Manhattan Project eller Manhattanprojektet var et forsknings- og udviklingsprogram, som under amerikansk ledelse og med deltagelse af Storbritannien og Canada førte til fremstillingen af de første atombomber under 2. verdenskrig. Fra 1942 til 1946 blev projektet ledet af generalmajor Leslie Groves fra den amerikanske hærs ingeniørkorps (US Army Corps of Engineers). Hærens del af projektet fik betegnelsen Manhattan District. Betegnelsen "Manhattan" afløste med tiden det officielle kodenavn "Development of Substitute Materials" for hele projektet. Undervejs opslugte Manhattanprojektet dens tidligere britiske modpart, som kaldtes Tube Alloys. Blandt de fysikere, som bidrog til atombombens skabelse, var Albert Einstein og Niels Bohr.
Manhattanprojektet begyndte i det små i 1939, men voksede så det en overgang beskæftigede over 130.000 og kostede næsten 2 mia. dollars (som svarer til omkring 150 mia. kr. i 2012). Over 90 % af pengene gik til bygning af fabrikker og produktion af spaltbart materiale, mens under 10 % gik til udvikling og produktion af selve våbnene. Forskning og udvikling foregik mere end 30 steder, hvoraf nogle var hemmelige, i USA, Storbritannien og Canada. Der blev bygget to slags atombomber under 2. verdenskrig. En forholdsvis simpel uranbombe, som benyttede 235uran, der er en forholdsvis sjælden uranisotop, som kun udgør 0,7 % af naturligt forekommende uran. Da 235uran kemisk set er identisk med den almindelige 238uranisotop og vejer næsten det samme, var den meget vanskelig at udskille. Der blev anvendt tre forskellige metoder til berigelse af uranen: elektromagnetisk diffusion, gasdiffusion og termodiffusion. Hovedparten af arbejdet blev udført i Oak Ridge, Tennessee.
Samtidig med arbejdet med at udskille 235uran arbejdede man på at lave plutonium. Der blev bygget reaktorer i Hanford, Washington, hvor uran blev bestrålet og omdannet til plutonium. Det blev herefter adskilt fra uranen ad kemisk vej. Plutoniumbomben krævede et mere kompliceret våben, som skabte en implosion og blev designet og bygget på projektets våbendesign- og konstruktionslaboratorium i Los Alamos, New Mexico. Den første atombombe, som blev sprængt, var en plutoniumbombe, og det foregik ved Trinitytesten, som blev gennemført ved Alamogordo i New Mexico den 16. juli 1945. Little Boy, som var en uranbombe, og Fat Man, der var en plutoniumbombe, blev til atombomberne over Hiroshima og Nagasaki.
Manhattanprojektet blev gennemført under omfattende sikkerhedsforanstaltninger, men det lykkedes alligevel sovjetiske spioner at trænge ind. Projektet skulle også indsamle oplysninger om det tyske atomprojekt. Igennem Operation Alsos gjorde personel fra Manhattanprojektet tjeneste i Europa. Det foregik til tider bag fjendens linjer, hvor de indsamlede nukleart materiale og fangede tyske videnskabsfolk. Lige efter krigen gennemførte Manhattanprojektet prøvesprængninger på Bikini-atollen som led i Operation Crossroads, udviklede nye våben, støttede udviklingen af netværket af amerikanske atomlaboratorier, støttede medicinsk forskning indenfor radiologi og lagde grundstenen til den atomdrevne flåde. Projektet beholdt kontrollen over amerikansk atomforskning og produktion af atombomber indtil etableringen af United States Atomic Energy Commission i januar 1947.
Oprindelsen I august 1939 skrev de to fremtrædende fysikere Leó Szilárd og Eugene Wigner et udkast til det såkaldte Einstein–Szilárd-brev, som advarede om den mulige udvikling af "ekstremt kraftige bomber af en ny type". I brevet opfordrede de USA til at tage skridt til at anskaffe sig lagre af uranmalm og fremskynde den forskning, som Enrico Fermi og andre arbejdede med vedrørende nukleare kædereaktioner. De fik Albert Einstein til at underskrive brevet og afleverede det til præsident Franklin D. Roosevelt. Roosevelt opfordrede Lyman Briggs fra National Bureau of Standards til at lede en rådgivende komite om uran, som skulle undersøge de forhold, som blev omtalt i brevet. Briggs holdt et møde den 21. oktober 1939 med deltagelse af Szilárd, Wigner og Edward Teller. Komiteen svarede Roosevelt i november, at uran "ville være en mulig kilde til bomber, som ville være langt mere destruktive end noget hidtil kendt.".
Briggs foreslog, at National Defense Research Committee (NDRC) skulle bruge $167.000 på forskning i uran, især uran-235-isotopen og det nyligt fremstillede plutonium. Den 28. juni 1941 underskrev Roosevelt Executive Order 8807, som etablerede Office of Scientific Research and Development (OSRD). med Vannevar Bush som direktør. Kontoret fik til opgave at beskæftige sig med store ingeniørprojekter udover forskning.. NDRC-komiteen om uran blev S-1 Uranium Committee hos OSRD. Ordet "Uranium" blev snart fjernet af sikkerhedshensyn..
I Storbritannien havde Otto Frisch og Rudolf Peierls på University of Birmingham fået gennembrud i undersøgelsen af den kritiske masse af 235uran i juni 1939.. Deres beregninger tydede på, at den lå i en størrelsesorden af 10 kg, hvilket var tilstrækkelig lidt til at en uranbombe kunne medføres af et af tidens bombefly.. Deres Frisch–Peierls memorandum fra marts 1940 satte gang i det britiske atombombeprojekt og dens Maud Committee,. som enstemmigt anbefalede, at man forsøgte at udvikle en atombombe. Et af dens medlemmer, den australske fysiker Mark Oliphant, fløj til USA i slutningen af august 1941 og konstaterede, at de oplysninger, som Maud-komiteen havde stillet til rådighed, ikke var nået frem til de amerikanske fysikere. Oliphant gav sig herefter til at finde ud af, hvorfor komiteens oplysninger tilsyneladende blev ignoreret. Han mødtes med urankomiteen og besøgte Berkeley i Californien, hvor han nåede langt i en samtale med Ernest O. Lawrence. Lawrence var tilstrækkelig imponeret til selv at indlede uranforskning. Han talte selv med James B. Conant, Arthur Compton og George Pegram. Oliphants mission var derfor en succes, idet betydningsfulde amerikanske fysikere nu var klar over potentialet i en atombombe...
På et møde mellem præsident Roosevelt, Vannevar Bush og vicepræsident Henry A. Wallace den 9. oktober 1941 godkendte præsidenten atomprogrammet. Til at lede det nedsatte han en overordnet politisk gruppe, som bestod af ham selv, om end han aldrig deltog i nogen møder, Wallace, Bush, Conant, krigsminister Henry L. Stimson og hærens øverstkommanderende, general George Marshall. Roosevelt valgte at lade hæren styre projektet frem for flåden, fordi hæren havde mest erfaring med styring af storstilede byggeprojekter. Han gik også ind på at koordinere indsatsen med briterne, og den 11. oktober sendte han en meddelelse til premierminister Winston Churchill, hvori han foreslog, at de skulle skrive sammen om atomspørgsmål..
Undersøgelse af gennemførlighed Forslag thumb|Et møde i 1940 på Berkeley med (fra venstre mod højre) Ernest O. Lawrence, Arthur H. Compton, Vannevar Bush, James B. Conant, Karl T. Compton og Alfred L. Loomis. S-1 Komiteen holdt sit første møde den 18. december 1941 "i en atmosfære af entusiasme og behov for handling". i kølvandet på angrebet på Pearl Harbor og den efterfølgende krigserklæring mod Japan og fra Tyskland. Der blev arbejdet på tre forskellige metoder til separation af isotoperne 235uran fra 238uran. Lawrence og hans hold på Berkeley undersøgte muligheden for elektromagnetisk adskillelse, mens Eger Murphree og Jesse Wakefield Beams' hold undersøgte gasdiffusion på Columbia University og Philip Abelson ledede en undersøgelse af termodiffusion på Carnegie Institution of Washington og senere på Naval Research Laboratory. Murphree var også leder af et mislykket projekt til separation ved hjælp af centrifuger..
I mellemtiden blev der forsket i to typer reaktorteknologi. Harold Urey fortsatte sin forskning i tungt vand på Columbia-universitetet, mens Arthur Compton tog de forskere, som arbejdede under hans ledelse på Columbia og Princeton University til University of Chicago, hvor han opbyggede det metallurgiske laboratorium i begyndelsen af 1942 for at studere plutonium og reaktorer, som brugte grafit som neutron-moderator.. Briggs, Compton, Lawrence, Murphree og Urey mødtes den 23. maj 1942 for at færdiggøre S-1 komiteens anbefalinger, som gik ud på, at man skulle arbejde videre med alle fem teknologier. Dette blev godkendt af Bush, Conant og brigadegeneral Wilhelm D. Styer, som var stabschef for generalmajor Brehon B. Somervells forsyningstjeneste, som var blevet udpeget til at være hærens repræsentant i atomare spørgsmål. Bush og Conant tog anbefalingen med til den overordnede politiske gruppe med et budgetforslag på 54 mio USD til byggeprojekter, der skulle udføres af hærens ingeniørkorps, 31 mio. USD til forskning og udvikling i OSRD og 5 mio. USD til uforudsete udgifter i finansåret 1943. Den overordnede politiske gruppe sendte anbefalingen videre til præsidenten den 17. juni 1942, og han godkendte den ved at skrive "OK FDR" på dokumentet..
Skitser til udformning af en bombe right|thumb|upright|Forskellige måder at opbygge en fissionsbombe på, som blev undersøgt på konferencen i juli 1942. Compton bad den teoretiske fysiker J. Robert Oppenheimer fra Berkeley om at overtage ansvaret for forskningen i hurtige neutronkalkulationer — nøglen til beregning af den kritiske masse og detonering af våbenet — efter Gregory Breit, som havde taget sin afsked den 18. maj 1942 på grund bekymringer over slap operationssikkerhed.. John H. Manley, en fysiker fra det metallurgiske laboratorium fik til opgave at assistere Oppenheimer ved at kontakte og koordinere grupper af eksperimentelle fysikere spredt ud over landet.. Oppenheimer og Robert Serber fra University of Illinois undersøgte problemerne omkring neutronspredning — hvordan neutroner bevægede sig i en kædereaktion — og hydrodynamik — hvordan eksplosionen som følge af en kædereaktion kunne tænkes at opføre sig. For at få kontrolleret dette arbejde og den generelle teori om fissionsreaktioner, indkaldte Oppenheimer til møder på University of Chicago i juni og på University of California, Berkeley, i juli 1942 med de teoretiske fysikere Hans Bethe, John Van Vleck, Edward Teller, Emil Konopinski, Robert Serber, Stan Frankel og Eldred C. Nelson, hvoraf de sidste tre tidligere havde været Oppenheimers studenter, og de eksperimentelle fysikere Felix Bloch, Emilio Segrè, John Manley og Edwin McMillan. De nåede frem til en foreløbig konklusion om at en fissionsbombe var teoretisk mulig..
Der var stadig mange ukendte faktorer. Man vidste ikke meget om hvordan rent 235uran opførte sig, og det samme gjaldt plutonium, et grundstof som først var blevet fremstillet i februar 1941 af Glenn Seaborg og hans gruppe. Videnskabsfolkene på Berkeley-konferencen forestillede sig at man skulle lave plutonium i atomreaktorer hvor 238uran-atomer optog neutroner, som var blevet udsendt ved spaltning af 235uran-atomer. På dette tidspunkt var der endnu ikke blevet bygget en reaktor, og der var kun meget små mængder plutonium til rådighed fra cyklotroner.. Selv i december 1943 var der kun blevet fremstillet 2 mg.. Der var mange måder at forme spaltbart materiale, så det blev til en kritisk masse. Den mest enkle bestod i at støde en cylinder ind i et hul i en kugle omkranset af et materiale, som holdt neutronerne inde i det spaltbare materiale for at forøge effekten.. De undersøgte også former, såsom kugler, en primitiv form for "implosion", som blev foreslået af Richard C. Tolman samt muligheden for autokatalytiske metoder, som ville forøge kraften af bomben under eksplosionen..