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芝加哥链式反应实验室命名为“冶金实验室”，不过里面一个冶金专家也没有。从纽约搬到芝加哥后，反应堆的高度增加了，但却仍然没有达到预期的效果，费米认为，石墨这种多孔物质中有很多空气，而空气中的氮起着吸收中子的作用，如果能在反应堆周围造成真空，也许能增进反应堆的性能。受食品罐头的启发，费米让芝加哥伦比亚大学学的铁匠制造了一个巨大的铁罐，抽出里面的空气，但中子逸失的现象还是很严重。有人建议用甲烷代替空气，但甲烷存在爆炸的危险，而费米的实验室已经发生过两次危险的爆炸事故了，他最后否决了这个主意，决定建造一个更大的反应堆。
康普顿为这个反应堆找到的最理想的地方是芝加哥伦比亚大学学体育场西看台底下的一个室内网球场，这间屋子宽9米，长18米，高近8米，自从美国参战以后就被废弃了。物理学家们希望有更大的地方，但是其它几处更适于安装反应堆的地方都被芝加哥日益增多的军队部门征用了。
在新反应堆等待石墨和铀的同时，费米的助手安德森去固特异轮胎橡胶公司定制了一个正方形的气球，固特异公司的人用惊异的目光瞪着这个纤瘦的年轻人，因为他们还从来不曾听说过有正方形的气球。安德森把精确的规格要求讲了出来之后，固特异的人勉强答应用胶化织物制作一个正方形气球，不过固特异公司“不能担保这玩意儿飞得起来”。
费米并不需要让它飞起来。两个月后，这个巨大的气球运到了芝加哥伦比亚大学学，费米小组七手八脚把它搬到室内网球场，用脚手架和升降机将它固定在室内，只留下一个供人员出入的扇形吊门，随后开始在里面组装核反应堆。从已经完成的无数试验中，费米对于这个反应堆到底应该是个什么样子已经有了一定的概念：它是一个直径7.9米的圆球，用一个正方形的木架支撑。外面罩着那个正方形气球。气球的作用是在必要的时候抽成真空，不过费米小组后来一直没有这么做。自愿来帮忙的中学生在室内网球场和附近的木工棚之间川流不息，搬来做好的木块。然后带走下一块木头支架的图纸。当物理学家们开始摆弄联合碳化物公司送来的纯石墨砖时，样样东西都变成了黑的：首先是网球场的墙壁和那个气球，接着是地面，石墨粉末铺满了地板。光滑得好像舞厅的地板一样，漆黑的人影在上面滑行着，他们的工作套衣和防护镜也是漆黑一片。气球里面，一堵高大的石墨黑墙正在迅速地增长，墙上还插着7根镉棒和3根硼钢棒。以控制中子增殖的数目。
随着反应堆的增高，费米进行了各种测试，那个石墨球的最上面几层始终没有加上去，因为反应堆达到临界大小的时间比预料的来得要快，从安放第一层石墨砖起仅仅过了6个星期，就到了12月2日凌晨。当时给反应堆做扫尾工作的是安德森，如果当时他抽出镉棒的话，那么他就会开动核反应堆。从而成为美国实现人工自持链式反应的第一个人。不过他决定把这个荣誉让给费米。
天亮之后，费米、康普顿及其助手们云集在网球场里，耐心地等待着最后一刻。在场的人中有一位是“冶金实验室”以外的人物：杜邦财团的克劳福德?格林沃尔特先生，他后来成为杜邦的董事长，而在历史性的那一天清晨，他恰好和杜邦公司的其他人在附近的一个房间里同军方的高级官员举行会谈。康普顿把他拉出来领到了现场。
格林沃尔特和杜邦公司的人当时正处于一种为难的境地：他们不知道怎样才能和军方达成协议。美**方在1942年8月就接管了“铀计划”，并将其命名为“曼哈顿工程”。9月。美国陆军工兵上校格罗夫斯被任命为“铀计划”或“曼哈顿工程”的负责人。该工程包含着比核研究更多的东西，包括生产石墨和铀。还有铀同位素的分离，以及一种新元素——钚的生产。杜邦公司被告知在铀的裂变过程中会产生钚，而钚或