После решения президента Рузвельта от 6 декабря 1941 года о развертывании работ по созданию атомного оружия («Манхэттенский проект») и выделения необходимого финансирования группу Ферми включили в состав Металлургической лаборатории Чикагского университета и к маю 1942-го перевели в Чикаго. Ферми был назначен председателем подсекции теоретических аспектов Уранового комитета.
16 ноября 1942 года на площадке для игры в сквош под западными трибунами стадиона Чикагского университета Стэгг-Филд при общем руководстве Ферми началась сборка экспериментального атомного реактора. Если в Колумбийском университете на проведение работ отпускались весьма незначительные суммы, то в Чикаго Металлургическая лаборатория субсидировалась довольно щедро.
Сооружаемый реактор на техническом жаргоне называли «кучей», так как его составили из брусков графита (чистого углерода), которые должны были сдерживать скорость цепной реакции (замедлять нейтроны). Уран и оксид урана размещались между графитовыми брусками. Реактор проектировался в виде шара радиусом до 4 метров. На его сооружение пошло около 46 тонн урана и почти 385 тонн графита. Ферми и его команда своими руками укладывали графитовые бруски. Ученый предпочитал все делать сам, вместо того чтобы давать указания другим. В результате первый реактор Ферми был построен быстрее, чем все последующие.
Физики работали круглосуточно, и 2 декабря 1942 года в 2 часа 20 минут (менее чем через год после переезда Ферми в Чикаго и спустя 24 часа после того, как было получено достаточное количество урана), в полном соответствии с расчетами ученого, кадмиевые регулирующие стержни, поглощающие нейтроны, медленно выдвинули, чтобы запустить первую в мире самоподдерживающуюся цепную реакцию. «Было ясно, – писал впоследствии Джон Кокрофт, – что Ферми открыл дверь в атомный век». Первое испытание продолжалось (из-за отсутствия необходимой радиационной защиты) в течение 28 минут при мощности не более полуватта, что свело к минимуму радиоактивное излучение.
Возможность цепной реакции была доказана, и теперь реакторы стали интересовать Ферми лишь в более узком плане – как средство исследования и источник нейтронов. Он с радостью предоставил другим решение технических и административных проблем, связанных со строительством крупных реакторов, однако остался надежным и авторитетным консультантом для всех, кто принимал участие в решении инженерных проблем реакторостроения, и всегда был готов прийти на помощь словом и делом. Когда, например, потребовалось срочно выяснить величину радиоактивности, индуцированной медленными нейтронами в кислороде, Ферми произвел необходимые измерения в течение одного дня.
Вскоре экспериментальный реактор в Чикаго был разобран и в марте 1943 года вновь собран в Аргоннской лаборатории с незначительными усовершенствованиями. Он позволил получить все данные, необходимые для строительства в Хенфорде (штат Вашингтон) фирмой «Дюпон» больших реакторов для производства плутония. Первый такой промышленный реактор был готов к пуску в сентябре 1944 года, и фирма попросила, чтобы Ферми на всякий случай присутствовал при запуске.
Незадолго до этого, в июле, выдающийся физик и его семья стали гражданами Соединенных Штатов, а в следующем месяце они переехали в строго засекреченный городок Лос-Аламос (штат Нью-Мексико). Ученого назначили руководителем отдела современной физики в новой лаборатории, созданной под руководством Роберта Оппенгеймера для создания атомной бомбы. Отдел, который возглавил Ферми, решал сложные, непредвиденные вопросы, не входившие в компетенцию других отделов.
Все работы по созданию атомной бомбы протекали в обстановке абсолютной секретности. Очень немногие были осведомлены о том, что скрывается за вывеской Манхэттенского проекта. Даже госдепартамент США до начала Ялтинской конференции в феврале 1945 года ничего не знал об этом. О целях проекта не ведал даже Объединенный комитет начальников штабов. Владели государственной тайной лишь отдельные лица, по выбору президента Ф. Рузвельта…
Манхэттенский проект имел свою полицию, контрразведку, систему связи, склады, поселки, заводы, лаборатории, свой колоссальный бюджет. По размаху работ и размерам капиталовложений он являлся самым крупным научным центром.
