Welche Vorteile hatte es für die USA, im Zweiten Weltkrieg sowohl Uran- als auch Plutoniumbomben zu entwickeln?

Einfach zu sagen, dass sie verschiedene Arten ausprobieren wollten, würde den Punkt übersehen, dass waffenfähiges Uran und Plutonium grundlegend unterschiedliche Herstellungsmethoden haben und sich für sehr unterschiedliche Waffendesigns eignen.

Uranbomben benötigen einen sehr hohen Anteil des Isotops U-235, das in natürlichem Uran nur in winzigen Mengen vorhanden ist. Die Trennung dieser Isotope ist eine schwierige und zeitaufwändige Aufgabe, insbesondere mit den weitaus weniger effizienten Methoden, die während des Manhattan-Projekts verwendet werden. Die chemischen Eigenschaften der beiden Isotope sind nahezu identisch, mit dem einzigen Unterschied, dass U-235 eine um etwa 2% geringere Dichte aufweist, was den hochkomplexen und teuren Prozess der Gasdiffusion erfordert, wobei in späteren Perioden Zentrifugen verwendet werden. Plutonium hingegen lässt sich relativ einfach in einem Reaktor herstellen und steht somit in größerer Menge zur Verfügung.

Weiter zum Waffendesign. Little Boy, die erste Uranbombe, war eine Kanonenwaffe, was bedeutet, dass sie einfach einen Sprengstoff verwendete, um zwei unterkritische Uranmassen zusammen abzufeuern und eine kritische Masse zu bilden, die dann explodierte. Dies war ein (relativ) einfaches, robustes Design, das der erste theoretische Weg zur Herstellung einer Atomwaffe war. Fat Man, die Plutoniumbombe, verwendete ein Implosionsdesign, bei dem sehr starker Sprengstoff um einen kugelförmigen Plutoniumkern herum verwendet wurde, der ihn bei gleichzeitiger Detonation auf eine kritische Masse komprimierte. Dies erforderte genaue Toleranzen im Zeitpunkt und in der Stärke der Explosionen, oder die ungleichmäßige Form der präkritischen Masse könnte so reagieren, dass der Plutoniumkern auseinander gesprengt wurde, bevor er kritisch werden konnte (im Grunde ist dies übrigens der Grund, warum ein Geschütz Typ Plutoniumwaffe würde nicht funktionieren).

Wir haben also zwei Waffendesigns – eines ist schon länger in der Entwicklung, einfacher und theoretisch zuverlässiger, erfordert aber eine schwer zu beschaffende Substanz. Der andere ist neuer und von ungewisser Wirksamkeit, könnte aber, wenn er funktionsfähig ist, in viel größerer Menge hergestellt werden. Es sollte angemerkt werden, dass der Trinity-Test eine Plutonium-Implosionsbombe war und vor den Atombombenanschlägen niemals eine waffenartige Waffe getestet wurde, aus dem doppelten Grund, dass sie als unnötig erachtet wurde und dass sie einfach nicht genug Uran hatten. Es kam auf die Wahl an, eine winzige Anzahl zuverlässiger Bomben zu haben oder viele mehr, die von unsicherer Qualität waren (zumindest vor dem ersten Test), und beide zu bauen bedeutete, dass alle Ergebnisse abgedeckt waren.

Wikipedia beantwortet dies ziemlich gut. Grundsätzlich ist eine Plutoniumbombe komplizierter als eine Uranbombe. Allerdings ist waffenfähiges Plutonium auch leichter zu beschaffen als waffenfähiges Uran, da das Plutonium aus verbranntem Kernreaktorbrennstoff chemisch abgetrennt werden kann, während Uran in einem kostspieligen Prozess angereichert werden muss. Tatsächlich wurde das gesamte angereicherte Uran, das während des Manhattan-Projekts produziert wurde, in Little Boy, der Hiroshima-Bombe, verwendet.

Die Herstellung von Atombomben war ein neues Unterfangen, und es war nicht klar, welcher Ansatz erfolgreich sein würde - billiger, schneller, leistungsstärker, kleiner, zuverlässiger usw. Sie mussten wirklich alle möglichen Ansätze ausprobieren, bevor sie sich für einen entschieden.

Das uranbasierte Kanonendesign war von Anfang an der grundlegende Ansatz des Projekts.

Das "Fat Man"-Design verwendete Plutonium-239, eine Substanz, die viel einfacher herzustellen ist als Uran-235, aber einen viel komplizierteren Sprengkopf vom Implosionstyp erforderte. Bis 1944 war nicht klar, dass das Implosionsdesign überhaupt funktionieren würde. John von Neumann erfand im Wesentlichen einen völlig neuen Zweig der Physik, die Stoßwellentheorie, der zur Konstruktion der Implosionslinsen für das Gerät verwendet wurde. Als klar wurde, dass die Implosionstechnik für Plutonium machbar und notwendig war, wurde das Fat-Man-Design als verbesserter Ansatz für eine zweite (und alle zukünftigen) Bomben hinzugefügt.

Somit verlief die Entwicklung der Waffe zweigleisig.

Die Vorteile bestanden darin, eine Waffe mit relativ hoher Erfolgswahrscheinlichkeit (Uraniumbombe) und eine fortschrittlichere Bombe (Plutonium) für die zukünftige Entwicklung zu haben.