우라늄은 방사능을 처음 발견할 때부터 중요한 원소였고 핵분열 현상을 처음 발견하게 된 원소이기도 했다. 그래서 당연히 핵무기를 만들 때 우라늄은 자연스럽게 우선적으로 고려대상이었고 누가 우라늄 광산을 차지할 것인가에도 민감하게 반응했다. 예컨대 그로브스는 맨해튼 프로젝트의 책임자로 임명(1942년 9월18일)되고 근무하던 첫날 1,200톤의 우라늄 광산을 매입했으며, 핵무기에 사용될 우라늄235를 농축하는 시설을 건설하기 위해 테네시 주 오크리지에 부지를 매입했다.

천연우라늄에는 핵무기에 쓸 수 없는 우라늄238이 99.3% 존재하고 핵무기의 원료인 우라늄235는 0.7%밖에 없다. 따라서 우라늄235를 순도 높게 추출하는 작업이 무척 중요하다. 이 과정을 우라늄 농축이라 부른다. 문제는 우라늄 농축과정이 쉽지 않다는 것이다. 우라늄235와 238은 원자번호가 같고 질량수가 다른 동위원소라서 화학적인 과정을 통해 두 원소를 분리하기 어렵다. 왜냐하면 동위원소의 화학적 성질이 거의 같기 때문이다. 

그렇다면 우라늄235와 238의 서로 다른 물리적 특성에 기댈 수밖에 없다. 이 둘의 차이는 겨우 중성자 3개이며, 질량차이는 1.3% 정도에 불과하다. 이 미세한 질량차이를 이용해 분리하는 수밖에 없다. 

한 가지 방법은 자기장 속에서 전기적으로 대전된 우라늄을 방출하는 것이다. 대전된 입자가 자기장 속을 지나가면 자기장과 입자의 진행방향에 모두 수직인 방향으로 힘을 받는다. 이 힘을 로렌츠 힘이라 한다. 그 결과 입자의 궤적이 원호를 그리며 휘어진다. 로렌츠 힘은 자기장의 세기와 대전된 전기량, 그리고 입자의 속력에 비례한다. 따라서 이들 조건이 똑같은 입자들은 똑같은 힘을 받아 경로가 휘어진다. 휘어지는 경로의 회전반경은 간단한 계산으로 구할 수 있다. 이때 입자의 질량이 클수록 똑같은 힘을 받더라도 그 영향을 적게 받을 것이다. 따라서 질량이 큰 입자일수록 궤적이 휘어지는 정도는 작아지고 회전반경은 커지게 된다. 우라늄235와 238의 미세한 질량차이는 미세한...