Laboratorium Metalurgiczne - Metallurgical Laboratory

Laboratorium Metalurgiczne
Eckhart Hall.jpg
Eckhart Hall na Uniwersytecie w Chicago została wykorzystana na biura administracyjne Projektu Metalurgicznego
Ustanowiony Luty 1943  ( 1943-02 )
Rodzaj badań sklasyfikowany
Budżet 30,69 mln $ (1943–1946)
Dziedzina badań
Chemia i metalurgia plutonu , projektowanie reaktorów jądrowych
Dyrektor Richard L. Doan
Samuel K. Allison
Joyce C. Stearns
Farrington Daniels
Personel 2008 w dniu 1 lipca 1944 r
Lokalizacja Chicago , Illinois , Stany Zjednoczone
41 ° 47′25 ″ N 87 ° 35′56 ″ W  /  41,79028 ° N 87,59889 ° W.  / 41,79028; -87,59889 Współrzędne : 41 ° 47′25 ″ N 87 ° 35′56 ″ W  /  41,79028 ° N 87,59889 ° W.  / 41,79028; -87,59889
Agencja operacyjna
University of Chicago
Enrico Fermi
James Franck
Glenn Seaborg
Eugene Wigner

Metalurgiczny Laboratory (lub Met Lab ) był laboratorium naukowym na University of Chicago , który został ustanowiony w lutym 1942 roku na studia i korzystać z nowo odkrytej pierwiastek chemiczny pluton . Zbadano chemię i metalurgię plutonu, zaprojektowano pierwsze na świecie reaktory jądrowe do jego produkcji, a także opracowano procesy chemiczne, aby oddzielić go od innych pierwiastków. W sierpniu 1942 r. Sekcja chemiczna laboratorium jako pierwsza oddzieliła chemicznie ważną próbkę plutonu, a 2 grudnia 1942 r. Laboratorium Met wyprodukowało pierwszą kontrolowaną jądrową reakcję łańcuchową w reaktorze Chicago Pile-1 , który został skonstruowany pod trybunami. starego stadionu piłkarskiego uniwersytetu , Stagg Field .

Metalurgicznej Laboratorium powstała jako część projektu metalurgiczny, znany również jako „Pile” lub „X-10” Project, kierowany przez profesora Chicago Arthur H. Compton , a nagrody Nobla laureata. To z kolei było częścią Projektu Manhattan - alianckiego wysiłku stworzenia bomby atomowej podczas II wojny światowej . Laboratorium Metalurgiczne było kolejno kierowane przez Richarda L. Doana, Samuela K. Allisona , Joyce C. Stearnsa i Farringtona Danielsa . Naukowcy, którzy tam pracowali, to Enrico Fermi , James Franck , Eugene Wigner i Glenn Seaborg . W szczytowym momencie 1 lipca 1944 r. Zatrudniał 2 008 pracowników.

Chicago Pile-1 został wkrótce przeniesiony przez laboratorium do bardziej odległego miejsca w Lesie Argonne , gdzie jego oryginalne materiały zostały użyte do zbudowania ulepszonego Chicago Pile-2 do wykorzystania w nowych badaniach nad produktami rozszczepienia jądrowego. Inny reaktor, Chicago Pile-3 , został zbudowany w Argonne na początku 1944 r. Był to pierwszy na świecie reaktor, w którym jako moderator neutronów wykorzystano ciężką wodę . Stała się krytyczna w maju 1944 r., A po raz pierwszy została uruchomiona z pełną mocą w lipcu 1944 r. Laboratorium metalurgiczne zaprojektowało także reaktor grafitowy X-10 w Clinton Engineer Works w Oak Ridge w Tennessee oraz reaktor B w Hanford Engineer Works w stan Waszyngton .

Oprócz prac nad rozwojem reaktora Laboratorium Metalurgiczne badało chemię i metalurgię plutonu oraz współpracowało z firmą DuPont nad opracowaniem procesu fosforanu bizmutu stosowanego do oddzielania plutonu od uranu. Kiedy stało się pewne, że reaktory jądrowe będą zawierać materiały radioaktywne na gigantyczną skalę, pojawiły się poważne obawy o aspekty zdrowia i bezpieczeństwa, a badanie biologicznych skutków promieniowania nabrało większego znaczenia. Odkryto, że pluton, podobnie jak rad, był poszukiwaczem kości , co czyni go szczególnie niebezpiecznym. Laboratorium Metalurgiczne stało się pierwszym z laboratoriów krajowych , Narodowym Laboratorium Argonne , z dniem 1 lipca 1946 r. Praca Met Lab doprowadziła również do powstania Instytutu Enrico Fermiego i Instytutu Jamesa Francka na uniwersytecie.

Pochodzenie

Odkrycie rozszczepienia jądrowego w uranu przez niemieckich chemików Otto Hahn i Fritz Strassmann w grudniu 1938 roku, a jej teoretycznego wyjaśnienia (i nazewnictwa) przez Lise Meitner i Otto Frisch Wkrótce potem otworzyły się możliwości, że neutrony wytwarzane przez rozszczepienie może stworzyć kontrolowaną jądrowej reakcja łańcuchowa . Na Uniwersytecie Columbia , Enrico Fermi i Leo Szilard rozpoczął odkrywanie jak można to osiągnąć. W sierpniu 1939 roku, Szilard przygotował poufny list do prezydenta Stanów Zjednoczonych , Franklina D. Roosevelta , ostrzeganie o możliwości wystąpienia niemieckiego projektu broni jądrowej , i przekonał swojego starego przyjaciela i współpracownika Albert Einstein do współpracy podpisać. Zaowocowało to wsparciem dla badań nad rozszczepieniem jądrowym przez rząd USA.

W kwietniu 1941 roku Komitet Badań nad Obroną Narodową (NDRC) poprosił Arthura Comptona , laureata Nagrody Nobla profesora fizyki na Uniwersytecie w Chicago , o złożenie raportu na temat programu uranowego. Niels Bohr i John Wheeler wysunęli teorię, że ciężkie izotopy o nieparzystych liczbach atomowych , takie jak pluton-239 , są rozszczepialne . Emilio Segrè i Glenn Seaborg z Uniwersytetu Kalifornijskiego wyprodukowali 28 μg plutonu w 60-calowym cyklotronie w maju 1941 r. I stwierdzili, że jego przekrój poprzeczny wychwytywania neutronów termicznych jest 1,7 razy większy niż uran-235. Chociaż w cyklotronach można było wytworzyć niewielkie ilości plutonu-239, nie było możliwe wytworzenie w ten sposób dużej ilości. Compton rozmawiał z Eugene Wignerem z Princeton University na temat tego, jak pluton może być wytwarzany w reaktorze jądrowym , a z Robertem Serberem z University of Illinois, w jaki sposób pluton produkowany w reaktorze może być następnie chemicznie oddzielony od uranu, z którego został wyhodowany.

20 grudnia, wkrótce po japońskim ataku na Pearl Harbor, który włączył Stany Zjednoczone do wojny, Compton został wyznaczony na kierownictwo projektu plutonu. Jej celem było wyprodukowanie reaktorów do przekształcania uranu w pluton, znalezienie sposobów chemicznego oddzielenia plutonu od uranu oraz zaprojektowanie i zbudowanie bomby atomowej. Chociaż nie zbudowano jeszcze udanego reaktora, naukowcy opracowali już kilka różnych, ale obiecujących koncepcji projektowych. Do Compton należało podjęcie decyzji, które z nich należy realizować. Zaproponował ambitny harmonogram, który miał na celu osiągnięcie kontrolowanej nuklearnej reakcji łańcuchowej do stycznia 1943 roku i dostarczenie bomby atomowej do stycznia 1945 roku.

Compton uważał, że posiadanie zespołów w Columbia, Princeton, University of Chicago i University of California powoduje zbyt duże powielanie i niewystarczającą współpracę, i postanowił skoncentrować pracę w jednym miejscu. Nikt nie chciał się ruszyć i wszyscy opowiadali się za własną lokalizacją. W styczniu 1942 r., Wkrótce po przystąpieniu Stanów Zjednoczonych do II wojny światowej, Compton zdecydował się skoncentrować pracę na swoim miejscu, na Uniwersytecie w Chicago, gdzie wiedział, że ma niezachwiane wsparcie administracji uniwersyteckiej, podczas gdy Columbia była zaangażowana w prace nad wzbogacaniem uranu. i wahał się, czy dodać kolejny tajny projekt. Inne czynniki przyczyniające się do podjęcia decyzji to centralne położenie Chicago oraz dostępność naukowców, techników i obiektów na Środkowym Zachodzie , które nie zostały jeszcze zabrane przez prace wojenne. Mieszkania były łatwiej dostępne, a miasto w głębi lądu było mniej podatne na ataki wroga.

Personel

Arthur H. Compton (z lewej), kierownik Projektu Metalurgicznego, z Martinem D. Whitakerem , dyrektorem Clinton Laboratories

Nowa placówka badawcza powstała w lutym 1942 roku i nosiła nazwę „Laboratorium Metalurgiczne” lub „Laboratorium Met”. Przeprowadzono prawdziwą metalurgię, ale nazwa miała służyć jako przykrywka dla jej działalności. Uniwersytet w Chicago rozważał utworzenie instytutu badawczego zajmującego się metalami i rzeczywiście miałby to zrobić po wojnie, więc jego stworzenie nie wzbudziło większego zainteresowania. Projekt Compton dotyczący plutonu stał się wówczas znany jako Projekt Metalurgiczny. Laboratorium Metalurgiczne było administrowane przez Uniwersytet Chicago na podstawie umowy z Biurem Badań Naukowych i Rozwoju (OSRD).

Ponad 5000 osób w 70 grupach badawczych wzięło udział w projekcie Compton's Metallurgical Project, znanym również jako „Pile” lub „X-10”, z których około 2000 pracowało w Metallurgical Laboratory w Chicago. Pomimo oferowanych dobrych pensji rekrutacja była trudna. Nie było konkurencji dla naukowców i inżynierów z innych projektów związanych z obronnością, a Chicago było drogie w porównaniu z miastami uniwersyteckimi.

Norman Hilberry był zastępcą dyrektora Projektu Metalurgicznego, a Richard L. Doan został mianowany Dyrektorem Laboratorium Metalurgicznego. Chociaż Doan był zdolnym administratorem, miał trudności z przyjęciem na stanowisko szefa laboratorium, ponieważ nie był naukowcem. 5 maja 1943 r. Compton zastąpił go Samuelem K. Allisonem i mianował Henry'ego D. Smytha na stanowisko zastępcy dyrektora. Początkowo istniały trzy grupy fizyków, na czele których stali Allison, Fermi i Martin D. Whitaker . Frank Spedding kierował działem chemii. Później jego następcą został Herbert McCoy , a następnie James Franck . Compton powierzył Robertowi Oppenheimerowi kierownictwo nad projektem bomby w czerwcu 1942 roku. W listopadzie 1942 roku stał się on odrębnym projektem, znanym jako Projekt Y , który znajdował się w Los Alamos w Nowym Meksyku .

Po tym, jak Korpus Inżynierów Armii Stanów Zjednoczonych przejął projekt Manhattan w sierpniu 1942 r., Okręg Manhattan koordynował prace. Od 17 lutego 1943 r. Compton podlegał dyrektorowi Projektu Manhattan, generałowi brygady Leslie R. Grovesowi Jr. , zamiast Sekcji S-1 OSRD . Okręg Manhattan przejął pełną odpowiedzialność za kontrakt z laboratorium metalurgicznym 1 maja 1943 r. Kapitan JF Grafton został mianowany inżynierem rejonu Chicago w sierpniu 1942 r. Jego następcą został kapitan Arthur V. Peterson w grudniu 1942 r. Peterson pozostał do października 1944 r. Kapitan JF McKinley został inżynierem rejonu Chicago 1 lipca 1945 roku.

Budynki

Początkowo większość wyposażenia laboratorium zapewniał Uniwersytet w Chicago. Fizycy zajęli przestrzeń pod północną i zachodnią trybuną Stagg Field oraz w budynku usługowym, gdzie znajdował się cyklotron. Chemicy przejęli laboratoria George'a Herberta Jonesa i Kent Chemical Laboratory. Grupa zajmująca się zdrowiem zajęła miejsce w Anatomy Building, Drexel House, Billings Hospital i Killis Laboratory, a biura administracyjne znalazły się w Eckhart Hall . Szilard napisał później, że „morale naukowców można prawie przedstawić na wykresie, licząc liczbę świateł zapalonych po kolacji w biurach w Eckhart Hall”. Kiedy projekt wyrósł ze swojej przestrzeni w Eckhart Hall, przeniósł się do pobliskiej Ryerson Hall. Ostatecznie Laboratorium Metalurgiczne zajęło 19 000 m 2 powierzchni kampusu. W budynkach zajmowanych przez laboratorium dokonano zmian wartych 131 000 USD, ale Uniwersytet w Chicago również musiał dokonać zmian dla użytkowników przez nie przemieszczanych.

Laboratorium Argonne w „Ośrodku A”

Uniwersytet Chicago przeznaczył teren o powierzchni 0,73 akra (0,30 ha) zajmowany przez korty tenisowe, dostępny dla dzielnicy Manhattan District w ramach dzierżawy za jednego dolara, na budowę nowego budynku chemicznego o powierzchni 20 000 stóp kwadratowych (1900 m 2 ). Stone i Webster rozpoczęli prace nad tym we wrześniu 1942 roku, a ukończono je w grudniu. Wkrótce okazało się, że jest za mały i do dzierżawy dodano sąsiednią działkę o powierzchni 0,85 akra (0,34 ha), na której dobudowano i ukończono w listopadzie 1943 r. Aneks o powierzchni 30 000 stóp kwadratowych (2800 m 2 ). następnie przeprowadzane w systemie wentylacji, aby umożliwić laboratorium bezpieczniejszą pracę z plutonem. Witryna zawierająca dom lodu i stajnie należące do Uniwersytetu w Chicago została udostępniona w kwietniu 1943. Znany jako strony B, został przebudowany w celu zapewnienia 62,670 stóp kwadratowych (5822 m 2 ), laboratoriów i warsztatów dla grup zdrowia i metalurgii. 124. Zbrojownia Artylerii Polowej została wydzierżawiona od stanu Illinois, aby zapewnić więcej miejsca w marcu 1944 r., A około 360 000 stóp kwadratowych (33 000 m 2 ) powierzchni zostało wynajęte lub zbudowane za 2 miliony dolarów.

Ze względów bezpieczeństwa i ochrony nie było pożądane lokalizowanie obiektów do eksperymentów z reaktorami jądrowymi w gęsto zaludnionym Chicago. Compton wybrał miejsce w Lesie Argonne , części Forest Preserve District w hrabstwie Cook , około 20 mil (32 km) na południowy zachód od centrum Chicago, określane jako miejsce A. Departament Wojny wydzierżawił tam 1,088 akrów (440 ha) ziemi z Cook County na czas trwania wojny plus rok za dolara. Budowę obiektów, w tym laboratoriów i budynków usługowych oraz drogi dojazdowej, rozpoczęto we wrześniu 1942 r., A zakończono na początku 1943 r. Compton mianował Fermiego pierwszym dyrektorem Laboratorium Argonne.

Rozwój reaktora

Chicago Pile-1

Stagg Field na Uniwersytecie w Chicago. Stadion został zrównany z ziemią w 1957 roku.

W okresie od 15 września do 15 listopada 1942 r. Grupy pod kierownictwem Herberta L. Andersona i Waltera Zinna zbudowały pod trybunami Stagg Field szesnaście eksperymentalnych reaktorów (nazywanych wówczas „palami”). Fermi zaprojektował nowy stos uranowo- grafitowy, który może zostać doprowadzony do krytyczności w kontrolowanej, samopodtrzymującej się reakcji jądrowej . Budowa w Argonne opóźniła się z powodu trudności Stone & Webster w rekrutacji wystarczającej liczby wykwalifikowanych pracowników i uzyskaniu wymaganych materiałów budowlanych. Doprowadziło to do sporu zbiorowego, w którym pracownicy związkowi podjęli działania w sprawie rekrutacji pracowników spoza związku. Kiedy stało się jasne, że materiały do ​​nowego stosu Fermiego będą dostępne przed ukończeniem nowej konstrukcji, Compton zatwierdził propozycję firmy Fermi dotyczącą budowy stosu pod trybunami na Stagg Field.

Budowa reaktora, znanego jako Chicago Pile-1 (CP-1), rozpoczęła się rankiem 16 listopada 1942 r. Prace prowadzono na dwunastogodzinnych zmianach, z dzienną zmianą pod Zinn i nocną pod Andersonem. Po ukończeniu drewniana rama podtrzymywała eliptyczną konstrukcję o wysokości 20 stóp (6,1 m), szerokości 6 stóp (1,8 m) na końcach i 25 stóp (7,6 m) w środku. Zawierał 6 ton amerykańskich (5,4 t) uranu metalicznego, 50 ton amerykańskich (45 t) tlenku uranu i 400 ton amerykańskich (360 t) grafitu, a jego koszt szacowany był na 2,7 mln USD. 2 grudnia 1942 r. Doszło do pierwszej kontrolowanej samopodtrzymującej się reakcji jądrowej. 12 grudnia 1942 r. Moc wyjściową CP-1 zwiększono do 200 W, co wystarczyło do zasilenia żarówki. Ze względu na brak jakiejkolwiek osłony stanowił zagrożenie radiacyjne dla wszystkich w pobliżu. Następnie testowanie kontynuowano przy niższej mocy 0,5 W.

Chicago Pile-2

Eksploatacja Chicago Pile-1 została zakończona 28 lutego 1943 r. Została zdemontowana i przeniesiona do Argonne, gdzie oryginalne materiały zostały użyte do budowy Chicago Pile-2 (CP-2). Zamiast kulistego, nowy reaktor został zbudowany w kształcie sześcianu o wysokości około 25 stóp (7,6 m) z podstawą kwadratową około 30 stóp (9,1 m). Otoczony był betonowymi ścianami o grubości 1,5 metra, które działały jak osłona przed promieniowaniem , oraz z górną osłoną z 6 cali (15 cm) ołowiu i 50 cali (130 cm) drewna. Zużyto więcej uranu, więc zawierał on 52 krótkie tony (47 t) uranu i 472 krótkie tony (428 t) grafitu. Nie dostarczono żadnego układu chłodzenia, ponieważ miał on tylko kilka kilowatów. CP-2 zaczął działać w marcu 1943 roku.

Chicago Pile-3

Chicago Pile-3

Drugi reaktor, znany jako Chicago Pile-3 lub CP-3, został zbudowany w Argonne na początku 1944 roku. Był to pierwszy na świecie reaktor, w którym jako moderator neutronów wykorzystano ciężką wodę . Był niedostępny, gdy budowano CP-1, ale teraz stał się dostępny w ilości dzięki projektowi P-9 Projektu Manhattan . Reaktorem był duży aluminiowy zbiornik o średnicy 1,8 m (6 stóp) wypełniony ciężką wodą o wadze około 6,5 ton amerykańskich (5,9 t). Pokrywę przebiły regularnie rozmieszczone otwory, przez które do ciężkiej wody wyrzucano 121 prętów uranowych pokrytych aluminium. Zbiornik był otoczony grafitowym odbłyśnikiem neutronów , który z kolei został otoczony ołowianą osłoną i betonem. Osłona w górnej części reaktora składała się z warstw 30 cm kwadratowych usuwalnych cegieł złożonych z warstw żelaza i masonitu . Ciężką wodę schłodzono za pomocą chłodzonego wodą wymiennika ciepła . Oprócz prętów sterujących istniał mechanizm awaryjny do zrzucania ciężkiej wody do zbiornika poniżej. Budowa rozpoczęła się 1 stycznia 1944 r. Reaktor stał się krytyczny w maju 1944 r., A po raz pierwszy został uruchomiony z pełną mocą 300 kW w lipcu 1944 r.

W czasie wojny Zinn pozwalał na całodobową eksploatację, a jego konstrukcja ułatwiała przeprowadzanie eksperymentów. Obejmowało to testy mające na celu zbadanie właściwości izotopów, takich jak tryt, i określenie przekroju poprzecznego wychwytu neutronów pierwiastków i związków, które mogą być użyte do budowy przyszłych reaktorów lub występować w zanieczyszczeniach. Wykorzystywano je również do prób oprzyrządowania oraz w eksperymentach do określania stabilności termicznej materiałów oraz do szkolenia operatorów.

Pale produkcyjne

Projekt reaktorów do produkcji plutonu wiązał się z kilkoma problemami, nie tylko dotyczącymi fizyki jądrowej, ale także inżynierii i konstrukcji. Dużą uwagę poświęciło Laboratorium Metalurgicznemu takie kwestie, jak długotrwały wpływ promieniowania na materiały. Rozpatrzono dwa typy reaktorów: jednorodny, w którym moderator i paliwo były ze sobą zmieszane, oraz niejednorodny, w którym moderator i paliwo ułożono w układzie kratownicowym. Pod koniec 1941 roku analiza matematyczna wykazała, że ​​projekt sieci krystalicznej miał przewagę nad typem jednorodnym, dlatego wybrano go dla CP-1, a także dla późniejszych reaktorów produkcyjnych. Grafit jako moderator neutronów został wybrany na podstawie jego dostępności w porównaniu z berylem lub ciężką wodą.

New Chemistry Building na kampusie University of Chicago. Gotycka wieża Stagg Field jest ledwo widoczna na lewym tle.

Decyzja, jakiego chłodziwa użyć, wywołała więcej dyskusji. Pierwszym wyborem dla laboratorium metalurgicznego był hel , ponieważ mógł on być zarówno chłodziwem, jak i moderatorem neutronów. Nie przeoczono trudności związanych z jego użytkowaniem. Potrzebne byłyby duże ilości i musiałby być bardzo czysty, bez zanieczyszczeń pochłaniających neutrony . Do cyrkulacji gazu przez reaktor potrzebne byłyby specjalne dmuchawy, a problem wycieku gazów radioaktywnych musiałby zostać rozwiązany. Żaden z tych problemów nie był uważany za nie do pokonania. Decyzja o zastosowaniu helu została przekazana firmie DuPont , odpowiedzialnej za budowę reaktorów produkcyjnych, i została wstępnie zaakceptowana.

Na początku 1943 roku Wigner i jego Grupa Teoretyczna, w skład której wchodzili Alvin Weinberg , Katharine Way , Leo Ohlinger, Gale Young i Edward Creutz, opracowali projekt reaktora produkcyjnego z chłodzeniem wodnym. Wybór wody jako chłodziwa był kontrowersyjny, ponieważ wiadomo było, że pochłania ona neutrony, zmniejszając w ten sposób wydajność reaktora, ale Wigner był przekonany, że obliczenia jego grupy są poprawne i że przy czystszym graficie i uranu, które były teraz dostępne, woda zadziałałoby, podczas gdy trudności techniczne związane ze stosowaniem helu jako chłodziwa opóźniłyby projekt.

W projekcie zastosowano cienką warstwę aluminium, aby chronić uran przed korozją przez wodę chłodzącą. Cylindryczne bryły uranu z aluminiowymi płaszczami byłyby przepychane kanałami przez reaktor i spadały z drugiej strony do stawu chłodzącego. Gdy radioaktywność opadnie, ślimaki zostaną zabrane, a pluton wyekstrahowany. Po przeanalizowaniu obu projektów inżynierowie firmy DuPont wybrali model chłodzony wodą. W 1959 r. Zostałby wydany patent na projekt reaktora na nazwisko Creutz, Ohlinger, Weinberg, Wigner i Young.

Zastosowanie wody jako chłodziwa spowodowało powstanie problemu korozji i utleniania aluminiowych rur. Laboratorium Metalurgiczne przetestowało różne dodatki do wody, aby określić ich działanie. Stwierdzono, że korozja była zminimalizowana, gdy woda była lekko kwaśna, więc do wody dodano rozcieńczony kwas siarkowy, aby uzyskać pH 6,5. Innych dodatków, takich jak krzemian sodu , dichromian sodowy i kwas szczawiowy również wprowadzane do wody w celu zapobieżenia nawarstwiania się filmu, który może hamować cyrkulację wody chłodzącej. Kawałkom paliwa umieszczono płaszcz z aluminium, aby chronić metaliczny uran przed korozją , która wystąpiłaby, gdyby zetknął się z wodą, oraz aby zapobiec ulatnianiu się gazowych radioaktywnych produktów rozszczepienia, które mogłyby powstać podczas ich napromieniania. Wybrano aluminium, ponieważ okładzina musiała przepuszczać ciepło, ale nie absorbować zbyt wielu neutronów. Szczególną uwagę zwrócono na proces puszkowania aluminium, ponieważ pęknięte ślimaki mogą zablokować lub uszkodzić kanały w reaktorze, a najmniejsze otwory mogą uwolnić radioaktywne gazy. Laboratorium Metalurgiczne zbadało metody produkcji i testowania procesu konserwowania.

Ważny obszar badań dotyczył efektu Wignera . W przypadku bombardowania przez neutrony, atomy węgla w moderatorze grafitu mogą zostać wybite z krystalicznej struktury grafitu. Z biegiem czasu powoduje to nagrzewanie i pęcznienie grafitu. Badanie problemu zajęło większość 1946 roku, zanim znaleziono poprawkę.

Chemia i metalurgia

Laboratorium w New Chemistry Building na Uniwersytecie w Chicago

Prace metalurgiczne koncentrowały się na uranie i plutonie. Chociaż odkryto go ponad sto lat wcześniej, niewiele wiadomo o uranie, o czym świadczy fakt, że w wielu źródłach podawano wartość jego temperatury topnienia, która spadła o prawie 500 ° F (280 ° C). Edward Creutz zbadał to i odkrył, że w odpowiednim zakresie temperatur uran można wbijać młotkiem, walcować i wciągać do prętów wymaganych przez projekt reaktora produkcyjnego. Stwierdzono, że podczas cięcia uranu wióry stanęłyby w płomieniach. We współpracy z firmami Alcoa i General Electric Laboratorium Metalurgiczne opracowało metodę lutowania płaszcza aluminiowego do żużla uranu.

Pod presją znalezienia źródła przetworzonego uranu, w kwietniu 1942 roku Compton, Spedding i Hilberry spotkali się z Edwardem Mallinckrodtem w siedzibie jego firmy chemicznej w St. Louis w stanie Missouri. Firma opracowała i wdrożyła nowatorską technikę przetwarzania uranu z wykorzystaniem eteru, do połowy maja dostarczyła materiały do ​​pierwszej samopodtrzymującej się reakcji i zrealizowała całe zamówienie na pierwsze sześćdziesiąt ton przed podpisaniem umowy. został podpisany.

Metalurgia plutonu była zupełnie nieznana, ponieważ została odkryta dopiero niedawno. W sierpniu 1942 r. Zespół Seaborga wyodrębnił chemicznie pierwszą znaczącą ilość plutonu z uranu napromieniowanego w laboratorium Jones. Dopóki reaktory nie stały się dostępne, w cyklotronie na Uniwersytecie Waszyngtońskim w St. Louis wytwarzano maleńkie ilości plutonu . Dział chemii współpracował z firmą DuPont nad opracowaniem procesu fosforanu bizmutu stosowanego do oddzielania plutonu od uranu.

Zdrowie i bezpieczeństwo

Niebezpieczeństwa związane z promieniowaniem stały się dobrze znane dzięki doświadczeniom malarzy radowych . Kiedy stało się pewne, że reaktory jądrowe będą zawierać materiały radioaktywne na gigantyczną skalę, pojawiły się poważne obawy co do aspektów zdrowia i bezpieczeństwa. Robert S. Stone, który pracował z Ernestem Lawrence na Uniwersytecie Kalifornijskim, został zwerbowany do kierowania programem zdrowia i bezpieczeństwa Projektu Metalurgicznego. Simeon Cutler, radiolog, przejął odpowiedzialność za bezpieczeństwo radiacyjne w Chicago, zanim przeszedł do kierowania programem w Hanford Site . Groves mianował Stafforda L. Warrena z University of Rochester na szefa sekcji medycznej Projektu Manhattan. Z biegiem czasu coraz większego znaczenia nabierało badanie biologicznych skutków promieniowania. Odkryto, że pluton, podobnie jak rad, był poszukiwaczem kości , co czyni go szczególnie niebezpiecznym.

Wydział Zdrowia Laboratorium Metalurgicznego wyznacza standardy dotyczące narażenia na promieniowanie. Pracownicy byli rutynowo badani w klinikach Uniwersytetu Chicago, ale może to być za późno. Prywatne kwarcu dozymetrów włókna były wykonane, tak jak folia dozymetrów odznaka , które zapisane skumulowanej dawki. Stone's Health Division ściśle współpracowało z William P. Jesse's Instrumentation Group z działu Physics w celu opracowania detektorów, w tym przenośnych liczników Geigera . Herbert M. Parker stworzył miernik ekspozycji na promieniowanie, który nazwał odpowiednikiem rentgenowskim człowiek lub rem. Po wojnie zastąpiło to rentgen jako standardową miarę ekspozycji na promieniowanie. Prace mające na celu ocenę toksyczności plutonu rozpoczęły się, gdy półprodukty plutonu w Clinton Engineer Works rozpoczęły jego produkcję w 1943 roku. Projekt ustalił limit 5 mikrogramów (μg) w organizmie, a praktyki i miejsca pracy w Chicago i Clinton zostały zmodyfikowane, aby zapewnić spełnienie tego standardu.

Późniejsze zajęcia

W latach 1943 i 1944 Laboratorium Metalurgiczne skupiło się najpierw na uruchomieniu i uruchomieniu reaktora grafitowego X-10 w Clinton Engineer Works, a następnie reaktora B w zakładzie w Hanford. Pod koniec 1944 roku skupiono się na szkoleniu operatorów. Znaczna część działu chemii przeniosła się do Oak Ridge w październiku 1943 r., A wielu pracowników zostało przeniesionych do innych miejsc Projektu Manhattan w 1944 r., Szczególnie do Hanford i Los Alamos. Fermi został szefem oddziału w Los Alamos we wrześniu 1944 roku, a Zinn został dyrektorem Laboratorium Argonne. Allison poszedł w jej ślady w listopadzie 1944 r., Zabierając ze sobą wielu pracowników Laboratorium Metalurgicznego, w tym większość sekcji instrumentów. Zastąpił go Joyce C. Stearns . Farrington Daniels , który został zastępcą dyrektora 1 września 1944 r., Zastąpił Stearnsa na stanowisku dyrektora 1 lipca 1945 r.

Miejsce 124. Zbrojowni Artylerii Polowej w 2006 roku

Tam, gdzie było to możliwe, Uniwersytet Chicago próbował ponownie zatrudnić pracowników, którzy zostali przeniesieni z Laboratorium Metalurgicznego do innych projektów po zakończeniu ich pracy. Wymiana personelu była prawie niemożliwa, ponieważ Groves nakazał zamrożenie personelu. Jedyną dywizją, która rosła między listopadem 1944 a marcem 1945 roku, była dywizja zdrowia; reszta straciła 20 procent lub więcej pracowników. Ze szczytu liczebności 2008 pracowników 1 lipca 1944 r. Liczba zatrudnionych w Laboratorium Metalurgicznym spadła do 1 lipca 1945 r. Do 1444 osób.

Koniec wojny nie zakończył przepływu wyjazdów. Seaborg wyjechał 17 maja 1946 r., Zabierając ze sobą większość tego, co pozostało z wydziału chemii. 11 lutego 1946 r. Armia osiągnęła porozumienie z prezydentem uniwersytetu Robertem Hutchinsem w sprawie przejęcia personelu i wyposażenia Projektu Metalurgicznego przez regionalne laboratorium w Argonne, którym uniwersytet nadal zarządza. W dniu 1 lipca 1946 r. Laboratorium Metalurgiczne zmieniło nazwę na Argonne National Laboratory , pierwsze wyznaczone laboratorium krajowe , a Zinn został pierwszym dyrektorem. W dniu 31 grudnia 1946 r., Kiedy zakończył się projekt Manhattan, nowe laboratorium zatrudniało 1278 pracowników, a odpowiedzialność za laboratoria krajowe przeszła na Komisję Energii Atomowej , która zastąpiła Projekt Manhattan 1 stycznia 1947 r. Prace Laboratorium Metalurgicznego doprowadziły również do powstania założenie Instytutu Enrico Fermi , a także Instytutu Jamesa Francka na Uniwersytecie w Chicago.

Płatności dokonane na rzecz Uniwersytetu Chicago w ramach pierwotnej umowy non-profit z 1 maja 1943 r. Wyniosły łącznie 27 933 134,83 ​​USD, w tym 647 671,83 USD na koszty budowy i przebudowy. Kontrakt wygasł 30 czerwca 1946 r. I został zastąpiony nowym, który wygasł 31 grudnia 1946 r. Na mocy tego kontraktu zapłacono dalsze 2 756 730,54 USD, z czego 161 636,10 USD wydano na budowę i przebudowę. Dodatkowe 49 509,83 $ zostało wypłacone University of Chicago na renowację jego obiektów.

W 1974 r. Rząd Stanów Zjednoczonych rozpoczął porządkowanie terenów dawnego Projektu Manhattan w ramach programu działań naprawczych dawniej użytkowanych terenów (FUSRAP). Obejmuje to te używane przez Laboratorium Metalurgiczne. Pole Stagg zostało zburzone w 1957 r., Ale 23 miejsca w Kent Laboratory zostały odkażone w 1977 r., A kolejne 99 w Eckhart, Ryerson i Jones Laboratory w 1984 r. Około 600 stóp sześciennych (17 m 3 ) ciał stałych i trzy 55- galonowe beczki płynnych odpadów zostały zebrane i wysłane do różnych miejsc w celu usunięcia. Komisja Energii Atomowej wypowiedziała dzierżawę na terenie Zbrojowni w 1951 roku i została przywrócona do stanu Illinois. Testy przeprowadzone w 1977, 1978 i 1987 roku wykazały szczątkowe poziomy radioaktywności przekraczające wytyczne Departamentu Energii , więc odkażanie przeprowadzono w 1988 i 1989 roku, po czym uznano, że miejsce to nadaje się do nieograniczonego użytkowania.

Uwagi

Bibliografia

Linki zewnętrzne