美国的核研究项目是如何产生的？
美国战时制定科研和国防政策的任务主要落在大学校长肩上。一方面，这是因为华盛顿的政府办公室没有人真正了解和能够指导美国的科学研究；另一方面，军事科研部门缺乏优秀人才。
罗斯福总统看到了这个弱点。他曾在一次科学家聚会上发言，希望科学家成为保卫美国安全的重要力量。美国东海岸的一些大学校长也认为国家科学院应该为这场战争做点什么。他们推荐华盛顿卡内基大学校长布什出面与罗斯福总统讨论国防研究。
老布什曾是电子专家，精通应用数学，曾担任麻省理工学院副校长。布什在6月初与罗斯福总统举行了会谈。6月27日，罗斯福下令成立国防研究委员会，布什担任这个委员会的主席。其主要任务是在美国科学院和美国政府之间建立联系，使美国的科学研究能够在美国政府的支持下独立地、更有效地为美国国防服务。布里格斯的铀咨询委员会演变成了它的一个下属委员会。布什重组了该委员会，用五名科学家取代了两名军方成员，并加强了美国的核研究计划。只有哥伦比亚大学的核研究在6月份获得了4万美元的额外支持1940 1.1，物资供应明显改善。
国防研究委员会成立后，实际上只控制与国家科学院有关的研究人员。当时，陆军还有另外两个平行机构:军事服务实验室和国家航空咨询委员会。为了统一一切科研能力，更有效地为战争服务，在布什的提议下，罗斯福总统于6月28日下令成立政府科学研究与发展办公室，1941。布什被任命为这个办公室的主任，成为美国战时军事科学研究的最高协调员。原国防研究委员会成为科学研究与发展办公室的下属机构。哈佛大学校长、化学家、布什在核研究方面的主要助手科南特接任国防研究委员会主席。布里格斯的铀委员会升级为科学研究和发展办公室的一个分支机构，也称为S-1委员会。这样，核研究就成了美国战时最重要的军事研究项目之一。
在西拉德、费米等人积极争取美国政府支持，以军事应用为终极目标从事核研究的同时，另一个纯学术研究实验室却在不经意间走近了原子弹研究的大门。
回旋加速器的发明者、诺贝尔物理学奖获得者劳伦斯对加速器技术的改进和加州大学伯克利分校辐射实验室建造更大的加速器非常热心。1940年，他从洛克菲勒基金会获得了100多美元，建造了一个重达4900吨的回旋加速器。他的一些物理学朋友，如麦克米伦和艾贝尔森，利用劳伦斯回旋加速器产生的高能粒子束做了各种各样的核实验。
1940年初，麦克米伦和艾贝尔森在实验中发现了玻尔预言的第94号元素钚-239的存在。钚-239是通过从铀-238吸收一个中子并衰变两次而产生的。它的寿命为24000年，化学性质与铀非常不同。他们的发现发表在六月份的《物理评论》上。
1941 2月，伯克利化学家西伯格正式确认用化学方法生产钚-239，并开始系统地确定其性质。根据玻尔的预测，钚-239也是一种可裂变元素。英国核研究主持人之一查德威克看完文章后，立即通过外交途径要求美国停止更多信息的泄露。1940 12.28英国另一位重要的核物理学家科克罗夫特通过英国驻美科技代表福勒致信劳伦斯，提醒他钚的潜在军事应用价值。因为雷达研究，麦克米伦很快回到了麻省理工学院。在他的建议和劳伦斯的帮助下，费米在罗马的同事塞格雷接替了麦克米伦。他们在1941年3月证实了钚-239的可裂变性。
1941年初，许多美国物理学家对布里格斯铀委员会的工作提出了自己的看法。布什要求美国国家科学院院士、芝加哥大学物理系主任康普顿组织一些“有资格评判核研究”的人对核计划进行全面考证。在与布里格斯委员会成员讨论后，康普顿委员会于5月17日提交了第一份报告。该报告讨论了慢中子的军事用途，包括裂变造成的放射性污染，作为潜艇动力的反应堆，以及用高纯度铀-235或其他可裂变元素组装原子弹。报告虽然提出了核电在未来的重要性，但对成功的时间，尤其是同位素的分离并不乐观，未能对原子弹在当时战争中的作用提出积极的建议。
劳伦斯是国防研究委员会雷达组的成员。受他的核物理朋友，尤其是英国朋友的影响，他对核研究的军事应用越来越感兴趣。劳伦斯提议将他的37英寸回旋加速器改造成分离铀同位素的质谱仪。1941三月，他正式要求布什在财政上支持伯克利的核研究。11年7月，他向康普顿委员会提交了一份报告，在美国核研究史上第一次专门提出了原子弹的结构。“如果有大量的94元素，快中子也能产生连锁反应，这种反应释放能量的速度会是爆炸性的，所以可以算是一种‘超级炸弹’。”
布里格斯的铀委员会和康普顿的两份报告都没有对原子弹提出积极的建议。与美国相反，英国对原子弹的未来提出了积极乐观的建议。它迷惑了布什、科南特和其他一些美国物理学家，认为有必要重新审视整个核研究。布什再次重组了铀委员会，并增加了一位重要的核物理学家。他让科南特找劳伦斯和康普顿谈话，希望劳伦斯为核研究多做点事，并再次要求康普顿组织美国国家科学院的物理学家对核研究进行全面检查。
1941 165438+10月6日，康普顿正式提交了他的委员会的第三份报告，报告中写道:“全力以赴研制原子弹对于国家和自由世界的安全至关重要...必须认真考虑，在几年之内，使用报告中描述的原子弹或类似的铀裂变装置，只要迅速结合足够质量的铀-235材料，就可以制造出具有超级破坏力的裂变炸弹。”报告估计原子弹的临界质量为2 ~ 100公斤。因为原子弹爆炸时核反应不能完全进行，1公斤铀-235能产生相当于300吨TNT炸药的爆炸力。如果全力以赴，原子弹要3-4年才能成功。
布什接到康普顿的报告后，立即向罗斯福总统汇报。罗斯福的回答是，如果原子弹可行，我们就要先造出来！
S-1委员会的中心任务是研究美国能否在战争结束前造出原子弹。卡内基大学核研究小组已经证明，快中子在铀中引起核裂变时，80%以上的裂变源于铀-235。加州大学柏克莱分校的《奥本海默》根据最新的实验数据估计原子弹的临界质量为2.5 ~ 5公斤。
原子弹的另一个关键问题是能否在短时间内获得足够的裂变材料。不同质量的同位素不能用化学方法分离，铀同位素质量大，质量差小，分离难度很大。当时，美国科学家已经在研究四种不同的铀同位素分离方法:
(1)扩散法。它利用克劳修斯热平衡原理分离不同质量的同位素，美国海军实验室对这种方法非常热衷。这种方法的缺点是效率太低。
(2)离心。它利用不同质量的气体旋转时不同的离心力来分离同位素。原则上，它可以是高效的。哥伦比亚大学的Yuri和弗吉尼亚大学的Pims在这方面做了很多工作，主要涉及材料和离心泵。
(3)气体扩散法。它利用不同质量的气体通过一些多孔膜的不同渗透系数来分离同位素。哥伦比亚大学的邓宁估计，如果天然铀的氟化物气体通过5000层膜，氟化铀中铀-235的含量可以满足原子弹材料的要求。
(4)电磁分离法。它利用不同质量的带电粒子在磁场中的不同偏转来分离铀同位素。1941年夏天，劳伦斯在实验上突破了这一障碍，为铀同位素的大规模电磁分离开辟了道路。
另一种裂变材料钚239的生产首先取决于自持链式反应堆的成功建造以及钚239与铀的化学分离。哥伦比亚大学以石墨为缓冲的费米实验堆的中子倍增系数已经达到0.9以上，物理学家认为这个系数可以随着材料纯度的提高而提高。另一种以重水为缓冲的反应堆也在研究中，核电站所需原料的供应也没有遇到很大困难。
1941年初，北美地区储存了约2000吨氧化铀，美国和加拿大的铀矿每月可提供数百吨铀产品。S-1委员会估计，最小的原子弹只需要不到10公斤的铀-235，提炼每公斤铀-235所需的氧化铀将少于1吨。一个反应堆只需要几百吨氧化铀。因此，氧化铀的供应不是问题。同时，S-1委员会还计划购买大量石墨和重水，用于反应堆的研制。
19411 2月6日，布什把康普顿等人叫到华盛顿，正式传达了罗斯福总统“全力以赴研制原子弹”的命令。科南特在S-1委员会的会议上宣布，他将作为布什在S-1委员会的私人代表，协调核计划的进展。他同意同时研究四种铀同位素分离方法，以确保为研制原子弹提供核材料。会议确定了各具体工程计划的负责人:任命标准石油公司研究部主任穆尔弗里负责所有与研究相关的工程计划问题；尤里负责铀同位素气体分离的研究；劳伦斯负责铀的电磁分离；康普顿负责反应堆的开发、钚的分离和生产，以及快中子和原子弹本身的理论研究。
早在1940年，康普顿就开始在芝加哥大学物理系组织自己的核研究小组。逐步使芝加哥成为美国核研究的信息交流中心。在接到S-1委员会的指令后，他立即重组了芝加哥的核研究小组，并将其升级为代号为“金属项目”的大型研究计划，赋予其调动全美核研究力量的权利。康普顿还在物理系建立了一个专门从事核研究的实验室，代号为“金属实验室”，大批优秀的物理学家被邀请到实验室工作。
美国的核研究计划就是从那时形成的。由此，人类历史上最大的武器——政治婚姻将在未来几年内实现，原子外交时代将悄然降临世界。人类，包括总统、总裁、首相、国王，思维中都要有“原子”的影子，这让所有人都坐立不安，尤其是在漫长的“冷战”时期。