Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Калютрон англ Calutron мас спектрометр спочатку розроблений і використовувався для розділення ізотопів урану Був розробл

Калютрон

Калютрон

Калютрон (англ. Calutron) — мас-спектрометр, спочатку розроблений і використовувався для розділення ізотопів урану. Був розроблений Ернестом Лоуренсом під час Манхеттенського проекту і базувався на його попередньому винаході, циклотроні. Його назва походить від циклотрона Каліфорнійського університету на честь закладу Лоуренса, Каліфорнійського університету, де він був винайдений. Калютрони використовувалися на промисловому заводі зі збагачення урану Y-12 на інженерному заводі Клінтона в Оук-Ридж, штат Теннессі. Вироблений збагачений уран був використаний в атомній бомбі Little Boy, яка була підірвана над Хіросімою 6 серпня 1945 року.

image
Альфа-калютронний резервуар, знятий з магніту для відновлення урану-235

Калютрон — це тип секторного мас-спектрометра, прилад, у якому зразок іонізується, а потім прискорюється електричними полями та відхиляється магнітними полями. Іони зрештою стикаються з пластиною і виробляють вимірний електричний струм. Оскільки іони різних ізотопів мають однаковий електричний заряд, але різну масу, важчі ізотопи менше відхиляються магнітним полем, у результаті чого пучок частинок розділяється на кілька пучків за масою, які вражають пластину в різних місцях. Масу іонів можна розрахувати за напруженістю поля та зарядом іонів. Під час Другої світової війни були розроблені калютрони, які використовували цей принцип для отримання значних кількостей високочистого урану-235, використовуючи невелику різницю мас між ізотопами урану.

Від електромагнітної сепарації для збагачення урану в післявоєнний період відмовилися на користь складнішого, але ефективнішого методу газодифузії. Хоча більшість калютронів Манхеттенського проекту було демонтовано наприкінці війни, деякі залишилися у використанні для виробництва ізотопно збагачених зразків природних елементів для військових, наукових і медичних цілей.

Витоки

Новини про відкриття ядерного поділу німецькими хіміками Отто Ганом і Фріцем Штрассманом у 1938 році та його теоретичне пояснення Лізою Майтнер і Отто Фрішем були привезені до Сполучених Штатів Нільсом Бором. Ґрунтуючись на своїй рідко-крапельній моделі ядра, він припустив, що саме ізотоп урану-235, а не більш поширений уран-238, головним чином відповідає за поділ тепловими нейтронами. Щоб перевірити це, Альфред О. К. Нієр з Університету Міннесоти використав мас-спектрометр для створення мікроскопічної кількості збагаченого урану-235 у квітні 1940 року. Тоді Джон Р. Даннінг, Арістід фон Гроссе та Юджин Т. Бут змогли підтвердити, що Бор мав рацію. Невдовзі Лео Сілард і Уолтер Зінн підтвердили, що за один поділ виділяється більше одного нейтрона, що робить майже впевненим, що ланцюгова ядерна реакція може бути ініційована, а отже, розробка атомної бомби є теоретичною можливістю. Існували побоювання, що німецький проект атомної бомби буде розроблений першим, особливо серед вчених, які були біженцями з нацистської Німеччини та інших фашистських країн.

image
Схема розділення ізотопів урану в калютроні

Австралійський фізик Марк Оліфант в Університеті Бірмінгема в Британії доручив двом фізикам-біженцям — Отто Фрішу та Рудольфу Паєрлсу — дослідити можливість створення атомної бомби, за іронією долі, тому що їхній статус інопланетян-супротивників не дозволяв їм працювати над секретними проектами, такими як радар. Їхній меморандум Фріша-Пайерлза від березня 1940 року показав, що критична маса урану-235 була в межах порядку величини 10 кг, що було досить мало, щоб перевезти його тодішній бомбардувальник. Потім Британський комітет Мод одноголосно рекомендував продовжити розробку атомної бомби. Велика Британія запропонувала надати Сполученим Штатам доступ до своїх наукових досліджень, тому Джон Кокрофт з місії Tizard проінформував американських вчених про британські розробки. Він виявив, що американський проект був меншим за британський і не настільки просунутим.

image
Френк Оппенгеймер (у центрі справа) і Роберт Торнтон (праворуч) досліджують випромінювач із 4 джерелами для покращеного калютрона Альфа.

.37-дюймовий циклотрон у Берклі було демонтовано 24 листопада 1941 року, а його магніт використано для створення першого калютрона. Його назва походить від Каліфорнійського університету та циклотрону. Робота спочатку фінансувалася Радіаційною лабораторією з власних ресурсів, а Дослідницька корпорація надала грант у розмірі 5000 доларів США. У грудні Лоуренс отримав грант у розмірі 400 000 доларів від Уранового комітету S-1. Калютрон складався з джерела іонів у формі коробки з щілиною в ній і гарячими нитками всередині. Чотирихлористий уран був іонізований ниткою, а потім пропущений через 1,0 на 50,8 мм, у вакуумну камеру. Потім магніт використовувався для відхилення пучка іонів на 180°. Збагачені і збіднені пучки йшли в колектори.

Коли калютрон вперше запрацював 2 грудня 1941 року, всього за кілька днів до нападу Японії на Перл-Харбор, який ввів Сполучені Штати в Другу світову війну, колектор отримав інтенсивність пучка урану 5 мікроампер (мкА). Припущення Лоуренса про вплив молекул повітря у вакуумній камері підтвердилося. Дев'ятигодинний запуск 14 січня 1942 року з променем 50 мкА дав 18 мікрограмів (мкг) урану, збагаченого до 25 % урану-235, приблизно в десять разів більше, ніж виробив Nier. До лютого вдосконалення техніки дозволило генерувати промінь 1400 мкА. Того місяця 75 мкг зразків, збагачених до 30 %, були відправлені до Великої Британії та Металургійної лабораторії в Чикаго.

Інші дослідники також досліджували електромагнітне розділення ізотопів. У Прінстонському університеті група під керівництвом Генрі Д. Сміта та Роберта Р. Вілсона розробила пристрій, відомий як ізотрон. Використовуючи клістрон, вони змогли розділити ізотопи за допомогою електрики високої напруги, а не магнетизму. Роботи тривали до лютого 1943 року, коли, зважаючи на більший успіх калютрона, роботу було припинено, а команду було переведено на інші завдання. У Корнельському університеті група під керівництвом Ллойда П. Сміта, до складу якої входили Вільям Е. Паркінс і А. Теодор Форрестер, розробила радіальний магнітний сепаратор. Вони були здивовані тим, що їхні промені були більш точними, ніж очікувалося, і, як і Лоуренс, дійшли висновку, що це було результатом стабілізації променя повітрям у вакуумній камері. У лютому 1942 року їхню команду об'єднали з командою Лоуренса в Берклі.

Дослідження

Хоча було продемонстровано, що процес працює, все одно знадобилися значні зусилля, перш ніж прототип можна було випробувати в польових умовах. Лоуренс зібрав команду фізиків для вирішення проблем, включаючи Девіда Бома, Едварда Кондона, Дональда Куксі, А. Теодора Форрестера, Ірвінга Ленгмюра, Кеннета Росса Маккензі, Френка Оппенгеймера, Дж. Роберта Оппенгеймера, Вільям Е. Паркінс, Бернард Пітерс і Джозеф Слепян. У листопаді 1943 року до них приєдналася британська місія на чолі з Оліфантом, до складу якої входили колеги-австралійські фізики Гаррі Мессі та Ерік Берхоп, а також британські фізики, такі як Джоан Керран і Томас Аллібон.

image
Підрозділ розробки XAX в Оук-Рідж використовувався для досліджень, розробки та навчання.

У Лоуренса в Берклі будувався великий циклотрон, один із 470 см, магніт. Це було перетворено на калютрон, який увімкнули вперше 26 травня 1942 року. Як і 37-дюймова версія, вона виглядала як гігантська C, якщо дивитися зверху. Оператор сидів у відкритому кінці, звідки можна було регулювати температуру, регулювати положення електродів і навіть замінювати компоненти через шлюз під час роботи. Новий, більш потужний калютрон використовувався не для виробництва збагаченого урану, а для експериментів із кількома джерелами іонів. Це означало мати більше колекторів, але це в рази збільшило пропускну здатність.

image
Панелі керування та оператори для калютронів на заводі Y-12 в Оук Ридж. Оператори, переважно жінки, працювали позмінно 24 години на добу.

Дизайн

Значну частину великого прогресу в електромагнітному процесі можна віднести до стилю керівництва Лоуренса. Його сміливість, оптимізм і ентузіазм були заразливі. Його співробітники працювали багато годин, а адміністратори Каліфорнійського університету прорізали бюрократичну тяганину, незважаючи на те, що вони не знали, про що йде мова. Урядові чиновники почали розглядати розробку атомних бомб, щоб вчасно вплинути на результат війни, як справжню можливість. Ванневар Буш, директор OSRD, який наглядав за проектом, відвідав Берклі в лютому 1942 року і знайшов там атмосферу «стимулюючою» та «освіжаючою». 9 березня 1942 року він доповів президенту Франкліну Д. Рузвельту, що можна було б виготовити достатньо матеріалу для бомби до середини 1943 року, ґрунтуючись на нових оцінках Роберта Оппенгеймера про те, що критична маса сфери чистого урану-235 становила від 2,0 до 2,5 кілограмів.

Примітки

  1. Hewlett та Anderson, 1962, с. 10—12.
  2. Stuewer, 1985, с. 211—214.
  3. Smyth, 1945, с. 172.
  4. Hewlett та Anderson, 1962, с. 10—14.
  5. Jones, 1985, с. 12.
  6. Rhodes, 1986, с. 322—325.
  7. Hewlett та Anderson, 1962, с. 42.
  8. Hewlett та Anderson, 1962, с. 39—40.
  9. Phelps, 2010, с. 126—128.
  10. Phelps, 2010, с. 281—283.
  11. Smyth, 1945, с. 188—189.
  12. Jones, 1985, с. 119.
  13. Hiltzik, 2015, с. 238.
  14. Albright та Hibbs, 1991, с. 18.
  15. Hewlett та Anderson, 1962, с. 56—58.
  16. Hewlett та Anderson, 1962, с. 59.
  17. Parkins, 2005, с. 45—46.
  18. Peat, 1997, с. 64—65.
  19. Smyth, 1945, с. 190.
  20. A. Theodore Forrester; UCLA Professor, Acclaimed Inventor. Los Angeles Times. 31 березня 1987. Процитовано 1 вересня 2015.
  21. Gowing, 1964, с. 256—260.
  22. Smyth, 1945, с. 192.
  23. Manhattan District, 1947b, с. 1.8.
  24. Hewlett та Anderson, 1962, с. 92—93.
  25. Hewlett та Anderson, 1962, с. 60.
  26. Hewlett та Anderson, 1962, с. 61.

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Kalyutron angl Calutron mas spektrometr spochatku rozroblenij i vikoristovuvavsya dlya rozdilennya izotopiv uranu Buv rozroblenij Ernestom Lourensom pid chas Manhettenskogo proektu i bazuvavsya na jogo poperednomu vinahodi ciklotroni Jogo nazva pohodit vid ciklotrona Kalifornijskogo universitetu na chest zakladu Lourensa Kalifornijskogo universitetu de vin buv vinajdenij Kalyutroni vikoristovuvalisya na promislovomu zavodi zi zbagachennya uranu Y 12 na inzhenernomu zavodi Klintona v Ouk Ridzh shtat Tennessi Viroblenij zbagachenij uran buv vikoristanij v atomnij bombi Little Boy yaka bula pidirvana nad Hirosimoyu 6 serpnya 1945 roku Alfa kalyutronnij rezervuar znyatij z magnitu dlya vidnovlennya uranu 235 Kalyutron ce tip sektornogo mas spektrometra prilad u yakomu zrazok ionizuyetsya a potim priskoryuyetsya elektrichnimi polyami ta vidhilyayetsya magnitnimi polyami Ioni zreshtoyu stikayutsya z plastinoyu i viroblyayut vimirnij elektrichnij strum Oskilki ioni riznih izotopiv mayut odnakovij elektrichnij zaryad ale riznu masu vazhchi izotopi menshe vidhilyayutsya magnitnim polem u rezultati chogo puchok chastinok rozdilyayetsya na kilka puchkiv za masoyu yaki vrazhayut plastinu v riznih miscyah Masu ioniv mozhna rozrahuvati za napruzhenistyu polya ta zaryadom ioniv Pid chas Drugoyi svitovoyi vijni buli rozrobleni kalyutroni yaki vikoristovuvali cej princip dlya otrimannya znachnih kilkostej visokochistogo uranu 235 vikoristovuyuchi neveliku riznicyu mas mizh izotopami uranu Vid elektromagnitnoyi separaciyi dlya zbagachennya uranu v pislyavoyennij period vidmovilisya na korist skladnishogo ale efektivnishogo metodu gazodifuziyi Hocha bilshist kalyutroniv Manhettenskogo proektu bulo demontovano naprikinci vijni deyaki zalishilisya u vikoristanni dlya virobnictva izotopno zbagachenih zrazkiv prirodnih elementiv dlya vijskovih naukovih i medichnih cilej VitokiNovini pro vidkrittya yadernogo podilu nimeckimi himikami Otto Ganom i Fricem Shtrassmanom u 1938 roci ta jogo teoretichne poyasnennya Lizoyu Majtner i Otto Frishem buli privezeni do Spoluchenih Shtativ Nilsom Borom Gruntuyuchis na svoyij ridko krapelnij modeli yadra vin pripustiv sho same izotop uranu 235 a ne bilsh poshirenij uran 238 golovnim chinom vidpovidaye za podil teplovimi nejtronami Shob pereviriti ce Alfred O K Niyer z Universitetu Minnesoti vikoristav mas spektrometr dlya stvorennya mikroskopichnoyi kilkosti zbagachenogo uranu 235 u kvitni 1940 roku Todi Dzhon R Danning Aristid fon Grosse ta Yudzhin T But zmogli pidtverditi sho Bor mav raciyu Nevdovzi Leo Silard i Uolter Zinn pidtverdili sho za odin podil vidilyayetsya bilshe odnogo nejtrona sho robit majzhe vpevnenim sho lancyugova yaderna reakciya mozhe buti inicijovana a otzhe rozrobka atomnoyi bombi ye teoretichnoyu mozhlivistyu Isnuvali poboyuvannya sho nimeckij proekt atomnoyi bombi bude rozroblenij pershim osoblivo sered vchenih yaki buli bizhencyami z nacistskoyi Nimechchini ta inshih fashistskih krayin Shema rozdilennya izotopiv uranu v kalyutroni Avstralijskij fizik Mark Olifant v Universiteti Birmingema v Britaniyi doruchiv dvom fizikam bizhencyam Otto Frishu ta Rudolfu Payerlsu dosliditi mozhlivist stvorennya atomnoyi bombi za ironiyeyu doli tomu sho yihnij status inoplanetyan suprotivnikiv ne dozvolyav yim pracyuvati nad sekretnimi proektami takimi yak radar Yihnij memorandum Frisha Pajerlza vid bereznya 1940 roku pokazav sho kritichna masa uranu 235 bula v mezhah poryadku velichini 10 kg sho bulo dosit malo shob perevezti jogo todishnij bombarduvalnik Potim Britanskij komitet Mod odnogolosno rekomenduvav prodovzhiti rozrobku atomnoyi bombi Velika Britaniya zaproponuvala nadati Spoluchenim Shtatam dostup do svoyih naukovih doslidzhen tomu Dzhon Kokroft z misiyi Tizard proinformuvav amerikanskih vchenih pro britanski rozrobki Vin viyaviv sho amerikanskij proekt buv menshim za britanskij i ne nastilki prosunutim Frenk Oppengejmer u centri sprava i Robert Tornton pravoruch doslidzhuyut viprominyuvach iz 4 dzherelami dlya pokrashenogo kalyutrona Alfa 37 dyujmovij ciklotron u Berkli bulo demontovano 24 listopada 1941 roku a jogo magnit vikoristano dlya stvorennya pershogo kalyutrona Jogo nazva pohodit vid Kalifornijskogo universitetu ta ciklotronu Robota spochatku finansuvalasya Radiacijnoyu laboratoriyeyu z vlasnih resursiv a Doslidnicka korporaciya nadala grant u rozmiri 5000 dolariv SShA U grudni Lourens otrimav grant u rozmiri 400 000 dolariv vid Uranovogo komitetu S 1 Kalyutron skladavsya z dzherela ioniv u formi korobki z shilinoyu v nij i garyachimi nitkami vseredini Chotirihloristij uran buv ionizovanij nitkoyu a potim propushenij cherez 1 0 na 50 8 mm u vakuumnu kameru Potim magnit vikoristovuvavsya dlya vidhilennya puchka ioniv na 180 Zbagacheni i zbidneni puchki jshli v kolektori Koli kalyutron vpershe zapracyuvav 2 grudnya 1941 roku vsogo za kilka dniv do napadu Yaponiyi na Perl Harbor yakij vviv Spolucheni Shtati v Drugu svitovu vijnu kolektor otrimav intensivnist puchka uranu 5 mikroamper mkA Pripushennya Lourensa pro vpliv molekul povitrya u vakuumnij kameri pidtverdilosya Dev yatigodinnij zapusk 14 sichnya 1942 roku z promenem 50 mkA dav 18 mikrogramiv mkg uranu zbagachenogo do 25 uranu 235 priblizno v desyat raziv bilshe nizh virobiv Nier Do lyutogo vdoskonalennya tehniki dozvolilo generuvati promin 1400 mkA Togo misyacya 75 mkg zrazkiv zbagachenih do 30 buli vidpravleni do Velikoyi Britaniyi ta Metalurgijnoyi laboratoriyi v Chikago Inshi doslidniki takozh doslidzhuvali elektromagnitne rozdilennya izotopiv U Prinstonskomu universiteti grupa pid kerivnictvom Genri D Smita ta Roberta R Vilsona rozrobila pristrij vidomij yak izotron Vikoristovuyuchi klistron voni zmogli rozdiliti izotopi za dopomogoyu elektriki visokoyi naprugi a ne magnetizmu Roboti trivali do lyutogo 1943 roku koli zvazhayuchi na bilshij uspih kalyutrona robotu bulo pripineno a komandu bulo perevedeno na inshi zavdannya U Kornelskomu universiteti grupa pid kerivnictvom Llojda P Smita do skladu yakoyi vhodili Vilyam E Parkins i A Teodor Forrester rozrobila radialnij magnitnij separator Voni buli zdivovani tim sho yihni promeni buli bilsh tochnimi nizh ochikuvalosya i yak i Lourens dijshli visnovku sho ce bulo rezultatom stabilizaciyi promenya povitryam u vakuumnij kameri U lyutomu 1942 roku yihnyu komandu ob yednali z komandoyu Lourensa v Berkli DoslidzhennyaHocha bulo prodemonstrovano sho proces pracyuye vse odno znadobilisya znachni zusillya persh nizh prototip mozhna bulo viprobuvati v polovih umovah Lourens zibrav komandu fizikiv dlya virishennya problem vklyuchayuchi Devida Boma Edvarda Kondona Donalda Kuksi A Teodora Forrestera Irvinga Lengmyura Kenneta Rossa Makkenzi Frenka Oppengejmera Dzh Roberta Oppengejmera Vilyam E Parkins Bernard Piters i Dzhozef Slepyan U listopadi 1943 roku do nih priyednalasya britanska misiya na choli z Olifantom do skladu yakoyi vhodili kolegi avstralijski fiziki Garri Messi ta Erik Berhop a takozh britanski fiziki taki yak Dzhoan Kerran i Tomas Allibon Pidrozdil rozrobki XAX v Ouk Ridzh vikoristovuvavsya dlya doslidzhen rozrobki ta navchannya U Lourensa v Berkli buduvavsya velikij ciklotron odin iz 470 sm magnit Ce bulo peretvoreno na kalyutron yakij uvimknuli vpershe 26 travnya 1942 roku Yak i 37 dyujmova versiya vona viglyadala yak gigantska C yaksho divitisya zverhu Operator sidiv u vidkritomu kinci zvidki mozhna bulo regulyuvati temperaturu regulyuvati polozhennya elektrodiv i navit zaminyuvati komponenti cherez shlyuz pid chas roboti Novij bilsh potuzhnij kalyutron vikoristovuvavsya ne dlya virobnictva zbagachenogo uranu a dlya eksperimentiv iz kilkoma dzherelami ioniv Ce oznachalo mati bilshe kolektoriv ale ce v razi zbilshilo propusknu zdatnist Paneli keruvannya ta operatori dlya kalyutroniv na zavodi Y 12 v Ouk Ridzh Operatori perevazhno zhinki pracyuvali pozminno 24 godini na dobu DizajnZnachnu chastinu velikogo progresu v elektromagnitnomu procesi mozhna vidnesti do stilyu kerivnictva Lourensa Jogo smilivist optimizm i entuziazm buli zarazlivi Jogo spivrobitniki pracyuvali bagato godin a administratori Kalifornijskogo universitetu prorizali byurokratichnu tyaganinu nezvazhayuchi na te sho voni ne znali pro sho jde mova Uryadovi chinovniki pochali rozglyadati rozrobku atomnih bomb shob vchasno vplinuti na rezultat vijni yak spravzhnyu mozhlivist Vannevar Bush direktor OSRD yakij naglyadav za proektom vidvidav Berkli v lyutomu 1942 roku i znajshov tam atmosferu stimulyuyuchoyu ta osvizhayuchoyu 9 bereznya 1942 roku vin dopoviv prezidentu Franklinu D Ruzveltu sho mozhna bulo b vigotoviti dostatno materialu dlya bombi do seredini 1943 roku gruntuyuchis na novih ocinkah Roberta Oppengejmera pro te sho kritichna masa sferi chistogo uranu 235 stanovila vid 2 0 do 2 5 kilogramiv PrimitkiHewlett ta Anderson 1962 s 10 12 Stuewer 1985 s 211 214 Smyth 1945 s 172 Hewlett ta Anderson 1962 s 10 14 Jones 1985 s 12 Rhodes 1986 s 322 325 Hewlett ta Anderson 1962 s 42 Hewlett ta Anderson 1962 s 39 40 Phelps 2010 s 126 128 Phelps 2010 s 281 283 Smyth 1945 s 188 189 Jones 1985 s 119 Hiltzik 2015 s 238 Albright ta Hibbs 1991 s 18 Hewlett ta Anderson 1962 s 56 58 Hewlett ta Anderson 1962 s 59 Parkins 2005 s 45 46 Peat 1997 s 64 65 Smyth 1945 s 190 A Theodore Forrester UCLA Professor Acclaimed Inventor Los Angeles Times 31 bereznya 1987 Procitovano 1 veresnya 2015 Gowing 1964 s 256 260 Smyth 1945 s 192 Manhattan District 1947b s 1 8 Hewlett ta Anderson 1962 s 92 93 Hewlett ta Anderson 1962 s 60 Hewlett ta Anderson 1962 s 61

Дата публікації:
Топ