Кіріспе

Чикаго университетінің бұрынғы зертханасы, Манхэттен жобасының бөлігі. Металлургиялық зертхана (немесе Мет Лаб) 1942 жылдың ақпанында Чикаго университетінде жаңадан ашылған плутоний химиялық элементін зерттеу және пайдалану мақсатымен құрылған ғылыми зертхана болды. Ол плутонийдің химиясы мен металлургиясын зерттеді, оны өндіру үшін әлемдегі алғашқы ядролық реакторларды жобалады және оны басқа элементтерден бөлуге арналған химиялық процестерді әзірледі. 1942 жылдың тамызында зертхананың химиялық бөлімі алғаш рет өлшенетін плутоний үлгісін химиялық жолмен бөліп алды, ал 1942 жылдың 2 желтоқсанында Мет Лаб Чикаго Пайл-1 реакторында алғашқы бақыланатын ядролық тізбекті реакцияны жүзеге асырды, ол университеттегі ескі футбол стадионының – Стэгг Филдтің астында салынған. Металлургиялық зертхана Нобель сыйлығының лауреаты, Чикаго профессоры Артур Х. Комптон басқарған, сондай-ақ «Пайл» немесе «Х 10» жобасы ретінде белгілі Металлургиялық жобаның бір бөлігі ретінде құрылды. Бұл, өз кезегінде, Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде атом бомбасын жасауға бағытталған одақтастардың күш-жігері – Манхэттен жобасының бір бөлігі болды. Металлургиялық зертханаға Ричард Л. Доан, Сэмюэл К. Эллисон, Джойс С. Стернс және Фаррингтон Дэниелс тікелей басшылық етті. Онда Энрико Ферми, Джеймс Франк, Юджин Вигнер және Гленн Сиборг сияқты ғалымдар жұмыс істеді. Комптон 1942 жылдың маусым айында бомба жасау зерттеулерін Роберт Оппенгеймерге тапсырды, ол қарашада жеке Y жобасы болып айналды. 1944 жылдың 1 шілдесінде Мет Лабтың ең көп жұмыспен қамтылған күні 2008 қызметкерді құрады. Чикаго Пайл-1 зертханамен бірге Аргонн орманындағы А алаңына, көбірек оқшауланған жерге көшірілді, онда бастапқы материалдар ядролық бөліну өнімдерін зерттеу үшін қолданылатын жақсартылған Чикаго Пайл-2 құрылысына пайдаланылды. 1944 жылдың басында Аргонн алаңында Чикаго Пайл-3 тағы бір реакторы салынды. Бұл нейтрондық тежегіш ретінде ауыр суды қолданған әлемдегі алғашқы реактор болды. Ол 1944 жылдың мамырында сынақтан өтті және 1944 жылдың шілдесінде толық қуатпен алғаш рет жұмыс істеді. Металлургиялық зертхана сонымен қатар Теннесси штатының Оук Ридж қаласындағы Клинтон инженерлік жұмыстарындағы X 10 графит реакторын және Вашингтон штатындағы Ханфорд инженерлік жұмыстарындағы B реакторын жобалады. Реакторларды әзірлеу жұмысымен қатар, Металлургиялық зертхана плутонийдің химиясы мен металлургиясын зерттеді және плутонийді ураннан бөлу үшін қолданылатын висмут фосфаты процесін әзірлеу үшін DuPont компаниясымен бірлесіп жұмыс істеді. Ядролық реакторларда радиоактивті материалдардың үлкен көлемде пайда болатыны анықталғаннан кейін денсаулық және қауіпсіздік мәселелеріне үлкен мән берілді, сонымен қатар радиацияның биологиялық әсерін зерттеу маңыздырақ болды. Плутоний, радий сияқты, сүйектерге сіңетіні және осылайша аса қауіпті екені анықталды. Металлургиялық зертхана 1946 жылдың 1 шілдесінде ұлттық зертханалардың біріншісі – Аргонн ұлттық зертханасына айналды. Мет Лабтың жұмысы университетте Энрико Ферми институты мен Джеймс Франк институтының құрылуына да әкелді.

Шығу тегі

Неміс химиктері Отто Хан мен Фриц Страссманның 1938 жылғы желтоқсанда уранның ядролық бөлінуін ашқандығы және Лиза Митнер мен Отто Фриштың оның теориялық түсіндірмесі (және атауы) кейіннен бөліну нәтижесінде пайда болатын нейтрондардың бақыланатын ядролық тізбекті реакцияны тудыру мүмкіндігін ашты. Колумбия университетінде Энрико Ферми мен Лео Силард мұның қалай жүзеге асырылуын зерттеуге кірісті. 1939 жылдың тамызында Силард АҚШ Президенті Франклин Рузвельтке Германияның ядролық қару жобасының мүмкіндігі туралы құпия хат жазды және өзінің ескі досы әрі әріптесі Альберт Эйнштейнге оған қол қоюға көндірді. Бұл АҚШ үкіметінің ядролық бөлінуді зерттеуді қолдауына әкелді. 1941 жылдың сәуір айында Ұлттық қорғаныс зерттеу комитеті (NDRC) Чикаго университетінің Нобель сыйлығының лауреаты, физика профессоры Артур Комптоннан уран бағдарламасы туралы есеп беруді сұрады. Нильс Бор мен Джон Уилер плутоний-239 сияқты атомдық саны тақ болатын ауыр изотоптардың бөлінуге қабілетті екенін болжады. 1941 жылдың мамырында Калифорния университетінің Эмилио Сегре мен Гленн Сиборг 60 дюймдік циклотронда 28 мкг плутоний өндірді және оның термиялық нейтрондарды сіңіру қимасының уран-235-тен 1,7 есе жоғары екенін анықтады. Циклотрондарда плутоний-239-дың шағын мөлшерін жасау мүмкін болғанымен, оны көп мөлшерде өндіру мүмкін емес еді. Комптон Принстон университетінің Юджин Вигнермен ядролық реакторда плутонийдің қалай өндірілуі мүмкін екендігі және Иллинойс университетінің Роберт Сербермен реакторда өндірілген плутонийдің одан кейін ураннан химиялық жолмен қалай бөлінуі мүмкін екендігі туралы кеңесті. 20 желтоқсанда, Жапонияның Перл-Харборға шабуылынан кейін АҚШ соғысқа кіргенде, Комптон плутоний жобасын басқаруға тағайындалды. Оның мақсаты уранды плутонийге айналдыратын реакторларды жасау, плутонийді ураннан химиялық жолмен ажырату тәсілдерін табу және атом бомбасын жобалау және құрастыру болды. Реактордың табысты құрылысы әлі жүзеге асырылмағанымен, ғалымдар бірнеше түрлі, бірақ перспективалы жобалық концепцияларды жасаған еді. Осы мәселені шешу Комптонның міндетіне кірді. Ол 1943 жылдың қаңтарына дейін бақыланатын ядролық тізбекті реакцияға қол жеткізуді және 1945 жылдың қаңтарына дейін атом бомбасын жасауды көздеген амбициялық кесте ұсынды. Комптон Колумбия, Принстон, Чикаго және Калифорния университеттеріндегі командалардың тым көп қайталауға және жеткілікті ынтымақтастыққа ие болмауына назар аударды, сондықтан ол жұмысты бір орында шоғырландыруды шешті. Ешкім көшкісі келмеді және әркім өз орнының артықшылықтарын қорғады. 1942 жылдың қаңтарында, АҚШ Екінші дүниежүзілік соғысқа кіргеннен кейін, Комптон жұмысты өзінің Чикаго университетінде шоғырландыруға шешім қабылдады, онда ол университет басшылығының толық қолдауын сезінді, ал Колумбия уранды байытумен айналысып, тағы бір құпия жобаны қосуға құлшынбады. Шешімге ықпал еткен басқа факторлар Чикагоның орталық орналасқан жері және Орта Батыстағы ғалымдардың, техниктердің және жабдықтардың болуы болды, олар әлі соғысқа жұмылдырылмаған еді. Тұрғын үйлерге қол жеткізу оңай болды және ішкі қалалар жаудың шабуылына аз сезімтал болды.

Қызметкерлер

Жаңа ғылыми-зерттеу мекемесі 1942 жылғы ақпан айында құрылды және «Металлургиялық зертхана» немесе «Мет Лаб» деп аталды. Нақты металлургиялық зерттеулер де жүргізілді, бірақ бұл атау оның қызметін жасыру үшін таңдалған еді. Чикаго университеті соғыстан кейін металдарды зерттеу институтын құруды жоспарлап отырғандықтан, оның құрылуы көп назар аударған жоқ. Комптонның плутоний жобасы «Металлургиялық жоба» деп аталды. «Металлургиялық зертхана» Чикаго университетінің Ғылыми зерттеулер және даму кеңсесімен (OSRD) жасалған келісімшарт бойынша басқарылды. 70 зерттеу тобындағы 5000-нан астам адам Комптонның «Металлургиялық жобасына» қатысты, ол «Пайл» немесе «Х 10» жобасы ретінде де белгілі болды, олардың шамамен 2000-ы Чикагодағы «Металлургиялық зертханада» жұмыс істеді. Жақсы жалақы ұсынылғанына қарамастан, жалдау қиын болды. Ғылым және инженерия салаларындағы басқа қорғаныс жобаларынан бәсекелестік болды, сонымен қатар Чикаго университет қалаларымен салыстырғанда қымбат тұрды. Норман Хилберри «Металлургиялық жобаның» директордың орынбасары болды, ал Ричард Л. Доан «Металлургиялық зертхананың» директоры болып тағайындалды. Доан қабілетті әкімші болғанымен, ол академиялық емес болғандықтан, зертхана басшысы ретінде мойындалуы қиын болды. 1943 жылғы 5 мамырда Комптон оны Сэмюэл К. Эллисонмен алмастырды және Генри Д. Смитті директордың орынбасары етіп тағайындады. Бастапқыда үш физика тобы болды, оларға Эллисон, Ферми және Мартин Д. Уитакер басшылық етті. Фрэнк Спэддинг Химия бөлімінің басшысы болды. Кейіннен оның орнын Герберт Маккой, содан кейін Джеймс Франк басты. Комптон 1942 жылғы маусымда Роберт Оппенгеймерді бомба жасау жұмысына жетекші етіп тағайындады. 1942 жылғы қарашада бұл Лос-Аламоста (Нью-Мексико штаты) орналасқан, «Y жобасы» деп белгіленген жеке жобаға айналды. 1942 жылғы тамызда АҚШ Әскери инженерлік корпусы «Манхэттен жобасын» өз қолына алғаннан кейін, «Манхэттен округі» жұмысты үйлестірді. 1943 жылғы 17 ақпаннан бастап Комптон OSRD S 1 бөліміне емес, «Манхэттен жобасының» директоры, бригадир генерал Лесли Р. Гроувзқа есеп берді. «Манхэттен округі» 1943 жылғы 1 мамырда «Металлургиялық зертхана» келісімшарты үшін толық жауапкершілікті өз мойнына алды. Капитан Дж. Ф. Графтон 1942 жылғы тамызда Чикаго аймағының инженері болып тағайындалды. 1942 жылғы желтоқсанда капитан Артур В. Петерсон оны алмастырды. Петерсон 1944 жылғы қазанға дейін қызмет етті. Капитан Дж. Ф. Маккинли 1945 жылғы 1 шілдеде Чикаго аймағының инженері болды.

Ғимараттар

Алғашында зертхананың көп бөлігін Чикаго университеті қамтамасыз етті. Физиктер Стагг-филдтің солтүстік және батыс трибуналарындағы және қызмет ғимаратындағы, онда циклотрон орналасқан, кеңістікті иеленді. Химиктер Джордж Герберт Джонс зертханасы мен Кент химиялық зертханасын пайдаланды. Денсаулық сақтау тобы Анатомия ғимаратында, Дрексел үйінде, Биллингс ауруханасында және Киллис зертханасында орналасты, ал әкімшілік кеңселер Экхарт залына көшті. Сзилард кейінірек: «Ғылымшылардың көңіл-күйін Экхарт залындағы кеңселерде кешкі астан кейін жанған шамдардың санын санау арқылы график түрінде көрсетуге болады» деп жазды. Жоба Экхарт залындағы кеңістігі жетіспеген соң, жақын маңдағы Райерсон залына көшірілді. Металлургиялық зертхана ақырында кампус кеңістігінің бір бөлігін иеленді. Зертхананың ғимараттарына шамамен 131 000 долларлық өзгерістер енгізілді, бірақ Чикаго университеті де орын алмастырған пайдаланушылар үшін өзгерістер жасауға мәжбүр болды. Чикаго университеті теннис корттары орналасқан жерді Манхэттен жобасына бір долларға жалға берді, бұл жерде жаңа химия ғимараты салынуы тиіс болды. Стоун мен Вебстер 1942 жылдың қыркүйегінде жұмысты бастады және ол желтоқсанда аяқталды. Бірақ көп ұзамай ол тым кішкентай болып шықты, сондықтан жалға алынған жерге іргелес учаске қосылды, онда қосымша ғимарат салынды және 1943 жылдың қарашасында аяқталды. Содан кейін плутониймен қауіпсіз жұмыс істеуге мүмкіндік беру үшін желдету жүйесіне кең ауқымды жұмыстар жүргізілді. 1943 жылдың сәуірінде Чикаго университетіне қарасты мұз сақтау және жылқы қоралары орналасқан жер пайдалануға берілді. «B» учаскесі деп аталған бұл жер денсаулық сақтау және металлургия топтары үшін зертханалар мен шеберханалармен жабдықтау үшін қайта жаңартылды. 1944 жылдың наурыз айында Иллинойс штатынан 124-ші далалық артиллериялық арсеналы көбірек орын алу үшін жалға алынды, жалға алынған немесе салынған кеңістік құны шамамен 2 миллион долларды құрады. Қауіпсіздік пен құпиялылық талаптарына байланысты, ядролық реакторлармен тәжірибелер жүргізуге арналған нысандарды тығыз қоныстанған Чикагода орналастыру ыңғайлы болмады. Комптон Чикагоның оңтүстік-батысындағы 20 миль (32 км) қашықтықтағы Кук округінің Орманды қорғау аймағының бөлігі болған Аронн орманындағы «A» учаскесін таңдады. Соғыс департаменті Кук округінен соғыс мерзіміне және одан кейінгі бір жылға бір долларға жерді жалға алды. Зертханалар, қызметтік ғимараттар және кіру жолының құрылысы 1942 жылдың қыркүйегінде басталды және 1943 жылдың басында аяқталды. Комптон Фермини Аргонн зертханасының алғашқы директоры етіп тағайындады.

Чикаголық 1-торап

1942 жылдың 15 қыркүйегі мен 15 қарашасы аралығында Герберт Л. Андерсон мен Уолтер Зинннің басшылығымен топтар Стагг өрісінің трибуналарының астында он алты тәжірибелік реактор (сол кезде "үйінділер" деп аталатын) салды. Ферми бақыланатын, өзін-өзі ұстап тұратын ядролық реакция кезінде критикалық деңгейге жеткізілетін жаңа уран мен графиттен жасалған үйіндіні жобалады. Аргоннның құрылысы Stone & Webster компаниясының жеткілікті білікті жұмысшыларды жұмысқа алуда және қажетті құрылыс материалдарын алуда қиындықтарға тап болғандықтан жоспардан қалып қойды. Бұл кәсіподақ мүшелерінің кәсіподаққа мүше емес жұмысшыларды жұмысқа алуға қарсы наразылық білдіруіне әкеп соқты. Фермидің жаңа үйіндісіне қажетті материалдар жаңа құрылым аяқталғанға дейін қол жетімді болары белгілі болған соң, Комптон Фермидің Стагг Филдтегі трибуналардың астында үйінді салу туралы ұсынысын мақұлдады. Чикаго үйіндісі-1 (CP 1) құрылысы 1942 жылдың 16 қарашасында басталды. Жұмыс он екі сағаттық кезеңдермен жүргізілді, Зинн күндізгі кезеңді, ал Андерсон түнгі кезеңді басқарды. Аяқталғаннан кейін ағаштан жасалған конструкция эллипс тәрізді құрылымды ұстады, оның биіктігі 6 метр, ұштары 2 метр, ал ортасы 8 метр болатын. Оның құрамында уран металлы, уран оксиді және графит болды, оның құны шамамен 2,7 миллион долларға бағаланды. 1942 жылдың 2 желтоқсанында алғашқы бақыланатын, өзін-өзі ұстап тұратын ядролық реакцияға қол жеткізілді. 1942 жылдың 12 желтоқсанында CP 1 қуаты 200 Вт-қа дейін арттырылды, бұл шамды қосуға жеткілікті болды. Кез келген қорғаныш болмағандықтан, ол айналадағылар үшін радиациялық қауіпті құрады. Содан кейін сынақтар 0,5 Вт төмен қуатта жалғастырылды.

Чикаголық 2-торап

Чикаго-1 реакторының жұмысы 1943 жылдың 28 ақпанында аяқталды. Ол демонтаждалып, Аргоннға көшірілді, онда бастапқы материалдар Чикаго-2 реакторын (CP 2) салу үшін пайдаланылды. Жаңа реактор шар пішіндес емес, текше пішіндес болды, биіктігі шамамен 8 метр, ал негізі 9 метрлік шаршы алаңды құрады. Оның айналасын 5 фут (2 метр) қалыңдықтағы бетон қабырғалар қоршап тұрды, бұл қабырғалар сәулеленуден қорғау қызметін атқарды, сондай-ақ қорғасын және ағаштан қосымша қорғаныс жасалды. Көп мөлшерде уран қолданылғандықтан, оның құрамында уран мен графит болды. Ол тек бірнеше киловатт қуатпен жұмыс істегендіктен, салқындату жүйесі қарастырылмады. CP 2 1943 жылдың наурыз айында пайдалануға берілді.

Чикаголық 3-торап

1944 жылдың басында Аргонн алаңында Чикаго 3-ші реакторы немесе CP 3 деп аталатын екінші реактор салынды. Бұл әлемдегі алғашқы реактор, ол нейтрондық баяулатушы ретінде ауыр суды пайдаланды. CP 1 салынған кезде ол қолжетімді болмаған, бірақ Манхэттен жобасының P 9 жобасының арқасында енді көп мөлшерде қолжетімді болды. Реактор – диаметрі 2 метр болатын үлкен алюминий резервуар, іші ауыр сумен толтырылған, салмағы шамамен … килограмм. Резервуар графитті нейтрондық рефлектормен қоршалған, ал ол өз кезегінде қорғасын қалқанмен және бетонмен қоршалған. Реактордың үстіндегі қорғаныш – темір мен масонит қабаттарынан тұратын, 30 см шаршы пішіндес, алынып-қойылатын кірпіштерден тұрады. Ауыр су сумен салқындатылатын жылу алмастырғыш арқылы салқындатылды. Бақылау таяқтарымен қатар, ауыр суды төмендегі резервуарға құюға арналған авариялық механизм де болды. Құрылыс 1944 жылдың 1 қаңтарында басталды. Реактор 1944 жылдың мамыр айында сынапқа жетті және алғаш рет 1944 жылдың шілдесінде 300 кВт толық қуатымен жұмыс істеді. Соғыс кезінде Зинн оны тәулік бойы жұмыс істеуге рұқсат берді, ал оның конструкциясы тәжірибелер жүргізуді жеңілдетті. Бұл тритий сияқты изотоптардың қасиеттерін зерттеуге, сондай-ақ болашақ реакторларды салу үшін қолданылуы немесе қосымша заттарда кездесуі мүмкін элементтер мен қосылыстардың нейтронды ұстау қимасын анықтауға арналған сынақтарды қамтыды. Олар аспаптарды сынауға, материалдардың жылулық тұрақтылығын анықтауға және операторларды оқытуға арналған эксперименттерде де пайдаланылды.

Өндірістік үйірмелер

Плутоний өндіруге арналған реакторларды жобалау ядролық физика ғана емес, сонымен қатар инженерлік және құрылыс салаларында да бірнеше мәселелерді тудырды. Металлургиялық зертханада материалдарға сәулеленудің ұзақ мерзімді әсері сияқты мәселелерге ерекше назар аударылды. Реакторлардың екі түрі қарастырылды: біртекті, онда модератор мен отын бірге араластырылған, және гетерогенді, онда модератор мен отын тор тәрізді құрылымда орналастырылған. 1941 жылдың соңында математикалық талдаулар решеткалық конструкцияның гомогенді типке қарағанда артықшылықтары бар екенін көрсетті, сондықтан ол CP 1 және кейінгі өндіріс реакторлары үшін таңдалды. Нейтрондық модератор ретінде графит бериллий немесе ауыр суға қарағанда қолжетімділігіне байланысты таңдалды. Қандай салқындатқыш қолдану керектігі мәселесі көп пікірталас тудырды. Металлургиялық зертхананың бірінші таңдауы гелий болды, себебі ол салқындатқыш ретінде де, нейтрондық модератор ретінде де қолданылуы мүмкін. Оны қолданудың қиындықтары да ескерілді. Ол үшін үлкен көлемде қажет болар еді және нейтрондарды сіңіретін қоспаларсыз өте таза болуы керек еді. Газды реактор арқылы айналдыру үшін арнайы желдеткіштер қажет болар еді, сонымен қатар радиоактивті газдардың сыртқа шығуының алдын алу мәселесі де шешілуі керек еді. Бұл мәселелердің ешқайсысы да еңбегімен жеңілмейтіндей емес деп саналды. Гелийді пайдалану туралы шешім өндіріс реакторларын салуға жауапты DuPont компаниясына жеткізілді және бастапқыда қабылданды. 1943 жылдың басында Вигнер және оның теориялық тобы, құрамында Альвин Вайнберг, Кэтрин Уэй, Лео Олингер, Гейл Янг және Эдвард Круц болған, сумен салқындатылатын өндіріс реакторының жобасын жасады. Суды салқындатқыш ретінде таңдау әлдеқандай дау тудырды, себебі ол нейтрондарды сіңіріп, реактордың тиімділігін төмендетуі мүмкін еді, бірақ Вигнер оның тобының есептеулерінің дұрыс екеніне және қазір қолжетімді таза графит пен уранмен су жұмыс істейтініне сенімді болды, ал гелийді салқындатқыш ретінде пайдаланудың техникалық қиындықтары жобаны кешіктіруі мүмкін еді. Уранды салқындату суының коррозиясынан қорғау үшін жұқа алюминий қабаты қолданылды. Алюминий қаптамасы бар цилиндрлі уран шашақтары реактордағы арналар арқылы итеріліп, екінші жағынан салқындату тоғанына түсірілді. Радиоактивтілік төмендегеннен кейін шашақтар алынып, плутоний бөліп алынды. Екі жобаны қарастырғаннан кейін DuPont инженерлері сумен салқындатылатын жобаны таңдады. 1959 жылы реактордың жобасына арналған патент Креутц, Олингер, Вайнберг, Вигнер және Янгтың атына берілді. Суды салқындатқыш ретінде пайдалану алюминий құбырларының коррозиясы мен тотығуы мәселесін тудырды. Металлургиялық зертхана суға әртүрлі қоспаларды қосып, олардың әсерін анықтау үшін сынақтар жүргізді. Судың сәл қышқылданған кезде коррозияның ең азы болатыны анықталды, сондықтан суға pH 6,5 деңгейінде болуы үшін сұйылтылған күкірт қышқылы қосылды. Судың айналымын тежейтін пленканың пайда болуын болдырмау үшін натрий силикаты, натрий дихроматы және қымыздық қышқыл сияқты басқа да қоспалар суға енгізілді. Отын шашақтары уран металлын сумен тікелей жанасқан кезде болатын коррозиядан қорғау үшін және сәулелендіру кезінде пайда болатын газды радиоактивті бөліну өнімдерінің сыртқа шығуының алдын алу үшін алюминий қаптамамен жабдықталды. Алюминийдің қаптамасы жылуды өткізуге тиіс болғандықтан, бірақ тым көп нейтрондарды сіңірмеуі керек болды. Алюминиймен қаптау процесіне ерекше көңіл бөлінді, себебі жарылған шашақтар реактордағы арналарды бұзуы немесе зақымдауы мүмкін еді, ал ең кішкентай тесіктер радиоактивті газдардың сыртқа шығуына мүмкіндік беруі мүмкін еді. Металлургиялық зертхана қаптау процесінің өндірісі мен сынақ режимдерін зерттеді. Зерттеудің маңызды саласы Вигнер эффектісіне қатысты. Нейтрондармен бомбалау кезінде графит модераторындағы көміртек атомдары графиттің кристалдық құрылымынан ығыстырылуы мүмкін. Уақыт өте келе, бұл графиттің қызуына және кеңеюіне әкеледі. Мәселені зерттеу 1946 жылдың көп бөлігін алды, содан кейін ғана шешімі табылды.

Химия және металлургия

Металлургиялық жұмыстар уран мен плутонийге бағытталды. Ол бір ғасырдан астам бұрын ашылғанмен, уран туралы көп мәлімет болмады, мұны көптеген анықтамалардағы балқу температурасының көрсеткіші шамамен 500 °F (280 °C) қателікпен берілуінен көруге болады. Эдвард Круц оны зерттеп, дұрыс температура диапазонында уранды соққымен соғуға, дөңгелетіп, өндіріс реакторының дизайнына қажетті таяқшаларға тартуға болатынын анықтады. Уранды кескен кезде, оның қыршықтары тұтанды. Alcoa және General Electric компанияларымен бірлесіп жұмыс істеген металлургиялық зертхана алюминий қабығын уран тікесіне дәнекерлеу әдісін әзірледі. Өңделген уранның көзін табу үшін үлкен қысымда Комптон, Спэддинг және Хилберри 1942 жылдың сәуірінде Эдвард Малинкроттпен оның химиялық компаниясының штаб-пәтерінде, Миссури штатының Сент-Луис қаласында кездесті. Компания эфирді қолдана отырып, уранды өңдеудің жаңа әдісін ойлап тапты және іске қосты, мамырдың ортасына дейін сәтті сынақ материалдарын ұсынды, желтоқсанда алғашқы өздігінен жүретін реакцияға материал жеткізді және келісімшартқа қол қойылмас бұрын жобаның алғашқы алпыс тонналық тапсырысын толығымен орындады. Плутонийдің металлургиясы толығымен белгісіз болды, себебі ол жақында ғана ашылған еді. 1942 жылдың тамызында Сиборгтың командасы Джонс зертханасында сәулеленген ураннан алғаш рет өлшенетін мөлшерде плутонийді химиялық тұрғыдан бөліп алды. Реакторлар қолжетімді болғанға дейін, плутонийдің өте аз мөлшері Сент-Луис қаласындағы Вашингтон университетінің циклотронында өндірілді. Химия бөлімі DuPont компаниясымен бірлесіп, плутонийді ураннан бөлу үшін қолданылатын висмут фосфаты процесін әзірледі.

Денсаулық және қауіпсіздік

Радийлік сағат дискілерін бояушылардың тәжірибесі радиациялық уланудың қаупін жақсы таныстырды. Ядролық реакторларда радиоактивті материалдардың үлкен көлемде қолданылатыны анықталғанда, денсаулық және қауіпсіздік мәселелеріне байланысты үлкен алаңдаушылық туды. Калифорния университетінде Эрнест Лоуренспен бірге жұмыс істеген Роберт С. Стоун, Металлургиялық жобаның денсаулық және қауіпсіздік бағдарламасын басқаруға шақырылды. Радиолог Симеон Катлер, Чикагода радиациялық қауіпсіздікке жауапкершілікті өз мойнына алды, кейін Ханфорд алаңындағы бағдарламаны басқарды. Гроувс, Рочестер университетінен келген Стаффорд Л. Уорренды Манхэттен жобасының Медициналық бөлімінің басшысы етіп тағайындады. Уақыт өте келе, радиацияның биологиялық әсерін зерттеу маңыздырақ атанды. Плутонийдің, радий сияқты, сүйектерге сіңетіні және осының салдарынан ерекше қауіпті екені анықталды. Металлургиялық зертхананың Денсаулық бөлімі радиациялық әсерге қатысты стандарттарды белгіледі. Жұмысшылар Чикаго университетінің клиникаларында жүйелі түрде тексерілетін, бірақ бұл кейінірек болуы мүмкін еді. Жеке кварц талшықты дозиметрлер, сондай-ақ жинақталған дозаны тіркеуге арналған пленкалық дозиметрлер сатып алынды. Стоунның Денсаулық бөлімі физика бөліміндегі Уильям П. Джессидің құралдар тобымен тығыз байланыста жұмыс істеді, портативті Гайгер санағыштарын қоса алғанда, детекторларды жасады. Герберт М. Паркер радиациялық әсерді өлшеу үшін «рентген эквиваленті адам» немесе «рем» деп аталатын өлшем құрды. Соғыстан кейін бұл рентгеннің орнына радиациялық әсерді өлшеудің стандартты бірлігі ретінде қолданыла бастады. Плутонийдің уыттылығын бағалау жұмысы 1943 жылы Клинтон инженерлік зауытындағы плутонийді жартылай өндіріс орындарында өндіру басталғанда қолға алынды. Жоба бойынша денеде 5 микрограмм (мкг) болуы шектелді, және осы стандартқа сәйкес жұмыс орындары мен жұмыс процестері Чикаго мен Клинтонда өзгертілді.

Кейінгі қызметі

1943 және 1944 жылдары Металлургиялық зертхананың басты назары Клинтон инженерлік кешеніндегі X-10 графит реакторын іске қосуға, содан кейін Ханфорд полигонындағы B реакторын іске қосуға аударылды. 1944 жылдың соңына қарай, күш операторларды даярлауға бұрылды. Химия бөлімінің көп бөлігі 1943 жылдың қазан айында Оук-Риджге көшірілді, ал көптеген қызметкерлер 1944 жылы Манхэттен жобасының басқа да нысандарына, әсіресе Ханфорд пен Лос-Аламосқа жіберілді. Ферми 1944 жылдың қыркүйегінде Лос-Аламоста бөлім жетекшісі болды, ал Зинн Аргонн зертханасының директоры тағайындалды. Аллисон 1944 жылдың қарашасында металлургиялық зертхананың көптеген қызметкерлерін, соның ішінде құралдар бөлімінің басым бөлігін алып кетті. Оның орнына Джойс Стернс келді. Фаррингтон Дэниелс, 1944 жылдың 1 қыркүйегінде директордың орынбасары болған, 1945 жылдың 1 шілдесінде директорлық қызметке тағайындалды. Мүмкіндігі шектес болған жағдайда, Чикаго университеті металлургиялық зертханадан басқа жобаларға ауыстырылған жұмыскерлерді жұмыстан босағаннан кейін қайта жұмысқа орналастыруға тырысты. Гровс штатты тоқтатқандықтан, қызметкерлерді алмастыруға мүмкіндік болмады. 1944 жылдың қарашасы мен 1945 жылдың наурызы аралығында денсаулық сақтау бөлімі ғана өсті, ал қалған бөлімдердің барлығы штаттарының 20 пайызынан астамын жоғалтты. Металлургиялық зертханада жұмыс істегендердің саны 1944 жылдың 1 шілдесінде 2008 адамды құраса, 1945 жылдың 1 шілдесінде 1444 адамға дейін төмендеді. Соғыс аяқталғаннан кейін де жұмыстан кету ағыны тоқтамады. Сейборг 1946 жылдың 17 мамырында химия бөлімінің қалған бөлігін алып кетті. 1946 жылдың 11 ақпанында армия университет президенті Роберт Хатчинспен металлургиялық жобаның қызметкерлері мен жабдықтарын Аргонндағы аймақтық зертханаға беру туралы келісімге келді, оны университет әлі де басқарып келеді. 1946 жылдың 1 шілдесінде металлургиялық зертхана Аргонн Ұлттық зертханасына айналды, ол алғашқы ресми ұлттық зертхана атанды. Чикаго университетіне 1943 жылдың 1 мамырындағы коммерциялық емес келісімшарт бойынша төленген сома 27 933 134,83 долларды құрады, оның ішінде құрылыс және жөндеу жұмыстарына 647 671,80 доллар жұмсалды. Келісімшарт 1946 жылдың 30 маусымында аяқталды және оның орнына 1946 жылдың 31 желтоқсанында аяқталатын жаңа келісімшарт жасалды. Осы келісімшарт бойынша тағы 2 756 730,54 доллар төленді, оның 161 636,10 доллары құрылыс және жөндеуге жұмсалды. Чикаго университетінің ғимараттарын қалпына келтіру үшін қосымша 49 509,83 доллар төленді. 1974 жылы АҚШ үкіметі Манхэттен жобасының бұрынғы пайдаланылған нысандарын тазалауды Бұрынғы пайдаланылған нысандарды қалпына келтіру бағдарламасы (FUSRAP) аясында бастады. Бұл металлургиялық зертхана пайдаланған нысандарды да қамтыды. Стагг-филд 1957 жылы бұзылып, 1977 жылы Кент зертханасындағы 23 орын, ал 1984 жылы Экхарт, Райерсон және Джонс зертханаларындағы тағы 99 орын дезактивацияланды. Шамамен қатты және үш 55 галлондық сұйық қалдық жиналып, жою үшін әртүрлі нысандарға жіберілді. Атом энергиясы комиссиясы 1951 жылы қару-жарақ қоймасының жалға алу шартын тоқтатып, оны Иллинойс штатына қайтарды. 1977, 1978 және 1987 жылдардағы сынақтарда Энергетика департаментінің нұсқауларынан асып түсетін радиоактивтіліктің қалдық деңгейі анықталды, сондықтан 1988 және 1989 жылдары дезактивация жұмыстары жүргізілді, содан кейін нысан шектеусіз пайдалануға жарамды деп жарияланды.