Атомная энергия для военных целей (Смит/Иванов)/Глава X

Материал из Wikilivres.ru
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Атомная энергия для военных целей — Глава Х. Разделение изотопов урана диффузией
автор Генри Деволф Смит, пер. под ред. Г. Н. Иванова
Язык оригинала: английский. Название в оригинале: Atomic Energy for Military Purposes (Chapter X. The separation of the uranium isotopes by gaseous diffusion). — См. Содержание. Дата создания: 1945. Источник: Генри Деволф Смит Атомная энергия для военных целей / Перевод с английского под редакцией Г. Н. Иванова. — Москва: Государственное транспортное железнодорожное издательство, 1946. — С. 183—197. — 276 с
{{#invoke:Header|editionsList|}}


ВВЕДЕНИЕ

10.1. В феврале 1940 г. небольшие количества концентрированных фракций трех изотопов урана с массовыми числами 234, 235 и 238 были получены А. О. Ниром при помощи масс-спектрометра и переданы Э. Т. Буту, А. фон-Гроссе и Дж. Р. Данингу для исследования при помощи циклотрона Колумбийского университета. Эти ученые вскоре показали, что именно изотоп U-235 способен делиться под действием тепловых нейтронов. Естественно, поэтому, что эта руководимая Данингом группа стала более, чем когда-либо, работать над разделением изотопов урана в больших масштабах.

10.2. Метод диффузии, по-видимому, впервые был серьезно рассмотрен Данингом в записке к Дж. Б. Пеграму, которая была переслана Л.Дж. Бригсу осенью 1940 г. Эта записка подводила итоги предварительным исследованиям, которые были проведены Э. Т. Бутом, А. фон Гроссе и Дж. Р. Данингом. Работа была ускорена в 1941 г. финансовой помощью, обусловленной контрактом, которую Г. К. Юри получил от Военно-морского флота для изучения разделения изотопов, главным образом методом центрифугирования. В течение этого периода Ф.Дж. Слэк (Университет Вандербильта) и В. Ф. Либи (Калифорнийский университет) присоединились к группе.

Контракт ОСРД (OEMsr-106), который был заключен ранее специально для изучения диффузии, вошел в силу 1 июля 1941 г. сроком на 1 год. Работа во все увеличивающихся масштабах продолжалась по ряду контрактов с ОСРД и с Армией до

— Страница 184 —

конца весны 1945 г. До мая 1943 г. Данинг непосредственно отвечал за эту работу. Юри был ответственным за статистические методы разделения изотопов вообще. С этого времени до февраля 1945 г. Юри был прямым руководителем той части работ по диффузии, которая проводилась в Колумбийском университете; Данинг оставался руководителем одного из основных разделов этой работы.

1 марта 1945 г. лаборатория была принята от Колумбийского университета фирмой Carbide and Carbon Chemical Corporation. В начале 1942 г. по предложению Э. В. Мерфри для разработки проектов установки производственного масштаба, оборудования для диффузионных заводов и, возможно, постройки завода была привлечена фирма M.W. Kellog Co. Чтобы довести до конца все предприятие, была образована новая, дочерняя компания, названная Kellex Corporation. В январе 1943 г. ответственность за работу завода была передана фирме Carbide and Carbon Chemical Corporation.

10.3. Как отмечалось в главе IV, в конце 1941 г. была доказана, в принципе, возможность разделения шестифтористого урана посредством одноступенчатой диффузионной установки с пористой перегородкой (например фильтром, изготовленным травлением тонкой фольги сплава цинк-серебро соляной кислотой). Большая работа была проведена по перегородкам и насосам, но ответ, вполне удовлетворительный для работы в производственном масштабе, найден не был. Наряду с этим, К. Когеном был начат ряд теоретических исследований, на которые мы уже ссылались, относительно того, какой путь использования процесса диффузии является наилучшим, т. е. сколько ступеней может потребоваться, какова общая потребная площадь перегородок, какой объем газа должен циркулировать и т. д. Теоретические исследования и разработка схемы процесса М. Бенедиктом намного увеличили наши сведения в этой области и послужили основой для проектирования большого завода.

10.4. Информация, полученная из Англии, и визит английской группы зимой 1941—1942 г. осветили ряд пунктов. В это время англичане сами проектировали диффузионную разделительную установку, так что дискуссия с Ф. Симоном, Р. Пайерлсом и другими была особенно ценной.

— Страница 185 —

ПРИНЦИПЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ ДИФФУЗИИ

ОДНОСТУПЕНЧАТАЯ ДИФФУЗИЯ

10.5. Как было указано в прошлой главе, скорость диффузии газа через идеальную пористую перегородку обратно пропорциональна квадратному корню из его молекулярного веса. Так, если газ, состоящий из двух изотопов, начинает диффундировать через перегородку в эвакуированный сосуд, то более легкий изотоп (с молекулярным весом M1) диффундирует быстрее, чем более тяжелый (с молекулярным весом M2). В результате (в течение, по крайней мере, короткого промежутка времени) относительная концентрация более легкого изотопа за перегородкой становится выше, чем до перегородки. Но, если позволить процессу неограниченно продолжаться, устанавливается равновесие, к концентрации по обеим сторонам перегородки выравниваются. Даже в случае, если газ, который прошел через перегородку, откачивается насосом, относительное количество тяжелого изотопа, проходящего через перегородку, будет возрастать, так как более легкий изотоп в исходном газе (до перегородки) израсходован в начале процесса диффузии.

10.6. Для отдельного цикла диффузии увеличение относительной концентрации легкого изотопа в диффундирующем газе, по сравнению с подводимым газом, может быть выражено через коэффициент разделения r, или через коэффициент обогащения r-1, которые были определены в параграфе 9.8 предыдущей главы. Можно вывести довольно простое уравнение для зависимости r-1 от молекулярного веса и продиффундировавшей доли исходного газа. Если эта доля очень мала, уравнение превращается в r=α («идеальный коэффициент разделения» параграфа 9.14). Если эта продиффундировавшая доля имеет заметную величину, уравнение дает ожидаемое уменьшение разделения. Например, если количество продиффундировавшего газа равно половине подаваемого, то r-1 = 0,69(α-1) или, для шестифтористого урана, r=1,003, вместо r=1,0043 для случая, когда продиффундировала очень небольшая часть исходного газа.

КАСКАД

10.7. Для того, чтобы разделить изотопы урана, необходимо применять много последовательных ступеней диффузии (каскад),

— Страница 186 —

так как α=1,0043 для U235F6 и U238F6 (возможный газ для разделения урана). Исследования Когена и др. показали, что наилучшей гидравлической схемой для последовательных ступеней является такая, при которой половина газа, нагнетаемого в каждую ступень, диффундирует через перегородку, а другая (обедненная) половина направляется на вход предыдущей ступени. Для такого устройства, как мы видели, идеальный коэффициент разделения между входом и выходом одной ступени равен 0,69(α-1). Это число часто называют ε — «полным обогащением на ступень». Для шестифтористого урана теоретическое значение ε=0,003, но на практике оно несколько меньше в результате «обратной диффузии», неполного смешения на стороне высокого давления и несовершенства перегородки. Первые опыты по разделению шестифтористого урана (произведенные Е. Т. Бутом, Г. К. Пэкстоном и К. Б. Слэйдом) дали в результате значение ε=0,0014. Если желательно получить U235F6 99%-ной чистоты и если используется каскад, в котором каждая ступень имеет нормальный коэффициент обогащения, то потребуется приблизительно 4000 ступеней.

ЦИРКУЛЯЦИЯ ГАЗА В КАСКАДЕ

10.8. Из газа, который прошел через перегородку любой данной ступени, только половина проходит через перегородку следующей, высшей ступени. Другая половина возвращается на предыдущую ступень. Таким образом, большая часть вещества циркулирует много раз, прежде чем, в конечном итоге, выйдет из каскада. Подсчет показывает, что для промышленной установки по разделению урана может оказаться необходимым пропустить через перегородки первой ступени объем газа в 10 000 раз больший объема газа, выходящего из последней ступени каскада (т. е. в виде окончательного продукта U235F6). Соответствующие значения для высших ступеней быстро падают вследствие уменьшения количества U238F6, который уносится в отвал.

ПРОБЛЕМА РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ В ПРОМЫШЛЕННОМ МАСШТАБЕ

ВВЕДЕНИЕ

10.9. Ко времени реорганизации Проекта атомной бомбы в декабре 1941 г. теория разделения изотопов посредством газовой

— Страница 187 —

диффузии была хорошо разработана. Поэтому можно было сформулировать технические проблемы, с которыми придется встретиться при постройке разделительной установки большого масштаба. Решение о размерах такой установки и о том, где ее строить, было вынесено только зимой 1942-43 г.г., т. е. примерно в то же самое время, когда были приняты решения о заводах для производства плутония.

ЦЕЛЬ

10.10. Основной целью промышленной газовой диффузионной установки являлось производство урана, содержащего примерно в 10 раз больше U235, чем в естественном уране, в количестве порядка нескольких граммов в сутки. Однако, было несомненно, что установка должна была быть достаточно гибкой и позволять производить, если потребуется, значительные изменения как в степени обогащения, так и в выходе конечного продукта.

РАБОЧИЙ ГАЗ

10.11. В качестве «рабочего газа», который может быть пригоден для использования в разделительной установке, был упомянут шестифтористый уран. Немаловажным его преимуществом является то, что фтор имеет только один изотоп, вследствие чего все молекулы UF6 данного изотопа урана имеют одинаковую массу. Это вещество высоко реактивно и при комнатной температуре и атмосферном давлении является твердым телом. Поэтому было срочно предпринято изучение других газообразных соединений урана. Для того, чтобы застраховать себя от неудач при этих поисках различных других, заменяющих UF6 газов, необходимо было продолжать работу по шестифтористому урану — разрабатывать методы производства и схемы циркуляции этого газа.

ЧИСЛО СТУПЕНЕЙ

10.12. Число ступеней в главном каскаде установки зависит только от желаемой степени обогащения и величины полного обогащения на ступень, достижимого с реально осуществимыми перегородками. По некоторым оценкам, требовалось несколько тысяч ступеней. Предполагалась также постройка специального регенеративного каскада на несколько сот ступеней; количество ступеней

— Страница 188 —

в нем зависит от того, сколько неотделенного U235 может быть допущено из экономических соображений в отвал.

ПЛОЩАДЬ ПЕРЕГОРОДОК

10.13. Мы видели, что полное количество газа, которое должно диффундировать через перегородку, очень велико по сравнению с количеством отбираемого конечного продукта. Скорость, с которой газ диффундирует через единицу площади перегородки, зависит от разности давлений по обе стороны перегородки и от ее пористости. Даже при допущении атмосферного давления по одну сторону и полного вакуума по другую и при наилучших достижимых значениях пористости, установка большого масштаба, как показывают расчеты, требует перегородок общей площадью во много акров.

КОНСТРУКЦИЯ ПЕРЕГОРОДКИ

10.14. При атмосферном давлении средний свободный пробег молекул имеет порядок десятитысячной доли миллиметра или десятой доли микрона. Чтобы обеспечить истинный «диффузионный» поток газа, диаметр бесчисленного множества отверстий в перегородке должен быть меньше одной десятой среднего свободного пробега. Следовательно, материал перегородки должен иметь миллионы отверстий диаметра меньшего или равного 0,01 микрона (4*10-7 дюйма) и почти не содержать отверстий с диаметром, превышающим эту величину. Отверстия не должны увеличиваться или закупориваться в результате прямой коррозии или пыли, возникающей при коррозии где-нибудь в системе. Перегородка должна быть способна противостоять «напору» в одну атмосферу. Перегородка должна легко изготовляться для того, чтобы можно было производить ее в больших количествах и однородной по качеству, К январю 1942 г. был сделан в небольших количествах и испытан на коэффициент разделения и пористость ряд различных типов перегородок. Некоторые казались очень обещающими, но ни одна перегородка не подвергалась таким испытаниям, которые могли бы установить ее пригодность для производства в больших масштабах и для промышленного использования.

— Страница 189 —

НАСОСЫ И ПОТРЕБНАЯ МОЩНОСТЬ

10.15. Схема разделительной установки такова, что в любой ступени приблизительно половина поступающего вещества проходит через перегородку к следующей высшей ступени, в то время как другая половина возвращается обратно в предыдущую ступень. Продиффундировавшая половина имеет низкое давление и должна быть доведена до высокого давления перед подачей в следующую ступень. Даже непродиффундировавшая часть выходит при несколько более низком давлении, чем при входе, и не может быть подана обратно на низшую ступень без подкачивания. Таким образом, циркуляция всего количества газа в ступени (включая дважды количество, которое проходит через перегородку) должна быть осуществлена при помощи насосов.

10.16. Так как поток газа сквозь ступень значительно меняется с номером ступени в каскаде, количество и размеры насосов также сильно изменяются от ступени к ступени. Тип и производительность насоса, требуемого для данной ступени, зависит не только от веса подаваемого газа, но и от требуемого напора. Сделанные к этому времени расчеты принимали давление на входе в одну атмосферу и на выходе (т. е. со стороны низкого давления перегородки) в 0,1 атмосферы. Было подсчитано, что для установки требуются тысячи насосов мощностью в тысячи киловатт. Так как газ неизбежно нагревается при сжатии, то очевидно необходимо предусмотреть систему охлаждения. К началу 1942 г. было проведено значительное количество предварительной работы по насосам. Несмотря на сложность уплотнения валов, представлялось приемлемым применение центробежных насосов, но в дальнейших экспериментальных работах проектировалось применение совершенно герметичных насосов различных типов.

УТЕЧКА И КОРРОЗИЯ

10.17. Было ясно, что система циркуляции в целом, заключающая в себе насосы, перегородки, трубопроводы и клапаны, должна быть уплотнена на вакуум. Смазочные вещества или уплотняющие среды, необходимые для насосов, не должны реагировать с рабочим газом, не должен реагировать с рабочим газом также ни один из применяемых в системе материалов. Взаимодействие с рабочим газом (коррозия) будет приводить не только к засорению

— Страница 190 —

перегородок и к различным механическим дефектам, но и к поглощению (т. е. фактической потере) частично обогащенного урана.

РЕАЛЬНЫЙ И ИДЕАЛЬНЫЙ КАСКАДЫ

10.18. В идеальном каскаде производительность насосов должна меняться от ступени к ступени. Практически неэкономично предусматривать различный тип насосов для каждой ступени. Необходимо определить, какие отступления от идеального каскада можно допустить в интересах экономичности конструкции, удобства ремонта и т. д. (т. е. определить минимальное количество типов насосов); к подобным же компромиссам приходится прибегать и для других частей каскада.

ЗАГРУЗКА И ПУСКОВОЙ ПЕРИОД

10.19. При первом пуске установка должна проработать непрерывно некоторое время, пока не будет разделено достаточное количество вещества для того, чтобы установилось соответствующее распределение концентрации по ступеням. Только после того, как такая стабилизация достигнута, можно начать отбор необходимого продукта с последней (верхней) ступени. Как загрузка, так и требуемый пусковой период достаточно велики и являются, поэтому, важными проблемами.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

10.20. Повидимому, можно предположить только три типа потерь на установке, именно: потери вследствие утечки, потери от коррозии (т. е. химического соединения и разложения) и потери в отвал. Предполагалось, что утечка может быть сделана очень малой и что после начального периода работы потери от коррозии будут малы. Процент материала, теряемого в отвале, будет зависеть от числа регенерационных ступеней.

ДЕТАЛИ УСТАНОВКИ

10.21. Вопросы о том, в какой форме следует применять материал перегородки (в трубках или в листах, больших размеров или малых), как должно производиться смешивание, каким путем регулировать процесс и какие приборы для этого потребуются, еще требовали разрешения. Не было оснований считать их не

— Страница 191 —

разрешимыми, но несомненно было, что они потребуют как теоретического, так и экспериментального изучения.

10.22. К 1942 г. теория разделения изотопов посредством газовой диффузии была хорошо разработана, и стало ясным, что потребуется очень большая установка. Основными элементами оборудования этой установки являлись диффузионные перегородки и насосы. Перегородки и насосы, которые имелись в распоряжении в то время, по испытании оказались в общем не соответствующими требованиям; поэтому дальнейшая разработка насосов и перегородок была особенно необходима. Были и другие технические вопросы, требовавшие разрешения, а именно, коррозия, вакуумные уплотнения, приборы.

ОРГАНИЗАЦИЯ

10.23. Как мы упоминали в начале этой главы, работа по диффузии была начата Дж. Р. Данингом и проводилась под наблюдением ОСРД в Колумбийском университете до 1 мая 1943 г., когда она была передана Манхэттенскому Округу. Летом 1943 г. трудности, встретившиеся в разрешении некоторых сторон Проекта, привели к значительному расширению, особенно химической группы, Г. К. Юри, в то время руководитель работы, назначил X.С. Тэйлора (Принстон) своим заместителем и включил Э. Мака-мл. (штат Огайо), Дж. М. Мерфи (Йейл) и П. Г. Эмета (Университет Дж. Гопкинса) в руководящую группу. Большая часть работы была перенесена из лабораторий Колумбийского университета в большое здание, расположенное поблизости. Принстонские химики, занятые изучением тяжелой воды, оказали некоторую помощь в разрешении вопросов, связанных с перегородками. В начале 1944 г. Л. М. Кэри (National Carbon Co.) стал вторым заместителем руководителя, чтобы помогать Юри по связи и административной работе.

10.24. Как было упомянуто, фирме M.W. Kellog Co. в начале 1942 г. было поручено проектировать промышленную установку. С этой целью фирма Келлог создала специальную дочернюю организацию, названную Kellex Corporation, с П. К. Лейтом в качестве исполняющего обязанности директора и технического руководителя, А. Л. Бекером в качестве руководителя проекта и

— Страница 192 —

Дж. Г. Арнольдом в качестве начальника исследовательского отделения. Новая вспомогательная организация проводила исследования и разработки в своих лабораториях в Джерси Сити, и в большом здании лаборатории, упомянутом в предыдущем параграфе; она разрабатывала технические схемы и схемы процесса, снабжала материалами производственную установку и наблюдала за ее постройкой. Установка была построена фирмой J.A. Jones Construction Co. в Северной Каролине.

10.24-а. Kellex Corporation, в отличие от обычных промышленных фирм, представляла собой коллектив ученых, инженеров и администраторов, собранных из всех отраслей промышленности вместе для специальной цели — продвижения только этого дела. Работа в этой организации проводилась на добровольных началах: выдающиеся лица из промышленности добровольно отказывались от выполнения своих обычных обязанностей для того, чтобы полностью посвятить все свое время работе в корпорации Келлекс. После выполнения возложенного на них дела эти люди возвращались на прежние посты в промышленности.

10.25. В январе 1943 г. фирме Carbide and Carbon Chemical Corporation была поручена эксплоатация законченной установки. Инженеры фирмы вскоре начали играть большую роль не только в планировании и постройке, но и в исследовательской работе.

ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ, ПОСТРОЙКА И ПРОИЗВОДСТВО С 1942 ПО 1945 г

ПРОИЗВОДСТВО ПЕРЕГОРОДОК

10.26. Еще до 1942 г. были разработаны перегородки, которые казались удовлетворительными. Однако эти перегородки, предложенные Э. Т. Бутом, Г. К. Пэкстоном и К. Б. Слэйдом, никогда не применялись в производственных масштабах вследствие малой механической прочности и слабой устойчивости к коррозии. В 1942 г. под общим руководством Бута и Ф.Дж. Слэка совместно с различными учеными, в том числе Ф. К. Никсом (телефонные лаборатории Бэлла) были изготовлены перегородки различных типов. Одно время считались достаточно удовлетворительными для применения на производстве перегородки, построенные Э. О. Норрисом и Э. Адлером. Перегородки другого типа были разработаны на основе предложений нескольких работников Колумбийских лабораторий (ныне называемых лабораториями SAM), организации Келлекс, телефонных лабораторий Бэлла, фирм Bakelite Corporation, Houdaille-Hershey Corporation и др. Первые образцы перегородки типа, выбранного для общего применения на установке, были изготовлены К. А. Джонсоном (Келлекс), затем они были усовершенствованы под общим наблюдением X.С. Тэйлора. Вариант этой перегородки, предложенный лабораториями SAM, был заметно лучше других; теперь он применяется в большом количестве ступеней установки. В 1945 г. необходимо было уже не только удовлетворять минимальным требованиям, но добиваться улучшений, приводящих к большей производительности или большей экономичности эксплоатации.

10.27. В общем, история разработки перегородки напоминает автору историю проблемы защиты урановых блоков в проекте по плутонию. В обоих случаях методы широко испытывались, казалось бы, с удовлетворительными или почти удовлетворительными результатами; однако, и в том и в другом случае окончательное решение не было найдено до последней минуты, а затем принятый метод оказывался гораздо лучшим, чем предполагалось ранее.

НАСОСЫ И УПЛОТНЕНИЯ

10.28. Первые работы по насосам проводились, главным образом, под руководством Г. А. Бурса (Колумбийский университет). Когда на сцене появилась Келлекс, в 1942 г., ее инженеры, особенно Дж. В. Ватс, Дж. С. Свиринген и О. К. Брюстер, заняли руководящее положение в разработке насосов и уплотнений. Необходимо помнить, что эти насосы должны работать при пониженном давлении, не должны допускать утечки, не корродировать и иметь насколько возможно малый объем. Было испытано много различных типов центробежных (газодувных) и поршневых насосов. В одном из разработанных типов насосов (для начальных ступеней) рабочее колесо приводится во вращение через муфту, содержащую уплотняющее приспособление совершенно нового, весьма остроумного типа. Другой тип центробежного насоса совершенно герметичен, его диск и ротор приводятся во вращение извне индукционным способом.

— Страница 194 —

РАЗРАБОТКА РАЗЛИЧНЫХ ВОПРОСОВ

10.29. Как и в случае проблемы плутония, так и здесь, было много вопросов относительно коррозии и т. п., подлежащих исследованию. Новые охлаждающие и смазочные вещества была разработаны А. Л. Хеном и его помощником Дж. Г. Кэйди, В. Т. Миллером с сотрудниками, Э. Т. Макби с помощниками и учеными различных фирм, в том числе Дюпон, Hooker Electrochemical Co. и Harshaw Chemical Co. Исследование и разработка этих веществ, а также определение потребности производства в этих и других химикатах, согласовывались Р. Розеном, сначала работавшим в ОСРД, затем перешедшим к Келлекс. Были разработаны методы предварительной обработки поверхностей для защиты против коррозии. Среди различных приборов, сконструированных или приспособленных для использования в Проекте, особого упоминания заслуживает масс-спектрограф. Проект много обязан помощи А. О. Нира (Миннезотский университет), который настолько усовершенствовал методы анализа изотопов с помощью масс-спектрографа, что они оказались чрезвычайно ценными для Проекта при анализах проб обогащенного урана. Масс-спектрографы также применялись для предварительного испытания вакуумных деталей на натекание и для определения загрязнений в рабочем газе.

ОПЫТНЫЕ УСТАНОВКИ

10.30. Строго говоря, опытной установки не было, т. е. не была пущена в ход разделительная установка небольшого масштаба с такими же нагнетателями, перегородками, креплениями перегородок, охлаждением и т. п.. какие должны были быть применены на основной установке. Такая установка не могла быть осуществлена потому, что до начала постройки самой промышленной установки нельзя было получить ряда необходимых. деталей. Строительство промышленной установки при таких условиях требовало предусмотрительности и смелости.

10.31. Однако, был осуществлен целый ряд так называемых вспомогательных установок, предназначенных для испытания различных частей или групп частей конечной установки. Вспомогательная установка #1 представляла собою 12-ступенчатую модель с перегородками, несколько похожими на перегородки, применяемые на заводе большого масштаба, но материал перегородки

— Страница 195 —

не был изготовлен в форме, принятой для промышленной установки, и насосы были использованы поршневые с сильфонным уплотнением, а не центробежные. Работа на этой установке в 1943 г. позволила испытать не только перегородки и общие системы разделения, но и дала сведения, касающиеся регулирующих клапанов, измерения давления, трубопровода и т. д. Установка #2 — расширенное издание установки #1, но только с 6 ступенями — была использована в конце 1943 и начале 1944 г., особенно для испытания приборов. Вспомогательная установка #3-a с центробежными насосами и глухими диффузорами была также предназначена главным образом для испытания приборов. Установка #3-b послужила опытной установкой для одной из секций промышленной установки.

УТВЕРЖДЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ УСТАНОВКИ

10.32. В декабре 1942 г. фирма Келлог была уполномочена продолжать предварительное проектирование установки, а в январе 1943 г. была разрешена постройка завода.

МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ УСТАНОВКИ

10.33. Как указывалось выше, первоначально для всех заводов Манхэттенского Округа был выбран участок в долине Тенесси, но завод плутония был в действительности построен в другом месте. Здесь же остались: уже описанная опытная установка по электромагнитному разделению (см. главу XI) и позднее термодиффузионная установка, которые были все построены в долине Тенесси в Клинтоне и известны официально под названием «Клинтонский механический завод».

10.34. Эта местность была изучена полковником Маршаллом, полковником Никольсом и представителем Stone and Webster Engineering Corporation в июле 1942 г., и приобретение участка было рекомендовано. Исполнительный комитет S-1 ОСРД на заседании в июле 1942 г. поддержал эту рекомендацию. Окончательное одобрение было дано генерал-майором Гроувзом после личного осмотра территории в 70 кв. миль. В сентябре 1942 г. были предприняты первые шаги по приобретению участка у реки Клинч, приблизительно в 30 милях от Ноксвилля (Тенесси), по площади значительно превосходящего 70 кв. миль. Опытная установка по

— Страница 196 —

плутонию расположена в одной долине, установка по электромагнитному разделению — в соседней и установка по диффузионному разделению — в третьей.

10.35. Хотя развертывание завода и освоение участка в Хэнфорде производят внушительное впечатление, но они производятся одной фирмой, имеющей дело только с одной главной операцией, так что это, в некоторых отношениях, менее интересно, чем Клинтон, который сочетает в себе весьма разнообразные виды деятельности. Описание района Клинтона с множеством новых заводов, жилых районов, театров, школ, морями грязи, облаками пыли и всеобщей суматохой выходит за рамки настоящего отчета.

ДАТА НАЧАЛА ПОСТРОЙКИ

10.36. Постройка паросиловой станции для диффузионной установки началась 1 июня 1943 г. Она представляет собой одну из самых больших силовых станций подобного рода, когда-либо построенных. Постройка других главных зданий и установок начата между 29 августа и 10 сентября 1943 г.

ЭКСПЛОАТАЦИЯ

10.37. В отличие от Хэнфорда, диффузионная установка состоит из многих, более или менее независимых единиц, так что она вводилась в эксплоатацию секция за секцией, по мере того, как это позволяло продвижение строительства и испытания. Таким образом не было ни знаменательной даты начала, ни какого-либо неожиданного события, чтобы отметить это. Установка успешно заработала весной 1945 г.

10.38. Для людей, работающих по газовой диффузии, период от 1940 до 1945 г. был наполнен упорным трудом, не озаряемым такими яркими вехами, как первый котел в Чикаго. Вероятно больше, чем какая-либо другая группа в Проекте, группа, работавшая над газовой диффузией, заслуживает награды за храбрость и настойчивость, так же как и за научные и технические дарования. Из соображений секретности мы не можем рассказать, как они решали поставленные перед ними задачи, как во многих случаях они находили даже несколько решений в качестве гарантии против неудач в производстве. Это было замечательным достижением. В течение пяти лет были периоды малодушия и пессимизма.

— Страница 197 —

В настоящее время, когда завод не только работает, но работает бесперебойно, надежно и с производительностью, большей, чем ожидалось, они в значительной мере забыты.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВЫ

10.39. Работа в Колумбийском университете по разделению изотопов по методу газовой диффузии началась в 1940 г., к концу 1942 г. проблемы разделения урана этим методом в заводском масштабе были точно сформулированы. Так как разделение одной ступенью слишком незначительно, то потребовалось несколько тысяч ступеней. Было найдено, что наилучший метод соединения многих ступеней требует многократного повторения цикла, так что количество вещества, проходящего через перегородки нижних ступеней, во много тысяч раз превышает количество обогащенного продукта, извлекаемого из последней ступени.

10.40. Основными трудностями явились разработка удовлетворительных перегородок и насосов. Требовались акры перегородок и тысячи насосов. В качестве рабочего газа, естественно, был выбран шестифтористый уран, но трудности производства и обращения с ним были столь велики, что пришлось предпринять дополнительные поиски заменителя. Так как в основном разделение должно проводиться при низком давлении, возникла проблема техники вакуума в ранее неслыханных масштабах. Было разрешено много проблем по вопросам регулирования и по приборам; широко применялись масс-спектрографы различных видов.

10.41. Исследования были произведены в основном в Колумбийском университете под руководством Данинга и Юри. В 1942 г. для постройки установки была выбрана фирма Келлог и специально создана дочерняя организация Kellex Corporation для разработки процесса и проектирования завода. Завод был построен строительной фирмой T.A. Jones Construction Co. Эксплоатация была поручена Carbide and Carbon Chemical Corporation.

10.42. Был разработан вполне удовлетворительный тип перегородки, хотя окончательный выбор был сделан только тогда, когда постройка клинтонской установки шла полным ходом. Были разработаны два типа центробежных нагнетателей, удовлетворяющих предъявленным к ним требованиям. Установка была пущена в успешную эксплоатацию к лету 1945 года.