Oak Ridge

Tan ca tại cơ sở làm giàu urani Y-12 ở Oak Ridge. Tính tới tháng 5 năm 1945, đã có khoảng 82 nghìn người làm việc ở Công trường Clinton.[69]

Một ngày sau khi nhậm chức, Groves bắt chuyến tàu tới Tennessee với Đại tá Marshall để thăm dò vị trí được đề xuất, và Groves cảm thấy ấn tượng với lựa chọn này.[70][71] Ngày 24 tháng 9 năm 1942, Thứ trưởng Bộ Chiến tranh Robert P. Patterson ủy quyền cho Công binh Lục quân trưng mua 56.000 mẫu Anh (23.000 ha) đất với giá 3,5 triệu đô la. Về sau quân đội còn trưng mua thêm 3.000 mẫu Anh (1.200 ha). Khoảng 1 nghìn gia đình chịu ảnh hưởng của lệnh trưng mua có hiệu lực kể từ ngày 7 tháng 10.[72] Các cuộc biểu tình, chống án, và cả một cuộc điều tra của quốc hội không làm thay đổi được quyết định.[73] Tới giữa tháng 11 Cục Cảnh sát Hoa Kỳ triển khai gắn thông báo di dời lên cửa các nông trang, và các nhà thầu xây dựng di chuyển vào khu vực.[74] Một vài gia đình được thông báo có hai tuần để di chuyển các trang trại thuộc về họ nhiều thế hệ;[75] những người khác định cư ở đây sau khi từng bị đuổi khỏi nơi cư trú để giải phóng diện tích cho Vườn quốc gia Dãy núi Great Smoky những năm 1920 hoặc Đập Norris những năm 1930[73] Việc trưng mua đất kéo dài tới tận tháng 3 năm 1945, với tổng phí tổn 2,6 triệu đô la, tính ra là 47 đô la trên một acre đất.[76] Khi nhận được Tuyên cáo Số 2 khẳng định Oak Ridge là một vùng cấm xâm phạm hoàn toàn, không ai có thể đi vào mà không có chuẩn thuận từ quân đội, Thống đốc bang Tennessee, Prentice Cooper, tức tối xé tan văn bản.[77]

Ban đầu được biết đến là Bãi thử Kingston, vị trí này về sau được gọi là Công trường Clinton (CEW) vào đầu năm 1943.[78] Để cho phép nhà thầu Stone & Webster tập trung vào các cơ sở sản xuất, một khu cư trú cho 13 ngàn người được thiết kế và xây dựng bởi hãng kiến trúc và công trình Skidmore, Owings & Merrill. Khu dân cư đặt ở các sườn dốc của Black Oak Ridge, nguồn gốc tên của thị trấn mới là Oak Ridge, Tennessee.[79] Sự hiện diện của Lục quân gia tăng vào tháng 8 năm 1943 khi Nichols thay thế Marshall làm chỉ huy Khu vực Công trình Manhattan. Một trong các nhiệm vụ đầu tiên của ông là di chuyển sở chỉ huy khu vực tới Oak Ridge dù tên của khu vực vẫn giữ nguyên.[80] Tháng 9 năm 1943 việc điều hành các cơ sở khu dân cư được chuyển giao cho Công ty Xây dựng Turner qua một công ty con được gọi là Công ty Roane-Anderson theo các tên các hạt ở Tennessee mà Oak Ridge đóng.[81] Số dân cư ở Oak Ridge nhanh chóng vượt ra ngoài kế hoạch ban đầu, đạt tới đỉnh điểm 7,5 vạn người tháng 5 năm 1945, tính tới lúc đó tổng cộng đã có 82 nghìn người được thuê ở Công trường Clinton,[69] và 10 nghìn người bởi Roane-Anderson.[81]

Los Alamos

Ý tưởng đặt Dự án Y ở Oak Ridge từng được xem xét, nhưng về sau người ta quyết định rằng nó nên nằm ở một địa điểm xa xôi. Theo đề xuất của Oppenheimer, việc tìm kiếm một vị trí thích hợp giới hạn trong vùng lân cận Albuquerque, New Mexico nơi Oppenheimer có một trại gia súc. Tháng 10 năm 1942, Thiếu tá John H. Dudley thuộc Khu vực Manhattan được cử tới khảo sát khu vực, và ông này khuyến nghị một địa điểm gần Jemez Springs, New Mexico.[82] Ngày 16 tháng 11, Oppenheimer, Groves, Dudley và những người khác tham quan địa điểm. Oppenheimer sợ rằng những rặng núi cao xung quanh có thể khiến đội ngũ của ông cảm thấy sợ không gian kín hẹp, trong khi các kĩ sư lo ngại khả năng ngập lụt. Do đó đoàn di chuyển tới vùng xung quanh Trường Chăn nuôi Los Alamos. Oppenheimer ấn tượng và tha thiết đề xuất chỗ này vì phong cảnh thiên nhiên đẹp, đặc biệt là khung cảnh Dãy núi Sangre de Cristo hùng vĩ có thể gây cảm hứng cho những người làm việc trong dự án.[83].[84] Các kĩ sư lo lắng về đường sá xa xôi và không chắc đủ nguồn cung cấp nước, nhưng ngoài những chuyện đó ra cảm thấy khá lý tưởng.[85]

Các nhà vật lý tại một hội thảo do Dự án Manhattan tài trợ ở Los Alamos năm 1946. Hàng đầu từ trái sang là Norris Bradbury, John Manley, Enrico Fermi và J. M. B. Kellogg. Robert Oppenheimer, mặc áo choàng tối màu, ở phía sau Manley; phía trái Oppenheimer là Richard Feynman.

Patterson chuẩn thuận việc mua lại vị trí vào ngày 25 tháng 11 năm 1942, cấp 440 nghìn đô la để mua một vùng 54.000 mẫu Anh (22.000 ha), tuy rằng phần lớn diện tích đó đã thuộc sở hữu của chính quyền Liên bang từ trước, trừ 8.900 mẫu Anh (3.600 ha).[86] Bộ trưởng Nông nghiệp Hoa Kỳ Claude R. Wickard cấp quyền sử dụng 45.100 mẫu Anh (18.300 ha) đất thuộc Cục Kiểm lâm Hoa Kỳ cho Bộ Chiến tranh "chừng nào các nhu cầu quân sự còn cần thiết".[87] Nhu cầu lấy đất cho một con đường mới, và sau đó là để thiết lập một đường dây điện dài 25 dặm (40 km), khiến cho việc mua đất mở rộng ra một diện tích 45.737 mẫu Anh (18.509,1 ha), nhưng chỉ tiêu tốn 414971 đô la.[86] Các công ty M. M. Sundt thuộc Tucson, Arizona, và Willard C. Kruger cùng cộng sự của Santa Fe, New Mexico trúng thầu tư vấn kiến trúc và xây dựng công trình. Công trình khởi công vào tháng 12 năm 1942. Groves ban đầu dành khoảng 300 nghìn đô la cho xây dựng, gấp 3 lần đánh giá của Oppenheimer, dự tính hoàn thành vào ngày 15 tháng 1943. Tuy nhiên người ta sớm nhận thấy Dự án Y lớn hơn nhiều nhận định, và tới thời điểm Sundt hoàn thành ngày 30 tháng 11 năm 1943, công trình tiêu tốn khoảng 7 triệu đô la.[88].

Để giữ bí mật, Los Alamos được gọi bằng tên "Địa điểm Y" hoặc "Vùng Đồi".[89] Những tờ giấy khai sinh cho những đứa trẻ người Anh sinh ra ở Los Alamos trong cuộc chiến ghi nơi sinh là PO Box 1663 ở Santa Fe.[90] Ban đầu Los Alamos từng hoạt động như một phòng thí nghiệm quân sự với Oppenheimer và các nhà khoa học khác được bổ nhiệm vào quân đội. Oppenheimer đi xa tới mức đặt cho mình một bộ trang phục trung tá, nhưng hai nhà khoa học chủ chốt là Robert Bacher và Isidor Rabi phản đối ý tưởng này. Conant, Groves và Oppenheimer sau đó đề ra một thỏa hiệp theo đó phòng thí nghiệm vận hành bởi Đại học California theo hợp đồng ký với Bộ Chiến tranh.[91]

Argonne

Một ủy ban Lục quân-OSRD họp ngày 25 tháng 6 năm 1942 quyết định xây một nhà máy chạy thử cho việc sản xuất plutoni ở Rừng Red Gates tây nam Chicago. Vào tháng 7, Nichols tiến hành thương thảo để thuê 1.025 mẫu Anh (415 ha) từ Khu vực Bảo tồn Rừng hạt Cook, và Đại úy James F. Grafton được bổ nhiệm làm công trình sư ở khu vực Chicago. Người ta sớm nhận ra rằng quy mô dự án lớn hơn nhiều sức chứa của khu vực, và quyết định xây nhà máy ở Oak Ridge, trong khi giữ một cơ sở nghiên cứu và thử nghiệm ở Chicago.[92][93]

Sự trì hoãn xây dựng nhà máy ở Rừng Red Gate khiến Compton chuẩn thuận cho Phòng thí nghiệm Luyện kim xây dựng lò phản ứng đầu tiên gần Sân vận động Stagg ở Đại học Chicago. Lò phản ứng cần những lượng khổng lồ than chì dạng khối và urani dạng viên. vào thời điểm đó, nguồn cung cấp urani tinh khiết rất hạn chế. Frank Spedding của Đại học Bang Iowa chỉ có thể sản xuất hai tấn thiếu urani tinh khiết. Ba tấn thiếu urani kim loại nữa được Nhà máy Đèn Westinghouse trong tình hình cấp bách với một quá trình để thay thế tạm thời. Một quả khí cầu lớn hình vuông được chế tạo bởi Công ty Cao su và Lốp Goodyear để bọc lò phản ứng.[94][95] Ngày 2 tháng 12 năm 1942, một đội do Enrico Fermi đứng đầu khởi động phản ứng dây chuyền hạt nhân tự duy trì nhân tạo đầu tiên[chú thích 3] trong một lò phản ứng thử nghiệm tên là Chicago Pile-1.[97] Thời điểm mà một phản ứng đạt tới chỗ tự duy trì được gọi là "tới hạn". Compton báo cáo thành công với Conant ở Washington, D.C., bằng một cuộc gọi mã hóa, nói rằng, "nhà hàng hải người Ý [ám chỉ Fermi] vừa mới đặt chân lên thế giới mới."[98][chú thích 4]

Tháng 1 1943, người kế tục Grafton, Thiếu tá Arthur V. Peterson, ra lệnh tháo dỡ Chicago Pile-1 và tái lắp đặt ở Rừng Red Gate, vì ông cho rằng việc vận hành một lò phản ứng là quá mạo hiểm cho một khu vực đông người như trường đại học.[99] Sau cuộc chiến, những hoạt động của lò phản ứng chuyển tới Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne mới xây cách đó 6 dặm (9,7 km).[93]

Hanford

Đến cuối tháng 12 người ta lo ngại rằng Oak Ridge quá gần một trung tâm dân cư lớn (Knoxville), nếu xảy ra thảm họa hạt nhân tổn thất sẽ rất lớn. Groves thuê DuPont vào tháng 11 năm 1942 làm nhà thầu chính cho việc xây dựng một tổ hợp sản xuất plutoni. Dupont nhận được một hợp đồng thầu khoán nhưng Chủ tịch của công ty này, Walter S. Carpenter, Jr., không muốn nhận một chút lợi nhuận nào và còn yêu cầu hợp đồng mà quân đội đưa ra cần sửa đổi để loại trừ rõ ràng chuyện công ty kiếm được bất kỳ quyền bản quyền nào từ dự án. Điều này được chấp nhận, nhưng do các lý do pháp lý người ta thống nhất đưa ra một khoản tiền công tượng trưng trị giá 1 đô la. Sau chiến tranh, DuPont yêu cầu sớm ra khỏi hợp đồng và do đó phải trả lại 33 cent.[100]

Các công nhân ở Hanford lĩnh tiền công tại văn phòng Công đoàn Miền Tây.

DuPont đề xuất rằng vị trí này cần xa cơ sở sản xuất urani ở Oak Ridge.[101] Tháng 12 năm 1942, Groves gửi Đại tá Franklin Matthias và các kỹ sư của Dupont tới thăm dò các địa điểm tiềm năng. Matthias báo cáo lại rằng Địa điểm Hanford gần Richland, Washington "lý tưởng về hầu hết các khía cạnh". Nó nằm cô lập và gần Sông Columbia, có thể cung cấp đủ nước để làm nguội lò phản ứng sản xuất plutoni. Groves tới thăm địa điểm đó vào tháng 1 và sau đó lập nên Công trường Công binh Hanford (HEW), mật danh là "Địa điểm W".[102]

Thứ trưởng Patterson phê chuẩn địa điểm vào ngày 9 tháng 2, phân bổ 5 triệu đô la để trưng mua một diện tích 40.000 mẫu Anh (16.000 ha) trong khu vực này. Chính phủ liên bang đã tái định cư khoảng 1500 cư dân của White Bluffs và Hanford và các điểm dân cư lân cận, cũng như người Wanapum và các bộ lạc săn bắn trên khu vực. Một cuộc tranh luận nảy sinh giữa chính quyền với nông dân về việc đền bù cho vụ mùa trồng trước thời điểm trưng mua. Ở những nơi thống nhất được thời hạn, quân đội cho phép nông dân thu hoạch vụ mùa nhưng không phải nơi nào cũng vậy.[102] Quá trình trưng mua đất trì trệ và còn chưa hoàn tất khi Dự án Manhattan kết thúc vào tháng 12 năm 1946.[103]

Tranh cãi đó tuy vậy không làm công việc trì hoãn. Mặc dù những tiến bộ trong thiết kế lò phản ứng ở Phòng thí nghiệm Luyện kim và Dupont không đủ để tiên đoán chính xác quy mô của dự án, người ta đã khởi công vào tháng 4 năm 1943 với một cơ sở có 25 nghìn công nhân, một nửa trong đó sống tại địa điểm. Tới tháng 7 năm 1944, chừng 1200 tòa nhà đã được dựng lên và gần 51 nghìn người sống trong các trại xây dựng. Là công trình sư của khu vực, Matthias đảm nhiệm kiểm soát bao quát toàn địa điểm.[104] Vào lúc đỉnh điểm, trại xây dựng ở Hanford từng là thị trấn đông dân thứ ba trên toàn bang Washington.[105] Hanford vận hành một đoàn xe bus hơn 900 chiếc, lớn hơn cả của thành phố Chicago.[106] Giống như Los Alamos và Oak Ridge, Richland là một khu vực được canh gác và quyền tiếp cận bị hạn chế, nhưng so với hai nơi trên nó trông giống một thị trấn bùng nổ dân số điển hình trong thời chiến hơn: hiện diện quân sự ít hơn, các yếu tố an ninh như tường cao, tháp canh và chó tuần tra ít xuất hiện.[107]

Ở Canada

Vai trò chủ yếu của Canada trong dự án Manhattan là cung cấp các nguồn nguyên vật liệu quan trọng, bao gồm quặng urani ở Mỏ Eldorado ở Cảng Radium,[108] và các cơ sở nước nặng ở British Columbia và phòng nghiên cứu ở Ontario.

British Columbia

Công ty Khoáng sản Cominco của Canada đã sản xuất hiđrô điện phân ở Trail, British Columbia, từ năm 1930. Năm 1941 Urey đề xuất rằng nó có thể sản xuất nước nặng. Bên cạnh nhà máy trị giá 10 triệu đô la sẵn có với 3215 tế bào điện phân tiêu thụ 75 MW thủy điện, các tế bào điện phân thứ cấp thêm vào để tăng nồng độ deuterium trong nước từ 2,3% lên 99,8%. Hugh Taylor của Princeton đã phát triển một chất xúc tác platinum trên carbon cho ba tầng đầu tiên trong khi Urey phát triển một tầng nickel-chrom oxit thành một tháp 4 tầng. Chi phí cuối cùng khoảng 2,8 triệu đô la. Chính phủ Canada không chính thức biết về dự án mãi cho tới tháng 8 năm 1942. Việc sản xuất nước nặng ở Trail bắt đầu từ tháng 1 năm 1944 và kéo dài tới năm 1956. Nước nặng từ Trail được dùng cho Chicago Pile 3, lò phản ứng đầu tiên sử dụng nước nặng và urani tự nhiên, đạt điểm tới hạn ngày 15 tháng 5 năm 1944.[109]

Ontario

Địa điểm Chalk River, Ontario, được thành lập để chuyển nghiên cứu của Đồng minh ở Phòng thí nghiệm Montréal khỏi khu vực đô thị. Một cộng đồng mới được xây dựng ở Deep River, Ontario cung cấp nơi ở và cơ sở thiết bị cho đội ngũ. Địa điểm được chọn do gần với các khu công nghiệp chế tạo của Ontario và Quebec, cũng như một tuyến đường sắt nối với một căn cứ quân sự lớn, Trại Petawawa. Nằm trên sông Ottawa, nó có nguồn cung cấp nước dồi dào. Giám đốc đầu tiên của phòng thí nghiệm mới là John Cockcroft, sau đó là Bennett Lewis. Một lò phản ứng chạy thử được biết dưới tên ZEEP trở thành lò phản ứng đầu tiên ở Canada, cũng là lò phản ứng hoàn thành đầu tiên ngoài Hoa Kỳ, khi nó đạt điểm tới hạn tháng 9 năm 1945. Một lò phản ứng lớn hơn, công suất 10 MW, là NRX, được thiết kế trong chiến tranh, hoàn thành và đạt điểm tới hạn tháng 7 năm 1947.[109]

Các cơ sở nước nặng

Mặc dù thiết kế lò phản ứng được ưu tiên của Dupont sử dụng helium để làm nguội và than chì làm chất điều hòa, DuPont vẫn bày tỏ sự quan tâm tới việc sử dụng nước nặng như phương án dự phòng trường hợp lò phản ứng than chì tỏ ra bất khả thi vì lý do nào đó. Theo đó, người ta ước tính rằng sẽ cần 3 tấn Anh nước nặng mỗi tháng. Dự án P-9 là mật danh chính phủ gọi chương trình sản xuất nước nặng. Vì nhà máy ở Trail, khi đó đang thi công, chỉ có thể sản xuất 0.5 tấn Anh mỗi tháng, dự án cần thêm nguồn cung cấp khác. Groves cho phép DuPont thiết lập các cơ sở nước nặng ở Công xưởng Quân khí Morgantow gần Morgantown, West Virginia; tại Công xưởng Quân khí Wabash Rive, gần Dana và Newport, Indiana; và tại Công xưởng Quân khí, gần Childersburg và Sylacauga, Alabama. Mặc dù gọi là các công xưởng quân khí và lương trả theo các hợp đồng với Cục Quân nhu Lục quân, chúng được xây dựng và vận hành bởi Công binh Lục quân. Các nhà máy Hoa Kỳ sử dụng một quy trình khác với ở Trail; nước nặng được tách ra nhờ chưng cất, lợi dụng điểm sôi của nó hơi cao hơn nước thường.[110][111]