Уже очень быстро Н. Бор и Джордж А. Уилер теоретически, а затем Э. Ферми и его группа экспериментально показали, что для осуществления цепной реакции основной изотоп уран-238 малопригоден: вероятность захвата нейтрона его ядром очень мала, и поэтому нужно было бы собрать громадное его количество. Гораздо более перспективным представлялся изотоп уран-235, но он очень редок — примерно один атом на 140 атомов обычного урана.
Итак, возникла следующая задача: обогатить выделенный уран этим изотопом (отсюда термин: «обогащенный уран», в нем относительное содержание изотопов несколько изменено.) Трудность задачи состоит в том, что они почти не различимы химически, сыграть можно лишь на крохотной разнице их масс, чуть более одного процента.
Мы уже упоминали, что Лоуренс использовал для этого циклотрон: ионы разгонялись в нем и при этом ионы более легкого изотопа приобретали чуть большую скорость. В других группах пытались использовать центрифуги (такой способ применяется и сейчас), ионнообменные смолы, осмос и т. д. Проблема стояла очень остро, и поэтому к ней подключился, в частности, Вигнер, инженер по первоначальному образованию.
Группе Ферми тем временем, все же, увеличили финансирование, и она сумела провести измерения громадного количества параметров всех атомов и ядер, которые могли встретиться в обогащенном уране. Выяснилось (это было основным), насколько нужно замедлить нейтроны, вылетающие при делении одного ядра, для того, чтобы вероятность его захвата следующим ядром стала максимальной. Для этого, как оказалось, нейтроны должны пройти определенный путь в сверхчистом графите (любая примесь их поглощала) или в так называемой тяжелой воде — это вода, в которой атомы обычного водорода заменены его изотопом дейтерием (самый большой завод по производству тяжелой воды для совсем иных нужд находился в Норвегии, поэтому союзники на всякий случай, чтобы опередить немцев, его разбомбили, а партизаны докончили уничтожение).
К концу 1942 г. удалось накопить столько обогащенного урана и выработать столько необходимого графита, что возникла возможность попробовать собрать первый «котел» — так для конспирации называли ядерный реактор.
Котел собирали под трибунами теннисного стадиона Чикагского университета, в рабочие ректор определил всю университетскую команду регбистов — парни здоровые, они никак не могли понять, зачем им нужно таскать тяжеленные и очень пачкающие блоки графита — им, конечно, ничего не объясняли. Реактор состоял из чередующихся в определенном порядке блоков урана и сверхчистого графита, между ними проходили стержни из кадмия — лучшего поглотителя нейтронов.
