Войти
Бак калютрона Alpha, снятый с магнита для извлечения урана-235 A calutron, представляет собой масс-спектрометр, изначально и используем для разделения изотопов из урана. Он был разработан Эрнестом Лоуренсом во время Манхэттенского проекта и был основан на его более раннем изобретении, циклотроне. Его название произошло от Циклотрона Калифорнийского университета, в честь учреждения Лоуренса, Калифорнийского университета, где он был изобретен. Калютроны использовались на заводе Y-12 по обогащению урана промышленного масштаба на Clinton Engineer Works в Ок-Ридж, Теннесси. Произведенный обогащенный уран был использован в Little Boy атомной бомбе, взорванной над Хиросимой 6 августа 1945 года.
Калютрон представляет собой тип секторного масс-спектрометра, прибор, в котором образец ионизируется, а затем ускоряется электрическими полями и отклоняется магнитные поля. В конечном итоге ионы оказываются пластиной и измеримый электрический ток. Изотопы меньше отклоняются магнитным полем, в результате чего пучок частиц разделяется на пучков по массе, ударяя по пластине в разных местах. Масса Ном может быть вычислена в соответствии с напряжённостью поля и зарядом первым. Во время Второй мировой войны калютроны были разработаны для этого принципа использования этого принципа для использования значительных количеств урана-235 высокой чистоты, используя небольшую разницу масс между изотопами урана.
Электромагнитная сепарация для обогащения урана была оставлена в послевоенный период в пользу более сложного, но более эффективного метода газовой диффузии. Большинство калютронов Манхэттенского проекта были демонтированы в конце войны, некоторые из них остались прежними для производства изотопно-обогащенных природных ресурсов для военных, научных и медицинских целей.
Новости об открытии ядерного деления немецкими химиками Отто Ганом и Фрицем Штрассманном в 1938 году, и его теоретическое объяснение Лиз Мейтнер и Отто Фриш было принесено в Соединенные Штаты Нильсом Бором. Основываясь на своей модели ядра жидкой капли, он предположил, что в первую очередь изотоп уран-235, а не более распространенный уран-238. для деления с тепловыми нейтронами. Чтобы проверить это Альфред О.К. Ниер из Университета Миннесоты использовал масс-спектрометр для получения микроскопического количества обогащения урана-235 в Апрель 1940 г. Джон Р. Даннинг, Аристид фон Гросс и Юджин Т. Бут смогли подтвердить, что Бор был прав. Лео Сцилард и Уолтер Зинн вскоре подтвердил, что за одно деление выделяется более одного нейтрона, что делает почти уверенным, что ядерная цепная реакция может быть инициирована, и, Следовательно, что развитие атомная бомба была теоретической используйте. Были разработаны первые проекты атомной бомбы , особенно среди ученых, которые были беженцами из нацистской Германии и других фашистских стран.
Диаграмма разделения изотопов урана в калютроне В Университета Бирмингема в Великобритании австралийский физик Марк Олифант назначил двух физиков-грузов - Отто Фриша и Рудольфа Пайерлса - задача исследования возможности создания атомной бомбы, по иронии судьбы, потому что их статус вражеских инопланетян не позволяет им работать над секретными проектами, такими как радар. В их меморандуме Фриша-Пайерлса от марта 1940 г. указывалось, что критическая масса урана-235 находится в пределах порядка 10 кг, что достаточно мало для на борту бомбардировщика дня. Британский комитет Мод затем единогласно рекомендовал меню атомной бомбы. Великобритания предложила предоставить Соединенным Штатам доступ к своим научным исследованиям, поэтому Миссия Тизарда Джон Кокрофт проинформировал американских ученых о британских разработках. Он обнаружил, что американский проект был меньше, чем британский, и не так далеко продвинулся.
Разочарованный Олифант прилетел в США, чтобы поговорить с американскими учеными. Среди них Эрнест Лоуренс из Радиационной лаборатории Калифорнийского университета в Радиационной лаборатории в Беркли. Двое мужчин познакомились до войны и были друзьями. Лоуренс был достаточно впечатлен, чтобы начать собственное исследование урана. Уран-235 составляет лишь около 0,72% природного урана, поэтому коэффициент разделения любого обогащения урана должен быть выше 1250 для получения 90% урана-235 из природного урана. Комитет Мод рекомендовал сделать это с помощью процесса газовой диффузии, но Олифант в 1934 году первым изобрелом другой метод: электромагнитное разделение. Это был процесс, который использовал Ниер.
Принцип электромагнитного разделения заключается в том, что заряженные ионы отклоняются магнитным полем, а более легкие отклонения сильнее, чем тяжелые. Причина, по которой Комитет разработал Мод, а затем и его американский аналог, Раздел S-1 Управления научных исследований и разработок (OSRD), отказались от электромагнитного метода, заключалась в том, что масс -спектрометр был способен разделять изотопы, он давал очень низкие выходы. Причиной тому было так называемое ограничение объемного заряда. Положительные ионы имеют положительный заряд, поэтому они имеют тенденцию отталкиваться друг от друга, что приводит к рассеянию луча. Опираясь на свой опыт точного управления пучками заряженных частиц из его работы над своим изобретением, циклотроном, Лоуренс подозревал, что молекулы воздуха в вакуумной камере нейтрализуют ионы, и создают сфокусированный луч. Олифант вдохновил Лоуренса преобразовать его старый 37-дюймовый (94 см) циклотрон в гигантский масс-спектрометр для разделения изотопов.
Фрэнк Оппенгеймер (в центре справа) и Роберт Торнтон (справа) изучить излучатель с четырьмя источниками для улучшенного калютрона Альфа. 37-дюймовый циклотрон в Беркли был использован демонтирован 24 ноября 1941 года, и его магнит был использован для создания первого калютрона. Его название произошло от Калифорнийского университета и циклотрона. Первоначально работа финансировалась Радиационной лаборатории за счет собственных ресурсов с грантом в размере 5000 долларов от Research Corporation. В декабре Лоуренс получил грант в размере 400 000 долларов от уранового комитета S-1. Калютрон состоял из источника самого в виде ящика с прорезью в нем и горячих нитей внутри. Тетрахлорид урана ионизировали нитью накала, затем пропускали через щель размером 0,04 на 2 дюйма (1,0 на 50,8 мм) в вакуумную камеру. Затем магнит использовали для отклонения ионного пучка на 180 °. Обогащенный и обедненный лучи поступали в коллекторы.
Когда калютрон был запущен 2 декабря 1941 года, всего за несколько дней до нападения японцев на Перл-Харбор, в результате которого оказались в мире Соединенных Штатов. Война, коллектор принял урановый пучок силой 5 микроампер (мкА). Предположение Лоуренса о влиянии молекулы воздуха в вакуумной камере подтвердилось. За девять часов 14 января 1942 года с пучком 50 мкА было получено 18 микрограммов (мкг) урана, обогащенного до 25% урана-235, что примерно в десять раз больше, чем произвел Ниер. Для февраля усовершенствования техники позволили генерировать луч 1400 мкА. В том же месяце образцы 75 мкг, обогащенные до 30%, были отправлены в Экшн-лабораторию Металлургическую лабораторию в Чикаго.
Другие исследователи также исследовали электромагнитное разделение изотопов. В Принстонском университете группа под руководством Генри Д. Смита и Роберта Р. Уилсона разработала устройство, известное как изотрон. Используя клистрон , они смогли разделить изотопы с помощью электричества высокого напряжения, а не магнетизма. Работа продолжалась до февраля 1943 года, когда ввиду большего успеха калютрона работы были прекращены, а бригада была переведена на другие должности. В Корнельском университете группа под руководством Ллойда П. Смита, в которую входили Уильям Э. Паркинс и А. Теодор Форрестер, изобрели радиальный магнитный сепаратор. Они были удивлены тем, что их лучи были более точными, чем ожидалось, и, как и Лоуренс, пришли к выводу, что это было результатом стабилизации воздуха в вакуумной лучевой камере. В феврале 1942 года их команда объединилась с командой Лоуренса в Беркли.
, несмотря на то, что процессал свою эффективность, все же потребовались большие усилия, прежде чем прототип можно было испытать в полевых условиях. Лоуренс собрал команду физиков для решения этих проблем, включая Дэвида Бома, Эдварда Кондона, Дональда Кукси, А. Теодора Форрестера, Ирвинга Ленгмюра, Кеннет Росс Маккензи, Фрэнк Оппенгеймер, Дж. Роберт Оппенгеймер, Уильям Э. Паркинс, Бернард Петерс и Джозеф Слепян. В ноябре 1943 года к ним присоединилась Британская миссия, защищаемая Олифантом, в которую входили австралийские физики Харри Мэсси и Эрик Бурхоп, а также британские физики, такие как Джоан Карран и Томас Аллибоун.
Блок разработки XAX в Ок-Ридже использовался для исследований, разработок и обучения. Лоуренс строил большой циклотрон в Беркли, один с 184-дюймовым (470 см) магнит. Он был преобразован в калютрон, который впервые был включен 26 мая 1942 года. Как и 37-дюймовая версия, он выглядел как гигантская буква C. Оператор сидел на открытом конце, откуда можно было регулировать температуру, положение электродов и даже заменять через воздушный шлюз во время его работы. Новый, более мощный калютрон использовался для обогащения урана, а для экспериментов с предоставленными источниками. Это означало наличие большего количества коллекторов, но увеличивало пропускную способность.
Проблема заключалась в том, что лучи мешали друг другу, создавая серию колебаний, называемых хэшированием. В сентябре 1942 года было разработано устройство, которое минимизировало интерференцию, в результате чего получались хорошие лучи. Роберт Оппенгеймер и Стэн Франкель изобрели магнитную прокладку, устройство, используемое для регулировки однородности магнитного поля. Это были листы шириной около 3 футов (1 м), которые были прикреплены болтами к верхней и нижней части вакуумного резервуара. Эффект прокладок заключался в небольшом увеличении магнитного поля таким образом, чтобы помочь сфокусировать ионный пучок. Работа над прокладками продолжалась до 1943 года. Основными патентами калютрона были методы и устройство для разделения материалов (Лоуренс), магнитные прокладки (Оппенгеймер и Франкель) и система Калютрона (Лоуренс).
Бурхоп и Бом позже изучал характеристики электрических разрядов в магнитных полях, известных как диффузия Бома. Их статьи ох плазмы в условиях магнитного удержания найдут применение в послевоенном мире при исследованиях ядерного синтеза. Другие технические проблемы были более приземленными, но не менее важными. Хотя лучи имели низкую интенсивность, они могли в течение многих часов работы все же расплавить коллекторы. Поэтому к коллекторам и облицовке резервуара была добавлена система водяного охлаждения. Были разработаны процедуры очистки «мусора», который сконденсировался внутри вакуумного резервуара. Особая проблема заключалась в блокировании щелей "грязью", из-за чего ионные пучки теряли фокус или полностью останавливались.
Химики должны найти способ получения количества тетрахлорида урана (UCl. 4) из оксида урана. (Ниер использовал бромид урана.) Первоначально они производили его, используя водород для восстановления триоксида урана (UO. 3) до диоксида урана (UO. 2), который был реагировал с четыреххлористым углеродом (CCl. 4) с тетрахлорида урана. Чарльз А. Краус который включал реакцию оксида в четыреххлористом углеродом при высокой температуре и давлении. В результате получили пентахлорид урана (UCl. 5) и фосген (COCl. 2). Хотя тетлорид урана далеко не так опасен, как гексафторид урана, использовался в процессе газовой диффузии, он гигроскопичен, поэтому работу с ним приходилось проводить в перчаточных боксах, которые сохраняли сухими с помощью пятиокиси фосфора (P. 4O. 10). Присутствие фосгена, смертельного газа, требование от химиков использования противогазов при работе с ним.
Из 19,6 миллиона долларов, потраченных на исследования и разработки электромагнитного процесса, были потрачены в лаборатории 18 миллионов долларов (92 процента). Радиационная лаборатория в Беркли и дальнейшие работы, проводимые в Универсальном Брауна, Универсальном Джона Хопкинса и Универсальном Пердью, а также корпорацией Теннесси Истман.. В 1943 году акцент сместился с исследованиями на разработке, инжиниринг и обучение рабочих для эксплуатации производственных мощностей на Clinton Engineer Works в Ок-Ридж, штатнесси. К середине 1944 года в Радиационной лаборатории работало около 1200 человек.
Значительный прогресс в области электромагнитных процессов можно отнести к стилю руководства Лоуренса. Его смелость, оптимизм и энтузиазм были заразительны. Его сотрудники работали долгие часы, а администраторы Калифорнийского университета преодолевали бюрократизм, несмотря на то, что не знали, о чем идет речь. Правительственные чиновники начали рассматривать атомных бомб, чтобы вовремя повлиять на исход войны, как реальную возможность. Ванневар Буш, директор OSRD, который курировал проект, посетил Беркли в феврале 1942 года и нашел там атмосферу «стимулирующей» и «освежающей». 9 марта 1942 года он сообщил президенту Франклину Д. Рузвельту, что к середине 1943 года, возможно, удастся достаточно материала для бомбы, исходя из новых оценок Роберта Оппенгеймера, согласно критической массы чистого урана-235 составляющего от 2,0 до 2,5 кг.
Панели управления и операторы калютронов на заводе Y-12 в Ок-Ридже. Операторы, в основном женщины, работали посменно по 24 часа в сутки. Эксперименты с 184-дюймовым магнитом привели к созданию прототипа калютрона, названного XA. Он содержится в прямоугольном магнитном с тремя катушками с горизонтальным полем, в котором имеются резервуары калютрона, которые могут стоять внутри бокса, с четырьмя вакуумными резервуарами, каждый с двойным устройством. На исполнительного комитета S-1 25 июня 1942 года, который 19 июня заменил Комитет по урану S-1, было предложение построить электромагнитную установку в Ок-Ридже, где находится другой Манхэттенский проект <58.>Объекты будут размещены из соображений экономии и безопасности. Лоуренс подал возражение из-за своего желания link электромагнитной сепарации намного ближе к Беркли. Дамба Шаста в Калифорнии оставалась на рассмотрении для строительства электромагнитной установки до сентября 1942 года, когда Лоуренс снял свои возражения. Встреча 25 июня также назначила Stone Webster в качестве основного подрядчика по проектированию и проектированию.
Армия взяла на себя ответственность за Манхэттенский проект 17 сентября 1942 года вместе с бригадным генералом. Лесли Р. Гровс-младший в качестве директора, хотя армия официально не принимала контракты с Калифорнийским университетом от ОСРД до 1 мая 1943 года. Майор Томас Т. Креншоу-младший., Стал инженером в Калифорнии в августе 1942 года, а его помощником стал капитан Гарольд А. Фидлер, который вскоре заменил его. Креншоу основал свой офис в лаборатории Доннера Калифорнийского университета. В сентябре 1942 года Исполнительный комитет S-1 рекомендовал построить пилотную установку из пяти танков вместе с секцией из 200 танков на заводе.
С октября 1942 года по ноябрь 1943 года Гровс ежемесячно посещал Радиационная лаборатория в Беркли. Отчеты показали, что по сравнению с альтернативой газодиффузионной установки или плутониевого ядерного реактора , электромагнитная установка займет больше времени и потребует больше дефицитных материалов для строительства и потребует больше рабочей силы. и больше электричества для работы. Таким образом, стоимость килограмма делящегося материала будет намного выше. С другой стороны, хотя альтернативные процессы все еще сталкиваются со значительными техническими препятствиями, электромагнитный процесс доказал свою эффективность и может быть построен поэтапно, чтобы немедленно начать производство делящегося материала. Гровс отменил пилотный завод 14 ноября в пользу немедленного перехода к производственному.
Радиационная лаборатория передала предварительные проекты производственного завода компании Stone Webster до конца года, но одно важное вопрос остался неурегулированным. Оппенгеймер утверждал, что оружейный уран должен состоять на 90% из урана-235. Эдвард Лофгрен и Мартин Камен считали, что этого нельзя достичь без второго этапа обогащения. Эти две стадии стали называться альфа и бета. В марте 1943 года Гровс одобрил строительство пяти ипподромов Alpha и двух Beta. В сентябре он авторизовал еще четыре ипподрома Alpha, которые стали известны как Alpha II, а также еще два ипподрома Beta для обработки их продукции.
Электромагнитная установка Y-12 Строительство Электромагнитная установка в Ок-Ридже под кодовым названием Y-12 была открыта 18 февраля 1943 года. В конечном итоге объект будет включать девять основных производственных зданий и 200 других сооружений, занимающих почти 80 акров (32 га) площади. Участок площадью 825 акров (334 га) в долине Бэар-Крик к юго-западу от поселка Ок-Ридж был выбран в надежде, что на окружающих линиях хребта может произойти крупный взрыв или ядерная авария. Проблемы с основанием потребовали, чтобы земляные бригады выполнили больше взрывных работ и земляных работ, чтобы обеспечить адекватный фундамент для тяжелой техники на объектах.
Заливка материалов и материалов всех видов: 2157 вагонов с электрооборудованием, 1219 тяжелых оборудования, 5 389 пиломатериалов, 1 407 труб и фасонных частей, 1 188 единиц стали, 257 клапанов и 11 сварочных электродов. Ипподромы потребовали 85 000 электронных ламп. Там, где это было возможно, использовались стандартные компоненты, но слишком многие компоненты калютронов были уникальными. Были созданы два отдела закупок: один в Бостоне, недалеко от Стоун и Вебстер, для оборудования производственных помещений, а другой в Ок-Ридж, для строительных материалов.
Главный инженер округа Манхэттен, полковник Джеймс К. Маршалл и его заместитель, подполковник Кеннет Д. Николс обнаружили, что процесс электромагнитного разделения изотопов потребует 5000 коротких тонн (4500 тонн) медь, которой катастрофически не хватало. Однако они поняли, что серебро можно заменить в соотношении 11:10. 3 августа 1942 года Николс встретился с заместителем министра финансов, Дэниелом У. Беллом и попросил передать серебряные слитки из депозитария слитков в Вест-Пойнте. Позже Николс вспомнил этот разговор:
Онобъяснил качества серебра и спросил: «Сколько вам нужно?» Я ответил: «Шесть тысяч тонн». «Сколько это тройских унций ?» - спросил он. На самом деле я не знал, как преобразовать тонны в тройские унции, и он тоже. Немного нетерпеливый, я ответил: «Я не знаю. сколько тройских унций нам нужно, но я знаю, что мне нужно шесть тысяч тонн - это определенное количество. Какая разница, как мы выражаем количество? Он довольно возмущенно ответил: «Молодой человек, вы можете думать о серебре в тоннах, но Казначейство всегда будет думать о серебре в тройских унциях».
В конце концов, 14 700 коротких тонн (13 300 тонн; 430 000 000 тройских унций) серебра на сумму более 1 миллиарда долларов. Николс должен быть ежемесячно финансовую отчетность. Серебряные слитки весом 1000 тройских унций (31 кг) были доставлены под охрану оборонного завода. Corporation в Картерет, штат Нью-Джерси, где они были отлиты в цилиндрические заготовки, а затем в Phelps Dodge в Бейуэй, штат Нью-Джерси, где они были экструдированы в полосы толщиной 0,625 дюйма (15,9 мм), 3 дюйма (7,6 см) в ширину и 40 футов (12 м) в длину. Около 258 вагонов были отправлены под охраной по железной дороге в Эллис-Чалмерс в Милуоки, штат Висконсин., где они были намотаны на магнитные катушки и запаяны в сварные кожухи. Наконец, они были доставлены на неохраняемые платформы на инженерный завод Клинтона. д. Для обращения с серебром были введены специальные процедуры. Когда приходилось просверливать в нем отверстия, они делали это поверх бумаги, чтобы можно было собрать опилки. После войны все оборудование было разобрано и очищено, а половицы механизма были разорваны и сожжены, чтобы получить незначительное количество серебра. В итоге была потеряна только 1 / 3,600,000-я. В мае 1970 года последние 67 коротких тонн (61 тонна; 2 000 000 тройских унций) серебра были заменены медью и возвращены в Казначейство.
Ипподром Alpha I. Калютроны расположены вокруг кольца. Ипподром XAX с двумя баками и тремя катушками был готов для обучения рабочих в августе 1943 года. Ошибки были обнаружены, но не стали активно преследоваться. Первое технологическое здание Alpha, 9201-1, было завершено 1 ноября 1943 года. Когда первая гоночная трасса была запущена для испытаний по графику в ноябре, 14-тонные вакуумные баки выскользнули из центровки на целых 3 дюйма (8 см).) из-за силы магнитов, и их нужно было закрепить более надежно. Более серьезная проблема возникла, когда магнитные катушки начали закорачиваться. В декабре Гроувс приказал сломать магнит, и внутри были обнаружены пригоршни ржавчины. Влага тоже была проблемой сама по себе, как и слишком тугая намотка провода. Гровс приказал снести ипподромы, а магниты отправить обратно на завод для очистки и перемотки. Для предотвращения повторения этих проблем были введены жесткие стандарты подготовки и чистоты.
В ноябре 1943 года обучение на треках Beta было перенесено с XAX на тренировочную и развивающую гоночную трассу XBX. Январь 1944 года. Первый ипподром Beta, а также третий и первый треки Alpha, которые сейчас отремонтированы, вступили в строй в марте 1944 года, четвертый трек Alpha - в апреле 1944 года. Третье здание, 9201-3, содержало пятый ипподром, в который были внесены некоторые изменения. и была известна как Альфа I ⁄ 2. Он был введен в эксплуатацию 3 июня 1944 года. Работы над химическими корпусами Alpha и Beta, 9202 и 9203, начались в феврале 1943 года и были завершены в сентябре. Работа над технологическим зданием Бета, 9204-1, началась в мае 1943 года и была готова к работе 13 марта 1944 года, но не была завершена до сентября 1944 года.
Гроувс санкционировал Alpha II в сентябре 1943 года. двух новых производственных зданий Alpha, 9201-4 и 9201-5, еще одного Beta, 9204-2, пристройки к химическому зданию Alpha, и нового химического здания Beta, 9206. Когда 9206 открылся, старое здание химии Beta, 9203, был преобразован в лабораторию. 2 ноября 1943 года начались работы над новыми производственными корпусами Alpha II; первая гоночная трасса построена в июле 1944 года, и все были введены в эксплуатацию до 1 октября 1944 года. Беговые дорожки Alpha II имели линейную компоновку, а не овальную, хотя их все еще называли беговыми дорожками. Всего было 864 калютрона Альфа, используя на девяти ипподромах из 96. На каждом ипподроме них было только 36 калютронов, всего 288 калютронов, хотя только 216 из когда-либо работали.
Работа над новым технологическим зданием Beta началось 20 октября 1943 года. Установка оборудования началась 1 апреля 1944 года, и оно было готово к использованию 10 сентября 1944 года. Третье технологическое здание Бета, 9204-3, было авторизовано в мае 1944 года для обработки продукции газодиффузионная установка К-25. Он был завершен 15 мая 1945 года. Четвертое технологическое здание Бета, 9204-4, было санкционировано 2 апреля 1945 года и было завершено к 1 декабря 1945 года. В июне 1944 года была начата строительство группы химических зданий Альфа, известная как группа 9207. Но работы были остановлены в июне 1945 года до того, как они были завершены. Наряду с приведенными зданиями здесь были офисы, мастерские, склады и другие постройки. Были две паровые станции для отопления и электростанция для производства электроэнергии.
Ипподром Бета. Эти беговые дорожки второй ступени были меньше, чем ипподромы Alpha, и содержали меньше технологических бункеров. Обратите внимание, что овальная форма беговой дорожки Alpha I оставлена для простоты обслуживания. Гоночные трассы Alpha представляют собой 24-кратное увеличение калютрона XA, вмещавшего 96 танков калютрона Alpha. Калютроны стояли вертикально и располагались друг напротив друга парами внутренних и внешних механизмов. Чтобы свести к минимуму магнитные потери и снизить расход стали, узел был изогнут в овальную форму, которая образовала замкнутую магнитную петлю длиной 122 фута (37 м), шириной 77 футов (23 м) и высотой 15 футов (4,6 м). в виде беговой дорожки; отсюда и название. Два здания Альфы I, 9201-1 и 9201-2, в которых находились по две беговых дорожки, из которых только одна в Альфе I ⁄ 2, 9201-3. Беговые дорожки Beta были меньше, линейны по форме и оптимизированы для извлечения, а не для производства, с 36 бункерами вместо 96. Четыре гоночных трека Alpha II также имели линейную конфигурацию. В них было внесено множество улучшений. У них также были улучшенные магниты и вакуумные системы.
Теннесси Истман был нанят для управления Y-12 на основе обычных затрат плюс фиксированная плата, с платой в 22 500 в месяц плюс 7500 долларов за гоночную трассу для первых семи гоночных треков и 4000 долларов за дополнительную гоночную трассу. Рабочие были наняты в районе Ноксвилля. Тип новобранцем была молодая женщина, недавно окончившая местную среднюю школу. Изначально обучение проводилось в Университета Теннесси. С апреля по сентябрь 1943 года обучение было переведено в Беркли, где оно проводилось на калютроне XA и модели беговой дорожки Альфа в масштабе 1:16, а в Ок-Ридж, когда стал доступен калютрон XAX. После того, как все калютроны Alpha II будут доступны, потребуется около 2500 операторов. Штат Теннесси Истман в Y-12 увеличился с 10 000 в середине 1944 года до 22 482 в августе 1945 года. По соображениям безопасности стажеры не были проинформированы о назначении оборудования, которому их учили.
Калютроны изначально эксплуатировались учеными из Беркли для устранения ошибок и достижения разумной скорости работы. Затем операторы Tennessee Eastman взяли верх. Николс сравнил производственные данные данные и указанные Лоуренсу, молодые «деревенские» девушки-операторы превосходили его докторскую степень. Они согласились на производственную гонку, и Лоуренс проиграл, что повысило моральный дух «Calutron Girls » (в то время называемых «Операторами в кабине») и их начальников. Женщин обучали как солдат, чтобы не рассуждать, как «ученые не могли удержаться от трудоемкого расследования причины даже незначительных колебаний циферблатов».
Ипподром Альфа II. Таких было четыре. На какое-то время калютроны пострадали от серии изнурительных поломок и отказов оборудования, усугубленных нехваткой запчастей. Надежды на то, что беговые дорожки Alpha II будут более надежными, вскоре угасли, поскольку они страдали от отказов изолятора. Эти проблемы постепенно преодолевались. Первые поставки обогащенного урана в лабораторию Лос-Аламоса Манхэттенского проекта были осуществлены в марте 1944 г. и состояли из продукта Alpha, обогащенного до 13-15% урана-235. Хотя он не использовался в бомбе, он срочно требовался для экспериментов с обогащением ураном. Последняя партия продукции «Альфа» была осуществлена 11 мая 1944 года. 7 июня 1944 года Y-12 произвела первую поставку продукта оружейного качества Бета с обогащением до 89% урана-235.
Основная проблема заключалась в потере исходного материала и продукта. Только 1 часть из 5 825 материалов стала готовой продукцией. Около 90 процентов было разбрызгано на бутыли с кормом или вакуумные резервуары. Проблема стояла особенно остро с обогащенным кормом калютронов Beta. Были приложены огромные усилия для извлечения продукта, включая электрические футеровки, приемников для извлечения содержащихся в них урана. Несмотря ни на что, было потеряно около 17,4% продукта Альфа и 5,4% продукта Бета. Фрэнк Спеддинг из Лаборатории Эймса Манхэттенского проекта и Филип Бакстер из Британской миссии были посланы советовать по поводу усовершенствований методов восстановления. Смерть рабочего от воздействия фосгена также подтолкнула к поиску более безопасного производственного процесса.
В феврале 1945 года обогащенный 1,4-процентный уран-235 исходный материал начал поступать из жидкого теплового потока S-50. диффузионный завод. Отгрузки продукции из С-50 были прекращены в апреле. Продукт С-50 вместо него подавали в К-25. В марте 1945 года Y-12 начал получать корм, обогащенный до 5 процентов от K-25. Продукция этих установок представляет собой гексафторид урана (UF. 6). Он был преобразован в триоксид урана, который затем пошел в обычный процесс для преобразования в тетрахлорид урана. 5 августа 1945 года К-25 начал кормление кормом до 23 процентов, достаточный для подачи прямо на беговые дорожки Бета. Оставшийся альфа-продукт загружали в К-25. К сентябрю 1945 года калютроны произвели 88 килограммов продукта со средним обогащением 84,5 процента, а беговые дорожки Бета - еще 953 килограмма с обогащением 95 процентов к концу года. Обогащенный уран из калютронов стал делящимся компонентом атомной бомбы Little Boy, использованной при атомной бомбардировке Хиросимы в августе 1945 года.
| Сайт | Стоимость (1946 долларов США) | Стоимость (2019 долларов США) | % от общей суммы |
|---|---|---|---|
| Строительство | 304 миллиона долларов | 3,98 миллиарда долларов | 53% |
| Операции | 240 миллионов долларов | 3,15 миллиарда долларов | 41,9% |
| Исследования | 19,6 млн долларов | 258 млн долларов | 3,4% |
| Дизайн | 6,63 млн долларов | 86,9 млн долларов | 1,2% |
| Программа Silver | 2,48 млн долларов | 32,5 млн долларов | 0,4% |
| Итого | 573 млн долларов | 7,51 миллиарда долларов |
После окончания войны «Альфа-гусеницы» начали приостанавливать операции 4 сентября 1945 года и полностью прекратили работу 22 сентября. Две последние гусеницы Бета были запущены в полную эксплуатацию в ноябре и декабре 1945 года, перерабатывая сырье от К-25 и новой газодиффузионной установки К-27. К маю 1946 года исследования показали, что газодиффузионные установки могут полностью обогатить уран сами по себе, не создавая случайно критической массы. После того, как судебное разбирательство показало, что это так, в декабре 1946 года Гроувс приказал закрыть все, кроме одного бета-трека.
Общая стоимость электромагнитного проекта до завершения Манхэттенского проекта 31 декабря 1946 года составила 673 доллара. млн (что эквивалентно 8,82 млрд долларов в 2019 году).
Персонал на Y-12 упал с пика военного времени в 22 482 21 августа 1945 года до менее 1700 в 1949 году. калютроны были удалены и разобраны, за исключением тренировочных треков XAX и XBX в Здании 9731 и беговых треков Beta 3 в Здании 9204–3. В 1947 году Юджин Вигнер, директор Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL), попросил Комиссию по атомной энергии разрешить использование бета-калютронов для производства изотопы для физических экспериментов. Было получено разрешение, и был произведен широкий спектр изотопов. Литий-6 из Бета-калютронов был использован для исследования термоядерного оружия. Многие другие изотопы использовались в мирных научных и медицинских целях. Беговые дорожки Beta 3 были переданы ORNL в марте 1950 года. К середине 1950-х годов калютроны Beta произвели в большом количестве все встречающиеся в природе стабильные изотопы, за исключением осмия, производство которого пришлось ждать до апреля 1960 года. Калютроны продолжали производить изотопы до 1998 года. По состоянию на 2015 год они все еще находятся в режиме ожидания.
Как и Соединенные Штаты, Советский Союз (СССР) проводил исследования по технологиям множественного обогащения. для проекта советской атомной бомбы. В 1946 году был проведен пробный электромагнитный процесс с калютроном с использованием магнита, привезенного из Германии. В 1946 году на Свердловск-45 была выбрана площадка для установки электромагнитной установки. Пилотная установка, известная как Завод 418, была завершена в 1948 году. Была разработана более эффективная конструкция, в которой пучки частиц изгибались на 225 градусов. ° вместо 180 °, как в американском калютроне. Он использовался для завершения процесса обогащения урана после того, как возникли технические трудности с процессом газовой диффузии. Уран с обогащением около 40 процентов по урану-235 был доставлен в Свердловск-45 для окончательного обогащения от 92 до 98 процентов. После того, как в 1950 году были решены проблемы с процессом газовой диффузии, было решено не создавать полномасштабную электромагнитную установку. По состоянию на 2009 год он продолжает работать. В 1969 году на Арзамас-16 был построен исследовательский калютрон, известный как S-2, для высокоэффективного разделения изотопов тяжелых элементов, таких как плутон.
В 1945 году Британский проект атомной бомбы построил калютрон на 180 °, похожий по конструкции на американский бета-калютрон, в Исследовательском центре атомной энергии в Харвелле, Оксфордшир. Благодаря успеху газодиффузионной установки в Capenhurst, в Великобритании не проводилось электромагнитное разделение, и калютрон использовался для разделения изотопов для исследований. Конструкция на 180 ° не подходила для этой цели, поэтому Харвелл построил калютрон на 90 °, HERMES, «Электромагнитный сепаратор тяжелых элементов и радиоактивных материалов». Он был вдохновлен французскими сепараторами SIDONIE и PARIS из Лаборатории Рене Берна из Парижского университета IX в Орсе и ПАРСИФАЛЬ в военной исследовательской лаборатории Комиссариата по атомной энергии и альтернативным источником энергии в Брюйер-ле-Шатель. Израиль, Япония и Франция также построили несколько исследовательских калютронов, в том числе сепараторы SOLIS и MEIRA в Центре ядерных исследований Soreq. Существует также CERN On-Line Detector изотопный сепаратор (ISOLDE), который был построен в 1967 году. Четыре исследовательских и производственных калютрона были созданы в Китайском институте атомной энергии в Пекине. идентичной конструкции с советскими в начале 1960-х годов. Калютрон в Институте ядерной физики Саха в Бидхан Нагар в Индии был использован для производства плутония для первого ядерного испытания в Индии 18 мая 1974 года.
После 1990–91 войны в Персидском заливе, ЮНСКОМ определила, что Ирак проводил калютронную программу по обогащению урана. Иракел плазменный процесс более современным, экономичным и эффективным методам обогащения, потому что калютроны проще построить, с использованием меньших технических средств. На момент открытия Ирак, по оценкам, находился на расстоянии или трех лет от достаточного количества материала для ядерного оружия. Программа была разрушена в войне в Персидском заливе. Следовательно, Группа ядерных поставщиков добавила оборудование для электромагнитного разделения в свои руководящие принципы по передаче оборудования, материалов и технологий двойного назначения, связанных с ядерной областью.
СМИ, связанные с Calutron на Wikimedia Commons