本世纪30年代初期,原子物理学获得了飞速发展。
        1932年,英国物理学家查德威克发现中子。
        1934年,居里夫人的女婿和女儿、法国物理学家约里奥—居里夫妇宣布,用α粒子轰击铝、硼时,产生了人工放射性物质。
        同年,美籍意大利物理学家费米提出慢中子效应,使人工放射性更强。
        1938年秋,哈恩和斯特拉斯曼发现中子轰击铀以后有钡存在,说明铀原子核在中子轰击下分裂两半。梅特纳从数学上进一步分析,发现每裂变一个原子可以放出大约两亿电子伏的能量。
        裂变反应的发现震惊了科学界……
        原子裂变的发现正值第二次世界大战的导火线已经点燃。当时,移居美国的匈牙利物理学家西拉德等人,意识到可能利用核裂变制成具有空前破坏力的原子弹。
        1939年春天,刚逃到美国的费米教授决定去拜访海军部,报告关于核裂变的研究情况。但未引起当局注意。同年夏天,西拉德等人得知德国科学家开始讨论利用原子能的消息。他们非常担忧,决定提醒美国政府关注德国可能研制成原子弹的问题。西拉德在7月拜访了爱因斯坦,在他的帮助下,西拉德会晤了罗斯福总统的好友和私人顾问、经济学家萨克斯,然后又请爱因斯坦在致罗斯福总统的信上签字,由萨克斯转呈罗斯福。在一次早餐上,罗斯福总统终于被萨克斯说服,决定支持研制原子弹。
        1940年,美国政府只提供了6000美元的经费。次年12月,美国政府才决定大量拨款和充分利用科技力量研制原子弹。随着第二次世界大战的发展,美国于1942年8月制定了研制原子弹的“曼哈顿”工程计划。美国陆军工程兵团建设部副主任格罗夫斯以陆军部长史汀生和马歇尔将军的名义,全部负责研制原子弹的工作。美陆军部全力支持该项计划,并以压倒其他任何计划加以实施。
        格罗夫斯毕业于陆军工程兵学院,他是个工程师,对技术问题相当内行。格罗夫斯走马上任后,成立了包括他在内的三人领导核心,由总统科学顾问布希担任主席,格罗夫斯得到了与他职责相应的权力。重大问题,他可以通过布希向总统汇报,并且在布希的支持下,很快统一了领导,把有关的大学实验室研究工作包括在里面。
        格罗夫斯多年从事施工组织领导工作,他综合考虑了“曼哈顿”工程的性质,提出“曼哈顿”工程建设,必须首先具备以下诸多条件:1、必须远离城市,安全保密,避开敌方直接干预;2、大量电源,估计总电力需10万8千瓦,到1945年约需15万瓦;3、与纽约、华盛顿和芝加哥之间的往来必须方便;4、大量的水源;5、能够全年施工的气候条件;6、就地解决庞大的劳工队伍等。1942年9月,格罗夫斯把“曼哈顿”工程选址设在田纳西州东部诺克斯维尔城西的一片荒原上,那里距诺克斯维尔城17英里,5条乡间土路通过这片92平方英里的贫瘠山谷和长满矮橡树的山脊。那里没有市镇和村庄,人口较少,而且分散。它的四周都是山脊环抱,世人无法窥视。
        格罗夫斯作为一个组织者、领导者,使“曼哈顿”工程集中了美国最优秀的物理学家,其中有一些还是世界闻名的诺贝尔奖金获得者。
        “曼哈顿”工程计划由3支科学研究力量来完成。它们所承担和完成的任务是:
        1、生产出铀235。最初,制造铀235的工厂称为“克林顿工厂”。格罗夫斯在克林顿建立两个从铀238分离铀235的工厂。一个是电磁同位素分离工厂,代号为“Y—12”,由电实验物理学家、诺贝尔奖获得者劳伦斯负责。一种元素的各种同位素,由于它们的质量各不相同,由电磁分离(物理)方法将它们隔离或收集起来,这就是建造电磁同位素工厂的理论根据。
        另一个是气体扩散工厂,代号为“K—25”计划,由哈罗德·巴·尤里博士负责,与当宁博士一起在纽约哥伦比亚大学的代用合金材料实验室进行。它是根据分子渗透原理,把含铀的气体向多孔的薄膜压送,含铀235的气体的较轻分子比含铀238的较重的分子更能迅速地通过。因此,这个过程的核心是扩散膜,是一个每平方英寸内有数百万个超微细孔的多孔薄金属板或薄膜。
        2、生产钚。1942年11月,杜邦公司承接了设计、建造生产钚的工厂,最后确定的厂址是华盛顿州中南部的汉福特地区,汉福特工厂因此而得名。
        钚的生产设备是反应堆。在汉福特建立4座反应堆,3个运转,1个备用。工作周期3个月。堆之间相距1英里。反应堆本身用钢、压制木板和混凝土做成的厚层屏蔽围绕着。每座反应堆都是由经过精细加工的、十分纯的石墨块构成的,石墨块中嵌有装载着棒状或块状的铅管。铀在1200吨石墨中发生链式反应,可以发出25万瓦的热量。把冷却水打进铅管,围绕着铀棒,每分钟75000加仑,用以驱散那些热量。铀棒用铅皮单个包上,等它们“燃烧”100天以后,每4000个原子中约有1个原子变为钚。
        生产所需的原料铀矿石来源于比属刚果的欣科洛布韦矿区。开发此矿的是加丹加高原的联合矿业公司总经理埃德加·森吉尔。格罗夫斯最终说服他把富铀矿石卖给了美国。原料解决了!
        3、设计原子弹。1942年,关于怎样设计原子弹,它究竟应该有多大,谁都不知道;同时,关于原子弹爆炸的物理学研究也还没有开展。格罗夫斯负责“曼哈顿”工程计划后,决定加速这方面的工作。负责这一设计计划的是奥本海默,代号为“Y”。奥本海默的实验室设在新墨西哥州离圣菲50英里的荒凉的高地上,称为洛斯-阿拉莫斯实验室。洛斯-阿拉莫斯是一个僻静的山区,只有几条道路和少数峡谷与外界相通,远离大城市。但这里有便利的空运和铁路交通,有进行室外试验工作的温和的气候条件。
        实现发展原子弹的“Y”计划是史无前例的,需要各方面的人才,如土木工程师、冶金学家、化学家、物理学家和军官们的全力协作。1943年3月15日,奥本海默率领他的一些工作人员来到洛斯-阿拉莫斯,开始了研制原子弹和原子弹爆炸的试验工作。
        “曼哈顿”工程计划的实施,终于使美国于1945年7月16日成功地试验了第一颗原子弹。