Сотрудничество между металлургической лабораторией и фирмой дюпон

 

7.50. Поскольку фирма Дюпон была проектирующей и строительной, а Металлургическая лаборатория — исследовательской организацией, тесное сотрудничество между ними было совершенно необходимо. Фирма Дюпон не только нуждалась в ответах на специальные вопросы, но и должна была получать помощь, критику и предложения по многим вопросам, хорошо известным Металлургической группе. Подобным же образом Металлургическая группа должна была пользоваться исследованиями фирмы Дюпон по многим техническим вопросам проектирования, строительства и эксплоатации. Для того, чтобы способствовать такого рода сотрудничеству, фирма Дюпон выделила одного из своих физиков, Дж. Б. Майлса в Чикаго; многие другие работники фирмы, в частности К. Г. Гринволт, проводили большую часть своего времени в Чикаго. Майлс и Гринволт регулярно посещали собрания лабораторного совета. Эта форма связи не была предусмотрена соглашением для работников Металлургической лаборатории, хотя некоторые члены лаборатории неофициально посещали Вилмингтон. Кроме того Н. А. Уилер был переведен из Чикаго в Вилмингтон и стал членом правления фирмы Дюпон. Существовал, конечно, постоянный обмен докладами и письмами и проводились частые совещания между Комптоном и Р. Вильямсом, представителем фирмы Дюпон. Уитекер проводил большую часть своего времени в Вилмингтоне в то время, когда проектировалась и строилась клинтонская установка.

 

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВЫ

 

7.51. В январе 1943 г. было принято решение строить установку большой производительности для получения плутония. Это означало постройку котла мощностью в тысячи киловатт и завода по химическому выделению плутония. Компания Дюпон должна была проектировать, построить и эксплоатировать установку. Металлургическая лаборатория должна была производить необходимые исследования. Место для установки было выбрано на реке Колумбия в Хэнфорде (шт. Вашингтон). Первоначальное решение строить установку с гелиевым охлаждением было изменено в пользу более удобного водяного охлаждения. Основными задачами являлись проектирование решетки, загрузка и выгрузка, выбор материалов (в особенности с учетом коррозии и радиации), снабжение водой, управление и приборы, охрана здоровья, химический процесс разделения и проектирование разделительной установки. Были разработаны планы теоретических и технических исследований, а также подготовки кадров. Было достигнуто соглашение между фирмой Дюпон и Металлургической лабораторией о совместной работе.

 

 

Глава VIII. Проблема плутония с января 1943 г. до июня 1945 г.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

8.1. Необходимость ускорения проектирования и постройки плутониевой установки промышленного масштаба одновременно с проведением исследовательской работы неизбежно приводила к некоторой путанице и застою. Пришлось исследовать много конкурирующих процессов и доискиваться возможных причин неудачи, даже когда вероятность их серьезного значения была очень мала. Теперь, когда завод в Хэнфорде успешно производит плутоний, пожалуй, можно сказать, что большой процент результатов исследований, произведенных между концом 1942 и концом 1944 г., никогда не будет использован, по крайней мере, для поставленных вначале целей. Тем не менее, если бы Хэнфордский завод попал в затруднительное положение, то какое-нибудь из исследований, излишних в настоящее время, могло бы дать как раз нужную информацию для того, чтобы превратить неудачу в успех. Даже теперь невозможно утверждать, что будущие усовершенствования не зависят от результатов исследований, кажущихся столь маловажными сегодня.

8.2. Можно думать, что потребовалось бы томов тридцать для полного отчета по существенным научным результатам исследований, проведенных в связи с Металлургическим проектом. Работа производилась по каждому пункту исследовательской программы, приведенной в предыдущей главе. В настоящем отчете, очевидно, было бы совершенно невозможно дать нечто большее, чем краткий обзор всех этих исследований. Мы думаем, что этого было бы недостаточно, и что лучше дать общее описание установок, в которых осуществлялась цепная реакция и выделялся плутоний, в том виде, как они действуют теперь, с некоторыми отступлениями для рассмотрения более ранних конструкций.

 

ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ В КОТЛЕ

 

8.3. В главе I и других предыдущих главах мы дали краткое описание процесса деления, работы котла и химического отделения. Прежде, чем перейти к описанию самих установок для получения плутония, мы рассмотрим эти вопросы с несколько иной точки зрения.

8.4. Работа котла зависит от прохождения нейтронов сквозь вещество и характера столкновений нейтронов с встречающимися на их пути ядрами. Важнейшими типами столкновений являются следующие:

I. Столкновения, при которых нейтроны рассеиваются и теряют значительные количества энергии: (a) неупругие столкновения быстрых нейтронов с ядрами урана; (b) упругие столкновения быстрых нейтронов или нейтронов средних скоростей с легкими ядрами вещества замедлителя; в результате этих столкновений энергия нейтронов уменьшается до весьма малых (так называемых тепловых) значений. II. Столкновения, при которых нейтроны поглощаются: (а) столкновения, которые приводят к делению ядер и дают продукты деления и добавочные нейтроны; (b) столкновения, которые приводят к образованию новых ядер, испытывающих затем радиоактивный распад (например ₉₂U²³⁹, превращающийся в ₉₄Pu²³⁹).

8.5. Только столкновения второго типа требуют дальнейшего рассмотрения. Из столкновений типа II(а), происходящих в котле, наиболее важными являются столкновения нейтронов с U-235, но нужно также учитывать деление U-238 быстрыми нейтронами и деление тепловыми нейтронами Pu−239. Столкновения типа II(b) это, главным образом, столкновения между нейтронами и U-238. Они случаются с нейтронами любых энергий, но наиболее вероятны для нейтронов, энергии которых лежат в «резонансной» области, расположенной несколько выше тепловых энергий. Ход ядерных реакций при столкновениях типа II(b) может быть представлен следующим образом:

 

+ γ -лучи

 

(23 минуты)

 

+ γ -лучи (2,3 дня)

8.6. Все иные процессы поглощения, не сопровождаемые делением, важны, главным образом, из-за потерь нейтронов; они происходят в замедлителе, в U-235, в охлаждающей жидкости, в имеющихся вначале примесях, в продуктах деления и даже в самом плутонии.

8.7. Так как целью цепной реакции является производство плутония, казалось, было бы желательным, чтобы весь излишек нейтронов был поглощен в U-238, и осталось бы только такое количество нейтронов, которого как раз достаточно, чтобы вызывать деление и, таким образом, поддерживать цепную реакцию. В действительности же тенденция нейтронов к поглощению преобладающим изотопом U-238 настолько велика, сравнительно с тенденцией вызывать деление в 140 раз более редкого U-235, что для получения цепной реакции главные усилия при проектировании должны были быть направлены на создание благоприятных условий для деления (путем применения замедлителя, подходящей решетки, материалов высокой чистоты и пр.).