Ферми. Ядерная энергия

По приезде в Колумбийский университет он вместе с Андерсоном проанализировал поглощающие способности бора и кадмия. Реактор должен был иметь систему контроля, чтобы надкритическое состояние не было превышено, и для реализации такой системы Ферми выбрал аварийную кассету из кадмия, механизм действия которой хорошо знал. По настоянию ученого к нему в Чикаго в феврале 1942 года приехал Андерсон.

Ферми назначил его ответственным за контроль чистоты материалов. Ученые начали конструировать «поленницы» меньшего размера по сравнению с Колумбийской, так называемые сигма-призмы с квадратным основанием, сторона которого была равна 1,22 м, и 2,44 м в высоту. Это было необходимо, чтобы определить эффективное сечение (о, сигма, — отсюда и название) графита, приобретенного Силардом. В основании был помещен источник нейтронов, и при помощи пластин индия были произведены измерения.

В июне 1942 года Рузвельт вместе с армией США и Управлением научных исследований и развития начал масштабную работу по созданию атомной бомбы. В августе программу, посвященную урану, назвали Манхэттенским проектом. Работа металлургической лаборатории стала государственным приоритетом, а Ферми получил пост руководителя теоретического отдела проекта.

Между преподаванием и исследовательской работой небольшая разница, если она вообще есть.

Замечание Ферми после цикла лекций, прочитанных в 1942 году

Между 15 сентября и 15 ноября 1942 года Зинн и Андерсон соорудили 16 экспоненциальных реакторов и успешно провели в них измерения. В августе были получены реакторы с коэффициентом размножения, превышающим 1, но контроль реакции еще стоял на повестке дня. В конце ноября казалось, что в реакторе Аргоннской национальной лаборатории все готово для получения самоподдерживающейся цепной реакции.

Однако из-за забастовки сотрудников лаборатории Комптону пришлось принять предложение Ферми и разместить реактор под западным сектором заброшенного стадиона Чикагского университета Stagg Field, на прямоугольном поле для сквоша размерами 9,15 x 18,30 м и немногим больше 8 м в высоту. Зинн и Андерсон уже построили там несколько экспоненциальных реакторов. Ферми смог убедить генерала Лесли Гровса, который должен был контролировать исследования в рамках Манхэттенского проекта (и самого Комптона), в том, что все будет в порядке. Ученый решил придать реактору более округлую форму диаметром 8 м, почти равным высоте поля для сквоша, — это позволяло свести к минимуму потери нейтронов. Он начал работу с деревянным остовом 16 ноября. Андерсон предложил обтянуть сферу оболочкой для аэростатов, а потом откачать из нее воздух и заменить его диоксидом углерода, уменьшив таким образом поглощение нейтронов азотом воздуха. Он сам заказал нужный материал компании Goodyear, которая вначале сочла этот запрос странным и не хотела за него браться, но в конце концов ее убедили деньги и приказ военных властей.

Конструкция состояла из перемежающихся слоев графита с содержанием оксида урана и блоков чистого графита, которым пытались придать близкую к сферической форму. В сборке реактора приняли участие студенты физического факультета Чикагского университета. В графите были проделаны желобки, в которые были вставлены деревянные брусья, покрытые пластинами кадмия. Каждый день в 8 утра Ферми просматривал эти пластины и данные, полученные за предыдущую ночь с помощью счетчика бора-фтора, чтобы проверить интенсивность поглощенных нейтронов. При необходимости пластины заменялись на новые.

Зинн спроектировал особый стержень, который назвали Zip. Он располагался в верхней части, был привязан к веревке и вытаскивался вручную. В желоб реактора он спускался с помощью ролика. Ферми решил сделать Zip встроенным, в том числе чтобы успокоить генерала Гровса и Комптона: многих волновало то, что реактор находится рядом с населенными пунктами. По мнению Нормана Хилбери, который должен был контролировать Zip, это был избыточный механизм обеспечения безопасности, поскольку ту же функцию выполняла кассета с кадмием, и группа Ферми наблюдала за ней ежедневно. Однако безопасность с момента построения первого ядерного реактора не была лишней.

По мере продвижения работ Ферми пришел к выводу, что критическая масса будет получена, даже если не достраивать сферу. Металлический уран Спеллинга имел отличную чистоту, а его расположение в центре реактора значительно увеличило коэффициент размножения.

В июне 1941 года было создано Управление по научным исследованиям и развитию. Артур Комптон с Вэнивером Бушем и Эрнестом Лоуренсом занялся американской программой по развитию атомной бомбы. На фото слева направо: Эрнест Лоуренс, Артур Комптон, Вэнивер Буш, Джеймс Конант, Карл Комптон и Альфред Ли Лумис.

Четвертая годовщина запуска «Чикагской поленницы — 1» (2 декабря 1946 года). Слева направо, в заднем ряду: Норман Хилбери, Сэмюэл Аллисон, Томас Брилл, Роберт Ноблс, Уоррен Ниер и Марвин Вилкенинг.