاحق ببناء مفاعلات مُبردة بالماء في هانفورد، اقتصرت المحطة التجريبية الفعلية على محطة الفصل الكيميائي فقط. ^{[ 181 ]} يتكون مفاعل الجرافيت X-10 من كتلة ضخمة من الجرافيت، طول كل ضلع منها 24 قدمًا (7.3 متر) ، وتزن حوالي 1500 طن قصير (1400 طن متري) ، مُحاطة بطبقة من الخرسانة عالية الكثافة سمكها 7 أقدام (2.1 متر) كدرع واقٍ من الإشعاع. ^{[ 181 ]}    

واجهت شركة مالينكروت وميتال هيدريدز أكبر صعوبة في إنتاج سبائك اليورانيوم. إذ كان لا بد من تغليفها بالألومنيوم لتجنب التآكل وتسرب نواتج الانشطار إلى نظام التبريد. حاولت شركة غراسيللي للكيماويات تطوير عملية غمس ساخن، لكنها لم تنجح. جربت شركة ألكوا التعبئة في علب، مطورةً عملية جديدة للحام بدون استخدام مواد مساعدة؛ اجتازت 97% من العلب اختبار الفراغ القياسي، لكن اختبارات درجات الحرارة العالية أشارت إلى معدل فشل يزيد عن 50%. ومع ذلك، بدأ الإنتاج في يونيو 1943. وفي نهاية المطاف، طور المختبر المعدني تقنية لحام محسنة بمساعدة شركة جنرال إلكتريك ، والتي أُدمجت في عملية الإنتاج في أكتوبر 1943. ^{[ 182 ]}

وصل مفاعل الجرافيت X-10 إلى حالة التشغيل الحرجة في 4 نوفمبر 1943 بحوالي 30 طنًا قصيرًا (27 طنًا متريًا) من اليورانيوم. وبعد أسبوع، زادت الحمولة إلى 36 طنًا قصيرًا (33 طنًا متريًا) ، مما رفع قدرته على توليد الطاقة إلى 500 كيلوواط، وبحلول نهاية الشهر تم إنتاج أول 500 ملليغرام من البلوتونيوم. ^{[ 183 ]} ​​أدت التعديلات التدريجية إلى رفع القدرة إلى 4000 كيلوواط في يوليو 1944. استمر تشغيل X-10 كمحطة إنتاج حتى يناير 1945، عندما تم تحويله إلى البحث العلمي. ^{[ 184 ]}     

على الرغم من اختيار تصميم تبريد هوائي للمفاعل في أوك ريدج لتسريع عملية البناء، إلا أن هذا التصميم كان غير عملي بالنسبة لمفاعلات الإنتاج الأكبر حجمًا. استخدمت التصاميم الأولية التي وضعها مختبر المعادن وشركة دوبونت غاز الهيليوم للتبريد، قبل أن يتبين لهم أن المفاعل المبرد بالماء أبسط وأرخص وأسرع في البناء. ^{[ 185 ]} لم يُصبح التصميم متاحًا حتى 4 أكتوبر 1943؛ وفي هذه الأثناء، ركز ماتياس على تحسين موقع هانفورد من خلال بناء أماكن إقامة، وتحسين الطرق، وإنشاء خط تحويل للسكك الحديدية، وتحديث خطوط الكهرباء والمياه والهاتف. ^{[ 186 ]}

كما هو الحال في أوك ريدج، واجهت عملية تغليف سبائك اليورانيوم، التي بدأت في هانفورد في مارس 1944، أكبر الصعوبات. حيث تم تخليلها لإزالة الأوساخ والشوائب، ثم غُمرت في البرونز المصهور والقصدير وسبائك الألومنيوم والسيليكون ، وعُلبت باستخدام مكابس هيدروليكية، ثم أُغلقت باستخدام لحام القوس الكهربائي تحت جو من الأرجون. وأخيرًا، تم اختبارها للكشف عن الثقوب أو اللحامات المعيبة. وللأسف، فشلت معظم السبائك المعلبة في الاختبارات في البداية، مما أدى إلى إنتاج عدد قليل منها فقط يوميًا. لكن مع التقدم المطرد، وبحلول يونيو 1944، ازداد الإنتاج إلى الحد الذي بدا فيه أن كمية كافية من السبائك المعلبة متوفرة لبدء تشغيل المفاعل "ب" في الموعد المحدد في أغسطس 1944. ^{[ 187 ]}

بدأ العمل على المفاعل "ب"، وهو أول مفاعل من ستة  مفاعلات مخططة بقدرة 250 ميغاواط، في 10 أكتوبر 1943. ^{[ 188 ]} أُعطيت مجمعات المفاعلات تسميات حرفية من "أ" إلى "و"، حيث طُوّرت مواقع "ب" و"د" و"و" أولًا، وذلك لزيادة المسافة بين المفاعلات. وكانت هذه المفاعلات الوحيدة التي شُيّدت خلال مشروع مانهاتن. ^{[ 189 ]} استُخدم حوالي 390 طنًا قصيرًا (350 طنًا متريًا) من الفولاذ، و 17400 ياردة مكعبة (13300 متر ^مكعب ) من الخرسانة، و50000 كتلة خرسانية، و71000 طوبة خرسانية لبناء المبنى الذي يبلغ ارتفاعه 120 قدمًا (37 مترًا) .   

بدأ بناء المفاعل نفسه في فبراير 1944. ^{[ 190 ]} تحت إشراف كومبتون، وماتياس، وكروفورد غرينوالت من شركة دوبونت، وليونا وودز ، وفيرمي الذي أدخل أول شعاع نووي، تم تشغيل المفاعل بدءًا من 13 سبتمبر 1944. على مدار الأيام القليلة التالية، تم تحميل 838 أنبوبًا ووصل المفاعل إلى حالة التشغيل الحرجة. بعد منتصف ليل 27 سبتمبر بقليل، بدأ المشغلون بسحب قضبان التحكم لبدء الإنتاج. في البداية، بدا كل شيء على ما يرام، ولكن حوالي الساعة 3:00 صباحًا بدأ مستوى الطاقة في الانخفاض، وبحلول الساعة 6:30 صباحًا توقف المفاعل تمامًا. تم فحص مياه التبريد للتأكد من عدم وجود تسرب أو تلوث. في اليوم التالي، بدأ المفاعل العمل مرة أخرى، ليتوقف مجددًا. ^{[ 191 ] [ 192 ]}

تواصل فيرمي مع تشين شيونغ وو ، الذي حدد سبب المشكلة بأنه تسمم نيوتروني ناتج عن الزينون-135 ، الذي يبلغ عمر النصف له 9.2 ساعة. ^{[ 193 ]} ثم قام فيرمي وودز ودونالد ج. هيوز وجون أرشيبالد ويلر بحساب المقطع العرضي النووي للزينون-135، والذي تبين أنه يعادل 30,000 ضعف المقطع العرضي لليورانيوم. ^{[ 194 ]} كان مهندس دوبونت، جورج غريفز، قد انحرف عن التصميم الأصلي للمختبر المعدني، والذي كان يتضمن 1,500 أنبوب مرتبة في دائرة، وأضاف 504 أنابيب إضافية لملء الزوايا. في البداية، اعتبر العلماء هذا التصميم المفرط مضيعة للوقت والمال، لكن فيرمي أدرك أنه بتحميل جميع الأنابيب البالغ عددها 2,004، يمكن للمفاعل الوصول إلى مستوى الطاقة المطلوب وإنتاج البلوتونيوم بكفاءة. ^{[ 195 ]} تم تشغيل المفاعل D في 17 ديسمبر 1944 والمفاعل F في 25 فبراير 1945. ^{[ 196 ]}

في غضون ذلك، بحث الكيميائيون في كيفية فصل البلوتونيوم عن اليورانيوم في ظل عدم معرفة خصائصه الكيميائية. وبالعمل على كميات ضئيلة من البلوتونيوم المتوفرة في مختبر المعادن عام 1942، طوّر فريق بقيادة تشارلز إم. كوبر عملية فلوريد اللانثانوم ، والتي تم اختيارها لمحطة الفصل التجريبية. ثم طوّر سيبورغ وستانلي جي. طومسون عملية فصل ثانية، هي عملية فوسفات البزموت . ^{[ 197 ]} فضّل غرينوالت عملية فوسفات البزموت نظرًا لطبيعة فلوريد اللانثانوم المسببة للتآكل، وتم اختيارها لمحطات الفصل في هانفورد. ^{[ 198 ]} وبمجرد أن بدأ مشروع X-10 بإنتاج البلوتونيوم، خضعت محطة الفصل التجريبية للاختبار. تمت معالجة الدفعة الأولى بكفاءة 40%، ولكن خلال الأشهر القليلة التالية، رُفعت هذه الكفاءة إلى 90%. ^{[ 184 ]}

في هانفورد، أُعطيت الأولوية القصوى في البداية للمنشآت في المنطقة 300: مبانٍ لاختبار المواد، وإعداد اليورانيوم، وتجميع ومعايرة الأجهزة. احتوى أحد المباني على معدات تغليف سبائك اليورانيوم، بينما احتوى مبنى آخر على مفاعل اختبار صغير. على الرغم من هذه الأولوية، تأخر العمل في المنطقة 300 عن الجدول الزمني المحدد نظرًا لطبيعة المنشآت الفريدة والمعقدة، ونقص العمالة والمواد في زمن الحرب. ^{[ 199 ]}

تضمنت الخطط الأولية إنشاء محطتي فصل في كل من المنطقتين المعروفتين باسم 200 غرب و200 شرق. ثم خُفِّض هذا العدد لاحقًا إلى محطتين، هما محطتا T وU، في 200 غرب، ومحطة واحدة، هي محطة B، في 200 شرق. ^{[ 200 ]} تتألف كل محطة فصل من أربعة مبانٍ: مبنى خلايا المعالجة أو "الوادي" (المعروف برقم 221)، ومبنى التركيز (224)، ومبنى التنقية (231)، ومخزن الذخيرة (213). يبلغ طول كل وادي 800 قدم (240 مترًا) وعرضه 65 قدمًا (20 مترًا) . ويتكون كل وادي من أربعين خلية، أبعاد كل منها 17.7 × 13 × 20 قدمًا (5.4 × 4.0 × 6.1 مترًا) . ^{[ 201 ]}   

بدأ العمل في المبنيين 221-T و221-U في يناير 1944، حيث اكتمل الأول في سبتمبر والثاني في ديسمبر. تبعه المبنى 221-B في مارس 1945. ونظرًا لارتفاع مستويات الإشعاع، كان لا بد من إدارة العمل في محطات الفصل عن بُعد باستخدام كاميرات المراقبة التلفزيونية، وهو أمر لم يكن مألوفًا في عام 1943. أُجريت أعمال الصيانة باستخدام رافعة علوية وأدوات مصممة خصيصًا. كانت المباني 224 أصغر حجمًا لاحتوائها على كمية أقل من المواد المراد معالجتها، وبالتالي كانت أقل إشعاعًا. اكتمل بناء المبنيين 224-T و224-U في 8 أكتوبر 1944، وتبعهما المبنى 224-B في 10 فبراير 1945. كانت طرق التنقية التي استُخدمت لاحقًا في المبنى 231-W لا تزال غير معروفة عند بدء الإنشاء في 8 أبريل 1944، ولكن اكتملت المحطة واختيرت الطرق بحلول نهاية العام. ^{[ 202 ]} في 5 فبراير 1945، قام ماتياس بتسليم أول شحنة من  نترات البلوتونيوم النقية بنسبة 95%، وزنها 80 غراماً، إلى ساعي بريد في لوس ألاموس في لوس أنجلوس. ^{[ 196 ]}

في عام 1943، وُجّهت جهود التطوير نحو سلاح انشطاري من نوع المدفع، يعمل بالبلوتونيوم، أُطلق عليه اسم " الرجل النحيف" . أُجريت الأبحاث الأولية حول خصائص البلوتونيوم باستخدام البلوتونيوم-239 المُنتَج في السيكلوترون، والذي كان شديد النقاء، لكن لا يُمكن إنتاجه إلا بكميات ضئيلة جدًا. تلقّى مختبر لوس ألاموس أول عينة من البلوتونيوم من مفاعل كلينتون X-10 في أبريل 1944، وفي غضون أيام، اكتشف إميليو سيغري مشكلة: احتوى البلوتونيوم المُنتَج في المفاعل على تركيز أعلى من البلوتونيوم-240، مما أدى إلى معدل انشطار تلقائي يصل إلى خمسة أضعاف معدل انشطار البلوتونيوم المُنتَج في السيكلوترون. ^{[ 203 ]}

هذا ما جعله غير مناسب للاستخدام في سلاح ناري، لأن البلوتونيوم-240 سيبدأ التفاعل المتسلسل مبكرًا جدًا، مما يتسبب في انفجار مبكر يُبدد الكتلة الحرجة بعد انشطار كمية ضئيلة من البلوتونيوم ( انفجار فاشل ). وقد اقتُرح استخدام مدفع ذي سرعة أعلى، لكن تبيّن أنه غير عملي. كما نُظر في إمكانية فصل النظائر، ولكن رُفضت، لأن فصل البلوتونيوم-240 عن البلوتونيوم-239 أصعب من فصل اليورانيوم-235 عن اليورانيوم-238، ومحاولة ذلك "ستؤجل تطوير السلاح إلى أجل غير مسمى". ^{[ 204 ]}

بدأ العمل على طريقة بديلة لتصميم القنابل، تُعرف بالانفجار الداخلي، في وقت سابق تحت إشراف الفيزيائي سيث نيدرماير . تعتمد هذه الطريقة على استخدام المتفجرات لسحق كرة دون حرجة من مادة انشطارية إلى شكل أصغر وأكثر كثافة. يتم تجميع الكتلة الحرجة في وقت أقل بكثير من طريقة المدفع. عندما تتقارب الذرات الانشطارية، يزداد معدل التقاط النيوترونات، ^{[ 205 ]} مما يجعلها أكثر كفاءة في استخدام المادة الانشطارية. ^{[ 206 ]} أظهرت دراسات نيدرماير في عامي 1943 وأوائل 1944 نتائج واعدة، لكنها أوضحت أيضًا أن سلاح الانفجار الداخلي أكثر تعقيدًا من تصميم المدفع من الناحيتين النظرية والهندسية. ^{[ 207 ]} في سبتمبر 1943، اقترح جون فون نيومان ، الذي كان لديه خبرة في الشحنات المشكلة ، استخدام شكل كروي بدلًا من الشكل الأسطواني الذي كان نيدرماير يعمل عليه. ^{[ 208 ]}

بدأ العمل المكثف على تصميم الانفجار الداخلي، الذي أُطلق عليه اسم " الرجل البدين "، في أغسطس 1944 عندما أجرى أوبنهايمر إعادة تنظيم شاملة لمختبر لوس ألاموس للتركيز على الانفجار الداخلي. ^{[ 209 ]} تم إنشاء مجموعتين جديدتين في لوس ألاموس لتطوير سلاح الانفجار الداخلي، وهما: قسم X (المتفجرات) برئاسة خبير المتفجرات جورج كيستياكوفسكي، وقسم G (الأدوات) برئاسة روبرت باخر. ^{[ 210 ] [ 211 ]} تميز التصميم الجديد بعدسات متفجرة تُركز الانفجار الداخلي في شكل كروي. ^{[ 212 ]} تبين أن تصميم العدسات بطيء وصعب ومُحبط. ^{[ 212 ]} تم اختبار أنواع مختلفة من المتفجرات قبل الاستقرار على التركيبة B والباراتول . ^[ 213 ^{] كان} التصميم النهائي يُشبه كرة القدم، مع 20 عدسة سداسية و12 عدسة خماسية، تزن كل منها حوالي 80 رطلاً (36 كجم) . تطلّب ضبط التفجير بدقة استخدام صواعق كهربائية سريعة وموثوقة وآمنة ، حيث وُضع اثنان منها لكل عدسة لضمان الموثوقية. ^{[ 214 ]} استخدموا صواعق سلك الجسر المتفجر ، وهو اختراع جديد طُوّر في لوس ألاموس من قِبل فريق بقيادة لويس ألفاريز . ^{[ 215 ] [ 216 ]} 

لدراسة سلوك الموجات الصدمية المتقاربة ، ابتكر روبرت سيربر تجربة رالا ، التي استخدمت النظير المشع قصير العمر لانثانوم-140 ، وهو مصدر قوي لأشعة غاما . وُضع مصدر أشعة غاما في مركز كرة معدنية محاطة بعدسات متفجرة، وُضعت بدورها داخل غرفة تأين . سمح هذا بتصوير فيلم بالأشعة السينية لعملية الانفجار الداخلي. صُممت العدسات بشكل أساسي باستخدام هذه السلسلة من الاختبارات. ^{[ 217 ]} في كتابه عن تاريخ مشروع لوس ألاموس، كتب ديفيد هوكينز : "أصبحت تجربة رالا أهم تجربة منفردة أثرت على التصميم النهائي للقنبلة". ^{[ 218 ]}

احتوت المتفجرات على دافع من الألومنيوم، يُسهّل الانتقال السلس من المتفجرات منخفضة الكثافة نسبيًا إلى الطبقة التالية، وهي طبقة الدكّ المصنوعة من اليورانيوم الطبيعي. تمثلت وظيفته الرئيسية في الحفاظ على الكتلة الحرجة متماسكة لأطول فترة ممكنة، ولكنه كان يعكس أيضًا النيوترونات إلى قلب المفاعل، مما يؤدي إلى انشطار جزء من اليورانيوم. ولمنع الانفجار المُسبق بفعل نيوترون خارجي، طُلي الدكّ بطبقة رقيقة من البورون الماص للنيوترونات. ^{[ 214 ]} طُوّر مُبادر نيوتروني مُعدّل من البولونيوم والبريليوم ، يُعرف باسم "القنفذ"، ^{[ 219 ]} لبدء التفاعل المتسلسل في اللحظة المناسبة تمامًا. ^{[ 220 ]} أشرف تشارلز ألين توماس من شركة مونسانتو على هذا العمل المتعلق بكيمياء ومعادن البولونيوم المشع، والذي عُرف باسم مشروع دايتون . ^{[ 221 ]} تطلّب الاختبار ما يصل إلى 500 كوري من البولونيوم شهريًا، وهو ما استطاعت مونسانتو توفيره. ^{[ 222 ]} تم تغليف المجموعة بأكملها بغلاف قنبلة من الديورالومين لحمايتها من الرصاص والشظايا. ^{[ 214 ]}

كان الهدف الأساسي لعلماء المعادن هو تحديد كيفية صب البلوتونيوم في شكل كروي. وقد برزت الصعوبات عندما أسفرت محاولات قياس كثافة البلوتونيوم عن نتائج غير متسقة. في البداية، تم الاشتباه في وجود تلوث، ولكن سرعان ما تبين وجود أشكال متآصلة متعددة للبلوتونيوم . ^{[ 223 ]} يتحول الطور α الهش الموجود في درجة حرارة الغرفة إلى الطور β اللدن عند درجات حرارة أعلى. ثم تحول الاهتمام إلى الطور δ الأكثر ليونة، والذي يوجد عادةً في نطاق 300  إلى 450  درجة مئوية. وقد وُجد أنه مستقر في درجة حرارة الغرفة عند مزجه مع الألومنيوم، ولكن الألومنيوم يُصدر نيوترونات عند قذفه بجسيمات ألفا ، مما قد يُفاقم مشكلة الاشتعال المسبق. عندها توصل علماء المعادن إلى استخدام سبيكة من البلوتونيوم والغاليوم ، والتي تعمل على تثبيت الطور δ ويمكن ضغطها على الساخن للحصول على الشكل الكروي المطلوب. ونظرًا لأن البلوتونيوم يتآكل بسهولة، فقد تم طلاء الكرة بالنيكل. ^{[ 224 ]}

أثبت العمل خطورته. وبحلول نهاية الحرب، اضطر نصف الكيميائيين وعلماء المعادن إلى التوقف عن العمل مع البلوتونيوم بعد اكتشاف مستويات عالية غير مقبولة من هذا العنصر في بولهم. ^{[ 225 ]} أدى حريق صغير في لوس ألاموس في يناير 1945 إلى مخاوف من أن يتسبب حريق في مختبر البلوتونيوم في تلوث المدينة بأكملها، فأذن غروفز ببناء منشأة جديدة لكيمياء البلوتونيوم وعلم المعادن، والتي عُرفت باسم موقع DP. ^{[ 226 ]} تم إنتاج نصفي الكرة لأول حفرة بلوتونيوم (أو نواة) وتسليمهما في 2 يوليو 1945. تبع ذلك ثلاثة أنصاف كرات أخرى في 23 يوليو، وتم تسليمها بعد ثلاثة أيام. ^{[ 227 ]}

على النقيض من سلاح "الرجل البدين" المصنوع من البلوتونيوم، كان تصميم سلاح "الولد الصغير" المصنوع من اليورانيوم بسيطًا للغاية، إن لم يكن سهلًا. أُسندت المسؤولية العامة عنه إلى قسم الذخائر (O) التابع لبارسونز، بينما تولت مجموعة الملازم أول فرانسيس بيرش مسؤولية التصميم والتطوير والعمل التقني في لوس ألاموس . أصبح تصميم المدفع مقتصرًا على استخدام اليورانيوم المخصب فقط، مما سمح بتبسيط التصميم بشكل كبير. لم يعد هناك حاجة إلى مدفع عالي السرعة، واستُبدل بسلاح أبسط. ^{[ 228 ] [ 229 ]}

استمر البحث في القنبلة الفائقة، رغم اعتبارها ثانوية مقارنةً بتطوير القنبلة الانشطارية. وقد أشرف على هذا الجهد تيلر، الذي كان من أشد المتحمسين لها. ^{[ 230 ]} وقد حسبت مجموعة F-1 (الفائقة) أن حرق متر مكعب واحد (35 قدمًا مكعبًا ) من الديوتيريوم السائل سيطلق طاقة تعادل 10 ميغا طن من مادة تي إن تي (42 بيتا جول) ، وهي طاقة كافية لتدمير 1000 ميل مربع (2600 كيلومتر ^مربع ) . ^{[ 231 ]} وفي تقرير نهائي عن القنبلة الفائقة في يونيو 1946، ظل تيلر متفائلًا بشأن إمكانية تطويرها بنجاح، على الرغم من أن هذا الرأي لم يكن شائعًا. ^{[ 232 ]}    

نظراً لتعقيد سلاح الانفجار الداخلي، تقرر، رغم هدر المواد الانشطارية، إجراء اختبار نووي واسع النطاق. أطلق أوبنهايمر عليه الاسم الرمزي "ترينيتي". ^{[ 233 ]} في مارس 1944، أُسندت مهمة التخطيط للاختبار إلى كينيث بينبريدج ، الذي اختار ميدان ألاموغوردو للتدريب على القصف موقعاً للاختبار. ^{[ 234 ]} شُيّد معسكر قاعدة يضم ثكنات ومستودعات وورش عمل ومخزناً للمتفجرات ومطعماً. ^{[ 235 ]} أُجري تفجير تمهيدي في 7 مايو 1945 لمعايرة الأجهزة. نُصبت منصة اختبار خشبية على بُعد 730 متراً (800 ياردة ) من موقع "ترينيتي" المستقبلي، ووُضعت عليها حوالي 91 طناً (100 طن قصير) من المتفجرات شديدة الانفجار ^{[ i ]} الممزوجة بنواتج الانشطار النووي . ^{[ 238 ] [ 239 ]}  

لم يكن غروفز راغبًا في شرح خسارة مليار دولار من البلوتونيوم أمام لجنة في مجلس الشيوخ، لذا تم بناء وعاء احتواء أسطواني يُطلق عليه اسم "جامبو" لاستعادة المادة الفعالة في حال حدوث عطل. وقد صُنع بتكلفة باهظة من 214 طنًا قصيرًا (194 طنًا متريًا) من الحديد والصلب. ^{[ 240 ]} ولكن بحلول وقت وصوله، كانت الثقة في طريقة الانفجار الداخلي عالية بما يكفي، وكان البلوتونيوم متوفرًا بكميات كافية، ما دفع أوبنهايمر إلى عدم استخدامه. وبدلًا من ذلك، وُضع فوق برج فولاذي على بُعد 800 ياردة (730 مترًا) من السلاح كقياس تقريبي لقوة الانفجار. نجا جامبو، على الرغم من أن برجه لم ينجُ، مما عزز الاعتقاد بأن جامبو كان سينجح في احتواء انفجار فاشل . ^{[ 241 ] [ 238 ]}  

لإجراء الاختبار الفعلي، رُفع السلاح، الملقب بـ"الأداة"، إلى قمة برج فولاذي يبلغ ارتفاعه 30 مترًا (100 قدم) ، إذ أن التفجير على هذا الارتفاع سيعطي مؤشرًا أفضل على كيفية تصرف السلاح عند إسقاطه من قاذفة قنابل. وقد ساهم التفجير في الجو في زيادة الطاقة الموجهة مباشرة إلى الهدف وتقليل التلوث الإشعاعي . تم تجميع الأداة تحت إشراف نوريس برادبري في منزل مزرعة ماكدونالد القريب في 13 يوليو، ورُفعت بشكل دقيق إلى أعلى البرج في اليوم التالي. ^{[ 242 ]} 

في تمام الساعة 5:30 من صباح يوم 16 يوليو 1945، انفجر الجهاز بطاقة تعادل حوالي 20 كيلوطن من مادة تي إن تي، مخلفًا حفرة من الترينيتيت (الزجاج المشع) في الصحراء بعرض 76 مترًا . شُعر بالموجة الصدمية على بُعد أكثر من 160 كيلومترًا ، ووصل ارتفاع سحابة الفطر إلى 12.1 كيلومترًا . سُمع دويها في مدينة إل باسو بولاية تكساس ، فقام غروفز بنشر قصة ملفقة عن انفجار مخزن ذخيرة في قاعدة ألاموغوردو الجوية ناجم عن قذائف غازية. ^{[ 243 ] [ 244 ]}   

زعم أوبنهايمر لاحقاً أنه أثناء مشاهدته للانفجار، فكر في آية من الكتاب المقدس الهندوسي ، البهاغافاد غيتا (11، 12):

إلى جانب الآية (11، 32)، التي ترجمها إلى "الآن صرت الموت، مُدمِّر العوالم". ^{[ 247 ] [ 248 ] [ j ]}

كان الاختبار أنجح بكثير مما كان متوقعًا؛ وقد أُرسلت هذه المعلومة فورًا إلى ستيمسون، الذي كان حينها في مؤتمر بوتسدام ، فأعدّ غروفز على عجل تقريرًا أطول أُرسل عبر البريد السريع. وقد تأثر الرئيس هاري إس. ترومان بشدة وإيجابية بهذا الخبر. دوّن ستيمسون في مذكراته أنه عندما شارك الخبر مع تشرشل، علّق تشرشل قائلًا: "الآن فهمت ما حدث لترومان بالأمس. لم أكن أفهم ذلك. عندما وصل إلى الاجتماع بعد قراءة هذا التقرير، كان شخصًا مختلفًا. أخبر الروس برأيه بوضوح، وسيطر على الاجتماع بأكمله." ^{[ 250 ]}

بدأ التضييق الطوعي على المعلومات الذرية قبل مشروع مانهاتن. فبعد اندلاع الحرب الأوروبية عام ١٩٣٩، بدأ العلماء الأمريكيون بتجنب نشر الأبحاث ذات الصلة بالشؤون العسكرية، وفي عام ١٩٤٠، بدأت المجلات العلمية بمطالبة الأكاديمية الوطنية للعلوم بالموافقة على نشر المقالات. وقد علم ويليام ل. لورانس، من صحيفة نيويورك تايمز ، الذي كتب مقالًا عن الانشطار الذري في مجلة ذا ساترداي إيفنينج بوست بتاريخ ٧ سبتمبر ١٩٤٠، لاحقًا أن مسؤولين حكوميين طلبوا من أمناء المكتبات في جميع أنحاء البلاد عام ١٩٤٣ سحب العدد. ^{[ ٢٧٠ ]} إلا أن السوفييت لاحظوا هذا الصمت. ففي أبريل ١٩٤٢، كتب الفيزيائي النووي جورجي فليوروف إلى جوزيف ستالين بشأن غياب المقالات المتعلقة بالانشطار النووي في المجلات الأمريكية؛ مما أدى إلى قيام الاتحاد السوفيتي بإنشاء مشروعه الخاص للقنبلة الذرية. ^{[ ٢٧١ ]}

عمل مشروع مانهاتن في ظل إجراءات أمنية مشددة خشية أن يؤدي اكتشافه إلى دفع دول المحور، وخاصة ألمانيا، إلى تسريع مشاريعها النووية أو شن عمليات سرية ضد المشروع. ^{[ 272 ]} اعتمد مكتب الرقابة على التزام الصحافة بمدونة سلوك طوعية نشرها، وتجنب المشروع في البداية إخطار المكتب. وبحلول أوائل عام 1943، بدأت الصحف بنشر تقارير عن أعمال بناء ضخمة في تينيسي وواشنطن، وبدأ المكتب مناقشة كيفية الحفاظ على السرية مع المشروع. وفي يونيو، طلب من الصحف ومحطات البث تجنب مناقشة "تحطيم الذرات، والطاقة الذرية، والانشطار الذري، وتقسيم الذرات، أو أي من مكافئاتها. واستخدام الراديوم أو المواد المشعة، والماء الثقيل، ومعدات التفريغ عالي الجهد، والسيكلوترونات للأغراض العسكرية." ^{[ 273 ] [ 265 ]}

كان احتمال التخريب قائمًا دائمًا، ويُشتبه به أحيانًا عند حدوث أعطال في المعدات. ورغم وجود بعض المشاكل التي يُعتقد أنها ناجمة عن إهمال أو استياء بعض الموظفين، لم تُسجّل أي حالات تخريب مؤكدة بتحريض من دول المحور. ^{[ 274 ]} مع ذلك، في 10 مارس 1945، اصطدم بالون حارق ياباني بخط كهرباء، وتسبب الارتفاع المفاجئ في الطاقة الناتج في إيقاف تشغيل المفاعلات الثلاثة في هانفورد مؤقتًا. ^{[ 275 ]} ونظرًا لكثرة المشاركين، كان تأمين المشروع أمرًا بالغ الصعوبة. شُكّلت فرقة خاصة من فيلق مكافحة التجسس للتعامل مع قضايا أمن المشروع. ^{[ 276 ]} وبحلول عام 1943، بات من الواضح أن الاتحاد السوفيتي كان يحاول اختراق المشروع. قام المقدم بوريس تي. باش ، رئيس فرع مكافحة التجسس في قيادة الدفاع الغربي ، بالتحقيق في شبهات التجسس السوفيتي في مختبر الإشعاع في بيركلي. أبلغ أوبنهايمر باش بأنه قد تواصل معه زميل له في جامعة بيركلي، هاكون شوفالييه ، بشأن تمرير معلومات إلى الاتحاد السوفيتي. ^{[ 277 ]}

كان كلاوس فوكس ، الفيزيائي وعضو البعثة البريطانية، أنجح جاسوس سوفيتي، حيث شارك بشكل وثيق في العمل في لوس ألاموس على تصميم قنبلة الانفجار الداخلي. ^{[ 278 ]} لم تُكشف أنشطته التجسسية حتى عام 1950، نتيجة لمشروع فينونا . أدى الكشف عن أنشطته التجسسية إلى الإضرار بالتعاون النووي للولايات المتحدة مع بريطانيا وكندا، ^{[ 279 ]} وكُشفت لاحقًا حالات تجسس أخرى، مما أدى إلى اعتقال هاري غولد ، وديفيد غرينغلاس ، وجوليوس وإيثيل روزنبرغ . ^{[ 280 ]} وظل جواسيس آخرون مثل جورج كوفال وثيودور هول مجهولين لعقود. ^{[ 281 ]} يصعب تحديد قيمة التجسس كميًا، لأن العائق الرئيسي أمام مشروع القنبلة الذرية السوفيتية كان نقص إمدادات خام اليورانيوم. ربما وفر ذلك على السوفيت سنة أو سنتين على الأقل في تطوير قنبلتهم الخاصة، ^{[ 282 ]} على الرغم من أن بعض المؤرخين جادلوا بأن السوفيت أنفقوا نفس القدر من الوقت في فحص المعلومات وتكرارها كما كانوا سيوفرونه لو وثقوا بها. ^{[ 283 ]}

كانت طائرة أفرو لانكستر البريطانية هي الطائرة الوحيدة التابعة للحلفاء القادرة على حمل قنبلة " الرجل النحيف" التي يبلغ طولها 5.2 متر (17 قدمًا) أو قنبلة "الرجل البدين" التي يبلغ عرضها 150 سم (59 بوصة) ، إلا أن استخدام طائرة بريطانية كان سيُسبب صعوبات في الصيانة. كان غروفز يأمل في تعديل طائرة بوينغ بي-29 سوبرفورتريس الأمريكية لحمل قنبلة "الرجل النحيف" عن طريق ضم حجرتي القنابل معًا. ^{[ 299 ]} لم يعد هذا التعديل ضروريًا بعد التخلي عن قنبلة "الرجل النحيف"، حيث كان حجم قنبلة "ليتل بوي" صغيرًا بما يكفي ليناسب حجرة قنابل بي-29، ^{[ 229 ]} ولكن مع ذلك، كانت التعديلات لا تزال مطلوبة. بدأت قيادة المواد التابعة للقوات الجوية للجيش في قاعدة رايت الجوية بولاية أوهايو مشروع "سيلفر بليت "، وهو الاسم الرمزي لتعديل طائرة بي-29، في نوفمبر 1943. أُجريت عمليات إسقاط تجريبية في قاعدة موروك الجوية التابعة للجيش ومحطة اختبار الذخائر البحرية في كاليفورنيا باستخدام قنابل "الرجل النحيف" و"الرجل البدين" على شكل يقطينة لاختبار خصائصها الباليستية والصمامات والاستقرار. ^{[ 300 ]}  

تم تفعيل المجموعة المركبة 509 في 17 ديسمبر 1944 في قاعدة ويندوفر الجوية التابعة للجيش في ولاية يوتا، بقيادة العقيد بول دبليو تيبتس . وقد تدرب سرب القصف 393 التابع لها ، والمجهز بطائرات بي-29 سيلفر بليت، على رحلات جوية طويلة المدى فوق الماء وأسقط قنابل على شكل يقطينة. ^{[ 301 ]} وشُكّلت وحدة خاصة تُعرف باسم مشروع ألبرتا في لوس ألاموس بقيادة بارسونز للمساعدة في إعداد القنابل وإيصالها. ^{[ 301 ]} وانتشرت المجموعة المركبة 509 في نورث فيلد في تينيان في يوليو 1945. ^{[ 302 ]} وغادرت معظم مكونات قنبلة ليتل بوي سان فرانسيسكو على متن الطراد يو إس إس إنديانابوليس  في 16 يوليو، ووصلت إلى تينيان في 26 يوليو. تم نقل المكونات المتبقية، والتي تضمنت ست حلقات من اليورانيوم عالي التخصيب، بواسطة ثلاث طائرات من طراز دوغلاس سي-54 سكاي ماستر تابعة لسرب نقل القوات 320 من المجموعة 509. ^{[ 303 ]} نُقلت مجموعتان من قنبلة فات مان إلى تينيان على متن طائرات بي-29 معدلة خصيصًا تابعة للمجموعة 509 المركبة، بينما نُقلت أول نواة بلوتونيوم على متن طائرة سي-54 خاصة. ^{[ 304 ]}

في نهاية ديسمبر 1944، ونظرًا للقلق من الخسائر الفادحة التي مُنيت بها ألمانيا في معركة الثغرة ، أصدر روزفلت تعليماته إلى غروفز وستيمسون بأنه إذا كانت القنابل الذرية جاهزة قبل انتهاء الحرب مع ألمانيا، فيجب أن يكونوا على أهبة الاستعداد لإسقاطها على ألمانيا، إلا أن اليابان كانت تُعتبر الهدف الأرجح. ^{[ 305 ]} وفي أواخر أبريل 1945، شُكّلت لجنة لتحديد الأهداف لتحديد المدن التي ينبغي استهدافها، وأوصت اللجنة بكوكورا وهيروشيما ونيغاتا وكيوتو . تدخل ستيمسون، معلنًا أنه سيتخذ قرار تحديد الأهداف، وأنه لن يُجيز قصف كيوتو نظرًا لأهميتها التاريخية والدينية. ^{[ 306 ]} وفي نهاية المطاف ، تم استبدال كيوتو بناغازاكي . ^{[ 307 ]} وفي مايو 1945، شُكّلت اللجنة المؤقتة لتقديم المشورة بشأن استخدام الطاقة النووية في زمن الحرب وما بعدها. شكلت اللجنة المؤقتة بدورها فريقًا علميًا مؤلفًا من آرثر كومبتون، وفيرمي، ولورانس، وأوبنهايمر؛ وقد أبدى هذا الفريق العلمي رأيه ليس فقط بشأن الآثار الفيزيائية المحتملة للقنبلة الذرية، بل أيضًا بشأن تأثيرها العسكري والسياسي المحتمل. وفي اجتماع عُقد في الأول من يونيو، قررت اللجنة المؤقتة أنه "ينبغي استخدام القنبلة ضد اليابان في أسرع وقت ممكن؛ وأن تُستخدم على مصنع حربي محاط بمنازل العمال؛ وأن تُستخدم دون سابق إنذار". ^{[ 308 ] [ 309 ]}

في مؤتمر بوتسدام بألمانيا، أخبر الرئيس هاري إس. ترومان ستالين أن الولايات المتحدة تمتلك "سلاحًا جديدًا ذا قوة تدميرية غير عادية"، دون الخوض في أي تفاصيل. ولأنه لم يُبدِ "اهتمامًا خاصًا"، افترض ترومان خطأً أن ستالين لم يفهم. في الواقع، كان الجواسيس السوفييت يُطلعون ستالين على العمل والاختبار المُخطط له. ^{[ 310 ] [ 311 ] [ 312 ]}

في 25 يوليو، وافق مارشال وستيمسون على أمر قصف من الجنرال توماس تي. هاندي إلى الجنرال كارل سباتز، نصّ على استخدام "القنبلة الخاصة الأولى" "بعد حوالي 3 أغسطس 1945"، واستخدام "قنابل إضافية" "فور تجهيزها من قبل فريق المشروع". ^{[ 313 ]} كانت الخطة العملياتية تقضي بإسقاط القنبلة الأولى في 2 أغسطس، والثانية في 10 أغسطس، والثالثة حوالي 24 أغسطس. إلا أنه نظرًا لأحوال الطقس فوق اليابان والرغبة في القصف المرئي، تم تأجيل موعد مهمة القصف الأولى إلى 6 أغسطس، وتقديم موعد الثانية إلى 9 أغسطس. ^{[ 314 ]}

في السادس من أغسطس عام ١٩٤٥، أقلعت طائرة "إينولا غاي" ، وهي من طراز بوينغ بي-٢٩ سوبرفورتريس تابعة للسرب ٣٩٣ للقصف، بقيادة الطيار تيبتس، من قاعدة نورث فيلد حاملةً قنبلة "ليتل بوي" في حجرة القنابل. كانت هيروشيما، مقر الجيش العام الثاني والفرقة الخامسة وميناءً للإنزال، الهدف الرئيسي، مع اعتبار كوكورا وناغازاكي هدفين بديلين. أكمل بارسونز، المسؤول عن تسليح المهمة، تجميع القنبلة في الجو لتقليل مخاطر الانفجار النووي في حال تحطم الطائرة أثناء الإقلاع. ^{[ ٣١٥ ]} انفجرت القنبلة على ارتفاع ١٧٥٠ قدمًا (٥٣٠ مترًا) بقوة انفجار قُدِّرت لاحقًا بما يعادل ١٣ كيلوطنًا من مادة تي إن تي. ^{[ ٣١٦ ]} دُمِّرت مساحة تقارب ٤.٧ ميل مربع (١٢ كيلومترًا ^مربعًا ) . خلص المسؤولون اليابانيون إلى أن 69% من مباني هيروشيما قد دُمرت، وأن 6-7% أخرى قد تضررت. وأشارت التقديرات الأولية إلى مقتل 66,000 شخص وإصابة 69,000 آخرين؛ إلا أن إعادة التقديرات اللاحقة، التي شملت أشخاصًا لم تُحصَهم الطرق السابقة، مثل العمال الكوريين المستعبدين وجنود إضافيين، خلصت إلى أن عدد القتلى جراء الهجوم قد يصل إلى 140,000 بحلول ديسمبر 1945. ^{[ 317 ] [ 318 ] [ 319 ] [ 320 ]}  

في صباح التاسع من أغسطس عام ١٩٤٥، أقلعت طائرة "بوكسكار" ، وهي قاذفة قنابل من طراز B-29 يقودها قائد السرب ٣٩٣ للقصف، الرائد تشارلز دبليو سويني ، حاملةً قنبلة "فات مان". هذه المرة، تولى آش وورث مهمة التسليح، وكانت كوكورا الهدف الرئيسي. عند وصولهم إلى كوكورا، وجدوا أن الغيوم قد حجبت المدينة، مما حال دون تنفيذ الهجوم البصري المطلوب بموجب الأوامر. بعد ثلاث طلعات جوية، ومع انخفاض مستوى الوقود، اتجهوا نحو الهدف الثانوي، ناغازاكي. قرر آش وورث استخدام تقنية الرادار في حال حجب الهدف، لكن انقشاع الغيوم في اللحظات الأخيرة فوق ناغازاكي سمح بالاقتراب البصري كما هو مطلوب. أُلقيت قنبلة "فات مان" فوق الوادي الصناعي للمدينة، في منتصف المسافة بين مصنع ميتسوبيشي للصلب والأسلحة جنوبًا ومصنع ميتسوبيشي-أوراكامي للذخائر شمالًا. بلغت قوة الانفجار الناتج ما يعادل 21 كيلوطن من مادة تي إن تي، أي ما يقارب قوة انفجار ترينيتي، إلا أنه اقتصر على وادي أوراكامي ، وحمت التلال المحيطة جزءًا كبيرًا من المدينة، بما في ذلك مركزها. دُمر حوالي 44% من المدينة، وتتراوح تقديرات الخسائر البشرية بين 40,000 و80,000 قتيل، و60,000 جريح على الأقل. ^{[ 321 ]} وبشكل عام، تشير التقديرات إلى مقتل ما بين 35,000 و40,000 شخص، وإصابة 60,000 آخرين. ^{[ 322 ] [ 323 ] [ 317 ]}

كان من المتوقع أن يكون لدى غروفز قنبلة ذرية أخرى جاهزة للاستخدام في 19 أغسطس، وثلاث قنابل أخرى في سبتمبر، وثلاث أخرى في أكتوبر. ^{[ 324 ]} تم تجهيز مجموعتين إضافيتين من قنبلة "الرجل البدين"، وكان من المقرر أن تغادرا قاعدة كيرتلاند متجهتين إلى تينيان في 11 و14 أغسطس. ^{[ 323 ]} في لوس ألاموس، عمل الفنيون على مدار 24 ساعة متواصلة لصبّ نواة بلوتونيوم أخرى . ^{[ 325 ]} على الرغم من صبّها، إلا أنها كانت لا تزال بحاجة إلى الضغط والطلاء، وهو ما كان سيستغرق حتى 16 أغسطس. ^{[ 326 ]} لذلك، كان من الممكن أن تكون جاهزة للاستخدام في 19 أغسطس.

في العاشر من أغسطس، أُبلغ ترومان بأنه يجري تحضير قنبلة أخرى. فأمر بعدم استخدام أي قنابل ذرية إضافية دون إذنه الصريح. ووفقًا لهنري أ. والاس ، قال ترومان لمجلس وزرائه إن "فكرة إبادة 100 ألف شخص آخرين كانت مروعة للغاية. لم يُعجبه فكرة قتل، كما قال، 'كل هؤلاء الأطفال'". ^{[ 327 ]} أوقف غروفز شحن النواة الثالثة في الثالث عشر من أغسطس. ^{[ 328 ]}

في 11 أغسطس، اتصل غروفز بوارن وأصدر إليه أوامر بتشكيل فريق مسح لتقديم تقرير عن الأضرار والإشعاع في هيروشيما وناغازاكي فور انتهاء الحرب. وصل فريق مجهز بعدادات غايغر محمولة إلى هيروشيما في 8 سبتمبر برئاسة فاريل ووارن، برفقة الأدميرال الياباني ماساو تسوزوكي الذي عمل كمترجم. مكثوا في هيروشيما حتى 14 سبتمبر، ثم قاموا بمسح ناغازاكي من 19 سبتمبر إلى 8 أكتوبر. ^{[ 329 ]} قدمت هذه البعثة العلمية، إلى جانب بعثات علمية أخرى إلى اليابان، بيانات قيّمة حول آثار القنبلة الذرية، وأدت إلى إنشاء لجنة ضحايا القنبلة الذرية . ^{[ 330 ]}

تحسباً للقصف، كلف غروفز الفيزيائي هنري دي وولف سميث بإعداد تاريخ تقني مُنقّح للمشروع للنشر العام. كانت فكرة نشر هذه المعلومات بحرية مثيرة للجدل؛ واتخذ ترومان القرار بذلك شخصياً. نُشر " تقرير سميث " للجمهور في 12 أغسطس 1945. ^{[ 331 ]}

أعلنت اليابان استسلامها في 15 أغسطس/آب. ^{[ 332 ]} أصبحت ضرورة القصف موضوع جدل بين المؤرخين . تساءل البعض عما إذا كانت "الدبلوماسية الذرية" ستحقق الأهداف نفسها، وعن مدى تأثير القنابل وإعلان الاتحاد السوفيتي الحرب على استعداد اليابان للاستسلام. ^{[ 333 ]} كان تقرير فرانك أبرز الجهود الداعية إلى إجراء تجربة، لكن اللجنة العلمية التابعة للجنة المؤقتة رفضته. ^{[ 334 ]} أما عريضة زيلارد ، التي صِيغت في يوليو/تموز 1945 ووقعها عشرات العلماء العاملين في مشروع مانهاتن، فكانت محاولة متأخرة لتحذير ترومان من مسؤوليته في استخدام مثل هذه الأسلحة. ^{[ 335 ] [ 336 ]}