Генри Смит - Атомная энергия для военных целей

Общая схема, приведенная ниже, была предложена во второй половине 1942 г., в особенности в связи с проектами клинтонской разделительной установки. По этой схеме строился «каньон», который должен был состоять из ряда помещений с толстыми бетонными стенами, и почти полностью врытых в землю. Каждое помещение должно было содержать растворяющие или осаждающие камеры или центрифуги. Блоки урана должны поступать в определенное помещение с одного конца каньона; там они растворяются и проходят через различные процессы растворения, осаждения, окисления или восстановления, пока в последнее отделение не поступает раствор плутония, свободный от урана и продуктов деления. Так же, как и в котле, все процессы должны управляться на расстоянии из помещения, находящегося на поверхности земли, но операции будут гораздо сложнее. Однако, основной характер химических операций не намного отличается от обычного поля деятельности химиков.

7.34. В первых стадиях процесса извлечения даже обычный анализ образцов, который необходим для проверки операций в различных химических процессах, должен выполняться путем управления на расстоянии. Эти анализы упрощаются благодаря тому, что наряду со стандартным химическим анализом используются радиоактивные методы.

7.35. Исходный материал (уран) не обладает опасной радиоактивностью. Конечный продукт (плутоний) не испускает проникающего излучения; однако комбинация активности α-лучей и химических свойств Pu делают его одним из опаснейших веществ при попадании на тела Особенно неприятными веществами являются продукты деления урана. Продукты деления чрезвычайно активны и содержат тридцать элементов. Среди них имеются радиоактивные ксенон и йод. Они выделяются в значительных количествах, когда блоки урана растворяются, и должны быть удалены с особой тщательностью. Необходимы высокие трубы, которые бы вытягивали эти газы вместе с кислотным дымом из первой растворяющей камеры, причем нужно установить, что смесь радиоактивных газов и воздуха не заражает окружающей территории.

7.36. В растворе может сохраниться много других продуктов деления, все они, однако, должны быть в конце концов полностью удалены. Разумеется, надо учитывать загрязнение реки. (Санитарные нормы в отношении загрязнения реки требуют, чтобы сточные воды не оказывали вредного влияния ни на людей, ни на рыбу).

7.37. Очевидно, даже в том случае, когда уран был оставлен в котле до тех пор, пока весь U-235 не подвергнется делению, все же должно остаться большое количество U-238, не превратившегося в плутоний. В действительности процесс прекращается задолго до достижения этого состояния. Уран является дорогим материалом, и снабжение необходимым количеством урана очень ограничено. Поэтому необходимо изучить возможность регенерации его после извлечения плутония. Вначале такая регенерация не имелась в виду, а предполагалось лишь сохранение раствора урана. Позже был разработан промышленный метод регенерации.

7.38. В отличие от общеизвестных случаев коррозии, данный процесс корродирования происходит при высокой плотности радиоактивного излучения. Вследствие этого чаны корродируют значительно быстрее, чем при обычных обстоятельствах. Более того, такого рода коррозия значительно серьезнее из-за трудности доступа к пораженным участкам, В течение некоторого времени, к сожалению, на эту опасность не обращали должного внимания.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.