Redigerer Manhattanprosjektet (avsnitt)

=== Isotopadskillelse ===
Naturlig uran består av 99,3 % uran-238 og 0,7 % uran-235, men det er kun det siste som kan spaltes. Det kjemisk identiske uran-235 må fysisk adskilles fra den mer rikelige [[isotop]]en. Forskjellige metoder ble vurdert for anriking av uran, noe som fortrinnsvis foregikk ved Oak Ridge.{{Sfn|Smyth|1945|s=154–156}}
Den mest opplagte metoden, sentrifugering, slo feil, men elektromagnetisk, gass- og termodiffusjon fungerte alle og ble benyttet i prosjektet. I februar 1943 foreslo Groves at man skulle bruke det som var kommet ut av et anlegg som input i andre anlegg.{{Sfn|Jones|1985|s=157}}

[[Fil:Clinton Engineer Works.png|thumb|center|700px|Oak Ridge rommet flere teknologier for adskillelse av uranisotoper. Y-12 – det elektromagnetiske adskillelsesanlegget ses øverst til høyre. Gassdiffusjonsanleggene K-25 og K-27 ligger til venstre i nærheten av termodiffusjonsanlegget S-50. (X-10 ble brukt til fremstilling av plutonium.)]]

==== Sentrifuger ====
I april 1942 anså man sentrifugeringsprosessen for å være den eneste lovende adskillelsesmetoden.{{Sfn|Hewlett|Andserson|1962|s=22–23}} [[Jesse Beams]] hadde utviklet en slik prosess på [[University of Virginia]] på 1930-tallet, men hadde støtt på tekniske problemer. Metoden krevde en rotasjonshastighet, men ved bestemte hastigheter opptrådte det harmoniske vibrasjoner som truet med å ødelegge maskinen. Det var derfor nødvendig å akselerere raskt gjennom disse hastighetene. I 1941 begynte han å jobbe med [[uranheksafluorid]], den eneste kjente gassen som inneholdt uran og kunne skille ut uran-235 Ved University of Columbia ba Urey Cohen om å undersøke prosessen, og han kom frem med en matematisk teori som gjorde det mulig å bygge en separasjonssentrifuge. {{Sfn|Hewlett|Anderson|1962|s=30}} Westinghouse påtok seg å bygge denne. {{Sfn|Hewlett|Anderson|1962|s=30}}

Oppskaleringen av dette produksjonsanlegget var en enorm teknisk utfordring. Urey og Cohen beregnet at for å fremstille én kilo med uran-235 ville det kreve opp mot {{formatnum:50000}}&nbsp;sentrifuger med rotorer på 1&nbsp;m eller {{formatnum:10000}}&nbsp;sentrifuger med rotorer på 4&nbsp;m (forutsatt at en 4&nbsp;m bred rotor kunne bygges. Utsiktene med å holde så mange rotorer i gang hele tiden, og med så høy hastighet, virket overveldende,{{Sfn|Hewlett|Anderson|1962|s=64}} og da Beams brukte sitt forsøksanlegg fikk han kun 60 % av den beregnede mengden, noe som antydet at det ville bli behov for enda flere sentrifuger. Beams, Urey og Cohen begynte deretter å arbeide med en rekke forbedringer som skulle øke effekten i prosessen, men hyppige problemer med motorer, aksler og bæresystemer ved høy hastighet førte til forsinkelser i arbeidet på pilotanlegget.{{Sfn|Hewlett|Anderson|1962|s=96–97}} I november 1942 ble sentrifugeringsprosessen gitt opp av Military Policy Committee etter innstilling fra Conant, Nichols og August C. Klein fra Stone & Webster. {{Sfn|Nichols|1987|s=64}}

==== Elektromagnetisk separering ====
Elektromagnetisk separering av isotoper ble utviklet av Lawrence ved University of California Radiation Laboratory. Denne metoden involverte bruken av utstyr som ble kalt [[calutron]]er, en hybrid mellom et alminnelig [[massespektrometri|massespektrometer]] og en [[syklotron]]. Navnet var avledet fra ordene ''Cal''ifornia ''u''niversity cyclo''tron''.{{Sfn|Jones|1985|s=117–119}} Ved den elektromagnetiske prosessen bøyde et magnetfelt ladde partikler i forhold til partiklenes masse.{{Sfn|Smyth|1945|s=164–165}} Prosessen var hverken spesielt elegant eller effektiv.{{Sfn|Fine|Remington|1972|s=684}} Sammenlignet med et anlegg med gassdiffusjon eller en atomreaktor, brukte elektromagnetisk separasjon langt flere sjeldne mineraler og krevde mer arbeidskraft til drift, og det var dyrere å bygge. Til tross for dette ble metoden godkjent fordi den var basert på en kjent teknologi, og dermed mindre risikabel. Dessuten kunne den bygges opp trinnvis og raskt nå en industriell størrelse.{{Sfn|Jones|1985|s=117–119}}

[[Fil:Alpha 1 racetrack, Uranium 235 electromagnetic separation plant, Manhattan Project, Y-12 Oak Ridge.jpg|left|thumb|Gigantisk ''Alpha I''-racerbane på Y-12.]]

Marshall og Nichols fant ut at en elektromagnetisk separasjon ville kreve {{formatnum:5000}}&nbsp;tonn kobber, noe det var stor mangel på. Man kunne imidlertid bruke [[sølv]] i stedet i et forhold på 11:10. 3. august 1942 møtte Nichols visefinansminister [[Daniel W. Bell]] og bad om å få overført {{formatnum:6000}}&nbsp;tonn sølv fra lageret i West Point.«Unge mann», svarte Bell, «De kan tenke på sølv i tonn, men for finansdepartementet vil det alltid dreie seg om sølv i [[troy ounce]]s!»{{Sfn|Nichols|1987|s=42}} Til slutt ble det brukt {{formatnum:14700}}&nbsp;tonn sølv.{{Sfn|Jones|1985|s=133}}

De 31&nbsp;kg tunge sølvbarrene ble smeltet om til sylindriske blokker og send til {{Ikkerød|Phelps Dodge}} i [[Bayway]] i [[New Jersey]] hvor de ble omarbeidet til strimler som var 15,9&nbsp;mm tykke, 76&nbsp;mm brede og 12&nbsp;m lange. De ble viklet til magnetiske spoler av {{Ikkerød|Allis Chalmers}} i [[Milwaukee]] i [[Wisconsin]]. Etter krigen ble alt av maskineri demontert og renset, og gulvet under maskinene ble tatt opp og brent for å gjenvinne mengder av sølv. Det endte til slutt med at kun 4&nbsp;kg gikk tapt.{{Sfn|Jones|1985|s=133}}{{Sfn|Hewlett|Anderson|1962|s=153}} Det siste av sølvet ble returnert i mai 1970.{{Sfn|Jones|1985|s=67}}

Ansvaret for utformingen og byggingen av det elektromagnetiske separasjonsanlegget, kalt «Y-12», ble gitt til Stone & Webster av S-1-komitéen i juni 1942. Anlegget kom til å bestå av fem 1. trinns produksjonsenheter kalt ''Alpha''-racerbaner, og to enheter til å avslutte behandlingen, kalt ''Beta'' racerbaner. I september 1943 godkjente Groves byggingen av ytterligere fire racerbaner kalt ''Alpha II''. Byggingen startet i februar 1943.{{Sfn|Jones|1985|s=126–132}}

Da anlegget etter planen ble prøvestartet i oktober, ble de 14&nbsp;tonn tunge vakuumtankene dreid på grunn av styrken i magnetene og de måtte forankres på nytt. Et mer alvorlig problem oppstod da de magnetiske spolene begynte å kortslutte. I desember ga Groves ordre om at en spole skulle åpnes, og man fant en håndfull av rust inni. Groves beordret deretter at racerbanene skulle tas ned og magnetene sendes tilbake til fabrikken for og renses. Det ble også bygget et renseanlegg på stedet for å kunne rense rør og samlinger.{{Sfn|Fine|Remington|1972|s=684}} Den andre ''Alpha I'' kunne først tas i drift mot slutten av januar 1944. Den første ''Beta'' og den første og tredje ''Alpha I'' anlegget ble startet i mars, og den fjerde ''Alpha I'' ble satt i drift i april. De fire ''Alpha II''-racerbanene ble ferdige mellom juli og oktober 1944.{{Sfn|Jones|1985|s=138–139}}

[[Fil:Y12 Calutron Operators.jpg|thumb|Operatører ved kontrollpaneler til calutron i Y-12. Gladys Owens, damen som sitter i forgrunnen, visste ikke hva hun hadde vært involvert i før hun så bildet på en offentlig rundgang på anlegget 50&nbsp;år senere.{{Sfn|SmithDRay}}]]

{{Ikkerød|Tennessee Eastman}} ble engasjert til å drive Y-12-anlegget til de sedvanlige omkostningene-pluss-fast-beløp-betingelsene, hvor det faste beløpet var på {{formatnum:22500}}&nbsp;dollar i måneden i tillegg til {{formatnum:7500}}&nbsp;dollar for racerbane ved de fire første og deretter {{formatnum:4000}}&nbsp;dollar for hver ytterligere racerbane.{{Sfn|Jones|1985|s=140}} Calutroner ble opprinnelig betjent av forskere fra Berkeley for å få fjernet feil og oppnå en rimelig produksjonsrate. De ble heretter overlatt til operatører utdannet av Tennessee Eastman, og som kun hadde utdannelse fra gymnaset. Nichols sammenlignet produksjonsdataene og påpekte ovenfor Lawrence at de unge «hillbilly»-pikene klarte seg bedre enn hans doktorer. De ble enige om lage et veddemål om produksjonen, og Lawrence tapte. Dette ga en moralsk ryggstøtte for arbeiderne og formennene fra Tennessee Eastman. Pikene ble «utdannet som soldater til ikke å spekulere i hvorfor», mens «vitenskapsfolkene ikke kunne la vær med å gjennomføre tidskrevende undersøkelser av årsakene til mindre utsving på målerne».{{Sfn|Nichols|1987|s=131}}

I starten anriket Y-12 uran-235 innholdet til 13–15 % og sendte de første få hundre gram med dette til Los Alamos i mars 1944. Kun 1/{{formatnum:5825}}-del med uran som ble sendt inn i prosessen kom ut som et sluttprodukt. En stor del av restene ble spedt ut over utstyret under prosessen. Etter skikkelige forbedringsforsøk lyktes de i å få produksjonen opp til 10 % av den tilførte uran-235 i januar 1945. I februar begynte ''Alpha''-racerbanene å motta lettere anriket (1,4 %) råmateriale fra det nye termodiffusjonsanlegget S-50. Den følgende måneden fikk den beriket (5 %) råmateriale fra gassdiffusjonsanlegget K-25. I april produserte K-25 uran, som var tilstrekkelig anriket til at det kunne brukes direkte i ''Beta''-racerbanene.{{Sfn|Jones|1985|s=143–148}}

==== Gasdiffusion ====
Den mest lovende, men også mest utfordrende metoden for separasjon av [[isotop]]er var gassdiffusjon. [[Grahams lov]] sier at graden av [[effusjon|lekkasje av gass]] er omvendt proporsjonalt med kvadratroten av [[Molar masse|molekylvekten]], så i en boks med en halv-gjennomtrengelig membran og en blanding av to gasser, vil de lettere molekylene passere ut av beholderen raskere enn de tunge molekylene. Den gassen som kommer ut av beholderen har blitt noe anriket, mens den resterende gassen har blitt noe utarmet. Tanken var at en rekke kasser kunne stilles opp som i en serie av pumper og membraner slik at gassen etter hvert trinn ble en smule mer anriket. Forskning i prosessen ble utført ved Columbia University av en gruppe som omfattet Harold Urey, [[Karl P. Cohen]] og [[John R. Dunning]].{{Sfn|Hewlett|Anderson|1962|s=30–32, 96–98}}

[[Fil:K-25 aerial view.jpg|thumb|left|Oak Ridge K-25-anlegget]]

I november 1942 godkjente den militærpolitiske komite byggingen av et gassdiffusjonsanlegg bestående av 600&nbsp;trinn.{{Sfn|Hewlett|Anderson|1962|s=108}} 14. desember aksepterte [[KBR (selskap)|M.W. Kellogg]] et tilbud på å bygge anlegget som fikk kodenavnet K-25. En kontrakt som endte på 2,5&nbsp;millioner ble forhandlet på plass. Et eget selskap med navn Kellex ble grunnlagt til prosjektet, og hadde Percival C. Keith, en av Kellogs' visepresidenter, som leder.{{Sfn|Jones|1985|s=150–151}} Prosessen stod ovenfor enorme tekniske vanskeligheter. Den sterk etsende gassen [[uranheksafluorid]] måtte brukes siden man ikke hadde funnet andre alternativ, og motorer og pumper måtte være 100 % tettet og omgitt av [[edelgass]].

Det største problemet var utformingen av barrieren som skulle være sterk, porøs og motstandsdyktig mot korrosjon fra uranheksafluorid. Det beste valget syntes å være [[nikkel]]. Edward Adler og Edward Norris lagde et trådnett av forsølvet nikkel. Et sekstrinns forsøksanlegg ble bygget på Columbia for å teste ut prosessen, men Norris-Adler-prototypen viste seg å være for dårlig. Kellex, [[Bell Laboratories|Bell Telephone Laboratories]] og {{Ikkerød|Bakelite}} Corporation fremstilt fremstilte et nytt trådnett av pudret nikkel. I januar 1944 beordret Groves Kellex-barrieren satt i produksjon.{{Sfn|Jones|1985|s=154–157}}{{Sfn|Hewlett|Anderson|1962|s=126–127}}

Kellex' utforming av K-25 bestod av en fire-etasjes 800&nbsp;meter lang U-formet struktur, som bestod av 54 sammenhengende bygninger. Disse var videre delt opp i ni seksjoner. Innenfor disse var det celler i seks trinn. Cellene kunne styres uavhengig av hverandre, eller i sammenheng innenfor en seksjon. Likeledes kunne seksjonene styres selvstendig eller som en del av en serie. Landmålere begynte byggingen med å stikke ut det 200&nbsp;ha store området i mai 1943.

Arbeidet på hovedbygningen startet i oktober 1943, og sekstrinns-pilotanlegget var allerede klar til drift 17. april 1944. I 1945 sløyfet Groves de øvre trinnet i anlegget og gav Kellex beskjed om å i stedet utforme og bygge et 540-trinns sideforsyningsanlegg som fikk betegnelsen 1944. Kellex overdro den siste enheten til operatøren [[Union Carbide|Union Carbide and Carbon]] 11. september 1945. De samlede omkostningene, inklusive K-27 som ble ferdig etter krigen, ble på 480&nbsp;millioner dollar.{{Sfn|Jones|1985|s=158–165}}

Produksjonsanlegget kom i drift i februar, og etter hvert som serie etter serie kom i gang steg kvaliteten på produktet. I april 1945 var K-25 kommet opp til en anrikelse på 1,1 % og det ferdige produktet fra termodiffusjonsanlegget S-50 begynte å bli brukt som råvare. Noen av produktene som ble fremstilt den følgende måneden nådde opp til nesten 7 % anrikelse. I august ble de siste av de {{formatnum:2892}}&nbsp;trinnene tatt i bruk. K-25 og K-27 nådde opp til sine fulle potensial i tiden kort tid etter krigen, og de virket bedre enn andre produksjonsanlegg. De ble også prototyper for en ny generasjon av anlegg.{{Sfn|Jones|1985|s=167–171}}

==== Termodiffusjon ====
<!--{{Utdypende artikkel|S-50 (Manhattanprosjektet){{!}}S-50}}-->
Prosessen med termodiffusjon var basert på [[Sydney Chapman]] og [[David Enskog]]s [[Chapman-Enskog-teorien|teori]], som gikk ut på at når man blandet gass utsatt for et temperaturfall, vil den tyngste av gassene samle seg i den kalde enden og den letteste i den varme delen. Siden varme gasser har tendens til å stige oppover, mens kalde synker nedover, kan dette utnyttes som en metode for separering av isotoper. Denne prosessen ble demonstrert av H. Clusius og G. Dickel i Tyskland i 1938.{{Sfn|Smyth|1945|s=161–162}} Den ble utviklet av forskere i den amerikanske marinen, men det var ikke en av de metodene for anrikelse man opprinnelig hadde valgt ut til Manhattanprosjektet. Det skyldtes først og fremst at man var i tvil om hvorvidt den teknisk sett ville fungere, men rivaliseringen mellom hæren og marinen spilte også en rolle.{{Sfn|Jones|1985|s=172}}

[[Fil:S50plant.jpg|thumb|300px|right|S-50-anlegget er den mørke bygningen til venstre, bak kraftverket ved Oak Ridge (med skorsteiner).]]

Naval Research Laboratory fortsatte forskningen på metoden under ledelese av Philip Abelson, men det var ikke mye kontakt med Manhattanprosjektet før i april 1944, da [[kommandør]] [[William Sterling Parsons|William S. Parsons]], marineoffiseren som hadde ansvaret for utviklingen av våpen i Los Alamos, fortalte Oppenheimer nyheter om et oppmuntrende fremskritt i marinens eksperimenter med termodiffusjon. Oppenheimer skrev til Groves og forelso at sluttproduktet fra termodiffusjonsanlegg kunne brukes som input til Y-12. Groves nedsatte et utvalg bestående av [[Warren K. Lewis]], Eger Murphree og Richard Tolman som skulle undersøke ideen. De vurderte at et termodiffusjonsanlegg til en pris av 3,5&nbsp;millioner dollar kunne anrike 50&nbsp;kg uran i uken til nesten 0,9 % uran-235. Groves godkjente byggingen 24. juni 1944.{{Sfn|JOnes|1985|s=175–177}}

Groves inngikk kontrakt med {{Ikkerød|H. K. Ferguson Company}} fra [[Cleveland]] i [[Ohio]] om byggingen av termodiffusjonsanlegget S-50. Groves' rådgivere, Karl Cohen og W.I. Thompson fra [[Esso|Standard Oil]],{{Sfn|Hewlett|Anderson|1962|s=170–172}} vurderte at det ville ta seks måneder å bygge. Groves ga Ferguson kun fire måneder. Planene gikk ut på å installere {{formatnum:2142}}&nbsp;stk 14,6&nbsp;m høye diffusjonskolonner plassert i 21&nbsp;stativer. I hver kolonne var det tre konsentriske rør. Damp, som man fikk fra det nærliggende kraftverket, med et trykk på 6,9&nbsp;bar og en temperatur på 285&nbsp;°C strømmet nedover gjennom det innerste røret av nikkel og med en diameter på 31,7&nbsp;mm. Samtidig strømmet det vann med en temperatur på 68&nbsp;°C opp gjennom de ytterste jernrørene. Isotopseparasjonen fant sted i uranhexafluoridgassen som befant seg mellom nikkelrøret og et kobberrør.{{Sfn|Jones|1985|s=178–179}}

Arbeidet begynte 9. juli 1944, og S-50 ble delvis tatt i bruk i september. Ferguson drev anlegget gjennom datterselskapet Fercleve. Anlegget fremstilte kun 5&nbsp;kg med 0,852 % uran-235 i oktober. Utettheter begrenset produksjonen og førte til avbrytelser de neste månedene, men i juni 1945 produserte anlegget {{formatnum:5774}}&nbsp;kg.{{Sfn|Jones|1985|s=180–183}} Fra mars 1945 var alle 21&nbsp;produksjonsstativene i gang. Opprinnelig ble uranen fra S-50 matet inn i Y-12, men fra mars 1945 ble alle tre anleggene for anrikelse brukt i en serie. S-50 var det første trinnet, som anriket fra 0,71–0,89 %. Dette materialet ble viderebehandlet med en gassdiffusjon i K-25-anlegget, hvor produktet ble anriket til rundt 23 %. Deretter ble produktet matet inn i Y-12 for anrikelse til rundt 89 %,{{Sfn|Hewlett|Anderson|1962|s=300–302}} noe som var tilstrekkelig for bruk i atomvåpen.{{Sfn|Hansen|1995b|s=V-112}}