Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Решение первой задачи, которое уже было начато Ферми и Сцилардом в Колумбийском университете, получило дополнительный импульс, когда работа переместилась в Чикагский университет. На заброшенной площадке для игры в мяч Ферми собирал то, что, как он знал, будет ядерным реактором с са-моподцерживающейся цепной реакцией. Реактор высотой 25 футов и шириной
20 футов был сооружен из 349263 кг чистого углерода, нарезанного в форме больших графитовых кирпичей. Примерно в четвертой части кирпичей были просверлены глухие отверстия, и около 36 500 кг оксида урана и 5 600 кг чистого металлического урана было запрессовано в тысячи топливных элементов, которые были помещены в эти отверстия. В слое активных кирпичей содержался целый ряд штырей из урана, отстоящих друг от друга на равных расстояниях. Они были помещены между двумя глухими слоями твердого графита. Два вида слоев накладывались друг на друга в штабель таким образом, что получилась полная трехмерная решетка урановых стержней (см. фото на первой странице статьи).
Столкновения с атомами углерода в графите замедляют нейтроны до тепловых энергий, после чего они диффундируют до тех пор, пока не столкнутся с атомом урана-235. Контроль над протеканием цепной реакции осуществляли с помощью регулирующих стержней из кадмия, поглощающих нейтроны без деления. По мере увеличения числа слоев реактор все более приближался к критической массе. 2 декабря 1942 года, когда последние слои были на месте и регулирующие стержни выдвинуты, реактор вошел в критическое состояние и осуществилась первая в мире искусственная ядерная цепная реакция.
Number 26 2000 Los Alamos Science
71
От алхимии к атомам
Параметр делимости Z2IA
Рис. 7. Периоды полураспада по спонтанному делению
Здесь приведен график зависимости экспериментальных значений периодов полураспада по спонтанному делению Tcr изотопов трансурановых элементов от параметра делимости Z2M (Z и А - соответственно атомный номер и массовое число каждого изотопа). Сплошные линии проходят через точки, соответствующие периодам полураспада изотопов с четным количеством протонов (Z) и нейтронов (N). Эти четно-четные изотопы имеют спин 0 и положительную четность. Черный квадратик соответствует плутонию-240. Периоды полураспада по спонтанному делению у изотопов с четным Z, но нечетным N (таких как уран-235, плутоний-239, калифорний-249 и фермий-255), обозначенные черными кружками, систематически больше, чем у четно-четных изотопов этого же элемента. Эти четно-нечетные изотопы имеют спин, отличный от нуля, и четность, которая может быть положительной или отрицательной. Их периоды полураспада по спонтанному делению больше, потому что барьер деления с учетом их спина и четности выше. Аналогично, период полураспада для а-излу-чения четно-нечетных изотопов больше, чем у соседних четно-четных изотопов (см. рассуждения о плутонии-238 и плутонии-239 в тексте), так как а-частицам необходимо преодолеть более высокий потенциальный барьер - еще одно проявление влияния спина в этих четно-нечетных ядрах
Вторая задача - полномасштабное выделение плутония из реакторного топлива химическим способом - решалась в несколько этапов. К концу 1942 года из больших количеств облученного нейтронами урана было получено около 500 мкг в основном плутония-239. Облучение осуществлялось на циклотронах в Беркли и университете в Вашингтоне. Химические исследования с этими первыми миллиграммовыми образцами показали, что имеется возможность выделить плутоний из других элементов реакторного топлива.
Последующие разработки в большем масштабе включали сооружение опытной реакторной установки в Клинтоне (Теннесси). На этой установке предполагалось производить плутоний в количествах, больших долей миллиграмма, полученных с использованием циклотронов, чтобы показать возможность выделения плутония в промышленном масштабе и исследовать биологические эффекты излучения. Эксплуатация реактора в Клинтоне была начата 4 ноября 1943 года, при мощности 500 кВт, а в мае 1944 года его мощность достигла 1800 кВт. Плутоний выделяли из блоков облученного уранового топлива с использованием дистанционного контроля и за толстыми защитными экранами. Первый блок был обработан для выделения плутония 20 декабря 1943 года, и к марту 1944 года было получено несколько граммов плутония. Эти большие количества плутония были важны и для получения ядерных данных по плутонию.
Следующим шагом на пути к производству и разделению плутония-239 было сооружение трех ядерных реакторов на Хэнфордеком объекте, которое было одобрено генералом Гроувсом почти сразу же после создания Металлургической лаборатории. Эти реакторы были предназначены для наработки плутония-239 в количестве, достаточном для производства ядерных зарядов. Эксплуатация первого реактора была начата в сентябре 1944 года, а к лету 1945 года уже эксплуатировались три реактора.
Третья задача Металлургической лаборатории - получение точных ядерных данных по плутонию-239 - была решена путем проведения экспериментов в Беркли и на новом секретном объекте
