první atomové hromady

Brzy po objevu jaderného štěpení byl vyhlášen v roce 1939, novinových článků, zpráv objev zmínil možnost, že štěpné řetězové reakce by mohly být využity jako zdroj energie. Druhá světová válka však začala v Evropě v září téhož roku a fyzici ve výzkumu štěpení obrátili své myšlenky k použití řetězové reakce v atomové bombě. Ve Spojených státech, Pres. Franklin D. Roosevelta přesvědčil dopis Alberta Einsteina, aby zahájil tajný projekt věnovaný tomuto účelu. Projekt Manhattan zahrnoval práce na obohacování uranu na získání uranu-235 ve vysokých koncentracích a také výzkum vývoje reaktorů. Cíl byl dvojí: dozvědět se více o řetězové reakci pro návrh bomby a vyvinout způsob výroby nového prvku, plutonia, který měl být štěpný a mohl by být chemicky izolován z uranu.

vývoj reaktoru byl umístěn pod dohledem předního experimentálního jaderného fyzika éry Enrica Fermi. Fermiho projekt začal na Columbia University a byl poprvé demonstrován na University of Chicago, zaměřený na návrh grafitem moderovaného reaktoru. 2. prosince 1942 Fermi hlásil, že vyrobil první soběstačnou řetězovou reakci. Jeho reaktor, později nazývaný Chicago Pile No. 1 (CP-1), byl vyroben z čistého grafitu, ve kterém byly slimáky uranových kovů naloženy směrem ke středu s hrudkami oxidu uranu kolem okrajů. Toto zařízení nemělo žádný chladicí systém, protože se očekávalo, že bude provozováno pro čistě experimentální účely při velmi nízkém výkonu (zhruba 10 kilowattů tepelné energie). CP-1 byl následně demontován a rekonstruován v novém laboratorním místě na předměstí Chicaga, původní sídlo dnešní Argonne National Laboratory. Zařízení pokračovalo v provozu jako výzkumný reaktor, dokud nebyl v roce 1953 definitivně vyřazen z provozu. (Viz tabulka se seznamem významných raných jaderných reaktorů.)

Na paty úspěšné CP-1 experiment, plány byly rychle vypracoval na výstavbu první výrobní reaktory (pro výrobu plutonia, aby být použit v atomové bombě). Jednalo se o rané Hanford, Washington, reaktory, které byly grafitem moderované, přírodní uran poháněný, vodou chlazená zařízení. Jako záložní projekt byl v Oak Ridge v Tennessee postaven výrobní reaktor vzduchem chlazeného designu. Když se zařízení Hanford osvědčila, tento reaktor byl dokončen, aby sloužil jako reaktor X-10 v dnešní Národní laboratoři Oak Ridge. První výzkumný reaktor s obohaceným palivem byl dokončen v Los Alamos v Novém Mexiku v roce 1944, protože obohacený uran-235 byl k dispozici pro výzkumné účely. Všechny tyto snahy vyvrcholily Trinity, prvním testem atomového výbušného zařízení, který se konal 16. července 1945 v Alamogordu v Novém Mexiku.

ještě před válkou bylo uznáno, že těžká voda byla vynikajícím moderátorem neutronů a mohla být snadno použita při konstrukci reaktoru. Během projektu Manhattan byla tato možná konstrukční funkce přidělena kanadskému výzkumnému týmu, protože v Kanadě již existovala zařízení na výrobu těžké vody. Na konci roku 1945, krátce po skončení války, se kanadskému projektu podařilo vybudovat v Chalk River v Ontariu výzkumný reaktor poháněný přírodním uranem, takzvaný ZEEP (Zero-Energy Experimental Pile).

z Důvodu nedostatku informací o uranu-235 separační techniky, první Britský úsilí, který se konal po válce, byly zaměřené na použití přírodního uranu jako paliva. V roce 1947 GLEEP (Grafit Low Energy Experimental Pile), vzduchem chlazený reaktor s grafitovým moderátorem a kovového uranu paliva oděné v hliníku, byla postavena a v kritickém stavu v Harwell, Berkshire, Anglie, generuje 100 kw tepelné energie. Následující rok byl v Châtillon u Paříže postaven francouzský reaktor podobného výkonu, známý jako EL-1 (pro „těžkou vodu 1“) nebo Zoé (pro „nulový výkon, oxid uranu, těžká voda“). Francouzský reaktor také používal ve svém palivu neobohacený Uran.

v roce 1943 zahájil Sovětský svaz formální výzkumný program s cílem vytvořit řízenou štěpnou reakci, prozkoumat separaci izotopů a prozkoumat návrhy atomových bomb. Po válce, program začal dělat významný pokrok směrem k návrhu štěpné zbraně; v tandemu, reaktory byly navrženy za účelem výroby plutonia třídy zbraní. První sovětská řetězová reakce proběhla v Moskvě koncem roku 1946 za použití experimentální grafitem moderované přírodní uranové hromady známé jako F-1. První reaktor na výrobu plutonia byl zprovozněn v komplexu Čeljabinsk-40 v ruských Uralských horách v roce 1948.