本世紀30年代初期，原子物理學獲得了飛速發(fā)展。
1932年，英國物理學家查德威克發(fā)現(xiàn)中子。
1934年，居里夫人的女婿和女兒、法國物理學家約里奧—居里夫婦宣布，用α粒子轟擊鋁、硼時，產(chǎn)生了人工放射性物質(zhì)。
同年，美籍意大利物理學家費米提出慢中子效應，使人工放射性更強。
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)學上進一步分析，發(fā)現(xiàn)每裂變一個原子可以放出大約兩億電子伏的能量。
裂變反應的發(fā)現(xiàn)震驚了科學界……
原子裂變的發(fā)現(xiàn)正值第二次世界大戰(zhàn)的導火線已經(jīng)點燃。當時，移居美國的匈牙利物理學家西拉德等人，意識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，剛逃到美國的費米教授決定去拜訪海軍部，報告關(guān)于核裂變的研究情況。但未引起當局注意。同年夏天，西拉德等人得知德國科學家開始討論利用原子能的消息。他們非常擔憂，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，西拉德會晤了羅斯福總統(tǒng)的好友和私人顧問、經(jīng)濟學家薩克斯，然后又請愛因斯坦在致羅斯?？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。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”工程計劃。美國陸軍工程兵團建設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，全部負責研制原子彈的工作。美陸軍部全力支持該項計劃，并以壓倒其他任何計劃加以實施。
格羅夫斯畢業(yè)于陸軍工程兵學院，他是個工程師，對技術(shù)問題相當內(nèi)行。格羅夫斯走馬上任后，成立了包括他在內(nèi)的三人領導核心，由總統(tǒng)科學顧問布希擔任主席，格羅夫斯得到了與他職責相應的權(quán)力。重大問題，他可以通過布希向總統(tǒng)匯報，并且在布希的支持下，很快統(tǒng)一了領導，把有關(guān)的大學實驗室研究工作包括在里面。
格羅夫斯多年從事施工組織領導工作，他綜合考慮了“曼哈頓”工程的性質(zhì)，提出“曼哈頓”工程建設，必須首先具備以下諸多條件：1、必須遠離城市，安全保密，避開敵方直接干預；2、大量電源，估計總電力需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伍等。1942年9月，格羅夫斯把“曼哈頓”工程選址設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。
格羅夫斯作為一個組織者、領導者，使“曼哈頓”工程集中了美國最優(yōu)秀的物理學家，其中有一些還是世界聞名的諾貝爾獎金獲得者。
“曼哈頓”工程計劃由3支科學研究力量來完成。它們所承擔和完成的任務是：
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從鈾238分離鈾235的工廠。一個是電磁同位素分離工廠，代號為“Y—12”,由電實驗物理學家、諾貝爾獎獲得者勞倫斯負責。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)。
另一個是氣體擴散工廠，代號為“K—25”計劃，由哈羅德·巴·尤里博士負責，與當寧博士一起在紐約哥倫比亞大學的代用合金材料實驗室進行。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，這個過程的核心是擴散膜，是一個每平方英寸內(nèi)有數(shù)百萬個超微細孔的多孔薄金屬板或薄膜。
2、生產(chǎn)钚。1942年11月，杜邦公司承接了設計、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)設備是反應堆。在漢福特建立4座反應堆，3個運轉(zhuǎn)，1個備用。工作周期3個月。堆之間相距1英里。反應堆本身用鋼、壓制木板和混凝土做成的厚層屏蔽圍繞著。每座反應堆都是由經(jīng)過精細加工的、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)生鏈式反應，可以發(fā)出25萬瓦的熱量。把冷卻水打進鉛管，圍繞著鈾棒，每分鐘75000加侖，用以驅(qū)散那些熱量。鈾棒用鉛皮單個包上，等它們“燃燒”100天以后，每4000個原子中約有1個原子變?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、設計原子彈。1942年，關(guān)于怎樣設計原子彈，它究竟應該有多大，誰都不知道；同時，關(guān)于原子彈爆炸的物理學研究也還沒有開展。格羅夫斯負責“曼哈頓”工程計劃后，決定加速這方面的工作。負責這一設計計劃的是奧本海默，代號為“Y”。奧本海默的實驗室設在新墨西哥州離圣菲50英里的荒涼的高地上，稱為洛斯-阿拉莫斯實驗室。洛斯-阿拉莫斯是一個僻靜的山區(qū)，只有幾條道路和少數(shù)峽谷與外界相通，遠離大城市。但這里有便利的空運和鐵路交通，有進行室外試驗工作的溫和的氣候條件。
實現(xiàn)發(fā)展原子彈的“Y”計劃是史無前例的，需要各方面的人才，如土木工程師、冶金學家、化學家、物理學家和軍官們的全力協(xié)作。1943年3月15日，奧本海默率領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工作。
“曼哈頓”工程計劃的實施，終于使美國于1945年7月16日成功地試驗了第一顆原子彈。