Атомная энергия для военных целей

Смит Генри Деволф

7.29. Опасность излучения, вызывающая необходимость в защитном укрытии котла, распространяется также на всю площадь, занимаемую установкой для выделения плутония. Продукты деления, образующиеся при производстве плутония, обладают высокой радиоактивностью, и оперирование с ураном после его изъятия из котла должно производиться через защитную стенку на расстоянии; кроме того, необходимо предусмотреть защитные мероприятия при транспортировке урана к разделительной установке. Все части работы разделительной установки, включая анализы, должны обслуживаться управлением на расстоянии через защитную стенку, вплоть до того момента, когда плутоний в значительной степени освободится от радиоактивных продуктов деления.

ОБСЛУЖИВАНИЕ

7.30. Проблема

обслуживания формулируется весьма просто: не может быть никакого обслуживания внутри защитного ограждения, если котел работает. То же замечание относится в несколько меньшей мере к установке для выделения плутония. Для тех случаев, когда необходимо по условиям обслуживания остановить установку, должен быть предусмотрен соответствующий «обезвреживающий» процесс, проводимый для понижения интенсивности радиоактивного излучения ниже уровня, представляющего опасность для персонала. Проблемы эксплоатации вспомогательных частей установки обычны; исключение составляет необходимость в резервном насосном и силовом оборудовании на случай внезапной аварии системы охлаждения.

ГРАФИК ЗАГРУЗКИ И РАЗГРУЗКИ

7.31. Очевидно, что количество плутония в нормально работающей установке возрастает с временем работы. Поскольку Pu-239 сам подвергается делению, то его образование стимулирует цепную реакцию, в то время как постепенное исчезновение U-235 и появление продуктов деления с большим поперечным сечением поглощения нейтронов стремится остановить реакцию. Выбор момента остановки работающего котла и удаления плутония требует точного соответствия этих факторов с графиком времени, стоимостью материала, эффективностью процесса выделения и т. д. Точнее говоря, эта задача относится скорее к эксплоатации, чем к проектированию установки; однако, необходимо предусмотреть и эти вопросы, чтобы планировать загрузку урана в котел и передачу его на разделительную установку.

РАЗМЕРЫ УСТАНОВКИ

7.32. Мы говорили о производственной мощности установки, выраженной лишь через величину валовой продукции. Естественно, заданное количество продукции может быть получено в одном большом котле или в нескольких меньших. Принципиальное преимущество котлов меньших размеров заключается в уменьшении времени, необходимого для сооружения первого котла, в возможности вносить изменения в последующие котлы и — что, может быть, наиболее важно — в невероятности одновременного выхода из строя всех котлов. Неудобство малых котлов заключается в том, что они требуют непропорционально больших количеств урана, замедлителя и т. д. Очевидно имеются наиболее предпочтительные «оптимальные» размеры котла, которые можно приближенно определить из теоретических соображений.

ОБЩИЙ ХАРАКТЕР РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

7.33. Как мы уже подчеркивали, блоки урана, вынимаемые из котла, обладают высокой радиоактивностью и, поэтому, обращение с ними требует управления на расстоянии в защищенных укрытиях.

Общая схема, приведенная ниже, была предложена во второй половине 1942 г., в особенности в связи с проектами клинтонской разделительной установки. По этой схеме строился «каньон», который должен был состоять из ряда помещений с толстыми бетонными стенами, и почти полностью врытых в землю. Каждое помещение должно было содержать растворяющие или осаждающие камеры или центрифуги. Блоки урана должны поступать в определенное помещение с одного конца каньона; там они растворяются и проходят через различные процессы растворения, осаждения, окисления или восстановления, пока в последнее отделение не поступает раствор плутония, свободный от урана и продуктов деления. Так же, как и в котле, все процессы должны управляться на расстоянии из помещения, находящегося на поверхности земли, но операции будут гораздо сложнее. Однако, основной характер химических операций не намного отличается от обычного поля деятельности химиков.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

7.34. В первых стадиях процесса извлечения даже обычный анализ образцов, который необходим для проверки операций в различных химических процессах,

должен выполняться путем управления на расстоянии. Эти анализы упрощаются благодаря тому, что наряду со стандартным химическим анализом используются радиоактивные методы.

УДАЛЕНИЕ ОТХОДОВ

7.35. Исходный материал (уран) не обладает опасной радиоактивностью. Конечный продукт (плутоний) не испускает проникающего излучения; однако комбинация активности -лучей и химических свойств Pu делают его одним из опаснейших веществ при попадании на тела Особенно неприятными веществами являются продукты деления урана. Продукты деления чрезвычайно активны и содержат тридцать элементов. Среди них имеются радиоактивные ксенон и йод. Они выделяются в значительных количествах, когда блоки урана растворяются, и должны быть удалены с особой тщательностью. Необходимы высокие трубы, которые бы вытягивали эти газы вместе с кислотным дымом из первой растворяющей камеры, причем нужно установить, что смесь радиоактивных газов и воздуха не заражает окружающей территории.

7.36. В растворе может сохраниться много других продуктов деления, все они, однако, должны быть в конце концов полностью удалены. Разумеется, надо учитывать загрязнение реки. (Санитарные нормы в отношении загрязнения реки требуют, чтобы сточные воды не оказывали вредного влияния ни на людей, ни на рыбу).

РЕГЕНЕРАЦИЯ УРАНА

7.37. Очевидно, даже в том случае, когда уран был оставлен в котле до тех пор, пока весь U-235 не подвергнется делению, все же должно остаться большое количество U-238, не превратившегося в плутоний. В действительности процесс прекращается задолго до достижения этого состояния. Уран является дорогим материалом, и снабжение необходимым количеством урана очень ограничено. Поэтому необходимо изучить возможность регенерации его после извлечения плутония. Вначале такая регенерация не имелась в виду, а предполагалось лишь сохранение раствора урана. Позже был разработан промышленный метод регенерации.

КОРРОЗИЯ В РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ

7.38. В отличие от общеизвестных случаев коррозии, данный процесс корродирования происходит при высокой плотности радиоактивного излучения. Вследствие этого чаны корродируют значительно быстрее, чем при обычных обстоятельствах. Более того, такого рода коррозия значительно серьезнее из-за трудности доступа к пораженным участкам, В течение некоторого времени, к сожалению, на эту опасность не обращали должного внимания.

ВЛИЯНИЕ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

7.39. Химические реакции, предложенные для процесса извлечения, были, конечно, испытаны в лаборатории. Однако, они не могли быть изучены с достаточно большими количествами плутония и не могли быть испытаны при наличии радиоактивного излучения, хоть в какой-нибудь мере приближающегося по своей интенсивности к ожидаемому. Поэтому было очевидно, что процесс, оказавшийся успешным в условиях лаборатории, может оказаться непригодным в установке.

ВЫБОР ПРОЦЕССА

7.40. Приведенное выше описание того, что происходит в последовательных отделениях «каньона», весьма приблизительно. Это объясняется тем, что вплоть до января 1943 г. не было принято решения о том, какой именно процесс следует применить для извлечения и очистки плутония. Главной задачей, стоявшей перед химическим отделом Металлургической лаборатории, был выбор лучшего процесса для установки.

ОХРАНА ЗДОРОВЬЯ

7.41. Кроме опасностей, обычно имеющихся при сооружении и зксплоатации большой химической установки, здесь возникли опасности нового рода. Опасными являлись два типа излучения: нейтроны, освобождающиеся в котле, и радиоактивное (-, - и -) излучение, испускаемое продуктами котла. Хотя общее действие этих излучений на человеческий организм было признано подобным действию рентгеновских лучей, было все же желательно более детальное его изучение. Количество радиоактивных материалов, с которыми приходилось иметь дело, во много раз больше, чем те количества, которые употреблялись когда-либо прежде.