曼哈頓計劃3
初次試驗取得成功
1943年12月，英國將另外一位歐洲流亡科學家，也是最偉大的科學家之一的尼爾斯·波恩送至美國，加入洛斯阿拉莫斯實驗室。
波恩及幾位英籍科學家到達洛斯阿拉莫斯，象征著奧本海默在沙漠任務的第一階段已經結束。接下來，所有其他科學家的當務之急就是想辦法搶在德國之前完成炸彈的製造。
在波恩抵達的前幾個月，以解決炸彈設計及製造實際困難為目的的研究就已經展開了。其中主要的問題在於如何製造一個原子武器的引爆器。
設計人員提出很多計劃，在一番激烈的討論下，最後選擇其中兩個技術上較可行的方法。這兩個方法和莉澤·邁特納以及尼爾斯·波恩兩人所分別提出的重要理論有相當的關聯。這些理念，之後又由當時在芝加哥從事鈾片管研究的恩裏科·費米在1942年加以發揚延續。
他們理論中的推測是這樣的：在中子的撞擊下，鈾-235原子一分為二。若有大量的純鈾，這個分裂作用將會很快由一個原子擴散到其他原子，而造成一個連鎖反應。
也由於這種連鎖反應，所釋放出的能量加倍。原先的原子一分為二之後，放出的中子束，又分裂4個以上的原子，而這4個原子分裂後的中子，又使得8個以上的原子進行分裂。
以此類推，其分裂的速度驚人，因此若有足夠的鈾-235原料，這分裂作用將一發不可收拾，無法控製，而其所累積釋放出的能量將會導致爆炸。他們把這個導致爆炸連鎖反應所需的鈾量稱之為“臨界質量”。
1942年11月，費米在芝加哥用實驗來證明鈾元素的性質，他的研究小組將足量的鈾放在一起，引發了一個可控製的爆炸，第一次用實驗成功地證明了這個理論！這次臨界質量的實驗是相當危險的，如果插在鈾片中的碳棒位置略有差錯，後果可能就難以想象了。
由於鈾片特殊的排列方式，使這次爆炸的威力並沒有完全發揮。要不然的話，不止在場的科學家性命難保，甚至在研究室周圍的地區，也會遭受慘重損失。幸好，費米不隻是位優秀的理論學家，也是位十分小心的實驗家，使得這次實驗順利進行，也解開了鈾連鎖反應的實際真麵目！
同時，在洛斯阿拉莫斯的奧本海默、泰勒、貝特、席堡等科學家，則繼續炸彈的設計工作。
最初提出的設計，有些類似密閉的大炮，發射出一枚鈾子彈，射向另一個裂變物質，鈾將達到“臨界質量”而引發核爆這種方式稱為“手槍式”。這種“手槍式”的主要問題在於，鈾分裂速度是否快到足以引發核爆的程度？另外，科學家也在研究利用鈈元素製造原子彈的可能性。
鈈是一種人造元素，可用芝加哥鈾片管反應爐來製造，另外軍方在田納西州的橡樹嶺以及華盛頓州的漢福德鎮兩地亦有生產。由於鈈元素是人工製造，而非自然界現存的，必須更仔細地研究其原子特性。
科學家第一個要解決的問題是，散亂開來的中子對鈾及鈈的影響。初步的實驗數據很明顯地顯示，這些中子會使得利用“手槍法”的炸彈提早爆炸，而如果鈾或鈈過早爆炸，那分裂所產生的能量，則無法完全集中發揮出來。
洛斯阿拉莫斯的科學家們討論後，提出不少解決之道。其中一個方法就是將鈾彈以高速發射出使其盡快到達指定地點，免去散亂中子的幹擾。很可惜，這個方法所需的高速為每秒900米，一般軍用大炮都不合用，因此奧本海默下令手下的大炮小組開始設計一個高速炮。
奧本海默手下的一位較年輕的物理學家卻有另一套方法。塞思·寧德梅耳提出“內爆式”的方式，將鈾或鈈擠壓成高密度的核心。管狀的鈾或鈈周圍以爆裂裝填物包圍，首先引爆周圍所有的爆裂物，用它所產生的力量來擠壓鈾或鈈，一直到達“臨界質量”。
如此一來，就可以減少中子的亂流幹擾，但不少資深科學家馬上指出另外一個問題點：如何才能夠“平均地”去擠壓鈾呢？如果爆裂力量不平均，那麼內部的鈾或鈈，很可能擠開至兩端，而無法達到“臨界質量”。
盡管有這個問題，奧本海默仍對寧德梅耳的“內爆式”十分有信心，並鼓勵他及一小組人員，開始研究其成功的可能性。
在1943年的夏秋季，在洛斯阿拉莫斯的山丘及峽穀，不時傳出實驗的爆炸聲。同時，也有科學家利用一個小型回旋加速器研究證明鈾-235釋放及吸收中子的速度很快，實際吸收速度少於10億分之一秒，可用在“手槍式”炸彈中。
另外一位科學家研究發現，手槍式炸彈的中子亂流是由宇宙射線所引起的，由於洛斯阿拉莫斯的地勢較高，稀薄的空氣無法阻擋宇宙射線；艾米利歐·塞格雷還計算出，如果炸彈外加一護罩，那就沒有什麼大問題了。
因為這項發現，奧本海默下令大炮小組，暫停高速炮的製造，采用一般軍用改良大炮即可。這個“手槍式”鈾彈，似乎已接近完成階段了。
奧本海默及洛斯阿拉莫斯的科學家，還不太肯定鈈彈能否成功。其中一點是鈈釋放出大量的中子，因此絕對不能用於“手槍式”的炸彈，或許可以適用“內爆法”的炸彈。不過，內爆法炸彈的研究進行得並不順利。