Опытная установка в клинтоне

 

6.44. В течение этого периода во второй половине 1942 г., когда проектировались производственные установки, было признано желательным строительство установки промежуточных размеров. Такая установка была нужна по двум причинам: во-первых, в качестве опытной установки, во-вторых, для производства нескольких граммов плутония для экспериментальных целей, в чем ощущалась острая нужда. Запроектированный с воздушным охлаждением котел промежуточных размеров мощностью в 1000 kW, построенный в Клинтоне (Тенесси), мог служит для обеих целей, если бы было сохранено гелиевое охлаждение для основной установки. Хотя проекты основной установки были переделаны на водяное охлаждение, опытная установка оставалась с воздушным охлаждением в расчете, что вторая цель будет достигнута скорее. Таким образом она осталась опытной установкой только для химического разделения. Фактически основная установка была построена без помощи опытной установки в Клинтоне как если бы гидроэлектрические генераторы станции Гранд Кули были запроектированы только на основании опыта работы генератора совершенно другого типа и ничтожной мощности.

 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

 

6.45. Как указывал Хилбери в Feasibility Report от 26 ноября 1942 г., перспективы графитового котла с гелиевым охлаждением казались многообещающими в отношении немедленного выпуска продукции; котел, использующий тяжелую воду в качестве замедлителя и тяжелую или обычную воду для охлаждения, представлялся более подходящим для конечного применения в установке промышленного масштаба. Был сделан ряд специальных предложений по строительству таких установок и по дальнейшему изучению возникших вопросов. Эти предложения базировались на оценках времени и стоимости, которые были, в силу необходимости, лишь грубыми догадками. В результате дальнейших исследований фактическая программа строительства, описанная в последующих главах, совершенно отличалась от предлагавшейся.

 

 

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВЫ

 

6.46. Проблема накопления материалов, которая задерживала движение вперед, была по существу разрешена к концу 1942 г. В ноябре 1942 г. был построен небольшой урано-графитовый котел с саморазвивающейся реакцией, и 2 декабря 1942 г. он был впервые пущен в работу с мощностью в 1/2 W, а позже в 200 W. Он легко управлялся благодаря явлению запаздывания нейтронов.

С помощью циклотрона было получено и химически отделено от урана и продуктов деления 500 г плутония. Химия плутония была достаточно изучена, чтобы указать возможность его выделения в относительно больших масштабах. По теории бомб было сделано немного, но расчеты были проверены; были также расширены эксперименты с быстрыми нейтронами. Как бы то ни было, перспективы осуществления бомбы выглядели более благоприятно, чем год назад.

6.47. Для выяснения проблем, которые могли встретиться при конструировании и эксплоатации производственной установки большого масштаба, было сделано достаточно много экспериментов и проектов. Некоторые успехи были достигнуты в выборе типа установки, причем первый выбор в то время пал на котел из металлического урана и графита, охлаждаемый или гелием, или водой. Для строительства опытной и промышленной установок была разработана специальная программа. В этой программе приводились оценки времени и стоимости.

 

 

Глава VII. Проблема плутония в феврале 1943 г.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

НЕОБХОДИМОСТЬ РЕШЕНИЙ

 

7.1. К 1 января 1943 г. Металлургическая лаборатория выполнила свою первую задачу — создание котла, и успешно продвигалась по пути решения второй — извлечения плутония, получаемого в котле. Наступило время для составления окончательных проектов заводской установки. Политический комитет (см. главу V) на основании рекомендаций директора лаборатории А.X. Комптона, Исполнительного комитета S-1 и Обзорного комитета (члены которого посетили Чикаго в декабре 1942 г.) принял ряд решений, сводившихся, во-первых, к демонтажу первого котла и вторичной сборке его на небольшом расстоянии от Чикаго и, во-вторых, к постройке 1000-киловаттной плутониевой установки в Клинтоне (штат Тенесси).

 

МАСШТАБЫ ПРОИЗВОДСТВА

 

7.2. Прежде всего необходимо было определить требуемые масштабы производства. По соображениям секретности принятые цифры не могут быть здесь названы. Они очень велики.

 

ЗНАЧЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

 

7.3. Как мы уже видели, производство одного грамма плутония в сутки требует мощности котла от 500 до 1500 kW. Поэтому установка для промышленного производства плутония должна выделять очень большое количество энергии. Трудность задачи заключалась в конструировании установки большой мощности на основании экспериментов с котлом, работающим на мощности лишь в 0,2 kW. Что касается не менее важной работы по выделению плутония, предстояло составить, проекты установки для извлечения и очистки нескольких граммов плутония в сутки из нескольких тонн урана, причем основой для такого проектирования могли служить только данные микрохимического изучения с количеством Pu в 0,5 миллиграмма. Для проектирования больших котлов и установки по выделению плутония можно было использовать данные вспомогательных экспериментов и результаты детального изучения процессов разделения урана и плутония. Однако, и в этом случае предложенные экстраполяции относительно котла и процесса разделения были шатки. В мирное время ни один ученый или инженер, находящийся в здравом рассудке, не предпринял бы столь резкого увеличения масштаба, и даже во время войны только возможность получить чрезвычайно важные результаты могла служить оправданием этому.

 

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЯЗАННОСТЕЙ

 

7.4. Как только было решено приступить к промышленному производству плутония, появилась необходимость в значительном организационном расширении. Вскоре после того, как Манхэттенский Округ в нюне 1942 г. получил задание по строительству, в качестве сборочной и строительной фирмы по Проекту ДСМ была выделена фирма Стоун и Вебстер (Stone and Webster Engeneering Corporation). К октябрю 1942 г. выяснилось, что различные части работы значительно удалены друг от друга и слишком технически сложны для выполнения одной фирмой. Это было особенно важно ввиду спешности задания. Поэтому признали целесообразным освободить фирму Стоун и Вебстер от производства оборудования для получения плутония. Генерал Гроувз выбрал фирму Дюпон (E.I. du Pont de Nemours and Co.), как наиболее подходящую для этой части работы. Соглашения, заключенные с разными промышленными компаниями Манхэттенским Округом, имели различные формы. Соглашение с фирмой Дюпон рассматривается здесь подробно, как типичное.

7.5. После длительных переговоров генерала Гроувза с руководителем фирмы Дюпон В. С. Карпентером фирма взялась выполнить работу. Изъявляя свое согласие, она подчеркнула, что принимает работу только потому, что, во-первых, Военное министерство считает ее чрезвычайно важной; во-вторых, потому, что генерал Гроувз заявил, что мнение о чрезвычайной важности работы разделяется лично президентом Соединенных Штатов, военным министром, начальником штаба и самим генералом Гроувзом, и, в-третьих, потому что генерал Гроувз считает фирму Дюпон организацией, наиболее способной выполнить это задание.

7.6. Фирма Дюпон, принимая заказ, согласилась с тем, что он будет выполняться ею без прибыли, а также без патентных прав. Однако, ввиду новизны области, в которой ей предлагали работать, она просила, чтобы правительство приняло все необходимые меры для ограждения фирмы от возможных убытков.

7.7. По договору с фирмой Дюпон правительство согласилось оплатить всю стоимость работ сразу или частями, предусмотренными договором на покрытие административных и общих расходов, в соответствии с обычной практикой фирмы — по определению ревизий, засвидетельствованных официальными представителями. По условиям договора, в том случае, если какая-либо часть этих выплат не будет в действительности израсходована фирмой, она подлежит возврату правительству. Договор предусматривал также, что никакие патентные права не будут распространяться на компанию.

7.8. Задачи, возложенные на фирму Дюпон, состояли в проектировании. конструировании и сооружении небольшой полузаводской установки в Клинтоне (шт. Тенесси) и проектировании, конструировании, сооружении и эксплоатации большой промышленной плутониевой установки в Хэнфорде (штат Вашингтон). Ввиду того, что первое задание было связано с фундаментальными исследованиями, клинтонская полузаводская установка должна была работать под руководством Чикагского университета. Многие инженерно-технические работники фирмы Дюпон должны были быть использованы на вспомогательной базе в Чикаго и Клинтоне, для удовлетворения нужд университета в людях, особенно в работниках с производственным опытом, и для подготовки персонала для будущей работы в Хэнфорде.

7.9. Так как фирме Дюпон предстояло перейти от нормальной для нее работы в области химии в новую область, связанную с ядерной физикой, было признано необходимым для проведения фундаментальных исследований, накопления опыта и консультаций установить более тесную связь фирмы с Металлургической лабораторией Чикагского университета. Компания Дюпон имела технический в производственный опыт, однако, она нуждалась в Металлургической лаборатории для проведения экспериментов как радиохимических, так и в области ядерной физики. Металлургическая лаборатория связывала общие исследования по разработке проблемы с проектированием и эксплоатацией полузаводской и большой производственной установок. Она разрабатывала основные вопросы производства и извлечения плутония, а также конструкции необходимого оборудования, отвечала на множество специальных запросов фирмы Дюпон, изучала проекты фирмы Дюпон и содействовала их осуществлению.

7.10. Основная цель клинтонской полузаводской установки заключалась в развитии методов извлечения плутония. Полузаводская установка должна была включать в себя, конечно, и аггрегат для производства плутония. По сложившимся обстоятельствам и по срокам клинтонская установка не могла быть построена, как первый вариант хэнфордской установки, и последнюю, поэтому, нужно было проектировать, строить и пускать в ход без использования опыта Клинтона. Хэнфордские разделительные установки пришлось конструировать и монтировать до получения результатов работы Клинтона. Однако, клинтонская полузаводская установка оказалась чрезвычайно полезной при решении большого числа совершенно новых задач, возникших при разработке хэнфордского проекта. Клинтонская установка производила, кроме того, небольшие количества плутония, что, вместе с данными Металлургической лаборатории о свойствах плутония, дало возможность ускорить на месяцы исследования этого вещества.