Атомная энергия для военных целей

Вторая часть экспериментов относилась к измерению общего числа нейтронов, испускаемых в промежуток времени от 0,01 сек. до 2,0 минут после выключения циклотрона. Предполагая, что все наблюдавшиеся запаздывающие нейтроны входят в указанные выше четыре группы, необходимо считать, что 1,0±0,2 процента нейтронов, выбрасываемых при делении урана, запаздывают по крайней мере на 0,01 сек. и что примерно для 0,07 процента запаздывание достигает одной минуты. Если запроектировать эффективное значение k коэффициента размножения для типового котла при отсутствии регулирующих стержней всего лишь в 1,01, и если предел полного изменения k под влиянием одного регулирующего стержня определить в 0,002, то число запаздывающих нейтронов достаточно для обеспечения легкого управления.

Приложение 4. Первый котёл с саморазвивающейся цепной реакцией

В главе VI были кратко описаны устройство и работа первого котла с саморазвивающейся цепной реакцией. Хотя от изложения деталей приходится пока из соображений секретности воздержаться, приведенные ниже параграфы дают несколько более полное описание, основанное на докладе Ферми. Котел был построен Ферми и его сотрудниками осенью 1942 г.

ОПИСАНИЕ КОТЛА

Согласно первоначальному плану, котел должен был иметь приблизительно сферическую форму, причем наиболее чистые уран и графит нужно было размещать вблизи центра. Контрольные измерения показали, однако, что критические размеры были достигнуты раньше, чем была завершена запроектированная сфера, и, в соответствии с этим, конструкция была видоизменена. В окончательном виде котел представлял сплющенный сфероид, плоский в верхней части. Было необходимо расположить блоки урана или окиси урана на одинаковых друг от друга расстояниях в кубической решетке, внутри графита. Графит нарезался в виде кирпичей и складывался слоями, попеременно содержавшими и не содержавшими урановые блоки. Эти блоки располагались по углам квадратных плит графита. Критические размеры были достигнуты, когда котел был уложен до высоты лишь в три четверти той, которая казалась необходимой по самым осторожным расчетам. После этого был добавлен всего лишь один слой.

Применявшийся графит был преимущественно от фирм National Carbon Co. и Speer Graphite Co. Котел содержал 12 400 фунтов урана, который поставлялся фирмами Вестингауз, Metal Hydrides Co. и Эймс. Так как в решетке было значительно больше точек, чем имелось блоков металла, то свободные места были заполнены блоками прессованной окиси урана.

Для управления и выполнения экспериментов имелось десять каналов, пронизывающих весь котел. Три из них вблизи центра применялись для регулирующих и аварийных стержней. Для облегчения экспериментирования, в частности, для удаления образцов, один ряд графитовых кирпичей, несущих уран и проходящих вблизи центра, был уложен так, что его можно было целиком выдвигать из котла.

Графитовая сфера поддерживалась деревянным каркасом, установленным на настиле на утрамбованной площадке ниже Вест-Стэндса (Стэг Филд).

ОЖИДАЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОТЛА

Металлическая решетка в центре котла и две другие главные решетки, образующие основную конструкцию остальной части котла, были каждая в отдельности изучены в экспоненциальных экспериментах ##18, 27 и 29. Эти эксперименты дали для коэффициента размножения значение 1,07 для металлической решетки и 1,04 и 1,03 — для решеток из окиси. Причем различие двух последних величин было обусловлено различием сортов применявшегося графита. Необходимо помнить, что это — значения коэффициентов размножения для решеток неограниченных размеров. Предсказание действительного эффективного значения коэффициента размножения, k_эфф для строящегося котла зависело от достоверности значения k, полученного из экспоненциальных экспериментов, от правильного усреднения для различных решеток и от правильности расчета k_эфф из среднего значения k для системы бесконечных размеров. Хотя начальные проектные данные котла были умышленно превышены, его успешное действие, когда он был лишь частично закончен, показывало, что значения коэффициентов размножения, вычисленные из экспоненциальных экспериментов, оказались слишком малыми. Наблюдавшееся эффективное значение коэффициента размножения для фактически построенной части запроектированной установки было около 1,0006, когда все поглотители нейтронов были удалены.

ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ СБОРКЕ КОТЛА

Для того, чтобы быть уверенными, что при сборке котла случайно не будут превзойдены критические размеры, непрерывно производились измерения нейтронной активности. Эти измерения служили также для изучения свойств размножения нейтронов и давали возможность предсказать, где будет достигнута критическая точка.