Элвин М. Вайнберг

Элвин Мартин Вайнберг
Элвин Вайнберг, ок. 1960 год
Рожденный	( 1915-04-20 ) 20 апреля 1915 г. Чикаго , Иллинойс
Умер	18 октября 2006 г. (18 октября 2006 г.) (91 год) Ок-Ридж, Теннесси
Гражданство	Американский
Альма-матер	Чикагский университет
Известный	Манхэттенский проект Ядерная силовая установка самолета Эксперимент с авиационным реактором
Награды	Премия Эрнеста Орландо Лоуренса (1960) Премия «Атомы ради мира» (1960) Премия Энрико Ферми (1980)
Научная карьера
Поля	Ядерная физика
Учреждения	Металлургическая лаборатория Окриджская национальная лаборатория Управление энергетических исследований и разработок США Ассоциированные университеты Ок-Риджа Международное агентство по атомной энергии
Диссертация	Математические основы теории биофизической периодичности   (1939)
Докторантура	Карл Эккарт

Элвин Мартин Вайнберг ( / ˈ w aɪ n b ɜːr ɡ / ; 20 апреля 1915 — 18 октября 2006) — американский физик-ядерщик , который был администратором Окриджской национальной лаборатории (ORNL) во время и после Манхэттенского проекта . Он приехал в Ок-Ридж, штат Теннесси , в 1945 году и оставался там до своей смерти в 2006 году. Он был первым, кто использовал термин « Фаустовская сделка » для описания ядерной энергии.

Выпускник Чикагского университета , который присвоил ему степень доктора математической биофизики Манхэттенского проекта в 1939 году, Вайнберг присоединился к Металлургической лаборатории в сентябре 1941 года. В следующем году он стал частью теоретической группы Юджина Вигнера , задачей которой было разработать ядерные реакторы , которые будут превращать уран в плутоний.

Вайнберг сменил Вигнера на посту директора по исследованиям в ORNL в 1948 году и стал директором лаборатории в 1955 году. Под его руководством лаборатория работала над программой авиационных ядерных силовых установок и разработала множество инновационных конструкций реакторов, включая реакторы с водой под давлением (PWR) и кипящие реакторы . водяные реакторы (BWR), которые с тех пор стали доминирующими типами реакторов на коммерческих атомных электростанциях , а также водо-гомогенных реакторов конструкции .

В 1960 году Вайнберг был назначен в президентский консультативный комитет по науке при администрации Эйзенхауэра , а позже работал в нем при администрации Кеннеди . Покинув ORNL в 1973 году, в 1974 году он был назначен директором Управления энергетических исследований и разработок в Вашингтоне, округ Колумбия. В следующем году он основал и стал первым директором Института энергетического анализа при ассоциированных университетах Ок-Риджа (ORAU) . ).

Ранние годы в Чикаго

Элвин Мартин Вайнберг родился 20 апреля 1915 года в Чикаго, штат Иллинойс. сын Джейкоба Вайнберга и Эммы Левинсон Вайнберг, два русских еврейских эмигранта, встретившиеся в 1905 году на борту парохода, везшего их в США. У него была старшая сестра Фэй Гоулман, родившаяся 30 ноября 1910 года. Позже она стала профессором социологии в Тихоокеанском университете . и была матерью Дэниела Гоулмана . Он учился в средней школе Теодора Рузвельта в Чикаго.

Вайнберг поступил в Чикагский университет , где он получил степень бакалавра наук (BS) по физике в 1935 году и степень магистра наук (MS) по физике в следующем году. Он получил докторскую степень. окончил Чикагский университет по специальности математическая биофизика в 1939 году, написав диссертацию на тему « Математические основы теории биофизической периодичности» . под руководством Карла Эккарта . Позже Вайнберг сетовал на то, что, ограничивая свою диссертацию линейными системами , он упустил из виду интересные нелинейные системы , за изучение которых Илья Пригожин позже получил Нобелевскую премию по химии .

Во время пребывания в Чикаго семья Маргарет Депре, студентки Чикагского университета, наняла Вайнберга для обучения ее математике. Они поженились 14 июня 1940 года. У них было два сына, Дэвид Роберт Вайнберг и Ричард Дж. Вайнберг.

Металлургическая лаборатория

Юджин Вигнер (слева) с Вайнбергом (справа) в Национальной лаборатории Ок-Ридж

Вайнберг преподавал курсы в младшем колледже Райта . Он подал заявку и получил стипендию Национального исследовательского совета для обучения под руководством Кеннета С. Коула в Колумбийском университете , но так и не воспользовался ею, поскольку Коул приехал в Чикаго, чтобы работать над Манхэттенским проектом в качестве радиационного биолога. Вайнберг был нанят для работы в Металлургической лаборатории Чикагского университета в сентябре 1941 года Эккартом и Сэмюэлем Эллисонами , которым нужен был кто-то для работы над расчетами последнего по захвату нейтронов .

В начале 1942 года Артур Комптон сосредоточил различные группы Манхэттенского проекта, работавшие над плутонием , в Чикагском университете. Это привлекло многих ведущих ученых, в том числе Герберта Андерсона , Бернарда Фельда , Энрико Ферми , Лео Силарда и Уолтера Зинна из Колумбии, а также Эдварда Крейца , Гилберта Пласса , Юджина Вигнера и Джона Уиллера из Принстонского университета . Вайнберг стал протеже Вигнера.

Вигнер возглавлял теоретическую группу в Металлургической лаборатории, в которую входили Элвин Вайнберг, Кэтрин Уэй , Гейл Янг и Эдвард Крейц. Задача группы заключалась в разработке промышленных ядерных реакторов , которые будут конвертировать уран в плутоний. В то время реакторы существовали только на бумаге, и ни один реактор еще не вышел в критическое состояние. В июле 1942 года Вигнер выбрал консервативную конструкцию мощностью 100 МВт с графитовым замедлителем нейтронов и водяным охлаждением. Выбор воды в качестве теплоносителя в то время вызывал споры. Было известно, что вода поглощает нейтроны , тем самым снижая эффективность реактора, но Вигнер был уверен, что расчеты его группы верны и что вода будет работать, в то время как технические трудности, связанные с использованием гелия или жидкого металла в качестве теплоносителей, задержат реализацию проекта.

После того, как Инженерный корпус армии США взял на себя Манхэттенский проект, он передал ответственность за детальное проектирование и строительство реакторов компании DuPont . Между компанией, Вигнером и его командой возникли разногласия. Основные различия между конструкцией реактора Вигнера и конструкции реактора DuPont включали увеличение количества технологических труб с 1500 в круглой решетке до 2004 в квадратной решетке, а также снижение мощности с 500 МВт до 250 МВт. Как оказалось, проектное решение компании DuPont оснастить реактор дополнительными трубками пригодилось, когда нейтронное отравление стало проблемой для реактора B на Хэнфордской площадке . Дополнительные трубки позволили увеличить загрузку топлива, чтобы избежать отравления. Без них реактору пришлось бы работать на низкой мощности до тех пор, пока бора в графите, чтобы позволить ему выйти на полную мощность, что задержало бы полную работу на срок до года. не выгорело бы достаточное количество примесей

Когда реакторы в Хэнфорде были запущены в эксплуатацию, Металлургическая лаборатория снова сосредоточила свое внимание на теоретических разработках. Открытие самопроизвольного деления плутония, полученного в реакторе из-за загрязнения плутонием-240, побудило Вигнера предложить перейти к получению урана-233 из тория , но эта задача была решена Лос-Аламосской лабораторией, разработавшей конструкцию ядерного оружия имплозивного типа . Вигнер был также заинтригован возможностью избавиться от многих сложностей реактора, используя уран в растворе или суспензии в тяжелой воде . Металлургическая лаборатория попыталась найти способ сделать это.

Среди конкурирующих проектов Вайнберг предложил реактор с водой под давлением , который в конечном итоге стал наиболее распространенной конструкцией. Это была лишь одна из многих возможностей, обсуждавшихся Вайнбергом и его коллегами в Чикаго и Ок-Ридже. Позже он написал:

В те первые дни мы исследовали все виды энергетических реакторов, сравнивая преимущества и недостатки каждого типа. Количество возможностей было огромно, поскольку возможностей много для каждого компонента реактора — топлива, теплоносителя, замедлителя. Делящийся материал может быть ²³³ В, ²³⁵ У, или ²³⁹ Пу; теплоносителем может быть: вода, тяжелая вода, газ или жидкий металл; замедлителем может быть вода, тяжелая вода, бериллий, графит или, в реакторе на быстрых нейтронах, отсутствие замедлителя. Я подсчитал, что если посчитать все комбинации топлива, теплоносителя и замедлителя, можно выделить около тысячи различных реакторов. Таким образом, в самом начале развития ядерной энергетики нам пришлось выбирать, какие возможности использовать, а какие игнорировать.

Конечный успех реактора с водой под давлением, писал он, был обусловлен не какими-либо превосходными характеристиками воды, а, скорее, решением снабдить прототип подводного теплового реактора Mark I версией реактора для испытания материалов под давлением в Ок-Ридже. . Как только была создана вода под давлением, другие возможности стали слишком дорогими для реализации. но Вайнберг по-прежнему интересовался другими возможностями. По словам Фримена Дайсона , он был единственным пионером в области ядерной энергетики, который поддержал широкую вселенную конструкции реакторов.

Работа в Ок-Ридже

В 1945 году Вигнер принял должность директора по исследованиям в Лаборатории Клинтона в Ок-Ридже, штат Теннесси , штат которой тогда насчитывал около 800 человек. Он взял с собой своих протеже Гейла Янга , Кэтрин Уэй и Вайнберга. Вайнберг, который первым прибыл в Ок-Ридж в мае 1945 года. стал заведующим физическим отделом в 1946 году. Но после того, как в начале 1947 года Комиссия по атомной энергии взяла на себя ответственность за работу лаборатории от Манхэттенского проекта, Вигнер, чувствуя себя неподходящим для управленческой роли в новых условиях, покинул Ок-Ридж в конце лета 1947 года и вернулся в Принстон. Университет.

В мае 1947 года управление лабораториями Клинтона перешло от Монсанто к Чикагскому университету, а затем к Юнион Карбайд в декабре 1947 года. Влиятельный Генеральный консультативный комитет Комиссии по атомной энергии под председательством Дж. Роберта Оппенгеймера рекомендовал сосредоточить все работы по реакторам в Аргоннской национальной лаборатории , преемнице Металлургической лаборатории, недалеко от Чикаго. Также существовала конкуренция за персонал и ресурсы со стороны недавно созданной Брукхейвенской национальной лаборатории недалеко от Нью-Йорка. Моральный дух был низким, и не нашлось никого, кто мог бы занять должность директора по исследованиям в лаборатории, переименованной в январе 1948 года в Окриджскую национальную лабораторию (ORNL). По крайней мере, шесть человек отказались от этой работы до того, как исполняющий обязанности директора Union Carbide Нельсон (Банни) Ракер попросил Вайнберга стать директором по исследованиям в марте 1948 года.

Впоследствии Вайнберг был назначен директором в 1955 году. Он часто сидел в первом ряду на информационных собраниях отделения ORNL и задавал первый, часто очень проницательный вопрос после каждого научного выступления. Для молодых ученых, выступивших со своей первой презентацией, этот опыт мог быть пугающим, но он также был волнующим и стимулирующим. Когда его спросили, как он находил время посещать каждое собрание, Вайнберг в шутку ответил: «В те дни у нас не было Министерства образования ».

Разработка реактора

Проект « Авиационная ядерная силовая установка » (ANP) был крупнейшей программой ORNL, на которую ушло 25% бюджета ORNL. Военной целью проекта ANP было создание самолета с ядерной установкой (бомбардировщика), который позволил бы преодолеть ограничения по дальности полета самолетов с реактивным топливом того времени. Тот факт, что у проекта было мало шансов на успех, не был упущен из виду, но он обеспечил рабочие места и позволил ORNL остаться в бизнесе по разработке реакторов. ORNL успешно построила и эксплуатировала прототип энергетической установки авиационного реактора, создав в 1954 году первый в мире реактор, работающий на расплавленной соли и охлаждаемый, под названием « Эксперимент с авиационным реактором» (ARE), который установил рекордно высокую рабочую температуру - 1600 ° F (870 °). С). Из-за радиационной опасности для экипажа и людей на земле в случае крушения, новых разработок в области баллистических ракет технологий , дозаправки в воздухе и реактивных бомбардировщиков большей дальности президент Кеннеди отменил программу в июне 1961 года.

Вайнберг приказал превратить реактор для испытания материалов в макет реального реактора, получившего название « Испытательный реактор низкой интенсивности » (LITR) или «Куча бедняков». Эксперименты в LITR привели к разработке как реакторов с водой под давлением (PWR), так и реакторов с кипящей водой (BWR), которые с тех пор стали доминирующими типами реакторов на коммерческих атомных электростанциях . Вайнберга привлекли простота и возможности самоконтроля ядерных реакторов, в которых использовалось жидкое топливо, таких как предложенный Гарольдом Юри и Юджином Вигнером водный гомогенный реактор . Поэтому, чтобы поддержать проект ядерного самолета в конце 1940-х годов, Вайнберг попросил инженеров-реакторов ORNL спроектировать реактор, использующий жидкость вместо твердого топлива.

Этот эксперимент с гомогенным реактором (HRE) ласково прозвали «реактором Элвина 3P», потому что для него требовались котел, труба и насос. HRE начал свою работу в 1950 году, и на вечеринке по случаю критического состояния Вайнберг принес соответствующие духи: «Когда сваи в Чикаго становятся критическими, мы празднуем это с вином. Когда сваи становятся критическими в Теннесси, мы празднуем с Jack Daniel's ». СПЧ проработала 105 дней, прежде чем была закрыта. Несмотря на утечки и коррозию, в ходе его эксплуатации была получена ценная информация, и реактор оказался простым и безопасным в управлении. Пока HRE работала в сети, сенаторы Джон Ф. Кеннеди и Альберт Гор-старший посетили ORNL, и их принимал Вайнберг.

Реакторы на расплавах солей

Вайнберг отмечает «6000 часов полной мощности!» работы MSRE в 1967 году.

При Вайнберге ORNL переключила свое внимание на гражданскую версию устойчивого к расплавлению реактора на расплавленной соли (MSR), отказавшись от «безумных» военных решений. идея атомного самолета. Эксперимент с реактором на расплавленной соли (MSRE) установил рекорд непрерывной работы и был первым, кто использовал облученный торий для производства урана-233 в качестве топлива. Он также использовал плутоний-239 и стандартный природный уран-235 . MSR был известен как «химический реактор», потому что он был предложен в основном химиками (Рэй Брайант и Эд Беттис (инженер) из ORNL и Винс Калкинс из NEPA). и потому что он использовал химический раствор расплавленных солей , содержащих актиниды (уран, торий и/или плутоний) в соли-носителе, чаще всего состоящей из бериллия (BeF ₂ ) и лития (LiF) (изотопно обедненного литием-6 до предотвратить чрезмерный захват нейтронов или производство трития) – FLiBe . MSR также предоставил возможность изменить химический состав расплавленной соли во время работы реактора, чтобы удалить продукты деления и добавить новое топливо или заменить топливо, все это называется «онлайн-обработкой».

Биологические и экологические исследования

За время пребывания Вайнберга на посту директора биологический отдел ORNL вырос в пять раз по размеру следующего по величине подразделения. Этому отделу было поручено понять, как ионизирующее излучение взаимодействует с живыми существами, и попытаться найти способы помочь им пережить радиационное повреждение, например, трансплантацию костного мозга . В 1960-х годах Вайнберг также выполнял новые задачи ORNL, например, использование ядерной энергии для опреснения морской воды. Он нанял Филипа Хаммонда из Национальной лаборатории Лос-Аламоса для продолжения этой миссии и в 1970 году начал первый крупный экологический проект в Соединенных Штатах: Национальный научный фонд – Программа исследований, применяемых к национальным потребностям.

Лидерство

Вайнберг беседует с сенатором Джоном Ф. Кеннеди в Ок-Ридже в 1959 году.

В 1958 году Вайнберг вместе с Вигнером стал соавтором первого учебника по ядерным реакторам « Физическая теория нейтронных цепных реакторов» . В следующем, 1959 году, он был избран президентом Американского ядерного общества , а в 1960 году начал работу в президентском научном консультативном комитете при администрациях Эйзенхауэра и Кеннеди . Начиная с 1945 года с патента № 2 736 696, Вайнберг, обычно вместе с Вигнером, подал многочисленные патенты на технологию легководного реактора (LWR), которая использовалась в основных ядерных реакторах США. Основными типами LWR являются реакторы с водой под давлением (PWR) и реакторы с кипящей водой (BWR), которые используются в военно-морских силовых установках и коммерческой ядерной энергетике. В 1965 году он был назначен вице-президентом ядерного подразделения Union Carbide.

В статье 1971 года Вайнберг впервые использовал термин « Фаустова сделка » для описания ядерной энергетики:

Мы, ядерщики, заключили с обществом фаустовскую сделку. С одной стороны, мы предлагаем — в каталитической ядерной горелке (т.е. бридере) — неиссякаемый источник энергии. Даже на коротком расстоянии, когда мы используем обычные реакторы, мы предлагаем энергию, которая дешевле, чем энергия из ископаемого топлива. Более того, этот источник энергии при правильном обращении практически не загрязняет окружающую среду. В то время как горелки, работающие на ископаемом топливе, выделяют оксиды углерода, азота и серы... нет никакой внутренней причины, по которой ядерные системы должны выделять какие-либо загрязняющие вещества, кроме тепла и следов радиоактивности. Но цена, которую мы требуем от общества за этот волшебный источник, — это одновременно бдительность и долговечность наших социальных институтов, к которым мы совершенно не привыкли.

Вайнберг был уволен администрацией Никсона из ORNL в 1973 году после 18 лет работы на посту директора лаборатории, потому что он продолжал выступать за повышение ядерной безопасности и реакторы с расплавленными солями (MSR) вместо выбранного администрацией быстрого реактора-размножителя на жидком металле (LMFBR), который Для разработки был назначен директор реакторного подразделения AEC Милтон Шоу. Увольнение Вайнберга фактически остановило разработку MSR, поскольку он был практически неизвестен другим ядерным лабораториям и специалистам. по нераспространению ядерного оружия в ORNL на короткое время возобновились исследования MSR В рамках интересов администрации Картера , кульминацией которых стал ORNL-TM-7207, «Концептуальные конструктивные характеристики реактора на денатурированной расплавленной соли с однократной заправкой топлива», написанный Энгелем, и др. , который многие до сих пор считают «эталонным проектом» коммерческих реакторов на расплавах солей.

После Ок-Риджа

Вашингтон и БЕСТ

Вайнберг был назначен директором Управления энергетических исследований и разработок в Вашингтоне, округ Колумбия, в 1974 году. В следующем году он основал и стал первым директором Института энергетического анализа в ассоциированных университетах Ок-Риджа (ORAU). Этот институт сосредоточился на оценке альтернатив для удовлетворения будущих потребностей в энергии. С 1976 по 1984 год Институт энергетического анализа был центром изучения разнообразных проблем, связанных с углекислым газом и глобальным потеплением . Он работал в ORAU до выхода на пенсию и в 1985 году стал заслуженным научным сотрудником ORAU.

В 1972 году Вайнберг опубликовал в журнале «Минерва» знаковую статью под названием «Наука и транснаука» , в которой он сосредоточился на взаимодействии науки и политики, особенно на решениях государственной политики:

Многие проблемы, возникающие в ходе взаимодействия науки или техники с обществом (например, пагубные побочные эффекты технологии или попытки решить социальные проблемы с помощью научных методов), зависят от ответов на вопросы, которые могут задаются наукой, но на которые наука не может ответить. Я предлагаю термин «транснаучный» для этих вопросов, поскольку, хотя они, с эпистемологической точки зрения, являются вопросами фактов и могут быть сформулированы на языке науки, наука не дает на них ответа; они превосходят науку. Поскольку государственная политика затрагивает скорее транснаучные, чем научные вопросы, роль ученого в содействии провозглашению такой политики должна отличаться от его роли, когда наука может однозначно ответить на эти вопросы.

В июне 1977 года Вайнберг давал показания на слушаниях в Конгрессе подкомитета Палаты представителей по окружающей среде и атмосфере относительно влияния увеличения выбросов углекислого газа на глобальные средние температуры. Он заявил, что удвоение глобальных выбросов углекислого газа к 2025 году, которое предсказывали некоторые ученые, приведет к повышению глобальной средней температуры на два градуса Цельсия.

Выход на пенсию

Вайнберг оставался активным и на пенсии. В 1992 году он был назначен председателем Международного комитета дружбы по колоколам , который организовал установку японского колокола в Ок-Ридже. Он также призвал к укреплению Международного агентства по атомной энергии и систем защиты от ядерного оружия . Его первая жена Маргарет умерла в 1969 году. Позже он женился на биржевом брокере Женевьеве ДеПерсио, которая умерла в 2004 году. Его сын Дэвид умер в 2003 году. Вайнберг умер в своем доме в Ок-Ридже 18 октября 2006 года. У него остались другой сын Ричард и сестра Фэй Гоулман.

Наследие

Фонд Элвина Вайнберга назван в его честь.

Награды и почести

• Премия «Выдающийся молодой американец года» (1950–51)
• Избран в Американскую академию искусств и наук (1960).
• США Избран в Национальную академию наук (1961).
• Премия Эрнеста Орландо Лоуренса (1960)
• Премия «Атомы ради мира» (1960)
• Премия «Золотая тарелка» Американской академии достижений (1961).
• Избранный член Американского философского общества (1977).
• Премия Энрико Ферми (1980)

Книги

• Физическая теория нейтронных цепных реакторов , Элвин М. Вайнберг и Юджин П. Вигнер, University of Chicago Press, 1958.
• Размышления о большой науке , Кембридж: MIT Press, 1967.
• Вторая ядерная эра: новый старт ядерной энергетики , Элвин М. Вайнберг; Расс Мэннинг, редактор; Нью-Йорк: Прегер, 1985; ISBN   0-030-04144-9 .
• Продолжая ядерный диалог: избранные очерки , Элвин М. Вайнберг; выбрано и со вступительными комментариями Рассела М. Болла; Ла-Грейндж-Парк, Иллинойс: Американское ядерное общество, 1985; ISBN   0-8944-8552-0 .
• Стратегическая оборона и контроль над вооружениями , под редакцией Элвина М. Вайнберга, Джека Н. Баркенбуса. Нью-Йорк: Дом Парагона, 1988; ISBN   0-887-02218-9 .
• Стабильность и стратегическая оборона , под редакцией Джека Н. Баркенбуса и Элвина М. Вайнберга, Вашингтон, округ Колумбия: Washington Institute Press, 1989; ISBN   0-887-02046-1 .
• Ядерные реакции: наука и транснаука , Американский институт физики, 1992; ISBN   0-88318-861-9 .
• Первая ядерная эра: жизнь и времена технологического мастера , Нью-Йорк: AIP Press, 1994. ISBN   1-56396-358-2 . Автобиография Вайнберга, охватывающая период с начала 1940-х до начала 1990-х годов.

Ссылки

• Джонсон, Лиланд; Шаффер, Дэниел (1994). Национальная лаборатория Ок-Ридж: первые пятьдесят лет . Ноксвилл: Университет Теннесси Press. ISBN  978-0-87049-853-4 .
• Сзантон, Эндрю (1992). Воспоминания Юджина П. Вигнера . Пленум. ISBN  0-306-44326-0 .
• Уодсворт, Джеффри (2008). «Элвин М. Вайнберг 1915–2006». Мемориальные дани . 12 . Национальная инженерная академия: 332–337.
• Вайнберг, Элвин (1994). Первая ядерная эра: жизнь и времена технологического наладчика . Нью-Йорк: AIP Press. ISBN  1-56396-358-2 .
• Международный «Кто есть кто 2004» . Лондон: Европа. 2003. ISBN  978-1-85743-217-6 . OCLC   59342773 .

Внешние ссылки

• Мемориал Элвина Вайнберга
• Аудиоинтервью 1986 года с Элвином Вайнбергом, проведенное С.Л. Сэнгером " Голоса Манхэттенского проекта"
• Документы Элвина Вайнберга (В поисках помощи) , Библиотеки Ноксвиллского университета Теннесси
• Биография из Национальной лаборатории Ок-Ридж