Войти
Завод U в Хэнфорде был третьим каньоном для переработки плутония, построенным на Хэнфордском участке. Поскольку заводы B и T могли перерабатывать достаточное количество плутония, они превратились в учебный центр. висмут-фосфатный процесс использовался для извлечения плутония из облученного урана, взятого из ядерные реакторы. Он был разработан во время Второй мировой войны Стэнли Дж. Томпсоном, химиком, работавшим в Манхэттенском проекте в Калифорнийском университете в Беркли. Этот процесс использовался для производства плутония на Хэнфордской площадке. Плутоний был использован в атомной бомбе, которая использовалась при атомной бомбардировке Нагасаки в августе 1945 года. В 1950-х годах этот процесс был заменен REDOX и PUREX процессы.
Во время Второй мировой войны, Allied Манхэттенский проект попытался разработать первые атомные бомбы. Один из методов заключался в создании бомбы с использованием плутония, который был впервые произведен путем бомбардировки урана дейтроном в 60-дюймовом (150 см) циклотроне. в Радиационной лаборатории Беркли в Калифорнийском университете в Беркли. Он был выделен 14 декабря 1940 г. и химически идентифицирован 23 февраля 1941 г. Гленном Т. Сиборгом, Эдвином Макмилланом, Джозефом В. Кеннеди и Артур Валь. Считалось, что плутоний-239 будет делящимся, как уран-235 и пригодным для использования в атомной бомбе.
Плутоний может быть произведен путем облучения урана-238 в ядерном реакторе, хотя никто еще не построил его. Это не было проблемой для химиков Манхэттенского проекта; их задача заключалась в разработке крупномасштабного процесса разделения продуктов деления, некоторые из которых были опасно радиоактивными; уран, химия которого была малоизвестна; и плутоний, о химическом составе которого почти ничего не было известно и который сначала был доступен только в микроскопических количествах.
Были использованы четыре метода разделения. Сиборг выполнил первое успешное разделение взвешенного количества плутония в августе 1942 года, используя процесс с участием фторида лантана. Айседор Перлман и Уильям Дж. Нокс-младший изучили разделение пероксида потому что большинство элементов образуют растворимые пероксиды в нейтральном или кислотном растворе. Вскоре они обнаружили, что плутоний был исключением. После продолжительных экспериментов они обнаружили, что могут осаждать его, добавляя перекись водорода к разбавленному раствору уранилнитрата. Затем они смогли запустить процесс, но он произвел тонны осадка, тогда как процесс с фторидом лантана дал бы килограммы.
Джон Э. Уиллард попробовал альтернативный подход, основанный на том факте, что некоторые силикаты поглощали плутоний. легче, чем другие элементы; Было обнаружено, что это работает, но с низкой эффективностью. Теодор Т. Магель и Дэниел К. Кошланд-младший исследовали процессы экстракции растворителем, а Харрисон Браун и Орвилл Ф. Хилл экспериментировали с разделением, используя реакции летучести, основанные на том, как уран может легко улетучиваться с помощью фтор. Они и другие химики из Радиационной лаборатории Манхэттенского проекта в Калифорнийском университете, Металлургической лаборатории в Чикагском университете и Лаборатории Эймса в штате Айова. Колледж, занимался химией плутония. Важнейшим открытием было то, что плутоний имел два состояния окисления: четырехвалентное (+4) состояние и шестивалентное (+6) состояние. с различными химическими свойствами.
Процесс фторида лантана стал предпочтительным методом для использования на полузаводах по разделению плутония Манхэттенского проекта на Инженерном заводе Клинтона и на производственных объектах в Хэнфордский участок, но дальнейшая работа с процессом выявила трудности. Требовалось большое количество фтороводорода, которое разъедало оборудование, и Чарльз М. Купер из DuPont, который отвечал за проектирование и строительство объектов, начал испытывать проблемы со стабилизацией плутоний в его шестивалентном состоянии в растворе фторида. Также были трудности с извлечением осадка с помощью фильтрации или центрифугирования.
. Пока инженеры-химики работали над этими проблемами, Сиборг спросил Стэнли Г. Томпсона, коллегу из Беркли., чтобы изучить возможность фосфатного процесса. Было известно, что фосфаты многих тяжелых металлов не растворимы в кислых растворах. Томпсон безуспешно пробовал фосфаты тория, урана, церия, ниобия и циркония. Он не ожидал, что фосфат висмута (BiPO. 4) будет работать лучше, но когда он попробовал его 19 декабря 1942 года, он с удивлением обнаружил, что 98 процентов плутония содержится в растворе. Фосфат висмута был похож по своей кристаллической структуре на фосфат плутония, и этот процесс стал известен как процесс фосфата висмута. Купер и Беррис Б. Каннингем смогли воспроизвести результаты Томпсона, и процесс фосфата висмута был принят в качестве запасного варианта на случай, если фторид лантана не сможет работать. Процессы были аналогичными, и оборудование, используемое для фторида лантана, могло быть адаптировано для использования с процессом фосфата висмута Томпсона. В мае 1943 года инженеры DuPont решили внедрить процесс фосфата висмута для использования на полузаводе Клинтона и производственной площадке в Хэнфорде.
Завод T был первым заводом по выделению плутония. Он получил прозвище «Королева Мэри» за его сходство с океанским лайнером. Процесс фосфата висмута включал извлечение облученных урановых топливных пробок и удаление с них алюминиевой оболочки. Поскольку внутри находились высокорадиоактивные продукты деления, это нужно было делать удаленно, за толстой бетонной преградой. Это было сделано в «Каньонах» (здания B и T) в Хэнфорде. Загрязнения выливали в кипящий гидроксид натрия, к которому был добавлен нитрат натрия. После снятия алюминиевых рубашек в диссольвер было загружено около трех тонн незакрытых пробок. Азотная кислота была добавлена для растворения примерно одной тонны за раз.
Второй этап заключался в отделении плутония от урана и продуктов деления. Добавляли нитрат висмута и фосфорную кислоту, получая фосфат висмута, который осаждали, унося с собой плутоний. Это было очень похоже на процесс с фторидом лантана, в котором фторид лантана использовался в качестве носителя. Осадок удаляли из раствора с помощью центрифуги, а жидкость сливали как отходы. Избавление от продуктов деления уменьшило гамма-излучение на 90 процентов. Осадок представлял собой плутонийсодержащий осадок, который помещали в другой резервуар и растворяли в азотной кислоте. висмутат натрия или перманганат калия добавляли для окисления плутония. Плутоний будет переноситься фосфатом висмута в четырехвалентном состоянии, но не в шестивалентном состоянии. Затем фосфат висмута будет осаждаться в виде побочного продукта, оставляя плутоний в растворе.
Затем этот этап повторяли на третьем этапе. Плутоний снова восстанавливали путем добавления сульфата двухвалентного аммония. Добавляли нитрат висмута и фосфорную кислоту и осаждали фосфат висмута. Его растворяли в азотной кислоте и осаждали фосфат висмута. Этот шаг привел к уменьшению гамма-излучения еще на четыре порядка, так что плутонийсодержащий раствор теперь имел 100000-ю от исходного гамма-излучения. Раствор плутония перемещался из 224 зданий в 221 здание по подземным трубам. На четвертой стадии добавляли фосфорную кислоту, и фосфат висмута осаждали и удаляли; Перманганат калия был добавлен для окисления плутония.
На «переходной» стадии использовался процесс с фторидом лантана. Снова добавляли соли лантана и фтористый водород, и фторид лантана выпадал в осадок, в то время как шестивалентный плутоний оставляли в растворе. Это удалило лантаноиды, такие как церий, стронций и лантан, чего не мог сделать фосфат висмута. Плутоний снова восстанавливали щавелевой кислотой и повторяли процесс фторида лантана. На этот раз гидроксид калия был добавлен для метатезизации раствора. Жидкость удаляли на центрифуге, а твердое вещество растворяли в азотной кислоте с образованием нитрата плутония. На этом этапе отправленная партия объемом 330 галлонов США (1200 л) должна была быть сконцентрирована до 8 галлонов США (30 л).
Последний этап был выполнен в здании 231-Z, где производился водород. к раствору добавляли перекись, сульфаты и нитрат аммония, и шестивалентный плутоний осаждали в виде пероксида плутония. Его растворяли в азотной кислоте и помещали в транспортные емкости, которые кипятили на горячем воздухе для получения пасты из нитрата плутония. Каждая банка весила около 1 кг и была отправлена в лабораторию Лос-Аламоса. Поставки осуществлялись на грузовике с двадцатью банками, и первый прибыл в Лос-Аламос 2 февраля 1945 года. Плутоний использовался в конструкции бомбы Толстяк, испытанной в ходе ядерных испытаний Тринити на 16 июля 1945 г. и бомбардировки Нагасаки 9 августа 1945 года.
В 1947 году в Хэнфорде начались эксперименты по новому процессу РЕДОКС, который был более эффективный. Строительство нового завода REDOX началось в 1949 году, а работа началась в январе 1952 года, завод B закрылся в том же году. Усовершенствования завода T привели к увеличению производительности на 30 процентов, а завод B. Были планы возобновить работу завода B, но новый завод PUREX, открывшийся в январе 1956 года, был настолько эффективным, что завод T был закрыт в марте 1956 года, а от планов возобновления работы завода B отказались. К 1960 году объем производства на заводе PUREX превзошел комбинированный выпуск заводов B и T и завода REDOX.
