Влияние радиоактивного излучения на химические реакции

 

7.39. Химические реакции, предложенные для процесса извлечения, были, конечно, испытаны в лаборатории. Однако, они не могли быть изучены с достаточно большими количествами плутония и не могли быть испытаны при наличии радиоактивного излучения, хоть в какой-нибудь мере приближающегося по своей интенсивности к ожидаемому. Поэтому было очевидно, что процесс, оказавшийся успешным в условиях лаборатории, может оказаться непригодным в установке.

 

ВЫБОР ПРОЦЕССА

 

7.40. Приведенное выше описание того, что происходит в последовательных отделениях «каньона», весьма приблизительно. Это объясняется тем, что вплоть до января 1943 г. не было принято решения о том, какой именно процесс следует применить для извлечения и очистки плутония. Главной задачей, стоявшей перед химическим отделом Металлургической лаборатории, был выбор лучшего процесса для установки.

 

ОХРАНА ЗДОРОВЬЯ

 

7.41. Кроме опасностей, обычно имеющихся при сооружении и зксплоатации большой химической установки, здесь возникли опасности нового рода. Опасными являлись два типа излучения: нейтроны, освобождающиеся в котле, и радиоактивное (α -, β - и γ -) излучение, испускаемое продуктами котла. Хотя общее действие этих излучений на человеческий организм было признано подобным действию рентгеновских лучей, было все же желательно более детальное его изучение. Количество радиоактивных материалов, с которыми приходилось иметь дело, во много раз больше, чем те количества, которые употреблялись когда-либо прежде.

7.42. Медицинская группа должна была выполнить три задачи: (1) организацию измерений и клинических испытаний для обнаружения признаков опасной облученности персонала, (2) исследование влияния радиоактивного излучения на людей, приборы и т. д. и (3) определение необходимых свойств и размеров защитных укрытий и мероприятий по охране труда для учета их при постройке и разработке правил эксплоатации установки.

 

СВОЙСТВА ПЛУТОНИЯ

 

7.43. Несмотря на то, что мы намеревались создать большое предприятие по производству плутония, мы имели меньше миллиграмма его для изучения и лишь слабое представление о его свойствах. Изучение плутония, поэтому, составляло главную задачу Металлургической лаборатории.

 

ОБУЧЕНИЕ ПЕРСОНАЛА

 

7.44. Понятно, что работа на промышленной установке требовала большой и весьма подготовленной группы обслуживающего персонала. Хотя фирма Дюпон имела огромный опыт эксплоатации различного рода химических установок, это предприятие представляло собой нечто новое, и было очевидно, что обслуживающий персонал нуждается в специальном обучении. Такое обучение было проведено частью в Чикаго и его окрестностях, но, главным образом, в клинтонских лабораториях.

 

НЕОБХОДИМОСТЬ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

7.45. В предыдущих параграфах этой главы мы перечислили задачи, с которыми пришлось встретиться группе, проектировавшей и строившей установку для производства плутония. В главе VI были рассмотрены достижения в этой области вплоть до конца 1942 г. Из этих глав стало понятно, что для обеспечения успешной работы установки требовались гораздо большие сведения, чем те, которые были в нашем распоряжении. Поэтому одновременно с проектированием и постройкой должны были проводиться и исследования.

 

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ПРОГРАММА

 

7.46. В связи с необходимостью развития научных и технических исследований для Металлургической и Клинтонской лабораторий, была разработана программа исследовательских работ. Приведенный ниже отрывок взят из программы Металлургического Проекта на 1943 г.

«Исследование производства плутония. Сюда включаются все виды исследований, технические разработки и полузаводское изучение всех вопросов, необходимых для проектирования, постройки и эксплоатации котла для производства плутония или других материалов.

Характеристики котла. Теоретическое изучение и эксперименты с решеткой, имевшие целью выяснить поведение характеристик котла большой мощности: температуры и давления, нейтронных характеристик, отравления котла и т. д.

Управление котлами. Конструирование и испытание устройств для регулирования скорости реакции в котлах.

Охлаждение котлов. Физическое изучение охлаждающих веществ, технические проблемы циркуляции, коррозии, эрозии и т. д.

Приборы. Разработка конструкций приборов и техники управления установкой и определения радиоактивности на заводской территории.

Защита. Защитные укрытия, биологический эффект излучения котла и клиническое изучение влияния операций, связанных с котлом.

Материалы. Изучение физических (механических и ядерных) свойств строительных материалов и веществ, применяемых при сооружении и эксплоатации котла.

Исследования активации. Производство экспериментальных количеств радиоактивных материалов в циклотроне и в котлах и изучение активации материалов нейтронами, протонами, электронами, γ -лучами и т. д.

Работа котла. Изучение операций, необходимых для нормальной работы котла: загрузка и разгрузка, работа с приборами и т. д.

Проектирование процесса. Изучение возможного процесса производства в целом, ведущее к детальной разработке процессов отдельных его частей.

Исследование извлечения плутония. Сюда включаются все виды работы, необходимые для разработки как процесса извлечения плутония и возможных побочных продуктов котла, так и приготовления их в чистом виде. Основные усилия Металлургической лаборатории были направлены на разработку того процесса производства плутония, который был утвержден 1 июня 1943 г. Однако, другие варианты по-прежнему подвергались исследованию в металлургической лаборатории в Клинтоне в той мере, в какой это было возможно.

Разделение. Процесс растворения урана, извлечения плутония и обезвреживания путем удаления продуктов деления.

Концентрирование. очистка и восстановление плутония. Процессы производства плутония в виде чистого металла и изучение тех свойств плутония, знание которых необходимо для его производства.

Отходы. Существующие новые и возможные методы извлечения продуктов деления и урана из отходов.

Приборы. Разработка и испытание контрольных приборов для химических процессов и для наблюдения за радиоактивностью на всей территории.

Защита. Изучение защитных экранов, определение биологических действий радиоактивной пыли, жидкостей, твердых тел и других материалов, участвующих в процессе, а также защитных мероприятий.

Материалы. Коррозия материалов оборудования, стойкость по отношению к воздействию радиоактивности. Необходимая чистота и методы анализа материалов, участвующих в процессе и т. д.

Получение радиоактивных материалов. Разработка методов выделения радиоактивных материалов, полученных активацией в циклотроне и в котле.

Вопросы эксплоатации. Качество работы оборудования, контроль процесса, обращение с материалами и т. д.

Проектирование процесса. Изучение процесса выделения плутония в целом (мокрый процесс, физические методы), ведущее к детальной разработке отдельных вопросов.

Основные исследования. Изучение основных физических и химических явлений, происходящих в котлах, и изучение основных свойств всех употребляемых материалов. Хотя в Клинтоне наибольшее внимание уделяется полузаводской установке, многие основные исследования также потребуют клинтонских условий (большая интенсивность радиоактивного излучения, большой масштаб производства).

Ядерная физика. Основные свойства ядерного деления, поперечное сечение, выход нейтронов, типы деления и т. д. Другие свойства ядра, важные для процесса, например, поперечное сечение и свойства замедлителя, действие нейтронов на материалы и т. д.

Общая физика. Основные исследования с помощью приборов (электронные, ионизационные, оптические и т. д.), определение атомных масс, изучение нейтронов и α -, β - и γ -излучений, исследования рентгеновских лучей и т. д.

Химия радиоактивных излучений. Действие радиоактивного излучения на химические процессы и химические реакции, вызываемые излучением.

Ядерная химия. Прослеживание продуктов деления, постоянные распада, цепные реакции, исследование ядер, которые могут оказаться полезными для Проекта.

Химия продуктов. Химические свойства различных продуктов и основательное изучение разделения и очистки продуктов.

Общая химия. Химия основных материалов и материалов, связанных с процессом, включая и побочные продукты.

Общая биология. Фундаментальное изучение действия радиоактивного излучения на живые организмы, на обмен веществ и т. д.

Клинические исследования. Основные исследования, как то, гематологические, патологические и т. д.

Металлургические исследования. Изучение свойств U, Pu, Be и т. д.

Технические исследования. Явления, лежащие в основе коррозии, и другие вопросы, исследование которых необходимо для непрерывного технического развития процесса.»

7.47. Рассмотрение этой программы дает представление о большом диапазоне исследований, проведенных для получения необходимых сведений. Многие из указанных здесь тем не являются такими научными проблемами, которые могут быть разрешены небольшой группой ученых в течение месяцев, и скорее представляют целые области для исследований в течение ряда лет. Необходимо было отобрать специальные вопросы, немедленно дающие полезные результаты; однако, одновременно было желательно работать над установлением основных принципов. Например, действие радиоактивного излучения на свойства материалов было почти совершенно не изучено. Необходимо было и эмпирическое изучение свойств отдельных материалов, используемых в котле, и создание общих теорий наблюдаемых явлений. Все усилия должны были быть направлены на главную цель: создание успешной производственной установки.

 

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТА

 

7.48. В организации и в составе участников Проекта происходило много изменений. В течение большей части периода строительства в Клинтоне и в Хэнфорде А.X. Комптон был директор Металлургического проекта; С. К. Алисон — директор Металлургической лаборатории в Чикаго и М. Д. Уитекер — директор Клинтонской лаборатории. Чикагская группа делилась на четыре отдела: физики, химии, технологии и здравоохранения. Позднее физический отдел был разбит на группы общей физики и ядерной физики. Р. Л. Доун был научный руководитель в Клинтоне; в Чикаго подобной должности не было. Назовем некоторых заместителей или помощников директоров лабораторий или проектов и директоров отделений: С. Т. Кантрил, К. М. Купер, Ф. Даниелс, А.Дж. Демпстер, Э. Ферми, И. Франк, Н. Хилберн, Т. Р. Хогнес, В. К. Джонсон, Г. Д. Смит, Дж. К. Стирнс, Р. С. Стоун, Г. К. Вернон, В. В. Ватсон и Э. Вигнер.

Начиная с 1943 г. К. Г. Томас из Monsanto Chemical Co., был председатель комитета по химии и металлургия плутония. Этот комитет связывал деятельность Металлургической лаборатории с работой лабораторий в Лос-Аламосе (см. гл. XII) и других местах. Позднее Monsanto Chemical Co. провела некоторую работу и по важным специальным вопросам, возникшим в связи с работой в Лос-Аламосе.

7.49. На ответственности этих людей было следить за успешным выполнением изложенной выше программы исследований, передавать существенные результаты фирме Дюпон. На их ответственности лежало также давать ответы на вопросы, возникающие у фирмы Дюпон, и одобрять или отвергать планы, предложенные на рассмотрение этой фирмой.