Louis Slotin -Louis Slotin

Louis Slotin
Slotin Los Alamos.jpg
Zdjęcie odznaki Los Alamos Slotina
Urodzić się
Ludwik Aleksander Slotin

( 01.12.1910 )1 grudnia 1910
Winnipeg , Manitoba , Kanada
Zmarł 30 maja 1946 (1946-05-30)(w wieku 35 lat)
Przyczyną śmierci Ostry zespół popromienny
Edukacja University of Manitoba ( BSc , MSc )
King's College London ( PhD )
Zawód Fizyk i chemik
Znany z Testy krytyczności dotyczące montażu plutonu i broni jądrowej, jednostka reaktywności w dolarach

Louis Alexander Slotin (1 grudnia 1910 – 30 maja 1946) był kanadyjskim fizykiem i chemikiem , który brał udział w Projekcie Manhattan . Urodzony i wychowany w North End w Winnipeg w Manitobie , Slotin uzyskał tytuły Bachelor of Science i Master of Science na University of Manitoba , a następnie w 1936 roku uzyskał doktorat z chemii fizycznej w King's College London . Następnie wstąpił na uniwersytet . z Chicago jako pracownik naukowy pomagający zaprojektować cyklotron .

W 1942 Slotin został zaproszony do udziału w Projekcie Manhattan, a następnie przeprowadził eksperymenty z rdzeniami uranu i plutonu , aby określić ich wartości masy krytycznej . Po II wojnie światowej kontynuował badania w Narodowym Laboratorium Los Alamos w Nowym Meksyku . 21 maja 1946 przypadkowo rozpoczął reakcję rozszczepienia, która wyzwoliła wybuch silnego promieniowania . Został przewieziony do szpitala i zmarł dziewięć dni później, 30 maja. Slotin stał się ofiarą drugiego krytycznego wypadku w historii, po Harrym Daghlianie , który został śmiertelnie wystawiony na promieniowanie przez ten sam „ rdzeń demona ”, który zabił Slotina.

Slotin został okrzyknięty bohaterem przez rząd Stanów Zjednoczonych za reagowanie wystarczająco szybko, aby zapobiec śmierci jego kolegów. Jednak niektórzy fizycy twierdzą, że zachowanie Slotina przed wypadkiem było lekkomyślne i że jego śmierci można było zapobiec. Wypadek i jego następstwa zostały udramatyzowane w kilku fikcyjnych i non-fiction kont.

Wczesne życie

Louis Slotin był pierwszym z trójki dzieci urodzonych przez Izrael i Sonię Slotin, mówiących w jidysz żydowskich uchodźców , którzy uciekli przed pogromami Rosji do Winnipeg w Manitobie . Dorastał w dzielnicy North End w Winnipeg, obszarze o dużej koncentracji imigrantów z Europy Wschodniej. Od wczesnych lat w Machray Elementary School, przez nastoletnie lata w St. John's High School , Slotin był wyjątkowy pod względem akademickim. Jego młodszy brat, Sam, zauważył później, że jego brat „wykazywał niezwykłą intensywność, która umożliwiała mu długie godziny nauki”.

W wieku 16 lat Slotin wstąpił na University of Manitoba , aby uzyskać stopień naukowy. Podczas studiów licencjackich otrzymał złoty medal uniwersytecki zarówno z fizyki, jak i chemii. Slotin uzyskał tytuł licencjata . dyplom z geologii na uniwersytecie w 1932 r. oraz mgr inż. W 1933 uzyskał stypendium na studia w King's College London pod kierunkiem przewodniczącego wydziału chemii Arthura Johna Allmanda , który specjalizował się w dziedzinie elektrochemii stosowanej i fotochemii .

King's College w Londynie

Podczas pobytu w King's College London Slotin wyróżnił się jako amatorski bokser , wygrywając amatorskie mistrzostwa w boksie w wadze koguciej. Później sprawiał wrażenie, że walczył dla Republiki Hiszpańskiej i szkolił się do latania myśliwcem w Królewskich Siłach Powietrznych . Autor Robert Jungk opisał w swojej książce Brighter than a Thousand Suns: A Personal History of the Atomic Scientists , pierwszej opublikowanej relacji z Projektu Manhattan , że Slotin „zgłosił się na ochotnika do służby w hiszpańskiej wojnie domowej , bardziej ze względu na dreszczyk emocji z tego niż z powodów politycznych. Często był w skrajnym niebezpieczeństwie jako strzelec przeciwlotniczy”. Podczas wywiadu po latach Sam stwierdził, że jego brat wyjechał „na pieszą wycieczkę po Hiszpanii” i „nie brał udziału w wojnie”, jak wcześniej sądzono.

Slotin uzyskał tytuł doktora. W 1936 uzyskał dyplom z chemii fizycznej w King's College London. Zdobył nagrodę za pracę zatytułowaną „An Investigation into the Intermediate Formation of Unstable Molecules during some Chemical Reactions”. Następnie spędził sześć miesięcy pracując jako specjalny śledczy dla Great Southern Railways w Dublinie , testując akumulatory niklowo-cynkowe Drumm używane na linii Dublin-Bray .

Kariera

Uniwersytet w Chicago

W 1937 roku, po bezskutecznym ubieganiu się o pracę w kanadyjskiej Narodowej Radzie ds. Badań , Uniwersytet Chicago zaakceptował Slotina jako pracownika naukowego. Tam zdobył swoje pierwsze doświadczenia z chemią jądrową, pomagając w budowie pierwszego cyklotronu w środkowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych. Praca była słabo płatna, a ojciec Slotina musiał go utrzymywać przez dwa lata. W latach 1939-1940 Slotin współpracował z Earlem Evansem , kierownikiem wydziału biochemii uniwersytetu, przy produkcji radiowęgla ( węgiel-14 i węgiel-11 ) z cyklotronu. Pracując razem, obaj mężczyźni wykorzystali także węgiel‑11, aby zademonstrować, że komórki roślinne mają zdolność wykorzystywania dwutlenku węgla do syntezy węglowodanów poprzez wiązanie węgla .

Slotin mógł być obecny przy rozruchu pierwszego reaktora jądrowego Enrico Fermi 's „ Chicago Pile-1 ”, 2 grudnia 1942 r.; relacje z imprezy nie zgadzają się w tym punkcie. W tym czasie przyczynił się również do powstania kilku prac z dziedziny radiobiologii . Jego wiedza na ten temat zwróciła uwagę rządu Stanów Zjednoczonych, w wyniku czego został zaproszony do przyłączenia się do Projektu Manhattan, mającego na celu opracowanie bomby atomowej . Slotin pracował nad produkcją plutonu pod kierunkiem przyszłego laureata Nagrody Nobla Eugene'a Wignera na uniwersytecie, a później w Oak Ridge National Laboratory w Oak Ridge w stanie Tennessee . W grudniu 1944 przeniósł się do Los Alamos National Laboratory w Nowym Meksyku , by pracować w grupie fizyki bombowej Roberta Bachera .

Praca w Los Alamos

W Los Alamos obowiązki Slotina polegały na niebezpiecznych testach krytyczności , najpierw z użyciem uranu w eksperymentach Otto Roberta Frischa , a później z rdzeniami plutonowymi . Testy krytyczności obejmowały doprowadzenie mas materiałów rozszczepialnych do poziomów zbliżonych do krytycznego w celu ustalenia ich wartości masy krytycznej . Naukowcy określili ten flirt z możliwością reakcji łańcuchowej jądrowej jako „łaskotanie ogona smoka”, na podstawie uwagi fizyka Richarda Feynmana , który porównał eksperymenty do „łaskotania ogona śpiącego smoka”. 16 lipca 1945 r. Slotin zmontował rdzeń Trinity , pierwszego zdetonowanego urządzenia atomowego i stał się znany jako „główny płatnerz Stanów Zjednoczonych” ze względu na swoje doświadczenie w montażu broni jądrowej. Slotin otrzymał za swoją pracę nad projektem dwa małe okrągłe ołowiane i srebrne przypinki pamiątkowe.

Louis Slotin z bombą gadżetową podczas testu Trinity

Zimą 1945-1946 Slotin zaszokował niektórych swoich kolegów odważnym działaniem, naprawiając instrument sześć stóp pod wodą wewnątrz Clinton Pile podczas jego pracy, zamiast czekać dodatkowy dzień na wyłączenie reaktora. Nie nosił swojej odznaki dozymetrycznej , ale jego dawkę oszacowano na co najmniej 100 rentgenów . Dawka 1 Gy (~100 rentgenów) może wywoływać nudności i wymioty w 10% przypadków, ale generalnie jest do przeżycia.

Śmierć Harry'ego Daghliana

21 sierpnia 1945 r. asystent laboratoryjny Harry Daghlian , jeden z bliskich współpracowników Slotina, przeprowadzał eksperyment krytyczności, kiedy przypadkowo upuścił ciężką cegłę z węglika wolframu na 6,2-kilogramowy (14 funtów) rdzeń bomby ze stopu plutonowo-galowego . 24-letni Daghlian został napromieniowany dużą dawką promieniowania neutronowego . Późniejsze szacunki sugerowały, że ta dawka sama w sobie mogła nie być śmiertelna, ale podczas demontażu eksperymentu otrzymał dodatkowe opóźnione promieniowanie gamma i oparzenia beta . Szybko zasłabł z powodu ostrego zatrucia popromiennego i zmarł 25 dni później w szpitalu w Los Alamos.

Planowany powrót do nauczania

Po II wojnie światowej Slotin wyraził narastającą pogardę dla swojego osobistego zaangażowania w projekt. Zauważył: „Byłem zaangażowany w testy marynarki , ku mojemu niesmakowi”. Na nieszczęście dla Slotina, jego udział w Los Alamos był nadal wymagany, ponieważ, jak powiedział: „Jestem jedną z niewielu osób, które tu zostały, które są doświadczonymi miotaczami bomb”. Nie mógł się doczekać wznowienia nauczania i badań z zakresu biofizyki i radiobiologii na Uniwersytecie w Chicago. Zaczął trenować zastępcę, Alvina C. Gravesa , aby przejąć jego rolę w Los Alamos.

Wypadek krytyczny

Odtworzenie incydentu w Slotinie. Wewnętrzna półkula z otworem na kciuk obok ręki demonstranta to beryl (zastępujący uranowy ubijak tej samej wielkości w bombie Grubego Człowieka ). Pod nim znajduje się zewnętrzna większa metalowa kula z aluminium (zastępująca kulę popychacza w konstrukcji tej bomby). Plutonowe „ demoniczne jądro ” znajdowało się wewnątrz sfer w czasie wypadku i nie jest widoczne, ale jego wymiary są porównywalne z dwiema małymi półkulami leżącymi w pobliżu.

21 maja 1946 r., w obecności siedmiu kolegów, Slotin przeprowadził eksperyment, w ramach którego powstał jeden z pierwszych etapów reakcji rozszczepienia, umieszczając dwie półkule berylu ( reflektor neutronów ) wokół 3,5 cala średnicy (89). mm) rdzeń plutonowy. Eksperyment wykorzystywał ten sam 6,2-kilogramowy (13,7 funtów) rdzeń plutonowy, który napromieniował Daghliana, później nazwany „ rdzeniem demona ” ze względu na jego rolę w dwóch wypadkach. Slotin chwycił górną półkulę berylową o średnicy 228,6 mm (9 cali) lewą ręką przez otwór na kciuk u góry, podczas gdy prawą ręką utrzymywał separację półkul za pomocą ostrza śrubokręta, po normalnym usunięciu podkładek używany. Używanie śrubokręta nie było normalną częścią protokołu eksperymentalnego.

O 15:20 śrubokręt ześlizgnął się i górna półkula berylu opadła, powodując „ szybką krytyczną ” reakcję i wybuch silnego promieniowania . W tym czasie naukowcy w pomieszczeniu obserwowali niebieską poświatę jonizacji powietrza i poczuli falę upałów. Slotin poczuł kwaśny posmak w ustach i intensywne pieczenie w lewej ręce. Podniósł lewą rękę w górę, unosząc górną półkulę berylu i upuścił ją na podłogę, kończąc reakcję. Był już narażony na śmiertelną dawkę promieniowania neutronowego. W czasie wypadku plakietki dozymetryczne znajdowały się w zamkniętym pudełku około 100 stóp (30 m) od miejsca wystąpienia reakcji. Zdając sobie sprawę, że nikt w pokoju nie miał nałożonych odznak filmowych, „natychmiast po wypadku dr Slotin poprosił dr Raemera E. Schreibera o wyjęcie odznak z ołowianego pudełka i umieszczenie ich na krytycznym zestawie”. Ta osobliwa reakcja nie miała żadnej wartości dla określenia rzeczywistych dawek otrzymanych przez mężczyzn w pokoju i narażała Schreibera na „duże osobiste ryzyko” dodatkowej ekspozycji. Raport później wywnioskował, że duża dawka promieniowania może powodować zawroty głowy i może pozostawić osobę „bez warunków do racjonalnego zachowania”. Gdy tylko Slotin opuścił budynek, zwymiotował, co było powszechną reakcją na działanie niezwykle intensywnego promieniowania jonizującego . Koledzy Slotina zawieźli go do szpitala, ale szkody popromienne były nieodwracalne.

Siedmiu innych mężczyzn obecnych w czasie reakcji to: Alvin Cushman Graves , Samuel Allan Kline, Marion Edward Cieślicki, Dwight Smith Young , Theodore P. Perlman i Pvt. Patricka J. Cleary'ego. Do 25 maja 1946 czterech z tych siedmiu mężczyzn zostało wypisanych ze szpitala. Lekarz armii amerykańskiej odpowiedzialny za szpital w Los Alamos, kapitan Paul Hageman, powiedział, że stan Slotina, Gravesa, Kline'a i Younga „natychmiastowy stan jest zadowalający”.

Śmierć Slotina

Pomimo intensywnej opieki medycznej i propozycji od wielu ochotników na oddawanie krwi do transfuzji , stan Slotina był nieuleczalny. Zadzwonił do swoich rodziców i zostali przywiezieni na koszt wojska z Winnipeg, aby byli z nim. Przybyli czwartego dnia po incydencie, a piątego dnia jego stan zaczął się gwałtownie pogarszać.

W ciągu następnych czterech dni Slotin doznał „bolesnej sekwencji urazów wywołanych promieniowaniem”, w tym ostrej biegunki , zmniejszonego wydalania moczu, opuchniętych rąk, rumienia , „rozległych pęcherzy na dłoniach i przedramionach”, paraliżu jelit i gangreny . Miał wewnętrzne oparzenia popromienne na całym ciele, które jeden z ekspertów medycznych określił jako „trójwymiarowe oparzenie słoneczne”. Siódmego dnia przeżywał okresy „mentalnego zamętu”. Jego usta zrobiły się niebieskie i umieszczono go w namiocie tlenowym . W końcu doznał „całkowitego rozpadu funkcji organizmu” i zapadł w śpiączkę . Slotin zmarł 30 maja o godzinie 11 w obecności rodziców. Został pochowany na cmentarzu Shaarey Zedek w Winnipeg w dniu 2 czerwca 1946 r.

Inne obrażenia i zgony

Graves, Kline i Young pozostali w szpitalu po śmierci Slotina. Graves, który stał najbliżej Slotina, również zachorował na ostrą chorobę popromienną i był hospitalizowany przez kilka tygodni. Przeżył, choć żył z przewlekłymi problemami neurologicznymi i ze wzrokiem. Young również cierpiał na ostry zespół popromienny, ale wyzdrowiał. Do 28 stycznia 1948 Graves, Kline i Perlman domagali się odszkodowania za szkody poniesione podczas incydentu. Graves uregulował swoje roszczenie na 3500 dolarów.

Trzech obserwatorów zmarło w końcu na schorzenia, o których wiadomo, że są wywoływane przez promieniowanie: groby zawału serca dwadzieścia lat później w wieku 55 lat; Cieślicki z ostrej białaczki szpikowej 19 lat później w wieku 42 lat; oraz Young z niedokrwistości aplastycznej i zakażenia bakteryjnego wyściółki serca dwadzieścia dziewięć lat później, w wieku 83 lat. Niektóre z tych zgonów były prawdopodobnie ukrytymi stochastycznymi (przypadkowymi) skutkami wypadku; nie jest możliwe wyciągnięcie ostatecznych wniosków z tak małego zestawu próbek.

Utylizacja rdzenia

Rdzeń miał być użyty w detonacji Able podczas serii testów broni jądrowej Crossroads . Eksperyment Slotina miał być ostatnim przeprowadzonym przed detonacją jądra i miał być ostateczną demonstracją jego zdolności do krytycznego działania. Po wypadku potrzebował czasu na ostygnięcie. W związku z tym przełożono go na trzeci test z serii, tymczasowo nazwany Charlie , ale został on odwołany z powodu nieoczekiwanego poziomu radioaktywności po podwodnym teście Bakera i niemożności odkażenia docelowych okrętów wojennych. Rdzeń został ostatecznie przetopiony i ponownie użyty w późniejszym rdzeniu.

Dawka promieniowania

Szkic używany przez lekarzy do określenia ilości promieniowania, na jakie narażona była każda osoba w pokoju podczas wycieczki
Rysunek na podstawie powyższego szkicu.

Dawki promieniowania otrzymane w tych dwóch wypadkach nie są znane z jakąkolwiek dokładnością. Duża część dawki była spowodowana promieniowaniem neutronowym, którego nie można było zmierzyć za pomocą ówczesnych urządzeń dozymetrycznych. Dostępne odznaki filmowe nie były noszone przez personel podczas wypadku, a odznak, które miały być podłożone pod stoły w przypadku takich katastrof, nie zostały odnalezione. Na ścianach wisiały plakietki z katastrofami, które dostarczały przydatnych danych o promieniowaniu gamma.

W 1948 r. dokonano „wstępnego” oszacowania dawek, opierając się na dziesiątkach założeń, z których niektóre są obecnie niepoprawne. Wobec braku osobistych identyfikatorów dozymetrycznych autorzy badania oparli się na pomiarach aktywacji sodu w próbkach krwi i moczu ofiar jako głównym źródle danych. Ta aktywacja byłaby spowodowana promieniowaniem neutronowym, ale oni przekształcili wszystkie dawki w równoważne dawki promieniowania gamma lub rentgenowskiego. Doszli do wniosku, że Daghlian i Slotin prawdopodobnie otrzymali dawki odpowiadające odpowiednio 290 i 880 rem promieniowania gamma. Szacunki minimalne i maksymalne wahały się od około 50% do 200% tych wartości. Autorzy obliczyli również dawki równoważne mieszance miękkich promieni rentgenowskich o energii 80 keV i promieni gamma, które ich zdaniem dają bardziej realistyczny obraz ekspozycji niż ekwiwalent gamma. W tym modelu równoważne dawki promieniowania rentgenowskiego były znacznie wyższe, ale byłyby skoncentrowane w tkankach skierowanych do źródła, podczas gdy składnik gamma przenikał do całego organizmu. Równoważną dawkę Slotina oszacowano na 1930 R (rentgen) promieniowania rentgenowskiego z 114 R promieniowania gamma, podczas gdy równoważną dawkę Daghliana oszacowano na 480 R promieniowania rentgenowskiego z 110 R promieniowania gamma. Człowiek w ekwiwalencie pięciuset rentgenów (rem) jest zwykle śmiertelną ekspozycją dla ludzi.

W dzisiejszych czasach dozymetria jest wykonywana zupełnie inaczej. Dawki równoważne nie byłyby podawane w rentgenach; byłyby obliczane z różnymi współczynnikami wagowymi i nie są uważane za tak istotne dla ostrego zespołu popromiennego jak dawki pochłonięte . Najnowsze dokumenty zawierają różne interpretacje dawki Slotina, od 287 radów (2,87 Gy) do 21 siwertów (2100 rem). W oparciu o cytaty i wspierające rozumowanie, najbardziej wiarygodnym oszacowaniem może być notatka Los Alamos z 1978 r., która sugerowała 10  Gy (n) + 1,14 Gy(γ) dla Slotina i 2 Gy(n) + 1,1 Gy(γ) dla Daghliana. Te dawki są zgodne z objawami, których doświadczyli.

Spuścizna

Po wypadku Los Alamos zakończył wszystkie praktyczne krytyczne prace montażowe. Późniejsze testy krytyczności rdzeni rozszczepialnych przeprowadzono za pomocą zdalnie sterowanych maszyn, takich jak seria „ Godiva ”, przy czym operator znajdował się w bezpiecznej odległości, aby zapobiec obrażeniom w razie wypadku.

14 czerwca 1946 r. zastępca redaktora Los Alamos Times , Thomas P. Ashlock, napisał wiersz zatytułowany „Slotin – hołd”:

Niech Bóg cię przyjmie, naukowiec o wielkiej duszy!
Kiedy byłeś z nami, nawet obcy wiedzieli
. Szerokość i wzniosłość twego umysłu
Była tylko w tyglu śmierci
. Widzieliśmy w końcu ujawnione twoje szlachetne serce.

Oficjalna historia opublikowana w tym czasie była taka, że ​​Slotin, szybko usuwając górną półkulę, był bohaterem, który zakończył reakcję i chronił siedmiu innych obserwatorów w pomieszczeniu: „Szybka reakcja doktora Slotina w obliczu bezpośredniego ryzyka własnego życia zapobiegła poważniejszy rozwój eksperymentu, który z pewnością spowodowałby śmierć siedmiu pracujących z nim mężczyzn, a także poważne obrażenia innych osób w pobliżu”. Ta interpretacja wydarzeń została wówczas poparta przez Gravesa, który był najbliżej Slotina, gdy zdarzył się wypadek. Graves, podobnie jak Slotin, wcześniej wykazywał niewielkie obawy o bezpieczeństwo nuklearne, a później twierdził, że ryzyko opadu zostało „wymyślone w umysłach słabych symulantów”. Schreiber, kolejny świadek wypadku, przemawiał publicznie kilkadziesiąt lat później, argumentując, że Slotin stosował niewłaściwe i niebezpieczne procedury, narażając na niebezpieczeństwo innych w laboratorium wraz z sobą. Robert B. Brode doniósł o tym w 1946 roku.

Wydarzenie to zostało opisane w powieści Dextera Mastersa z 1955 r. Wypadek , fikcyjnym opisie ostatnich kilku dni życia naukowca nuklearnego cierpiącego na zatrucie popromienne . Opisy krytycznego incydentu obejmują film Grubas i mały chłopiec z 1989 roku , w którym John Cusack gra fikcyjną postać Michaela Merrimana na podstawie Slotina, oraz Sonatę Louisa Slotina , pozabroadwayową sztukę z 2001 roku wyreżyserowaną przez Davida P. Moore'a.

W 1948 roku koledzy Slotina z Los Alamos i University of Chicago zainicjowali Louis A. Slotin Memorial Fund na wykłady z fizyki prowadzone przez wybitnych naukowców, takich jak Robert Oppenheimer i laureaci Nagrody Nobla Luis Walter Alvarez i Hans Bethe . Fundusz pamięci trwał do 1962 roku. W 2002 roku asteroida odkryta w 1995 roku została nazwana na jego cześć 12423 Slotin .

Dolarowa jednostka reaktywności

Według Weinberga i Wignera, Slotin jako pierwszy zaproponował nazwę dolara dla przedziału reaktywności między opóźnioną a natychmiastową krytycznością ; 0 to punkt samopodtrzymującej się reakcji łańcuchowej, dolar to punkt, w którym powoli uwalniane, opóźnione neutrony nie są już potrzebne do podtrzymania reakcji łańcuchowej i wkraczają w domenę zwaną „szybką krytyczną”. Stabilne reaktory jądrowe działają od 0 do dolara; wycieczki i materiały wybuchowe jądrowe działają powyżej dolara. Setna część dolara nazywana jest centem . Mówiąc o czysto natychmiastowych zdarzeniach krytycznych, niektórzy użytkownicy odnoszą się do centów „zbyt krytycznych” jako jednostki względnej.

Uwagi

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Posłuchaj tego artykułu ( 15 minut )
Mówiona ikona Wikipedii
Ten plik audio został utworzony na podstawie rewizji tego artykułu z dnia 21 stycznia 2008 r. i nie odzwierciedla kolejnych edycji. ( 2008-01-21 )