本世紀(jì)30年代初期，原子物理學(xué)獲得了飛速發(fā)展。
1932年，英國物理學(xué)家查德威克發(fā)現(xiàn)中子。
1934年，居里夫人的女婿和女兒、法國物理學(xué)家約里奧—居里夫婦宣布，用α粒子轟擊鋁、硼時(shí)，產(chǎn)生了人工放射性物質(zhì)。
同年，美籍意大利物理學(xué)家費(fèi)米提出慢中子效應(yīng)，使人工放射性更強(qiáng)。
1938年秋，哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)中子轟擊鈾以后有鋇存在，說明鈾原子核在中子轟擊下分裂兩半。梅特納從數(shù)學(xué)上進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)每裂變一個(gè)原子可以放出大約兩億電子伏的能量。
裂變反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)震驚了科學(xué)界……
原子裂變的發(fā)現(xiàn)正值第二次世界大戰(zhàn)的導(dǎo)火線已經(jīng)點(diǎn)燃。當(dāng)時(shí)，移居美國的匈牙利物理學(xué)家西拉德等人，意識(shí)到可能利用核裂變制成具有空前破壞力的原子彈。
1939年春天，剛逃到美國的費(fèi)米教授決定去拜訪海軍部，報(bào)告關(guān)于核裂變的研究情況。但未引起當(dāng)局注意。同年夏天，西拉德等人得知德國科學(xué)家開始討論利用原子能的消息。他們非常擔(dān)憂，決定提醒美國政府關(guān)注德國可能研制成原子彈的問題。西拉德在7月拜訪了愛因斯坦，在他的幫助下，西拉德會(huì)晤了羅斯福總統(tǒng)的好友和私人顧問、經(jīng)濟(jì)學(xué)家薩克斯，然后又請(qǐng)愛因斯坦在致羅斯?？偨y(tǒng)的信上簽字，由薩克斯轉(zhuǎn)呈羅斯福。在一次早餐上，羅斯?？偨y(tǒng)終于被薩克斯說服，決定支持研制原子彈。
1940年，美國政府只提供了6000美元的經(jīng)費(fèi)。次年12月，美國政府才決定大量撥款和充分利用科技力量研制原子彈。隨著第二次世界大戰(zhàn)的發(fā)展，美國于1942年8月制定了研制原子彈的“曼哈頓”工程計(jì)劃。美國陸軍工程兵團(tuán)建設(shè)部副主任格羅夫斯以陸軍部長史汀生和馬歇爾將軍的名義，全部負(fù)責(zé)研制原子彈的工作。美陸軍部全力支持該項(xiàng)計(jì)劃，并以壓倒其他任何計(jì)劃加以實(shí)施。
格羅夫斯畢業(yè)于陸軍工程兵學(xué)院，他是個(gè)工程師，對(duì)技術(shù)問題相當(dāng)內(nèi)行。格羅夫斯走馬上任后，成立了包括他在內(nèi)的三人領(lǐng)導(dǎo)核心，由總統(tǒng)科學(xué)顧問布希擔(dān)任主席，格羅夫斯得到了與他職責(zé)相應(yīng)的權(quán)力。重大問題，他可以通過布希向總統(tǒng)匯報(bào)，并且在布希的支持下，很快統(tǒng)一了領(lǐng)導(dǎo)，把有關(guān)的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究工作包括在里面。
格羅夫斯多年從事施工組織領(lǐng)導(dǎo)工作，他綜合考慮了“曼哈頓”工程的性質(zhì)，提出“曼哈頓”工程建設(shè)，必須首先具備以下諸多條件：1、必須遠(yuǎn)離城市，安全保密，避開敵方直接干預(yù)；2、大量電源，估計(jì)總電力需10萬8千瓦，到1945年約需15萬瓦；3、與紐約、華盛頓和芝加哥之間的往來必須方便；4、大量的水源；5、能夠全年施工的氣候條件；6、就地解決龐大的勞工隊(duì)伍等。1942年9月，格羅夫斯把“曼哈頓”工程選址設(shè)在田納西州東部諾克斯維爾城西的一片荒原上，那里距諾克斯維爾城17英里，5條鄉(xiāng)間土路通過這片92平方英里的貧瘠山谷和長滿矮橡樹的山脊。那里沒有市鎮(zhèn)和村莊，人口較少，而且分散。它的四周都是山脊環(huán)抱，世人無法窺視。
格羅夫斯作為一個(gè)組織者、領(lǐng)導(dǎo)者，使“曼哈頓”工程集中了美國最優(yōu)秀的物理學(xué)家，其中有一些還是世界聞名的諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者。
“曼哈頓”工程計(jì)劃由3支科學(xué)研究力量來完成。它們所承擔(dān)和完成的任務(wù)是：
1、生產(chǎn)出鈾235。最初，制造鈾235的工廠稱為“克林頓工廠”。格羅夫斯在克林頓建立兩個(gè)從鈾238分離鈾235的工廠。一個(gè)是電磁同位素分離工廠，代號(hào)為“Y—12”,由電實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者勞倫斯負(fù)責(zé)。一種元素的各種同位素，由于它們的質(zhì)量各不相同，由電磁分離(物理)方法將它們隔離或收集起來，這就是建造電磁同位素工廠的理論根據(jù)。
另一個(gè)是氣體擴(kuò)散工廠，代號(hào)為“K—25”計(jì)劃，由哈羅德·巴·尤里博士負(fù)責(zé)，與當(dāng)寧博士一起在紐約哥倫比亞大學(xué)的代用合金材料實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。它是根據(jù)分子滲透原理，把含鈾的氣體向多孔的薄膜壓送，含鈾235的氣體的較輕分子比含鈾238的較重的分子更能迅速地通過。因此，這個(gè)過程的核心是擴(kuò)散膜，是一個(gè)每平方英寸內(nèi)有數(shù)百萬個(gè)超微細(xì)孔的多孔薄金屬板或薄膜。
2、生產(chǎn)钚。1942年11月，杜邦公司承接了設(shè)計(jì)、建造生產(chǎn)钚的工廠，最后確定的廠址是華盛頓州中南部的漢福特地區(qū)，漢福特工廠因此而得名。
钚的生產(chǎn)設(shè)備是反應(yīng)堆。在漢福特建立4座反應(yīng)堆，3個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)，1個(gè)備用。工作周期3個(gè)月。堆之間相距1英里。反應(yīng)堆本身用鋼、壓制木板和混凝土做成的厚層屏蔽圍繞著。每座反應(yīng)堆都是由經(jīng)過精細(xì)加工的、十分純的石墨塊構(gòu)成的，石墨塊中嵌有裝載著棒狀或塊狀的鉛管。鈾在1200噸石墨中發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，可以發(fā)出25萬瓦的熱量。把冷卻水打進(jìn)鉛管，圍繞著鈾棒，每分鐘75000加侖，用以驅(qū)散那些熱量。鈾棒用鉛皮單個(gè)包上，等它們“燃燒”100天以后，每4000個(gè)原子中約有1個(gè)原子變?yōu)轭小?br>生產(chǎn)所需的原料鈾礦石來源于比屬剛果的欣科洛布韋礦區(qū)。開發(fā)此礦的是加丹加高原的聯(lián)合礦業(yè)公司總經(jīng)理埃德加·森吉爾。格羅夫斯最終說服他把富鈾礦石賣給了美國。原料解決了！
3、設(shè)計(jì)原子彈。1942年，關(guān)于怎樣設(shè)計(jì)原子彈，它究竟應(yīng)該有多大，誰都不知道；同時(shí)，關(guān)于原子彈爆炸的物理學(xué)研究也還沒有開展。格羅夫斯負(fù)責(zé)“曼哈頓”工程計(jì)劃后，決定加速這方面的工作。負(fù)責(zé)這一設(shè)計(jì)計(jì)劃的是奧本海默，代號(hào)為“Y”。奧本海默的實(shí)驗(yàn)室設(shè)在新墨西哥州離圣菲50英里的荒涼的高地上，稱為洛斯-阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室。洛斯-阿拉莫斯是一個(gè)僻靜的山區(qū)，只有幾條道路和少數(shù)峽谷與外界相通，遠(yuǎn)離大城市。但這里有便利的空運(yùn)和鐵路交通，有進(jìn)行室外試驗(yàn)工作的溫和的氣候條件。
實(shí)現(xiàn)發(fā)展原子彈的“Y”計(jì)劃是史無前例的，需要各方面的人才，如土木工程師、冶金學(xué)家、化學(xué)家、物理學(xué)家和軍官們的全力協(xié)作。1943年3月15日，奧本海默率領(lǐng)他的一些工作人員來到洛斯-阿拉莫斯，開始了研制原子彈和原子彈爆炸的試驗(yàn)工作。
“曼哈頓”工程計(jì)劃的實(shí)施，終于使美國于1945年7月16日成功地試驗(yàn)了第一顆原子彈。