Генри Смит - Атомная энергия для военных целей

6.41. На основании имеющихся данных можно было считать, что необходимо производить плутоний в пределах от одного килограмма в месяц до одного килограмма в день. Для производительности в 1 килограмм в день нужна была бы установка мощностью от 500 000 до 1 500 000 kW. (Предполагается, что предельная мощность гидроэлектрической станции у плотины Гранд-Кули будет около 2 000 000 kW). Очевидно создание плутониевой установки требуемых размеров должно было бы представлять собой грандиозное предприятие, даже без попыток использования освобождаемой тепловой энергии. Тем не менее, к ноябрю 1942 г. большинство задач было хорошо определено, и были намечены попытки решения вопроса. Хотя эти проблемы будут подробно рассмотрены в следующей главе, мы упомянем о них уже здесь.

6.42. Так как в любом котле, производящем заметные количества плутония, выделяется большое количество тепла, первой проблемой при проектировании является система охлаждения. Прежде чем проектировать эту систему, необходимо было найти максимальную температуру, при которой котел может безопасно работать, и факторы ядерные или конструктивные которые определяют эту температуру. Другой большой проблемой, осложнявшейся к тому же системой защиты и охлаждения, являлся способ загрузки и выгрузки урана. Защита от излучений должна была быть запроектирована как для самого котла, так и для установки по химическому методу разделения. Характер разделительной установки зависит от применяемого процесса разделения, который следовало выбрать. И, наконец, быстрота снабжения материалами и постройки должна являться основным фактором при проектировании как котла, так и химической установки.

6.43. После рассмотрения таких важных для постройки завода факторов, как охлаждение, эффективность, безопасность и быстрота постройки, Feasibility Report перечисляет следующие возможные типы установки в порядке их желательности:

I.(а) Решетка из обычного металлического урана в графитовом замедлителе с гелиевым охлаждением;

(b) то же самое, с водяным охлаждением;

(c) то же самое, с охлаждением расплавленным висмутом.

II.Решетка из обычного металлического урана в тяжелой воде, являющейся замедлителем.

III.Уран, обогащенный изотопом 235, с применением графита, тяжелой воды или обычной воды в качестве замедлителя.

Типы II и III не представляли непосредственного практического интереса, так как ни обогащенный уран, ни тяжелая вода не могли быть получены в достаточных количествах. Однако, разработка обоих этих методов продолжалась на случай, если другие типы окажутся неосуществимыми. Тип I(с), требующий охлаждения жидким висмутом, казался многообещающим с точки зрения использования выделяющейся тепловой энергии, но чувствовалось, что связанные с такой установкой технические проблемы не могут быть разрешены в течение долгого времени.

6.44. В течение этого периода во второй половине 1942 г., когда проектировались производственные установки, было признано желательным строительство установки промежуточных размеров. Такая установка была нужна по двум причинам: во-первых, в качестве опытной установки, во-вторых, для производства нескольких граммов плутония для экспериментальных целей, в чем ощущалась острая нужда. Запроектированный с воздушным охлаждением котел промежуточных размеров мощностью в 1000 kW, построенный в Клинтоне (Тенесси), мог служит для обеих целей, если бы было сохранено гелиевое охлаждение для основной установки. Хотя проекты основной установки были переделаны на водяное охлаждение, опытная установка оставалась с воздушным охлаждением в расчете, что вторая цель будет достигнута скорее. Таким образом она осталась опытной установкой только для химического разделения. Фактически основная установка была построена без помощи опытной установки в Клинтоне как если бы гидроэлектрические генераторы станции Гранд Кули были запроектированы только на основании опыта работы генератора совершенно другого типа и ничтожной мощности.

6.45. Как указывал Хилбери в Feasibility Report от 26 ноября 1942 г., перспективы графитового котла с гелиевым охлаждением казались многообещающими в отношении немедленного выпуска продукции; котел, использующий тяжелую воду в качестве замедлителя и тяжелую или обычную воду для охлаждения, представлялся более подходящим для конечного применения в установке промышленного масштаба. Был сделан ряд специальных предложений по строительству таких установок и по дальнейшему изучению возникших вопросов. Эти предложения базировались на оценках времени и стоимости, которые были, в силу необходимости, лишь грубыми догадками. В результате дальнейших исследований фактическая программа строительства, описанная в последующих главах, совершенно отличалась от предлагавшейся.

6.46. Проблема накопления материалов, которая задерживала движение вперед, была по существу разрешена к концу 1942 г. В ноябре 1942 г. был построен небольшой урано-графитовый котел с саморазвивающейся реакцией, и 2 декабря 1942 г. он был впервые пущен в работу с мощностью в 1/2 W, а позже в 200 W. Он легко управлялся благодаря явлению запаздывания нейтронов.

С помощью циклотрона было получено и химически отделено от урана и продуктов деления 500 г плутония. Химия плутония была достаточно изучена, чтобы указать возможность его выделения в относительно больших масштабах. По теории бомб было сделано немного, но расчеты были проверены; были также расширены эксперименты с быстрыми нейтронами. Как бы то ни было, перспективы осуществления бомбы выглядели более благоприятно, чем год назад.

6.47. Для выяснения проблем, которые могли встретиться при конструировании и эксплоатации производственной установки большого масштаба, было сделано достаточно много экспериментов и проектов. Некоторые успехи были достигнуты в выборе типа установки, причем первый выбор в то время пал на котел из металлического урана и графита, охлаждаемый или гелием, или водой. Для строительства опытной и промышленной установок была разработана специальная программа. В этой программе приводились оценки времени и стоимости.

7.1. К 1 января 1943 г. Металлургическая лаборатория выполнила свою первую задачу — создание котла, и успешно продвигалась по пути решения второй — извлечения плутония, получаемого в котле. Наступило время для составления окончательных проектов заводской установки. Политический комитет (см. главу V) на основании рекомендаций директора лаборатории А.X. Комптона, Исполнительного комитета S-1 и Обзорного комитета (члены которого посетили Чикаго в декабре 1942 г.) принял ряд решений, сводившихся, во-первых, к демонтажу первого котла и вторичной сборке его на небольшом расстоянии от Чикаго и, во-вторых, к постройке 1000-киловаттной плутониевой установки в Клинтоне (штат Тенесси).