橡樹嶺
上校，在國庫裡，我們計算的白銀不是噸，而是金衡盎司。 “
丹尼爾·貝爾。 美國財政部副部長，2024年3月。
鈾顧問委員會由國家標準局、陸軍和海軍的代表組成，定期與物理學家和化學家會面，討論原子能和原子能的發展**。 根據討論期間提出的意見，委員會要求陸軍和海軍發出適當的傳票，以購買研究材料。 2024年6月，在有訊息稱威廉皇帝物理研究所開展了龐大的鈾研究計畫後，成立了“國防研究委員會”，OSRD局長布希兼任主席，鈾諮詢委員會成為該協會的乙個分支。 國防研究委員會通過與一些大學和學院簽訂合同開展工作，最初使用陸軍和海軍分配的資金，後來從國會撥款委員會獲得專項預算。
到2024年11月，由於“鈾計畫”變得如此重要，布希決定將鈾諮詢委員會（現更名為S-1委員會）從國家發改委中撤出，直接由OSRD管理。 布希與羅斯福討論了軍事原子能問題，在擴大計畫、調整組織、獲得專項資金、與英國交換情報等方面獲得了羅斯福的批准，然後成立了原子彈計畫最高政策小組，其中包括他自己、華萊士副手、戰爭部長史汀生、參謀長馬歇爾和康南博士。
直到 1941 年 11 月，在實驗室進行的所有研究工作都是使用鈾來實現可控的鏈式反應。 鈾是一種稀有同位素，僅在 07%。在費公尺的核反應堆中，就是這個 07%的鈾已經實現了核裂變，如果能從天然鈾中提純出較重的鈾，裂變的幾率將大大增加。 根據費公尺的估計，可能需要幾公斤到幾十公斤純度超過90%的鈾-3才能達到核**，但在此之前，人類從未獲得過哪怕是超微量的純鈾，不可能生產出“公斤”這個東西。
然而，還有另一種捷徑是用高能中子轟擊鈾以獲得同位素鈾-3，其半衰期約為23分鐘，然後橫向變成新元素93（錼）。 錼是一種不穩定的超鈾元素，在 2 到 3 天內衰變成鈽。 1940 年 3 月，由 Seaborg 博士領導的乙個研究小組轟擊了加州大學伯克利分校的鈾 238，氘核被 60 英吋迴旋加速器加速，產生了鈽 239（元素 106 後來以 Seaberg 命名，元素 97 和 98 分別以伯克利和加利福尼亞命名）。 對這種材料的分析表明，它的臨界質量比鈾小得多，當它也是乙個球體時，約為鈾的1.5%，純度只有10%至15%，因此它可以用來製造新的核裂變材料，在自然界中儲量更高。
格羅夫斯將軍（1896-1970），美國陸軍工程上校（後晉公升為少將），曼哈頓工程部長。
美國捲入二戰後，終止了對原子能的研究，集中人力物力加快製造原子彈的步伐。 2024年12月16日，布希在最高決策組會議上建議，將仍處於分散研究狀態的核物理學家和工程師集中在某個領域，以提高效率，增強保密性。 他建議陸軍工程兵團監督該地區的建築工作。 此後不久，康南特博士回顧了布希的報告，並提出了建立生產工廠的問題。 當時，生產裂變材料的方法有六種：離心法、氣體擴散法、液熱擴散法和鈾的電磁分離法，以及鈾加石墨或重水反應堆生產鈽239°
1942 年 6 月 17 日，布希向羅斯福傳送了乙份關於原子彈計畫現狀的報告，其中他指出，製造用於戰爭的核武器在技術上是可以實現的，並詳細說明了生產方法。 羅斯福批准了這份報告，第二天，美國陸軍後勤部參謀長斯蒂爾少將任命工程師馬歇爾上校監督工程區的建設，以“履行陸軍在原子能發展方面的職責”。 從這一天起，“曼哈頓計畫”正式啟動。 當然，此時的專案還不叫這個名字，而是叫“替代材料開發實驗室”，直到當年8月，專案負責人之一格羅夫斯上校擔心這個名字會引起人們的好奇心，建議以馬歇爾上校辦公室所在的曼哈頓命名，於是“曼哈頓工程區”就這樣誕生了。
2024年9月17日，剛剛完成五角大樓建設專案的陸軍工程兵團建設部副部長格羅夫斯上校被任命為曼哈頓計畫的軍事首長，接替即將調往海外的馬歇爾上校，晉公升為準將。 格羅夫斯佔據了華盛頓特區的兩個房間 5120 和 5121，這是曼哈頓計畫的總部。
根據曼哈頓計畫的原定計畫，鈽反應堆的建設將於2024年10月1日開始，電磁分離工作將於11月1日開始，離心分離工作將於2024年1月1日開始，氣體擴散工作將於2024年3月1日開始。
據專家估計，裂變材料工廠需要一塊遠離東海岸和西海岸的廣闊無人居住的土地，方便前往華盛頓、紐約和芝加哥，水源充足，土地價格低廉，最後，氣候條件允許全年建設。 格羅夫斯選擇了田納西州諾克斯維爾附近田納西河邊的柯林頓鎮作為鈾工廠，選擇了靠近哥倫比亞河的華盛頓州漢福德作為鈽工廠。
柯林頓是典型的田納西州小鎮，到處都是分散的農民，只有幾家小商店和一所全日制學校，該地區很容易通過公路和鐵路連線，羅斯福“新政”時代建造的一系列水電站為該地區提供充足的電力。 曼哈頓專案在柯林頓鎮地區收購了54,000英畝的土地，土地徵用和搬遷費支付了居民財產的全部價值。 整個工廠最初被命名為“柯林頓工廠”，直到2024年夏天，當“橡樹嶺”被用作整個地區的名稱，包括工廠和住宅區，但鈾廠的正式名稱仍然是“柯林頓工廠”，直到2024年美國原子能委員會成立時，才更名為“橡樹嶺工廠”。
當時，已經開發出幾種分離鈾和鈾-3的方法，化學家尤里（氘的發現者，2024年諾貝爾化學獎獲得者）在哥倫比亞大學進行了氣體擴散實驗，勞倫斯（迴旋加速器的發明者，2024年諾貝爾物理學獎獲得者，以元素103命名）在加利福尼亞大學進行了電磁分離實驗， 伯克利。氣體擴散的原理是將六氟化鈾氣體幫浦送通過大約4000層金屬膜篩，每個篩子都有無數微小（小於百萬分之一厘公尺）的孔隙，鈾，形成的六氟化物的分子量很小，因此可以以更快的速度通過篩孔。 電磁學定律利用迴旋加速器的原理，通過使它們與氟化鈾之間的分子量略有不同來分離鈾和氟化鈾，方法是使它們在通過電磁場時彎曲略有不同。 橡樹嶺電磁分離廠安裝了前所未有的大型電磁鐵，磁極直徑可達 4 公尺6 公尺，最終使用這種方法生產了以公斤為單位的鈾 235。 離心法是利用離心機高速（每分鐘數萬至數百萬轉）旋轉鈾和鈾的混合物，將較重的鈾逐漸拋入外層，然後關閉最薄的純鈾層，重複該過程。 雖然當時已經制定了這種方法，但還沒有發展到可以用於工業生產的程度，為了避免分心，格羅夫斯最終決定只在相距約27公里的橡樹嶺建造氣體擴散廠（代號-K-25）和電磁分離廠（代號-Y-12）。
電磁分離廠（Y-12）建在橡樹嶺東南部的825英畝土地上，由通用動力公司提供動力，Allis-Chalmers生產磁鐵，Westinghouse製造操作箱和其他元件，Stone-Webster承包建築。 全廠於2024年2月開工建設，同年11月投產，建設成本達34億美元。 它是柯林頓工廠中工人人數最多的工廠（多達 8 名20,000人），也是戰爭期間唯一一家生產**級濃縮鈾的工廠。
整個Y-12工廠分為三個部分：A車間用於初步濃縮，車間用於再淨化，輔助化學和動力車間。 車間A由5個工廠組成，每個工廠配備9個電磁分離器，稱為“跑道”，每個工廠包括96個磁鐵和96個氣體收集器，以及3個工廠，每個工廠配備8個“跑道”。 總共需要6,624塊巨大的磁鐵，如何獲得生產這些磁鐵所需的銅，成為柯林頓工廠成立之初遇到的最大問題。 如果所有這些磁鐵都用銅帶纏繞，Y-12工廠至少需要約12萬噸銅。 2024年，美國全年生產了300萬噸銅，但其中大部分都用於更緊急的軍事專案，最後格羅夫斯想到了美國財政部。
經過一系列談判，美國財政部同意提供 470,000噸銀幣，以及390,000噸銀錠（美元鈔票儲備），條件是在戰爭結束後六個月內歸還相同數量的銀錠**。 這些硬幣和錠子被從西點軍校的金庫中取出，在嚴格的保護下運往美國金屬精煉公司，鑄造成短銀條，這些銀條被製成偏轉帶、磁鐵線圈和類似零件，用於製造電磁鐵。 由於嚴密的安保措施，整個過程中沒有發生一起盜竊事件，包括後期的生產過程，價值超過8億美元40,000 噸**最終僅損失了 0035%由於鑄造、加工和使用中的正常磨損。
在Y-12工廠生產的頭幾個月，格羅夫斯等人發現了一系列技術問題：磁芯的銀帶纏繞得太緊，再加上用於冷卻的迴圈油中混有鐵屑，導致線圈短路，老鼠跑進真空箱， 鳥類、暴風雨和雷擊使電線短路最後，格羅夫斯不得不加強安全和浪費措施，以防止破壞活動（例如將鐵屑扔進迴圈油中），並要求車間每四周和每兩周清潔一次。
氣體擴散廠（K-25）的啟動時間比電磁分離廠晚得多，因為S-1委員會將其優先於電磁分離廠和鈽廠之後。 該工廠的核心是數千台分級過濾裝置，每台裝置都配有由金屬膜製成的管子，由於當時涉及許多最先進的化學技術，美國最大的化學公司之一聯合碳化物公司被任命為生產膜和級聯過濾裝置的主要承包商。 擴散幫浦由Alice Chalmers製造。K-25 工廠沒有使用田納西河谷管理局的電力，而是建造了乙個單獨的燃煤電廠，而不是使用田納西河谷管理局的電力，因為需要多種頻率的電力（更重要的是擔心損壞電力線）（如果關閉，可能需要幾個月的氣體擴散工廠才能重新啟動， 與電磁分離裝置不同，電磁分離裝置可以在短短幾天內重新啟動）。為了避免氣體腐蝕，有人建議該工廠數百英里的工藝管道應由鎳製成，製造管道裝置的克萊斯勒汽車公司計算出，世界上沒有足夠的鎳用於K-25工廠。 最終，格羅夫斯找到了紐澤西州的一家小公司，並在每根管子上鍍上了一層厚厚的鎳。 為了保證安全，在數百英里的管道中不能有乙個氣孔，而且這些管道在投入生產之前都要經過手術清洗，為此格羅夫斯設立了專門的焊接和清洗車間......這樣，在投入生產之前，K-25工廠已經花費了2億美元。
戰爭結束時，柯林頓工廠還建造了乙個液體熱擴散車間，作為氣體擴散的輔助生產手段。 熱擴散的原理是不同分子量的同位素具有不同的比熱，因此較輕的鈾會向上流動。 2024年夏天，化學家阿貝爾森在華盛頓的卡內基研究所以這種方式分離出微量的鈾，海軍隨後資助了這項實驗，並在費城的海軍造船廠建造了一座實驗工廠。 建造乙個完整的熱擴散生產裝置系統將花費大約20億至30億美元，但該過程可以用作獲得低濃縮鈾的第一步，這將便宜得多。 2024年夏天，代號為S-50的液體熱擴散工廠在K-25工廠旁邊開業，該工廠使用後者的蒸汽，後者從前者的粗品中進一步濃縮鈾。 全廠共有21臺同位素分離器，每台由102根15公尺長的圓管組成，內為鎳管，外為銅管，外為白口鐵冷卻水管。
到2024年5月，橡樹嶺已經為曼哈頓計畫提供了足夠的鈾來製造投在廣島的原子彈，在整個生產過程中，只有8人死於工傷，包括5人觸電、1人中毒、1人燒傷、1人死於墜物。 考慮到鈾生產的整個過程充滿了危險，不僅使用了很多危險品和劇毒化學品（如氯羰基光氣、液氮、氟化氫、四氯化碳等），而且鈾本身及其化合物也是有毒和劇毒的，能夠保持如此低的傷害率，已經是了不起的成就。
漢福德
根據目前掌握的工藝，鈽的生產是可以實現的，成功率為99%，炸彈的成功率為90%。從時間上看，假設有持續的全面支援，第一顆原子彈將在2024年交付，2024年每月一顆。
亞瑟·康普頓，1942 年 12 月。
1942 年 10 月 5 日，在曼哈頓計畫的鈽計畫計畫開始四天後，格羅夫斯、康普頓、費公尺、西拉德和韋格納在芝加哥“冶金實驗室”會面，討論鈽的生產。 當格羅夫斯問製造一顆炸彈需要多少鈽時，他被物理學家的回答嚇了一跳，目前還不清楚需要多少鈽，但可以計算出的最準確的係數是10，也就是說，如果計算是原子彈需要10公斤鈽， 正確答案應該在 1 公斤到 100 公斤之間。即使只需要1公斤的鈽，在當時也是乙個天文數字，因為只有幾毫克的鈽是用迴旋加速器製造的，沒有辦法將反應堆中產生的鈽與鈾分開。
格羅夫斯決定離開這群科學家，著手解決建造鈽工廠的問題。 為了減少工程、施工、運營的協調，他決定讓一家公司負責這三項任務，而杜邦化學公司是當時美國唯一一家能夠管理這些任務的公司。 杜邦的委託包括設計、建造和運營乙個大型鈽廠，杜邦是按照“冶金實驗室”設計和建造的，美國聯邦**對該實驗室在此過程中可能產生的任何損害負全部責任。 杜邦董事會表示將免費協助**，不會因工作而獲得任何報酬或特許權使用費，因此該條款也包含在合同中，但出於法律原因，杜邦不得不接受報酬才能完成合同，因此合同最終以 1 美元的報酬告終。 有趣的是，日本投降後不久，美國就提前向杜邦全額支付了1美元的酬金，但財政部官員認為合同沒有到期，並裁定杜邦公司應退還33美分。 根據其他合同安排，杜邦的氨部門生產重水（當時石墨已經確定，重水只是備用手段），TNX（三硝基二甲苯）炸藥生產鈽。
曼哈頓計畫最初打算將鈽工廠設在芝加哥附近的阿貢山，但由於鈽生產過程比鈾生產更危險，因此不適合將其放置在人口稠密的大城市周圍。 橡樹嶺是乙個更合適的位置，但如果鈽工廠要安裝在那裡，另外 75萬畝土地，同時，田納西州的電力負擔會太重，一旦發生鈽廠這樣的事故，必然會影響當地鈾廠的運轉。 經過討論，杜邦公司和曼哈頓工程團隊對選址提出了以下意見：1、可提供大量的冷卻水; 2、可提供至少10萬千瓦的電力; 3、最危險的巖芯生產區至少為16x12平方英里; 4. 實驗室應距離反應器或分離裝置至少 8 英里 5.生活區和福利區應距離反應堆和分離廠至少10英里的上風處;6. 在反應堆或分離廠 20 英里範圍內不應有人口超過 1,000 人的城鎮。
當時，美國最大的水電站，哥倫比亞河上的大柯利大壩和科羅拉多河上的博爾德大壩（現稱為胡佛水壩）都位於西部地區，經過對美國西部地區從華盛頓州到墨西哥邊境的仔細調查， 格羅夫斯決定將工廠設在華盛頓州中部的漢福德，該工廠可以從Grand Curley（2024年設計為820,000千瓦）及其下游的Boneville（520,000千瓦）發電，兩座水電站有足夠的電力**。漢福德是乙個只有兩家雜貨店的小鎮，因為土壤主要是沙子和礫石（非常適合帶有反應堆的大型建築），特別是灌溉水必須從 20 公里外運來，只有幾個農場種植薄荷、櫻桃和火雞，而且土地很便宜。 1943 年 2 月 8 日，美國陸軍部長發布徵地令，在漢福德地區徵用 500,000 英畝土地。
漢福德工廠距離河流幾公里，哥倫比亞河的冰冷純淨水非常適合冷卻反應堆，離開反應堆並將其儲存在儲罐中，放射性同位素在排放到哥倫比亞河之前衰變，以避免傷害鮭魚。 整個工廠包括6座20萬千瓦水冷石墨反應堆和3座分離廠，每座占地2座6平方公里，由鋼材，壓制木板和厚混凝土遮蔽，以保護操作員免受輻射。 為確保安全，每個反應堆都配備了雙水冷系統，反應堆相距10公里。 以前沒有用於工業生產的反應堆經驗，例如管道材料在中子轟擊下的強度，這是以前沒有考慮過的，因此漢福德工廠必須在建造時發現問題，並從芝加哥冶金實驗室和柯林頓工廠的小型測試反應堆中獲取經驗。 乙個反應堆的建造需要 450,000 套各種元件，其中許多元件需要比製造精密時鐘所需的公差更精細的公差，杜邦公司將這些元件分包給美國鋁業公司、聯合碳化物公司、通用汽車公司和數百家其他中小型公司，這些公司直接或間接地為 450,000 人在漢福德工廠建設的高峰期提供服務。
漢福德工廠原計畫建8個分離廠，後來減少到6個和4個，最後決定建3個分離廠，其中兩個正常執行，另乙個作為備用廠房，每個廠房長240公尺，用2公尺的混凝土劃分成小手術室， 反應堆加工的鈾棒由專用鐵路車廂運輸到這裡，鈽經化學分離，殘渣和廢液重新提取，放入鋼筋混凝土容器中，深埋地下。
除了鈽工廠的建設外，另乙個緊迫的問題是為迅速湧入漢福德的數萬名工人建造生活和福利設施，包括住宅、辦公樓、工廠的一般和後勤辦公室、實驗室、醫院、倉庫、商店、教堂、紅十字會、儲蓄房、供暖廠、 變電站、圍欄、下水道、水塔......還有數百公里的專用公路、鐵路和配電線路。 這個基礎設施的建設是由陸軍工程兵團進行的，漢福德工廠從全國各地招募了數千名婦女擔任文員、打字、速記、文員等工作，以便為她們設立服裝店和美容院，每天晚上用專車將婦女運送到帕斯科鎮， 在70公里外，他們可以去購物、理髮、看電影或參加帕斯科海軍航空基地的定期舞會。