К-25

Чтобы узнать о других значениях, см. K25 (значения) .

 WikiMiniAtlas

35 ° 55'56 "с.ш. 84 ° 23'42" з.д.

Здание К-25 Окриджского газодиффузионного завода, вид с воздуха, вид на юго-восток. Здание длиной в милю в форме буквы «U» было полностью снесено в 2013 году.

К-25 — кодовое название, данное Манхэттенским проектом программе по производству обогащенного урана для атомных бомб методом газовой диффузии . Первоначально кодовое название продукта, со временем оно стало обозначать проект, производственное предприятие, расположенное на инженерном заводе Клинтона в Ок-Ридже, штат Теннесси , главное газодиффузионное здание и, в конечном итоге, площадку. На момент постройки в 1944 году четырехэтажный газодиффузионный завод К-25 был крупнейшим зданием в мире, его площадь составляла более 5 264 000 квадратных футов (489 000 м²). ² ) площади и объемом 97 500 000 кубических футов (2 760 000 м ³ ).

Строительство объекта К-25 взяла на себя компания JA Jones Construction . В разгар строительства на объекте работало более 25 000 рабочих. Газовая диффузия была лишь одной из трех технологий обогащения, использованных в Манхэттенском проекте. Слабообогащенный продукт из термодиффузионной установки С-50 поступал в газодиффузионную установку К-25. Его продукция в свою очередь поступала на электромагнитный завод Я-12 . Обогащенный уран использовался в атомной бомбе Little Boy, использованной при атомной бомбардировке Хиросимы . В 1946 году газодиффузионная установка К-25 стала способна производить высокообогащенный продукт.

После войны на объекте были построены еще четыре газодиффузионных завода К-27, К-29, К-31 и К-33. Площадка К-25 была переименована в Газодиффузионный завод Ок-Ридж в 1955 году. Производство обогащенного урана закончилось в 1964 году, а газовая диффузия окончательно прекратилась на этой площадке 27 августа 1985 года. Газодиффузионный завод Ок-Ридж был переименован в Ок-Риджский завод К-25. 25 в 1989 году и Технологический парк Восточного Теннесси в 1996 году. Снос всех пяти газодиффузионных заводов был завершен в феврале 2017 года.

Предыстория

Открытие нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году. за которым последовал эксперимент о делении ядра урана , осуществленный немецкими химиками Отто Ханом и Фрицем Штрассманом в 1938 году. и его теоретическое объяснение (и наименование) Лизой Мейтнер и Отто Фришем вскоре после этого, открыл возможность управляемой цепной ядерной реакции с ураном. В лабораториях Пупина Колумбийского университета начали исследовать , Энрико Ферми и Лео Сцилард как этого можно достичь. Опасения, что немецкий проект атомной бомбы первым создаст атомное оружие , особенно среди ученых, которые были беженцами из нацистской Германии и других фашистских стран, были выражены в письме Эйнштейна-Сциларда президенту Соединенных Штатов Рузвельту Франклину Д. . Это побудило Рузвельта начать предварительные исследования в конце 1939 года.

Нильс Бор и Джон Арчибальд Уиллер применили жидкокапельную модель атомного ядра для объяснения механизма ядерного деления. Изучая деление, физики-экспериментаторы обнаружили загадочные результаты. Джордж Плачек спросил Бора, почему уран делится как на быстрые, так и на медленные нейтроны . Идя на встречу с Уилером, Бор понял, что деление при низких энергиях было вызвано изотопом -235 урана , тогда как при высоких энергиях это была главным образом реакция с гораздо более распространенным изотопом урана-238 . Первый составляет всего 0,714 процента атомов урана в природном уране , примерно один из каждых 140; природный уран на 99,28 процентов состоит из урана-238. Также имеется небольшое количество урана-234 , на долю которого приходится всего 0,006 процента.

В Колумбийском университете Джон Р. Даннинг считал, что это так, но Ферми не был в этом так уверен. Единственным способом решить эту проблему было получить образец урана-235 и протестировать его. Он поручил Альфреду О.К. Ниру из Университета Миннесоты подготовить образцы урана, обогащенного ураном-234, 235 и 238, с помощью масс-спектрометра . Они были готовы в феврале 1940 года, и тогда Даннинг, Юджин Т. Бут и Аристид фон Гросс провели серию экспериментов. Они продемонстрировали, что уран-235 действительно ответственен за деление медленными нейтронами. но они не смогли определить точные захвата нейтронов сечения , поскольку их образцы не были достаточно обогащены.

В Университете Бирмингема в Великобритании австралийский физик Марк Олифант поручил двум физикам-беженцам — Отто Фришу и Рудольфу Пайерлсу — исследовать возможность создания атомной бомбы, по иронии судьбы, потому что их статус вражеских инопланетян не позволял им работать над секретными проектами, такими как радар. . от марта 1940 года В их меморандуме Фриша-Пайерлса указывалось, что критическая масса урана-235 находилась в пределах порядка 10 килограммов (22 фунта), что было достаточно мало, чтобы его мог нести бомбардировщик того времени.

Газовая диффузия

Основная статья: Газовая диффузия

Газовая диффузия использует полупроницаемые мембраны для разделения обогащенного урана.

Ступени соединены между собой, образуя каскад. A, B и C — насосы.

В апреле 1940 года Джесси Бимс , Росс Ганн , Ферми, Ниер, Мерл Тюве и Гарольд Юри встретились в Американском физическом обществе в Вашингтоне, округ Колумбия. В то время перспектива создания атомной бомбы казалась туманной и даже создания цепочки реакция, вероятно, потребует обогащенного урана. Поэтому они рекомендовали провести исследования с целью разработки средств отделения килограммовых количеств урана-235. За обедом 21 мая 1940 года Джордж Б. Кистяковский предположил возможность использования газовой диффузии .

Газовая диффузия основана на законе Грэма , который гласит, что скорость истечения газа газа через пористый барьер обратно пропорциональна квадратному корню из молекулярной массы . В контейнере с пористым барьером, содержащим смесь двух газов, более легкие молекулы будут выходить из контейнера быстрее, чем более тяжелые. Газ, выходящий из контейнера, слегка обогащен более легкими молекулами, а остаточный газ слегка обеднен. Контейнер, в котором процесс обогащения происходит посредством газовой диффузии, называется диффузором .

Газовая диффузия использовалась для разделения изотопов и раньше. Фрэнсис Уильям Астон использовал его для частичного разделения изотопов неона в 1931 году, а Густав Людвиг Герц усовершенствовал метод, чтобы почти полностью разделить неон, проведя его через ряд стадий. В Соединенных Штатах Уильям Д. Харкинс использовал его для отделения хлора . Кистяковский был знаком с работой Чарльза Г. Майера из Горного управления , который также использовал этот процесс для разделения газов.

Гексафторид урана ( UF
₆ ) было единственным известным соединением урана, достаточно летучим , чтобы его можно было использовать в процессе газовой диффузии. Прежде чем это удалось сделать, Лабораториям специальных легированных материалов (SAM) Колумбийского университета и корпорации Kellex пришлось преодолеть огромные трудности, чтобы разработать подходящий барьер. Фтор состоит только из одного природного изотопа. ¹⁹
F , поэтому   разница в молекулярных массах в 1 процент между ²³⁵
УФ
₆ и ²³⁸
УФ
₆ представляет собой исключительно разницу в массах изотопов урана. По этим причинам УФ
₆ был единственным выбором в качестве сырья для процесса газовой диффузии. Гексафторид урана, твердое вещество при комнатной температуре, сублимируется при 56,5 ° C (133,7 ° F) и давлении 1 стандартная атмосфера (100 кПа). Применяя закон Грэма к гексафториду урана:

${{\mbox{Rate}}_{1} \over {\mbox{Rate}}_{2}}={\sqrt {M_{2} \over M_{1}}}={\sqrt {352 \over 349}}\approx 1.0043$

где:

Скорость ₁ – это скорость излияния ²³⁵ УФ ₆ .

Скорость ₂ – это скорость излияния ²³⁸ УФ ₆ .

M ₁ – масса молярная ²³⁵ УФ ₆ ≈ 235 + 6 × 19 = 349   г·моль ⁻¹

M ₂ – молярная масса ²³⁸ УФ ₆ ≈ 238 + 6 × 19 = 352   г·моль ⁻¹

Гексафторид урана — очень агрессивное вещество . Это окислитель и кислота Льюиса , которая способна связываться с фторидом . Он реагирует с водой с образованием твердого соединения, и с ним очень сложно обращаться в промышленных масштабах.

Организация

Бут, Даннинг и фон Гросс исследовали процесс газовой диффузии. В 1941 году к ним присоединились Фрэнсис Г. Слэк из Университета Вандербильта и Уиллард Ф. Либби из Калифорнийского университета . В июле 1941 года с Колумбийским университетом был заключен контракт Управления научных исследований и разработок (OSRD) на изучение газовой диффузии. С помощью математика Карла П. Коэна они построили в Лабораториях Пупина двенадцатиступенчатую пилотную газодиффузионную установку. Первоначальные испытания показали, что этапы были не так эффективны, как предполагала теория; им потребуется около 4600 ступеней для обогащения урана-235 до 90 процентов.

В здании Вулворт на Манхэттене располагались офисы корпорации Kellex и Манхэттена. район Нью-Йорка

был заключен секретный контракт В июле 1941 года с компанией MW Kellogg на инженерные исследования. Это включало проектирование и строительство десятиступенчатой ​​пилотной газодиффузионной установки. 14 декабря 1942 года Манхэттенский округ, часть Манхэттенского проекта армии США (так стала известна попытка разработать атомную бомбу), заключил с Kellogg контракт на проектирование, строительство и эксплуатацию полномасштабного производственного завода. Необычно то, что контракт не требовал от Kellogg никаких гарантий того, что она действительно сможет выполнить эту задачу. Поскольку объем проекта не был четко определен, Келлог и Манхэттенский округ согласились отложить любые финансовые детали до более позднего контракта с оплатой затрат , который был заключен в апреле 1944 года. Тогда Келлогу заплатили 2,5 миллиона долларов.

По соображениям безопасности армия поручила компании Kellogg создать дочернюю компанию Kellex Corporation , чтобы проект газодиффузионной деятельности можно было держать отдельно от другой работы компании. «Келл» означало «Келлогг», а «Х» — секрет. Kellex действовал как самостоятельная и автономная организация. Персиваль К. Кейт, вице-президент Kellogg по инжинирингу, был назначен руководителем Келлекса. Он широко использовал Kellogg для подбора персонала в новой компании, но ему также приходилось нанимать персонал со стороны. В конечном итоге в Kellex будет работать более 3700 сотрудников.

Даннинг оставался руководителем Колумбии до 1   мая 1943 года, когда Манхэттенский округ принял контракт от OSRD. К этому времени в группе Slack было около 50 участников. Его группа была самой многочисленной, и она работала над самой сложной проблемой: созданием подходящего барьера, через который мог бы диффундировать газ. Еще 30 ученых и техников работали в пяти других группах. Генри А. Бурс отвечал за насосы; Стенд для установки каскадных испытаний. Либби занималась химией, Ниер занимался аналитической работой, а Хью К. Пакстон - инженерной поддержкой. Армия реорганизовала исследовательскую деятельность в Колумбии, которая стала Лабораторией специальных легированных материалов (SAM). Юри был назначен руководителем, а Даннинг стал главой одного из его подразделений. Так оставалось до 1   марта 1945 года, когда лаборатории SAM перешли во владение Union Carbide .

Расширение лабораторий SAM привело к поиску большего пространства. Здание Nash Garage Building на Бродвее, 3280 было приобретено Колумбийским университетом. Первоначально это был автомобильный салон, но он находился всего в нескольких кварталах от кампуса. Майор Бенджамин К. Хаф-младший был инженером округа Колумбия Манхэттена и тоже перенес туда свои офисы. Келлекс находился в здании Вулворт на Бродвее, 233 в Нижнем Манхэттене . В январе 1943 года подполковник Джеймс С. Стоуэрс был назначен инженером района Нью-Йорка, отвечающим за весь проект К-25. Его небольшой штат, первоначально насчитывавший 20 военных и гражданских сотрудников, но постепенно выросший до более чем 70, размещался в Вулворт-билдинг. Офисы Манхэттенского округа находились неподалеку, на Бродвее, 270 , пока в августе 1943 года он не переехал в Ок-Ридж, штат Теннесси .

Кодовое имя

Кодовое имя «К-25» представляло собой комбинацию буквы «К» от Kellex и «25», кодового обозначения урана-235 времен Второй мировой войны (изотоп элемента 92, массовый номер 235). Этот термин впервые был использован во внутренних отчетах Kellex для обозначения конечного продукта, обогащенного урана, в марте 1943 года. К апрелю 1943 года термин «завод К-25» использовался для обозначения завода, на котором он был создан. В том же месяце термин «Проект К-25» был применен ко всему проекту по обогащению урана с использованием процесса газовой диффузии. Когда после войны были добавлены другие здания «К-», «К-25» стало названием первоначального, более крупного комплекса.

Исследования и разработки

Диффузоры

Газодиффузионная ячейка с изображением диффузора

Высокая коррозионная активность гексафторида урана создала ряд технологических проблем. Трубы и фитинги, с которыми он соприкасался, должны были быть изготовлены из или плакированы им никеля . Это было осуществимо для небольших объектов, но непрактично для больших диффузоров, резервуаров, похожих на резервуары, которые должны были удерживать газ под давлением. Никель был жизненно важным военным материалом, и хотя Манхэттенский проект мог использовать свой первостепенный приоритет для его приобретения, изготовление диффузоров из твердого никеля истощило бы национальные запасы. Директор Манхэттенского проекта бригадный генерал Лесли Р. Гроувс-младший передал контракт на изготовление диффузоров компании Chrysler . В свою очередь, президент Chrysler К.Т. Келлер поручил Карлу Хойсснеру, эксперту в области гальванотехники , разработать процесс гальваники такого большого объекта. Старшие руководители Chrysler назвали этот проект «Проектом X-100».

При гальванике использовалась тысячная часть количества никеля, необходимого для диффузора из твердого никеля. Лаборатории SAM уже пытались это сделать, но потерпели неудачу. Хойснер экспериментировал с прототипом в здании, построенном внутри здания, и обнаружил, что это можно сделать при условии, что серия необходимых этапов травления и окалины будет выполнена без какого-либо контакта с кислородом. Весь завод Chrysler на Линч-Роуд в Детройте был переведен на производство диффузоров. Для процесса гальваники потребовалось более 50 000 квадратных футов (4600 м²). ² ) площадей, несколько тысяч рабочих и сложная система фильтрации воздуха, гарантирующая, что никель не будет загрязнен. К концу войны Chrysler изготовил и отгрузил более 3500 диффузоров.

Насосы

Процесс газодиффузионного процесса требовал подходящих насосов, которые должны были отвечать строгим требованиям. Как и диффузоры, насосы должны были противостоять коррозии, вызванной подачей гексафторида урана. Коррозия не только повредит насосы, но и загрязнит подачу. Не могло быть никакой утечки гексафторида урана (особенно если он уже был обогащен) или нефти, которая вступала бы в реакцию с гексафторидом урана. Насосы должны были работать с высокой производительностью и перекачивать газ, плотность которого в 12 раз превышала плотность воздуха. Чтобы удовлетворить эти требования, лаборатории SAM решили использовать центробежные насосы . Желаемая степень сжатия от 2,3:1 до 3,2:1 была необычно высокой для этого типа насоса. Для некоторых целей поршневого насоса . достаточно и они были разработаны Бурсом в лабораториях SAM, а компания Ingersoll Rand занималась центробежными насосами.

В начале 1943 года Ingersoll Rand вышла из игры. Кейт обратился в компании Clark Compressor Company и Worthington Pump and Machinery , но они отказались, заявив, что это невозможно. Итак, Кейт и Гроувс встретились с руководителями Allis-Chalmers , которые согласились построить новый завод по производству насосов, хотя конструкция насосов все еще была неясной. Лаборатории SAM разработали проект, а компания Westinghouse построила несколько прототипов, которые прошли успешные испытания. Затем Джадсон Сверинген из компании Elliott предложил революционную и многообещающую конструкцию, которая была механически стабильной и имела уплотнения, удерживающие газ. Эта конструкция была изготовлена ​​компанией Allis-Chalmers.

Барьеры

Трудности с диффузорами и насосами бледнели по сравнению с трудностями с пористым барьером . Для работы процесса газовой диффузии требовался барьер с микроскопическими отверстиями, но не подлежащий закупорке. Он должен был быть пористым, но достаточно прочным, чтобы выдерживать высокое давление. И, как и все остальное, он должен был противостоять коррозии гексафторида урана. Последний критерий предполагал наличие никелевого барьера. Фостер К. Никс из Bell Telephone Laboratories экспериментировал с никелевым порошком, а Эдвард О. Норрис из CO Jelliff Manufacturing Corporation и Эдвард Адлер из Городского колледжа Нью-Йорка работали над конструкцией с гальваническим покрытием никеля. Норрис был английским декоратором интерьеров, который разработал очень тонкую металлическую сетку для использования с краскопультом . Конструкция оказалась слишком хрупкой и хрупкой для предполагаемого использования, особенно на высших стадиях обогащения, но была надежда, что это можно преодолеть.

Настройка технологического насоса

В 1943 году Юри пригласил Хью С. Тейлора из Принстонского университета, чтобы изучить проблему пригодного для использования барьера. Либби добилась прогресса в понимании химии гексафторида урана, что привело к идеям о том, как предотвратить коррозию и закупорку. Исследователи-химики из лаборатории SAM изучали фторуглероды , которые устойчивы к коррозии и могут использоваться в качестве смазочных материалов и охлаждающих жидкостей на газодиффузионных установках. Несмотря на этот прогресс, проект К-25 столкнулся с серьезными проблемами из-за отсутствия подходящего барьера, и к августу 1943 года его пришлось отменить. 13 августа Гроувс сообщил Комитету по военной политике (главному комитету, который руководил Манхэттенским проектом), что газодиффузионное обогащение, превышающее пятьдесят процентов, вероятно, неосуществимо, и газодиффузионный завод будет ограничен производством продукции с более низким обогащением, которое может быть подавался в калютроны электромагнитной установки Я-12 . Поэтому Юри начал подготовку к массовому производству барьера Норриса-Адлера, несмотря на его проблемы.

Тем временем Union Carbide и Kellex сообщили исследователям из Bakelite Corporation, дочерней компании Union Carbide, о безуспешных попытках Никса создать барьеры из порошкового никеля. Фрейзеру Гроффу и другим исследователям из лабораторий бакелита в Баунд-Бруке, штат Нью-Джерси , показалось, что Никс не пользуется преимуществами новейших технологий, и они начали свои собственные разработки. И Белл, и Баунд Брук отправили Тейлору образцы своих порошкообразных никелевых барьеров для оценки, но он не был впечатлен; ни один из них не создал практического барьера. В лаборатории Келлогга в Джерси-Сити, штат Нью-Джерси , Кларенс А. Джонсон, который был осведомлен о шагах, предпринятых лабораториями SAM для улучшения барьера Норриса-Адлера, понял, что их можно также предпринять с бакелитовым барьером. Результат оказался лучше, чем любой другой, хотя все еще не достиг того, что требовалось. На встрече в Колумбии с участием представителей армии 20 октября 1943 года Кейт предложил переключить усилия по разработке на барьер Джонсона. Юри воспротивился этому, опасаясь, что это подорвет моральный дух в лабораториях SAM. Этот вопрос был поставлен Гроувсу на встрече 3 числа.  В ноябре 1943 года он решил продолжить разработку барьеров Джонсона и Норриса-Адлера.

Гроувс обратился за помощью к Великобритании в лице Уоллеса Эйкерса и пятнадцати участников британского проекта газовой диффузии, которые рассмотрели достигнутый к настоящему моменту прогресс. Их вердикт заключался в том, что, хотя новый барьер потенциально превосходит другие, обязательство Кита построить новое предприятие для производства нового барьера всего за четыре месяца, изготовить все необходимые барьеры еще за четыре и запустить производственное предприятие всего за двенадцать «было бы быть чем-то вроде чудесного достижения». 16 января 1944 года Гроувс вынес решение в пользу барьера Джонсона. Джонсон построил пилотную установку для нового процесса в здании Нэш. Тейлор проанализировал образцы созданных барьеров и заявил, что только 5   процентов из них имеют приемлемое качество. Эдвард Мак-младший создал свой собственный пилотный завод в Шермерхорн-холле в Колумбии, а Гроувс получил 80 коротких тонн (73 т) никеля от International Nickel Company . Имея достаточно никеля, к апрелю 1944 года оба опытных завода производили барьеры приемлемого качества с 45-процентной производительностью.

Строительство

Для проекта выбрана площадка на инженерном заводе Клинтона в Теннесси. Район был проинспектирован представителями Манхэттенского округа, Келлекс и Юнион Карбайд 18 января 1943 года. Рассматривались также участки возле плотины Шаста в Калифорнии и Большого излучина реки Колумбия в штате Вашингтон. Более низкая влажность в этих помещениях делала их более подходящими для установки газодиффузионной установки, но площадка Clinton Engineer Works сразу же оказалась доступной и пригодной в других отношениях. Гровс выбрал это место в апреле 1943 года.

По контракту «Келлекс» отвечал не только за проектирование и проектирование завода К-25, но и за его строительство. Главным подрядчиком строительства была компания JA Jones Construction из Шарлотты, Северная Каролина . Компания произвела впечатление на Гровса своей работой над несколькими крупными армейскими строительными проектами. такие как Кэмп Шелби, штат Миссисипи . Субподрядчиков было более шестидесяти. Kellex привлекла другую строительную компанию Ford, Bacon & Davis для строительства предприятий по производству фтора и азота, а также установки по кондиционированию. Первоначально за строительные работы отвечал подполковник Уоррен Джордж, начальник строительного отдела инженерного завода Клинтона. 31 июля 1943 года майор В.П. Корнелиус стал ответственным за строительство К-25. Он был подотчетен Стоуэрсу на Манхэттене. 1 марта 1946 года он стал начальником строительного отдела   . Джей Джей Эллисон был постоянным инженером из Kellex, а Эдвин Л. Джонс — генеральным директором JA Jones.

Электростанция

Электростанция К-25 (здание с тремя дымовыми трубами) в 1945 году. Темное здание за ней — термодиффузионная установка С-50 .

Строительство началось до завершения проектирования процесса газодиффузии. Ввиду большого количества электроэнергии, потребляемой станцией К-25, было решено снабдить ее собственной электростанцией. Хотя администрация долины Теннесси (TVA) полагала, что сможет удовлетворить потребности инженерного завода Клинтона, было неловко полагаться на одного поставщика, поскольку сбой в электроснабжении мог стоить неделям работы газодиффузионной установки, а линии, ведущие к TVA, могли быть саботированы. . Местный завод был более безопасным. Инженеров Kellex также привлекла идея возможности генерировать ток переменной частоты, необходимый для процесса газовой диффузии, без сложных трансформаторов.

Для этого было выбрано место на западной окраине участка инженерного завода Клинтона, где можно было забирать холодную воду из реки Клинч и сбрасывать теплую воду в Поплар-Крик, не влияя на приток. Гровс утвердил это место 3   мая 1943 года. Обследование территории электростанции началось 31 мая, а на следующий день Дж. А. Джонс приступил к строительным работам. Поскольку коренная порода находилась на глубине от 35 до 40 футов (от 11 до 12 м) от поверхности, электростанция поддерживалась 40 кессонами , заполненными бетоном . Монтаж первого котла начался в октябре 1943 года. Строительные работы были завершены к концу сентября. Для предотвращения диверсий электростанцию ​​соединили с газодиффузионной установкой подземным трубопроводом. Несмотря на это, произошел один акт саботажа, в ходе которого в электрический кабель был забит гвоздь. Виновника так и не нашли, но считалось, что это скорее недовольный сотрудник, чем шпион Оси .

Электроэнергия в США вырабатывалась при частоте 60 герц; электростанция могла генерировать переменную частоту от 45 до 60 герц и постоянную частоту от 60 до 120 герц. Эта возможность в конечном итоге не потребовалась, и все системы К-25, кроме одной, работали на постоянной частоте 60 герц, за исключением использования постоянной частоты 120 герц. Первый угольный котел был запущен 7   апреля 1944 года, второй - 14 июля, а третий - 2   ноября. Каждый производил 750 000 фунтов (340 000 кг) пара в час, 1325 фунтов на квадратный дюйм (9140 кПа) и 935 ° F (502 ° C). Чтобы получить необходимые четырнадцать турбогенераторов, Гроувсу пришлось использовать приоритет Манхэттенского проекта, чтобы отменить решение Джулиуса Альберта Круга , директора Управления военных коммунальных служб. Турбогенераторы имели общую мощность 238 000 киловатт. Электростанция также могла бы получать электроэнергию от TVA. Он был выведен из эксплуатации в 1960-х годах и снесен в 1995 году.

Газодиффузионная установка

Площадку для объекта К-25 выбрали недалеко от средней школы города Пшеница . Когда размеры объекта К-25 стали более очевидными, было решено переместить его на более крупную площадку возле Поплар-Крик, поближе к электростанции. Этот участок был утвержден 24 июня 1943 года. Потребовалась серьезная работа по подготовке площадки. Существующие дороги в этом районе были улучшены, чтобы выдерживать интенсивное движение. Дорога длиной 5,1 мили (8,2 км) была построена для соединения этого участка с шоссе 70 США , а еще одна дорога длиной 5 миль (8,0 км) - для соединения с шоссе 61 штата Теннесси . Паром через реку Клинч был модернизирован, а затем заменен мостом длиной 360 футов (110 м) в декабре 1943 года. Железнодорожная ветка длиной 10,7 миль (17,2 км) была проложена от Блэра, штат Теннесси , до площадки К-25. Также было предоставлено около 12,9 миль (20,8 км) подъездных путей . Первый вагон с грузом пересек линию 18 сентября 1943 года.

К-25 в стадии строительства

Первоначально предполагалось, что строители будут жить за пределами строительной площадки, но плохое состояние дорог и нехватка жилья в этом районе сделали поездки на работу долгими и трудными, что, в свою очередь, затруднило поиск и удержание рабочих. Таким образом, строители размещались в больших бараках и вахтовых городках. Лагерь JA Jones для рабочих K-25, известный как Happy Valley, содержалось 15 000 человек. Для этого потребовалось 8   общежитий, 17 казарм, 1590 бараков, 1153 вагончика и 100 Домов Победы. Построена насосная станция для подачи питьевой воды из реки Клинч, а также водоочистная станция. В число удобств входили школа, восемь столовых, пекарня, театр, три зала отдыха, склад и холодильный склад. Форд, Бэкон и Дэвис основали лагерь меньшего размера на 2100 человек. Ответственность за лагеря была передана компании Роан-Андерсон 25 января 1946 года, а в марте 1946 года школа была передана под управление округа.

Работы начались на основном объекте площадью 130 акров (53 га) 20 октября 1943 года. Хотя участок в целом был плоским, около 3 500 000 кубических ярдов (2 700 000 м 2 ³ ) почвы и камня пришлось выкопать на участках высотой до 46 футов (14 м) и засыпать шесть основных участков на максимальную глубину 23,5 футов (7,2 м). Обычно здания, содержащие сложную тяжелую технику, опираются на бетонные кессоны до самой скалы, но для этого потребовались бы тысячи кессонов. Чтобы сэкономить время, уплотнение почвы и неглубокие фундаменты вместо этого были использованы . На участках, подлежащих засыпке , укладывались слои и уплотнялись овчинными катками , а фундаменты укладывались на уплотненный грунт в низинах и ненарушенный грунт в местах раскопок. Действия совпадали, поэтому заливка бетона началась еще в процессе планировки . Краны начали поднимать стальные конструкции на место 19 января 1944 года.

К-25 в стадии строительства

Проект Kellex для главного технологического корпуса К-25 предусматривал четырехэтажное U-образное сооружение длиной 0,5 мили (0,80 км), содержащее 51 главное технологическое здание и три   здания продувочного каскада. Они были разделены на девять разделов. Внутри них находились ячейки шести стадий. Ячейки могут работать независимо или последовательно внутри секции. Аналогичным образом секции могут эксплуатироваться отдельно или в составе единого каскада. На момент завершения было 2892 этапа. В подвале размещалось вспомогательное оборудование, такое как трансформаторы, распределительные устройства и системы кондиционирования. На первом этаже находились камеры. На третьем уровне находились трубопроводы. Четвертый этаж был операционным, где находились диспетчерская и сотни приборных панелей. Отсюда операторы следили за процессом. Первая секция была готова к испытательным запускам 17 апреля 1944 года, хотя заграждения еще не были готовы к установке.

Главное технологическое здание превзошло Пентагон как самое большое здание в мире. с площадью 5 264 000 квадратных футов (489 000 м²). ² ), и закрытый объем 97 500 000 кубических футов (2 760 000 м ³ ). Для строительства потребовалось 200 000 кубических ярдов (150 000 м3). ³ ) бетона и 100 миль (160 км) газовых труб. Поскольку гексафторид урана разъедает сталь, а стальные трубы приходилось покрывать никелем, трубы меньшего размера делались из меди или монеля . Оборудование работало под вакуумом, поэтому водопровод должен был быть герметичным. Особые усилия были предприняты для создания максимально чистой среды в местах установки трубопроводов и арматуры. 18 апреля 1944 года Дж. А. Джонс создал специальное подразделение по обеспечению чистоты. Здания были полностью изолированы, воздух фильтровался, а вся уборка проводилась с помощью пылесосов и мытья полов. Рабочие носили белые безворсовые перчатки. На пике строительной активности в мае 1945 года на объекте работало 25 266 человек.

Другие постройки

Главный технологический корпус (К-300), хотя и был самым большим, был лишь одним из многих, составлявших этот объект. Имелось здание кондиционирования (К-1401), где перед монтажом проводилась очистка трубопроводов и оборудования. Здание очистки сырья (К-101) было построено для удаления примесей из гексафторида урана, но никогда не работало как таковое, поскольку поставщики поставляли сырье достаточно чистое для использования в процессе газовой диффузии. Трехэтажный корпус уравнительно-очистной обработки (К-601) перерабатывал «хвостовой» поток обедненного гексафторида урана . Здание кондиционирования воздуха (К-1401) обеспечивало 76 500 кубических футов (2170 м 3 ). ³ ) в минуту чистого, сухого воздуха. К-1201 сжал воздух. Азотная установка (К-1408) давала газ для использования в качестве герметика насосов и для защиты оборудования от влажного воздуха.

В административном здании К-1001 предоставлено 2 акра (0,81 га) офисных помещений.

Фторная установка (К-1300) производила, разливала и хранила фтор. До войны он не пользовался большим спросом, и Келлекс и Манхэттенский округ рассмотрели четыре различных процесса крупномасштабного производства. Был выбран процесс, разработанный Hooker Chemical Company . Из-за опасного характера фтора было решено, что его транспортировка через Соединенные Штаты нецелесообразна и его следует производить на месте на инженерном заводе Клинтона. Две насосные станции (К-801 и К-802) и две градирни (Н-801 и Н-802) обеспечивали 135 000 000 галлонов США (510 мл) охлаждающей воды в день для двигателей и компрессоров.

В административном здании (К-1001) было предоставлено 2 акра (0,81 га) офисных помещений. В лабораторном здании (К-1401) находились помещения для тестирования и анализа кормов и продуктов. Пять барабанных складов (от К-1025-А до -Е) имели площадь 4300 квадратных футов (400 м ). ² ) площади для хранения бочек с гексафторидом урана. Имелись также склады для хозтоваров (К-1035), запасных частей (К-1036) и оборудования (К-1037). В столовой (К-1002) было организовано питание, включая отдельную столовую для афроамериканцев. Имелись три раздевалки (К-1008-А, Б и В), амбулатория (К-1003), корпус ремонта приборов (К-1024), пожарное депо (К-1021).

В середине января 1945 года компания «Келлекс» предложила расширить К-25, чтобы обеспечить обогащение продукта до 85 процентов. Гровс первоначально одобрил это, но позже отменил его в пользу 540-ступенчатой ​​установки боковой подачи, которая стала известна как К-27, которая могла обрабатывать слегка обогащенный продукт. Затем его можно было бы подать в К-25 или калютроны на Y-12. По оценкам Келлекса, использование обогащенного сырья из К-27 может повысить содержание урана-235 в К-25 с 35 до 60 процентов. Строительство К-27 началось 3   апреля 1945 года. и был завершен в декабре 1945 года. Пять барабанных складов были перевезены грузовиком, чтобы освободить место для К-27. Строительные работы ускорили, сделав его «практически китайской копией» секции К-25. К 31 декабря 1946 года, когда Манхэттенский проект завершился, на площадке К-25 был выполнен 110 048 961 человеко-час строительных работ. Общая стоимость, включая стоимость К-27, составила 479 589 999 долларов США (что эквивалентно 6,44 миллиарда долларов США в 2023 году). ).

Водонапорная башня (K-1206-F) представляла собой сооружение высотой 382 фута (116 м), вмещавшее 400 000 галлонов США (1 500 000 л) воды. Он был построен в 1958 году компанией Chicago Bridge and Iron Company и служил резервуаром для системы пожаротушения. При его строительстве было использовано более 1,5 миллиона фунтов (680 тонн) стали. Он действовал до июня 2013 года и был снесен в августе 2013 года.

Операции

Диспетчерская К-25

Предварительная спецификация завода К-25 в марте 1943 года предусматривала, что он будет производить 1 килограмм (2,2 фунта) в день продукции, состоящей на 90 процентов из урана-235. Поскольку практические трудности были осознаны, эта цель была снижена до 36 процентов. С другой стороны, каскадная конструкция означала, что строительство не обязательно должно быть завершено до того, как станция начнет работать. было обеспечено производство материала, обогащенного до 5   процентов урана-235  В августе 1943 года Келлекс представил график, согласно которому к 1 июня 1945 года ; 15 процентов к 1   июля; и 36 процентов к 23 августа. Этот график был пересмотрен в августе 1944 года до 0,9 процента к 1   января 1945 года; 5   процентов к 10 июня; 15 процентов к 1   августа; 23 процента к 13 сентября; и 36 процентов как можно скорее после этого.

На встрече представителей Манхэттенского округа и компании Kellogg 12 декабря 1942 года было рекомендовано передать завод К-25 компании Union Carbide. Это будет осуществляться через дочернюю компанию Carbon and Carbide Chemicals. 18 января 1943 года был подписан контракт с фиксированной ставкой «затраты плюс фиксированное вознаграждение», устанавливающий гонорар в размере 75 000 долларов в месяц. Позже эта сумма была увеличена до 96 000 долларов в месяц для эксплуатации как К-25, так и К-27. Union Carbide не хотела быть единственным оператором объекта; Union Carbide предложила построить завод по кондиционированию и эксплуатировать компанию Ford, Bacon & Davis. Округ Манхэттена счел это приемлемым, и был заключен контракт с оплатой издержек плюс фиксированное вознаграждение с оплатой в размере 216 000 долларов за услуги до конца июня 1945 года. Контракт был расторгнут досрочно 1   мая 1945 года, когда Union Carbide взяла на себя управление растение. Таким образом, Ford, Bacon & Davis заплатили 202 000 долларов. Другим исключением стал завод по производству фтора. Hooker Chemical было поручено контролировать строительство завода по производству фтора и первоначально управлять им за фиксированную плату в размере 24 500 долларов. 1 февраля 1945 года завод был передан Union Carbide   .

Рабочий на велосипеде на рабочем уровне К-25.

Часть комплекса К-300 была передана компании Union Carbide в августе 1944 года и эксплуатировалась в качестве опытной установки, обучая операторов и разрабатывая процедуры, используя азот вместо гексафторида урана до октября 1944 года, а затем перфторгептан до апреля 1945 года. Проект газодиффузионной установки предусматривал ее комплектацию по секциям и ввод секций в эксплуатацию при продолжении работ на остальных. К концу 1944 года компания JA Jones завершила первые 60 ступеней. Прежде чем каждая ступень была принята, она подвергалась испытаниям техническими специалистами JA Jones, Carbide and Carbon и SAM Laboratories, чтобы убедиться, что оборудование работает и нет утечек. От четырех до шестисот человек посвятили этому тестированию восемь месяцев. Перфторгептан использовался в качестве испытательной жидкости до февраля 1945 года, когда было решено использовать гексафторид урана, несмотря на его коррозионную природу.

Инженер округа Манхэттена полковник Кеннет Николс поручил майору Джону Дж. Морану руководить производством на К-25. Производство началось в феврале 1945 года. и первый продукт был отправлен на калютроны в марте. К апрелю газодиффузионный завод производил 1,1 процента продукции. Тогда было решено, что вместо переработки гексафторида урана от Harshaw Chemical Company газодиффузионная установка будет брать продукцию термодиффузионной установки С-50 со средним обогащением около 0,85 процента. Обогащение продукта продолжало улучшаться по мере того, как все больше этапов вводились в эксплуатацию и работали лучше, чем ожидалось. К июню продукт обогащался до 7   процентов; к сентябрю он составил 23 процента. Завод С-50 прекратил работу 9   сентября. и Kellex передал последнее подразделение Union Carbide 11 сентября. Высокообогащенный уран использовался в атомной бомбе Little Boy, использованной при бомбардировке Хиросимы 6   августа.

Воздушные компрессоры и водяные насосы в здании кондиционирования К-1101

С окончанием войны в августе 1945 года приоритет Манхэттенского проекта сместился с скорости на экономичность и эффективность. Каскады можно было настраивать, поэтому они могли производить большое количество слегка обогащенного продукта, запуская их параллельно, или небольшое количество высокообогащенного продукта, запуская их последовательно. К началу 1946 года, когда К-27 находился в эксплуатации, завод производил 3,6 килограмма (7,9 фунта) в день с обогащением до 30 процентов. Следующим шагом было увеличение обогащения до 60 процентов. Это было достигнуто 20 июля 1946 года. Это представляло проблему, поскольку Y-12 не был оборудован для работы с настолько обогащенным кормом, а лаборатории Лос-Аламоса требовалось 95 процентов. Какое-то время продукт смешивали с кормом, чтобы снизить обогащение до 30 процентов. Повышение концентрации до 95 процентов вызвало опасения по поводу безопасности, поскольку существовал риск аварии, связанной с критичностью .

После некоторого обсуждения и получения мнений от Персиваля Кейта, Норриса Брэдбери , Дэрола Фромана , Элмера Э. Киркпатрика , Кеннета Николса и Эдварда Теллера , было решено, что это можно сделать безопасно, если принять соответствующие меры предосторожности. 28 ноября 1946 года завод К-25 приступил к выпуску 94 процентов продукции. На этом этапе они столкнулись с серьезным изъяном в концепции газовой диффузии: обогащение урана-235 также обогащало продукт нежелательным и довольно бесполезным ураном-234, что затрудняло повышение обогащения до 95 процентов. 6   декабря 1946 года производство упало до стабильных 2,56 кг (5,6 фунта) в день с обогащением до 93,7 процента урана-235 и 1,9 процента урана-234. Лаборатория Лос-Аламоса сочла этот продукт удовлетворительным, поэтому 26 декабря 1946 года деятельность по обогащению на Y-12 была свернута. Манхэттенский проект завершился через несколько дней. января 1947 года ответственность за объект К-25 перешла к недавно созданной Комиссии по атомной энергии 1   . Работников завода представлял Международный профсоюз работников нефтяной, химической и атомной промышленности .

Закрытие и снос

Комплекс К-25 в 2006 году

К-25 стала прообразом для других газодиффузионных установок, созданных в первые послевоенные годы. Первым из них был дом площадью 374 000 квадратных футов (34 700 м²). ² ) К-27 был завершен в сентябре 1945 года. За ним последовали К-29 площадью 15 акров (6,1 га) в 1951 году, К-31 площадью 20 акров (8,1 га) в 1951 году и К-32 акра (13 га) -33 в 1954 году. Газодиффузионные установки были построены в Падьюке, штат Кентукки , в 1952 году. и Портсмут, штат Огайо , в 1954 году. В 1955 году завод К-25 был переименован в Окриджский газодиффузионный завод.

Сегодня разделение изотопов урана обычно осуществляется с помощью более энергоэффективного процесса ультрацентрифуги . разработанный в Советском Союзе после Второй мировой войны советскими и пленными немецкими инженерами, работавшими в заключении. Процесс центрифугирования был первым методом разделения изотопов, рассмотренным для Манхэттенского проекта, но от него отказались из-за технических проблем на ранних этапах проекта. Когда в середине 1950-х годов немецкие ученые и инженеры были освобождены из советского плена, Запад узнал о конструкции ультрацентрифуги и начал переводить обогащение урана на этот гораздо более эффективный процесс. По мере развития технологии центрифугирования стало возможным осуществлять обогащение урана в меньших масштабах без огромных ресурсов, которые были необходимы для строительства и эксплуатации разделительных установок типа «K» и «Y» 1940-х и 1950-х годов, что привело к увеличению озабоченность распространением ядерного оружия .

Снос К-25 продолжается в апреле 2012 г.

Каскады центрифуг начали работать в Ок-Ридже в 1961 году. В 1975 году открылась испытательная установка газовых центрифуг (К-1210), а в 1982 году последовала более крупная демонстрационная установка центрифуг (К-1220). В ответ на приказ президента Линдона Б. Джонсону сократить производство обогащенного урана на 25 процентов, К-25 и К-27 прекратили производство в 1964 году, но в 1969 году К-25 начала производить уран, обогащенный до 3–5   процентов   , для использования в ядерных реакторах . Martin Marietta Energy заменила Union Carbide в качестве оператора в 1984 году. Газодиффузия прекратилась 27 августа 1985 года. Газодиффузионный завод в Ок-Ридже был переименован в площадку K-25 в Ок-Ридж в 1989 году и в Технологический парк Восточного Теннесси в 1996 году. Производство обогащенного урана методом газовой диффузии прекратилось в Портсмуте в 2001 году и в Падьюке в 2013 году. В настоящее время все коммерческое обогащение урана в США осуществляется с использованием газоцентрифужной технологии.

В 1997 году Министерство энергетики США заключило контракт с British Nuclear Fuels Ltd на дезактивацию и вывод объектов из эксплуатации. Ее дочерняя компания Reactor Sites Management Company Limited была приобретена EnergySolutions в июне 2007 года. Первоначально К-29, К-31 и К-33 планировалось сохранить для других целей, но впоследствии было решено их снести. Компания Bechtel Jacobs , подрядчик по охране окружающей среды, взяла на себя ответственность за строительство объекта в июле 2005 года. Снос К-29 начался в январе 2006 года и завершился в августе. Снос К-33 начался в январе 2011 года и завершился досрочно в сентябре. За этим последовал снос К-31, начавшийся в октябре 2014 года. и было завершено в июне 2015 года.

Снос водонапорной башни К-1206-Ф

• 
• 
• 

Контракт на демонтаж и снос объекта К-25 был заключен с компанией Bechtel Jacobs в сентябре 2008 года. Контракт на сумму 1,48 миллиарда долларов был заключен ретроспективно по октябрь 2007 года. и завершился в августе 2011 года. Работы по сносу тогда проводила компания URS | CH2M Хилл Ок-Ридж. Снос завершен в марте 2014 года. Снос К-27, последней из пяти газодиффузионных установок в Ок-Ридже, начался в феврале 2016 года. Сенатор США Ламар Александер и конгрессмен США Чак Флейшманн присоединились к 1500 рабочим, чтобы наблюдать за сносом последней стены 30 августа 2016 года. Ее снос был завершен в феврале 2017 года. С 2020 года площадка К-25 перепрофилируется частично авиации общего назначения в аэропорт для обслуживания города Ок-Ридж. На территории также запланировано строительство нескольких небольших частных ядерных установок.

Память

27 февраля 2020 года на этом месте открылся Исторический центр К-25, музей площадью 7500 квадратных футов. Музей является филиалом Американского музея науки и энергетики и представляет сотни оригинальных артефактов и интерактивных экспонатов, связанных с местом К-25.

Ссылки

• Бишак, Грег (1989). «Второе поколение ядерного оружейного комплекса: обновление базы ядерного производства или экономическая конверсия?» . В Дюма, Ллойд Дж.; Ты, Марек (ред.). Сделать мир возможным: обещание экономической конверсии . Монография по исследованию мира. Том. 19. Пергамон Пресс. ISBN  0-08-037252X . Проверено 20 марта 2022 г.

• Гроувс, Лесли (1962). Теперь это можно рассказать: история Манхэттенского проекта . Нью-Йорк: Харпер. ISBN  0-306-70738-1 . OCLC   537684 .
• Хьюлетт, Ричард Г .; Андерсон, Оскар Э. (1962). Новый Свет, 1939–1946 (PDF) . Юниверсити-Парк, Пенсильвания: Издательство Пенсильванского государственного университета. ISBN  0-520-07186-7 . OCLC   637004643 . Проверено 26 марта 2013 г.
• Джонс, Винсент (1985). Манхэттен: Армия и атомная бомба (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Центр военной истории армии США. OCLC   10913875 . Архивировано из оригинала (PDF) 7 октября 2014 года . Проверено 25 августа 2013 г.
• Кемп, Р. Скотт (апрель 2012 г.). «Конец Манхэттена: как газовая центрифуга изменила поиски ядерного оружия». Технологии и культура . 53 (2): 272–305. дои : 10.1353/tech.2012.0046 . ISSN   0040-165X . S2CID   109799217 .
• Район Манхэттен (1947а). История округа Манхэттен, Книга II - Проект газовой диффузии (K-25), Том 1 - Общие характеристики (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Район Манхэттен.
• Район Манхэттен (1947b). История округа Манхэттен, Книга II - Проект газовой диффузии (K-25), Том 2 - Исследования (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Район Манхэттен.
• Район Манхэттен (1947c). История округа Манхэттен, Книга II - Проект газовой диффузии (K-25), Том 3 - Проектирование (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Район Манхэттен.
• Район Манхэттен (1947d). История округа Манхэттен, Книга II - Проект газовой диффузии (K-25), Том 4 - Строительство (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Район Манхэттен.
• Район Манхэттен (1947e). История округа Манхэттен, Книга II - Проект газовой диффузии (K-25), Том 5 - Эксплуатация (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Район Манхэттен.
• Район Манхэттен (1947f). История округа Манхэттен, Книга II – Проект газовой диффузии (К-25), Том 5 – Эксплуатация – Приложение № 1 (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Район Манхэттен.
• Манхэттенский округ (1947г). История округа Манхэттен, Книга II – Проект газовой диффузии (K-25), Том 5 – Эксплуатация – Приложение (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Район Манхэттен.
• Роудс, Ричард (1986). Создание атомной бомбы . Лондон: Саймон и Шустер. ISBN  0-671-44133-7 .
• Смит, Генри ДеВольф (1945). Атомная энергия для военных целей: Официальный отчет о разработке атомной бомбы под эгидой правительства США, 1940–1945 гг . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. OCLC   770285 .
• Уиллер, Джон Арчибальд ; Форд, Кеннет (1998). Геоны, черные дыры и квантовая пена: жизнь в физике . Нью-Йорк: WW Norton & Co. ISBN  0-393-04642-7 .

Внешние ссылки

• исторического центра К-25 Музей
• Виртуальный музей К-25
• Исторические фотографии K25, сделанные Эдом Уэсткоттом.
• Снос северного торца здания К-25 (Видео)
• Документация Historic American Engineering Record (HAER), хранящаяся на шоссе 58 штата, Ок-Ридж, округ Андерсон, Теннесси:
  • HAER № ТН-49, « Завод К-25, Портал 4 », 20 фотографий, 42 страницы данных, 2 страницы подписей к фотографиям
  • ХАЭР № ТН-51, « Завод К-25, корпус К-1037 », 6 фотографий, 96 страниц данных, 1 страница с подписями к фотографиям