Уран

Уран довольно распространенный в природе элемент, его среднее содержание в земной коре составляет примерно 2 грамма на тонну, что в 400 раз больше золота. Но вместе с тем он очень сильно распылен; в мире имеется несколько урановых месторождений, где он встречается в достаточных для добычи концентрациях. Кроме того, до 1939 года уран практически нигде не применялся, поэтому отсутствовали надежные методы его очистки, которые предстояло быстро разработать. Например, в США за все время до начала войны было произведено не более 30 граммов металлического урана.

Под руководством профессора Спеллинга начались интенсивные работы по очистке урана с помощью ионообменных смол. И уже в 1942 году там стали получать в достаточных количествах высокочистый металлический уран.

Но это был только первый шаг к цели. Теперь уран предстояли разделить по изотопному принципу с тем, чтобы выделить фракции, легче поддающиеся делению. В изотопе урана-238 (U-238) четное число протонов (92) и нейтронов (146). А ядра с четным числом нуклонов существенно более устойчивы по сравнению с  нечетным количеством нуклонов. Другим изотопом природного урана является уран-235, у которого нечетное количество нейтронов в ядре (143). Бор предсказал, что он должен делиться легче, чем уран-238. А в 1940 году исследовательская группа, возглавляемая американским физиком Д. Даннингом, сумела выделить небольшие количества урана-213 (U-235) и экспериментально подтвердить расчеты Бора. U-238 начинает делиться при бомбардировке быстрыми нейтронами С энергией больше определенного уровня, а U-235 подвергается расщеплению при поглощении нейтрона с любой энергией, вплоть до тепловых нейтронов.

Одна из основных проблем заключалась в том, что в чистом природном уране на 140 атомов U-238 приходится лишь один атом U-235. А это значит, что подавляющая часть нейтронов, испускаемых при делении U-235, будет поглощена атомами U-238 без расщепления ядра. Даже если бомбардировать уран достаточно быстрыми нейтронами (способными вызвать деление тяжелого изотопа), то и в этом случае нейтроны, получающиеся при делении U-238, не cпособны поддержать цепную реакцию, обрекая ее на затухание. Это все равно что пытаться развести костер из сырых дров.