Генри Смит - Атомная энергия для военных целей

8.52. Никто из живших в Хэнфорде в период проектирования и постройки завода не забудет проблемы защиты, т. е. проблемы герметической изоляции урановых стержней, заключаемых в защитные металлические оболочки. Во время периодических поездок в Чикаго пишущий эти строки мог всегда сразу бегло оценить состояние вопроса защиты урановых стержней по атмосфере уныния или радости, царившей во всей лаборатории. Это было поистине непростое дело найти оболочку, которая защищала бы уран от коррозии под действием воды, не допускала бы проникновения в воду продуктов деления, передавала бы тепло от урана воде и не поглощала бы слишком много нейтронов. Тем не менее, порча лишь одной защитной оболочки могла привести к необходимости остановить весь котел.

8.53. Попытки удовлетворить поставленным строгим условиям вылились в экспериментальную работу над гальванопластическими процессами, над процессами покрытия путем погружения в горячий электролит, над процессами покрытия путем цементации, над антикоррозийными сплавами урана и над процессами механического покрытия защитными оболочками. Оболочки из тонкого алюминия были допустимы с точки зрения ядерной физики и уже на ранней стадии были признаны наилучшим решением вопроса. Но оказалось очень трудным получить однородный тепловой контакт между ураном и окружающим его алюминием и осуществить газонепроницаемость оболочки. Разработку различных методов пришлось проводить до последней минуты, и даже за несколько недель до срока загрузки котла урановыми стержнями не было никакой уверенности в том, что хоть один из разрабатываемых методов окажется удовлетворительным. Последнее небольшое, но очень важное, видоизменение выбранного способа защиты было применено в октябре 1944 г., уже после того, как первый котел начал пробную работу. Летом 1945 г. не было зарегистрировано ни одной неполадки в работе защитной оболочки.

8.54. В течение осени 1944 года и в первые месяцы 1945 года были закончены и пущены в эксплоатацию второй и третий котлы в Хэнфорде, равно как и добавочные установки по химическому разделению. Разумеется, были затруднения и здесь, однако, все страхи по поводу возможности порчи защитных оболочек, образования налетов на водопроводных трубах или влияния излучений на химические процессы оказались напрасными. Уже к началу лета 1945 года котлы работали на проектной мощности, производили плутоний и нагревали воду реки Колумбии (Фактически повышение температуры столь незначительно, что нельзя ожидать никакого влияния этого повышения на рыбу. Для полной уверенности был проведен ряд экспериментов, которые оправдали ожидания.)). Химические установки отделяли плутоний от урана и от продуктов деления даже с большей эффективностью, чем это предполагалось. Продукция выдавалась в окончательном виде. Каковы были возможности использования продукции об этом рассказано в главе XII.

8.55. В предыдущих главах уже упоминалось о преимуществах тяжелой воды в качестве замедлителя. Тяжелая вода лучше, чем графит, замедляет нейтроны и меньше, чем графит, их поглощает. Поэтому возможно построить аггрегат цепной реакции с тяжелой водой и ураном и таким образом достигнуть намного большего значения коэффициента размножения k и меньших размеров котла, чем это возможно с графитом. Но для этого нужно иметь тяжелую воду.

8.56. Весной 1943 г. в Металлургической лаборатории было решено усилить экспериментальную и вычислительную работу, посвященную котлу с тяжелой водой. Для этой цели была образована комиссия под председательством Э. Вигнера; группа под руководством Г. К. Вернона переехала из Колумбии в Чикаго. Общее руководство было предложено Г. Д. Смиту, только что ставшему заместителем директора Лаборатории.

8.57. Первой задачей группы было рассмотреть, как лучше всего использовать тяжелую воду, чтобы обеспечить полный успех Металлургического проекта, принимая во внимание уже утвержденную ограниченную программу производства тяжелой воды.

8.58. Выяснилось, что производство воды по этой программе столь низко, что потребовалось бы два года для выработки тяжелой воды в количестве, достаточном для котла таких размеров, которые обеспечили бы производство нужных количеств плутония. С другой стороны, тяжелой воды могло оказаться достаточно для осуществления малого, лабораторного котла, который позволил бы получить весьма ценные данные. Во всяком случае, летом 1943 г. царила столь большая неопределенность в отношении длительности войны и успеха в других частях Проекта ДСМ, что полное изучение возможностей котлов с тяжелой водой казалось желательным следовало или увеличить производственную программу или построить сравнительно небольшой котел для экспериментальных целей. В течение лета 1943 г. шло интенсивное изучение вопроса, но в ноябре было решено программу урезать, а постройку ограничить котлом на 250 kW, который должен был быть расположен в Аргонне.

8.59. Быть может самой поразительной чертой котла с ураном и тяжелой водой являются малые его размеры. Даже вместе с окружающим бетонным экраном он мал сравнительно с урано-графитовыми котлами.

8.60. К 15 мая 1944 г. аргоннский котел с ураном и тяжелой водой был готов к испытаниям. Когда урановые стержни были уже на месте, обнаружилось, что цепная реакция в котле стала развиваться уже при 3/5 номинального количества тяжелой воды. Способность к реакции у котла настолько превзошла все ожидания, что, если бы был добавлен весь остаток тяжелой воды, то котел вышел бы из под контроля системы управления. Чтобы справиться с этой неожиданной и приятной ситуацией, часть урановых стержней была удалена и были добавлены новые управляющие стержни.

8.61. После таких изменений оказалось возможным наполнить резервуар до запланированного уровня. 4 июля 1944 г. В. Г. Цинн сообщил, что котел работал удовлетворительно при 190 kW, а 8 августа того же года он известил о работе при 300 kW.

8.62. В целом, характеристики этого котла мало отличаются от характеристик графитовых котлов соответствующих размеров. Для достижения состояния равновесия котлу необходимо несколько часов. Он обнаруживает малые (меньше 1 %), но внезапные флуктуации мощности, вызванные, вероятно, пузырьками в воде. Его нельзя сразу полностью или быстро выключить, как графитовый котел, вследствие того, что запаздывающие γ -лучи освобождают из тяжелой воды добавочные нейтроны. Как и было предсказано, плотность нейтронов в центре котла велика. Экраны, щиты, управление, система охлаждения и пр. работали удовлетворительно.