Чикагская поленница - первый искусственный ядерный реактор

Автор:
NikoniX
Печать
дата:
7 марта 2019 00:03
Просмотров:
1077
Комментариев:
2
Войны часто двигают прогресс, причем важные открытия совершаются не только в чисто военных областях, но и в смежных с ними. О том, что города будут подвергнуты атомным бомбардировкам еще в 1914 году писал Герберт Уэллс, но это было не более чем предвидение гениального фантаста.

Чикагская поленница - первый искусственный ядерный реактор

Источник изображения: atomicheritage.org




Однако уже в 30-е годы XX века в мире науки начали раздаваться голоса физиков, которые приводили расчеты о возможности создания сверхоружия на основе деления атомов урана или плутония. В Германии над проблемой деления атомов урана работали физики под управлением Вернера Гейзенберга, а в США собралось целое созвездие ученых, бежавших от фашистских режимов многих стран. Среди них такие личности как: итальянец Энрике Ферми, бежавший из Германии Альберт Эйнштейн, из Венгрии бежал Лео Силард, из Дании прибыл Нильс Бор.

С чего все началось..

Перед Второй мировой войной ученые были уверены в возможности создания ядерной бомбы, но общего мнения в направлении работ над созданием оружия у ученых не было. Перспективными линиями в создании бомбы полагались обогащение природного урана 235 и превращение урана 238 в плутоний 239 путем облучения первых нейтронами. Определиться, каким путем идти, собравшиеся в Соединенных Штатах специалисты не смогли, решено было параллельно двигаться в обоих направлениях.

Чтобы получать не существующий в природе оружейный плутоний требовалось создать управляемую самоподдерживающуюся цепную реакцию. В 1939 году Лео Силард совместно с Энрике Ферми высказал предположение, что возможно получить плутоний, если уран поместить в матрицу с замедлителем нейтронов. При распаде урана из его ядра вылетают свободные нейтроны. Однако их скорость (кинетическая энергия) слишком высока, чтобы вызвать цепную реакцию. Добиться нужного эффекта можно, если быстрые нейтроны замедлить путем столкновения с атомами легких материалов. Идеальным замедлителем оказался графит.

Чикагская поленница - первый искусственный ядерный реактор

Команда ученых, работавших над созданием первого в мире искусственного ядерного реактора.


В 1941 году в университете Чикаго была создана лаборатория для изучения свойств урана и методов его обогащения. Из соображений секретности лаборатория получила наименование "Металлургическая", главой ее стал известный американский физик Артур Комптон, должность руководителя экспериментальной группы досталась Энрике Ферми. Специалистам сопутствовал успех, и к ноябрю 1942 года металлического урана было наработано столько, что появилась возможность создать первый на планете атомный реактор.

Чикагская поленница

По мере наработки ядерного топлива было решено переходить к постройке самого реактора. В качестве материала деления использовался металлический уран массой 5.6 тонны, а также 2 вида оксидов этого металла - U3O8 примерно 3,7 тонны и около 33 тонн UO2. 350 тонн графита представляли собой замедлитель.

Чикагская поленница - первый искусственный ядерный реактор

Строительство первого атомного реактора. Источник изображения: atomicheritage.org


Работы по созданию реактора начались в ноябре 1942 года. В центре активной зоны разместили металлический уран (его было мало и приходилось как можно эффективнее использовать). Затем начали выкладывать поочередно графитовые бруски, каждый второй из них был полым, в эту пустоту закладывали ядерное топливо. Получилась кубическая решетка топливных блоков с шагом примерно 21 сантиметр. Поначалу планировалось создать активную зону в виде сферы с диаметром в 7,4 метра. Уже в процессе работы над активной зоной стало понятно, что хватит 6 метров высоты. Так что сфера получилась сплюснутая сверху. По внешнему виду сооружение больше всего напоминало уложенную поленницу дров, откуда и получила свое название.

Чикагская поленница - первый искусственный ядерный реактор

Чикагская поленница-1. Источник изображения:sciencesource.com


Системы защиты активной зоны просто не было. Охлаждать реактор в случае раскаленности его ядра планировалось поливанием водой из обычных шлангов. Для регулирования процесса цепной реакции были предусмотрены поглощающие нейтроны стержни, сделанные из бористой стали и кадмия. Для приведения реактора в рабочее состояние имелся стержень, доставаемый вручную. Для аварийной заглушки реактора по его центру был подвешен на веревке еще один стержень, в случае опасности веревку следовало перерубить топором. Никакой защиты от радиации для персонала не предусматривалось.

Первая цепная реакция

1 декабря 1942 года в конце рабочего дня контрольные замеры показали, что размер активной зоны приближается к необходимому для проведения цепной реакции.

Чикагская поленница - первый искусственный ядерный реактор

Картина, изображающая момент, когда произошла первая самоподдерживающаяся ядерная цепная реакция, 2 декабря 1942 года. Реактор был собран командой во главе с итальянским физиком Энрико Ферми под трибунами сквош-корта Чикагского университета, и состоял из сложной решетки из кирпича графита и «слизней» урана. Внизу в центре находится Джордж Вейль, управляющий одним из стержней. Источник изображения: Аргоннская национальная лаборатория


Утром 2 декабря вокруг реактора собрались все ведущие физики проекта. В 9 часов 35 минут был извлечен аварийный защитный стержень, в реакторе началась цепная реакция. Коэффициент воспроизведения (отношение количества нейтронов в данном поколении к количеству нейтронов в предыдущем поколении) равнялся всего 1,0006 (у современных реакторов этот коэффициент приближается к 1,01), поэтому мощность реактора нарастала медленно. В среднем мощность удваивалась в течение минуты.

Чикагская поленница - первый искусственный ядерный реактор

Энрико Ферми и другие ученые, работавшие над созданием Чикагской поленницы рядом с мемориальной доской на месте проведения эксперимента. Источник изображения: chicagoarchitecturebiennial.org


В районе 12 часов дня сработала защита реактора, и он был заглушен. Работники устроили обед и затем снова запустили реактор. На сей раз цепная реакция продолжалась до 15:53, после чего реактор снова заглушили. Хотя была достигнута мощность всего в 0,5 ватта, успех первого эксперимента можно считать полным - была опытным путем доказана возможность поддержания управляемой цепной реакции.

Чикагская поленница - первый искусственный ядерный реактор

Чикагская поленница -1 . Источник изображения: www.atomicheritage.org


Эксперименты продолжились, и 12 декабря мощность реактора была доведена до вполне осязаемых 200 ватт. На этой мощности "Чикагская поленница" проработала примерно 35 минут, полностью подтвердив все научные выкладки. Возле самого реактора радиация достигла уровня 3 Рентген в час, в дальних концах помещения уровень жесткого излучения составлял 360 мР/ч.

После экспериментов в феврале 1943 года "Чикагскую поленницу" разобрали, большая часть ее элементов отправили в лаборатории города Арагон. Там эти части пошли на сборку нового атомного реактора.

0 не понравился
10 понравился пост
 
Незарегистрированные посетители не могут оценивать посты
 
 
 
 


 
 
 
 

Комментарии

 
 

 
 
 
Бухарик
Дата:
(7 марта 2019 06:32)
#1
Гениальные безумцы
 
Я не грустный, я трезвый
Томская область > Северск [ссылка]
1 / 0
 
 
 
 
 
 
Bill_Gilbert
Дата:
(8 марта 2019 19:21)
#2
" Перспективными линиями в создании бомбы полагались обогащение природного урана 235 и превращение урана 238 в плутоний 239 "

Учите квантовую физику ! Природный Уран 238 - имеет менее 0.1 % 235! Крайне сложно, центрофугами его получают! Плутоний да получают в реакторах - Нептуний - Плутоний!
Томск [ссылка]
0 / 0
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

Информация

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оставлять свои CRAZY комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
Пожалуйста пройдите простую процедуру регистрации или авторизируйтесь под своим логином. Также вы можете войти на сайт, используя существующий профиль в социальных сетях (Вконтакте, Одноклассники, Facebook, Twitter и другие)

 
 
 
 
 
Наверх