S-50 (맨해튼 프로젝트)

좌표:35°54′58″N 84°24′43″w/35.91611°N 84.41194°W/ 35.91611; -84.41194

S-50 프로젝트는 제2차 세계 대전 동안 액체 열 확산에 의한 농축 우라늄 생산을 위한 맨해튼 프로젝트의 노력이었다.맨해튼 프로젝트가 추진한 우라늄 농축 기술 3가지 중 하나였다.

액체 열 확산 과정은 처음에 맨해튼 프로젝트에 사용하기 위해 선택된 농축 기술 중 하나가 아니었으며, 필립 H. 아벨슨과 미국 해군 연구소의 다른 과학자들에 의해 독자적으로 개발되었다.이는 주로 이 과정의 기술적 타당성에 대한 의구심 때문이기도 했지만, 미 육군과 미 해군의 서비스 간 경쟁도 한몫했다.

아나코스티아 해군 공군기지와 필라델피아 해군 야드에는 파일럿 공장이, 테네시주 오크리지에 있는 클린턴 엔지니어 워크스에는 생산시설이 들어섰다.이것은 지금까지 건설된 유일한 생산 규모의 액체 열 확산 공장이었다.원폭에 사용할 수 있을 만큼 우라늄을 농축할 수는 없었지만, Y-12 캘루트론과 K-25 기체 확산 식물을 위해 약간 농축된 사료를 제공할 수 있었다.S-50 공장은 히로시마 원폭에 고용된 리틀보이 폭탄에 사용된 농축 우라늄 생산을 일주일 앞당긴 것으로 추정됐다.

S-50 공장은 1945년 9월 생산을 중단했다가 1946년 5월 재개관했으며, 미국 육군 공군 원자력 항공(NEPA) 사업에서 사용하였다.그 공장은 1940년대 말에 철거되었다.

배경

1932년 제임스 채드윅에 의한 중성자 발견에 ^[1]이어 1938년 독일 화학자 오토 한과 프리츠 스트라스만에 의한 우라늄 핵분열,^[2] 곧이어 리세 메이트너와 오토 로버트 프리슈의 이론적 설명(그리고 명명)이 우라늄과의 핵 연쇄 반응 가능성을 열어놓았다.^[3][1]특히 나치 독일과 다른 파시스트 국가 출신의 난민이었던 과학자들 사이에서 독일의 원자폭탄 프로젝트가 핵무기를 개발할 것이라는 두려움이 아인슈타인-실라르 편지에 표현되었다.이것은 1939년 말 미국에서 예비 연구를 촉발시켰다.^[4]

닐스 보어(Niels Bohr)와 존 아치발트 휠러(John Archibald Wheeler)는 핵분열 메커니즘을 설명하기 위해 원자핵의 액체 낙하 모델을 적용했다.^[5]실험 물리학자들이 핵분열을 연구하면서, 그들은 수수께끼 같은 결과를 발견했다.George Placzek은 보어에게 우라늄이 왜 빠르고 느린 중성자 둘 다와 핵분열하는 것 같냐고 물었다.휠러와의 회담장으로 걸어가면서, 보어는 낮은 에너지에서의 핵분열이 우라늄-235 동위원소 때문이라는 통찰력을 가졌는데, 반면 높은 에너지에서는 주로 훨씬 더 풍부한 우라늄-238 동위원소 때문이었다.^[6]전자는 천연 우라늄 원자의 0.714 퍼센트를 차지하는데, 140명당 1개꼴이다. 천연 우라늄은 99.28 퍼센트의 우라늄-238이다.우라늄-234, 0.006%의 소량도 있다.^[7]

영국 버밍엄 대학교에서 호주 물리학자 마크 올리판트는 피쉬와 루돌프 페얼스라는 두 명의 난민 물리학자에게 원자폭탄의 타당성을 조사하는 임무를 맡겼는데, 역설적으로 적 외계인으로서의 지위가 레이더와 같은 비밀 프로젝트에 대한 작업을 방해했기 때문이다.^[8]1940년 3월 Frisch-Peierls 비망록은 우라늄-235의 임계 질량이 당시의 폭격기에 의해 운반될 수 있을 만큼 작은 크기인 10 kg 이내에 있음을 나타냈다.^[9]우라늄 동위원소 분리(우라늄 농축)를 어떻게 달성할 수 있는지에 대한 연구는 엄청난 중요성을 가정했다.^[10]어떻게 이것이 달성될 수 있는지에 대한 Frisch의 첫 번째 생각은 액체 열 확산이었다.^[11]

액체 열 확산

액체 열 확산 과정은 1856년 칼 루드비히(Carl Ludwig)와 이후 1879년 찰스 소렛(Charles Sorett)이 발견한 것에 근거한 것으로, 원래 균일한 소금 용액에서 온도 경사가 유지되면, 시간이 지나면 용액에도 농도 경사가 존재하게 된다.이것은 소렛 효과라고 알려져 있다.^[12]1911년 데이비드 엔스코그와 1916년 시드니 채프먼은 독립적으로 채프먼-엔스코그 이론을 개발했는데, 이 이론은 두 기체의 혼합물이 온도 구배를 통과할 때, 무거운 기체는 차가운 끝에서, 가벼운 기체는 따뜻한 끝에서 집중되는 경향이 있다고 설명했다.이것은 채프먼과 F에 의해 실험적으로 확인되었다.1916년 W. Dootson.^[13][14][15]

뜨거운 가스는 상승하고 차가운 가스는 하강하는 경향이 있기 때문에, 이것은 동위원소 분리의 수단으로 사용될 수 있다.이 과정은 클라우스 클루시우스와 게르하르트 디켈이 1938년 독일에서 네온 동위 원소를 분리하는 데 사용한 것에 의해 처음 입증되었다.그들은 "기둥"이라고 불리는 기구를 사용했는데, 중심 아래로 뜨거운 전선이 있는 수직 튜브로 구성되어 있다.^[16][17]미국에서는 미국 농무부의 아서 브램리가 온도가 다른 동심원 관을 사용함으로써 이 디자인을 개선했다.^[18]

연구개발

필립 H. 아벨슨은 1939년 5월 8일 캘리포니아 대학에서 박사학위를 받은 젊은 물리학자였다.^[18]그는 핵분열을 검증한 최초의 미국 과학자 중 ^[19]한 명으로, 1939년 2월 물리 리뷰에 제출된 기사에서 결과를 보고했으며,^[20] 에드윈 맥밀런과 넵투늄 발견에 대해 협력했다.^[21][22]워싱턴 D.C.에 있는 카네기 연구소로 돌아와, 그는 동위원소 분리에 관심을 갖게 되었다.1940년 7월, 미국 해군 연구소(NRL)의 로스 건이 해롤드 유리의 이 주제에 관한 1939년 논문을 보여주었고, 아벨슨은 액체 열 확산 과정을 이용할 가능성에 흥미를 갖게 되었다.^[18]그는 카네기 연구소의 지구자기학부에서 그 과정을 실험하기 시작했다.염화칼륨(KCl), 브롬화칼륨(KBr), 황산칼륨(KSO
_2
4), 디크롬산칼륨(KCRO
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2
7)을 사용해 칼륨-39와 칼륨-41 동위원소의 1.2(20%)의 분리계수를 달성할 수 있었다.^[23]

다음 단계는 우라늄으로 실험을 반복하는 것이었다.그는 우라늄염의 수용액 용액으로 그 과정을 연구했지만, 그것들이 그 칼럼에서 가수분해되는 경향이 있다는 것을 발견했다.오직 6불화 우라늄만이 적합해
₆ 보였다.1940년 9월 아벨슨은 국방연구위원회(NDRC) 우라늄위원회 소속이었던 로스 건과 리만 브릭스 국가표준국장에게 접근했다.NRL은 아벨슨이 업무를 계속할 수 있도록 카네기 연구소에 2,500달러를 지원하기로 합의했고, 1940년 10월 브릭스는 이를 더 좋은 시설이 있는 표준국으로 옮기도록 주선했다.^[23]

6불화 우라늄은 쉽게 구할 수 없었기 때문에 아벨슨은 350℃(662℃)에서 보다 쉽게 생산된 우라늄 테트라플루오라이드를 불소화하여 NRL에서 대량생산하는 독자적인 방법을 고안했다.^[24][23]처음에 이 작은 공장은 콜롬비아 대학, 버지니아 대학, NRL에서 연구를 위해 6불화 우라늄을 공급했다.1941년 건과 아벨슨은 아벨슨의 공정을 이용해 오하이오주 클리블랜드의 하르쇼 케미칼 컴퍼니에 6불화 우라늄을 발주했다.1942년 초, NDRC는 하르쇼에게 하루에 10파운드(4.5kg)의 6불화 우라늄을 생산할 수 있는 시험 공장을 건설하는 계약을 체결했다.1942년 봄까지 하르쇼의 시험 우라늄 헥사플루오라이드 공장이 가동되었고, 듀폰트도 이 공정을 이용한 실험을 시작했다.육불화 우라늄에 대한 수요는 곧 급격히 증가했고 하르쇼와 듀폰은 이를 충족시키기 위해 생산을 늘렸다.^[25]

Abelson은 표준국에 약 1.5인치(38 mm)의 직경을 가진 11개의 기둥을 세웠다. 그러나 높이는 2에서 12피트(0.61에서 3.66 m)까지이다.시험운행은 칼륨염으로 실시되었고, 그 후 1941년 4월에 육불화 우라늄으로 실시되었다.1941년 6월 1일, 아벨슨은 NRL의 직원이 되었고 아나코스티아 해군 공군 기지로 이동하였다.1941년 9월, 그는 존 1세와 합류했다.그의 대리인이 된 후버.그들은 그곳에 36피트(11m)의 기둥을 가진 실험 공장을 건설했다.^[24][23]증기는 20마력(15kW)의 가스 연소식 보일러가 제공했다.^[26]염소 동위원소를 분리할 수 있었지만 11월 테트라클로라이드(tetrachloride)의 분해산물로 인해 기구가 망가졌다.^[24][23]다음 주행에서는 2.5%의 분리를 나타냈으며, 기둥의 최적 간격은 0.21~0.38밀리미터(0.0083~0.0150인치) 사이인 것으로 밝혀졌다.^[24]Abelson은 6월 22일 9.6%의 결과를 얻어 6불화 우라늄을 사용한 액체 열 확산에 대한 첫 번째 실험에 성공했다고 보았다.7월에는 21%^[27]를 달성할 수 있었다.

맨해튼 프로젝트와의 관계

NRL은 1942년 7월에 시범 공장을 허가했고, 11월 15일에 가동을 시작했다.^[23]이번에는 48피트(15m)의 열 14개를 사용했으며, 그 사이에 25밀리미터(0.98인치)의 분리도 있었다.시범공장은 1942년 12월 3일부터 17일까지 중단 없이 가동됐다.^[28]레슬리 R 대령 맨해튼프로젝트로 알려질 일을 담당하도록 지정되어 있던 그로브스 주니어는 맨해튼지구 부지구 엔지니어인 케네스 D 중령과 함께 시범공장을 방문했다. 니콜스는 9월 21일에 군과 해롤드 G 제독과 이야기를 나누었다. 보웬, 시니어 NRL 국장그로브스는 그 프로젝트가 충분히 시급하게 추진되지 않고 있다는 인상을 남겼다.^[29][30]프로젝트는 확장되었고, 네이선 로젠은 이론 물리학자로 프로젝트에 참여했다.^[23]그로브스는 이번에도 워렌 K와 함께 1942년 12월 10일 시범 공장을 방문했다. MIT의 화학공학과 교수 루이스와 듀폰트 직원 3명.그의 보고서에서 루이스는 그 작업을 계속할 것을 권고했다.^[28]

S-1 집행위원회는 1942년 6월 19일 우라늄 위원회를 대체하여 이 과정에서 군을 탈퇴시켰다.^[31]루이스의 보고서를 검토했고, S-1 집행위원회가 소속된 바네바 부시 과학연구개발국(OSRD) 국장에게 권고안을 전달했다.^[32]OSRD와 NRL의 관계는 좋지 않았다. 보웬은 NRL에서 자금을 빼돌린 것에 대해 비판했다.^[33]부시 대통령은 1942년 3월 17일 대통령 프랭클린 D의 지시를 염두에 두고 있었다. 루즈벨트는 비록 그의 조언에 따라 해군은 맨해튼 프로젝트에서 제외될 것이라고 말했다.^[32][33][32]그는 자신이 더 많은 영향력을 가지고 있는 전쟁 장관인 헨리 스팀슨과 함께 일하는 것을 더 좋아했다.^[33]

제임스 B. NDRC와 S-1 집행위원회 위원장인 코넌트는 해군이 자체 핵 프로젝트를 진행하고 있다고 우려했지만 부시는 해롭지 않다고 느꼈다.1943년 1월 14일 아나코스티아에서 건을 만나 상황을 설명했다.건 사령관은 해군이 핵잠수함용 핵해양 추진에 관심이 있다고 응답했다.액체 열 확산은 농축 우라늄을 생산하는 실행 가능한 수단이었고, 그에게 필요한 것은 그가 시카고의 메탈릭 연구소에서 추진하고 있는 원자로 설계에 관한 세부사항뿐이었다.그는 그것이 이미 가동 중인 원자로인 시카고 파일-1을 건설했다는 것을 알지 못했다.부시는 요청된 자료를 제공하는 것을 꺼렸지만 윌리엄 R 제독과 함께 준비했다. 맨해튼 프로젝트를 진행했던 군사정책위원회 동료 위원인 퍼넬은 아벨슨의 추가 지원을 받기 위한 노력을 위해 노력했다.^[32]

다음 주에는 브릭스, 유레이, 에거 5세. S-1 집행위원회의 머프리, 칼 코언, W. I.와 함께.스탠더드 오일사의 톰슨은 아나코스티아의 시범 공장을 방문했다.그들은 공정의 단순함에 감명을 받았으나, 농축 우라늄 제품이 공장에서 철수되지 않은 것에 실망했다; 생산은 농도의 차이를 측정하여 계산되었다.그들은 90% 우라늄-235로 농축된 우라늄을 하루에 1kg씩 생산할 수 있는 액체 열 확산 발전소는 각각 30.7%의 분리 인자를 가진 21,800 36피트(11m)의 열이 필요하다고 계산했다.맨해튼 프로젝트의 최우선 자재 사용을 가정할 때, 건설하는 데 18개월이 걸릴 것이다.여기에는 증기 및 우라늄 6불화탄에 의한 부식에 각각 필요한 외부관용 희소 구리 1700t(1,500t)과 내부용 니켈이 포함되었다.^[34][35]

그러한 공장의 예상 비용은 건설하는데 약 3,260만 달러였고 운영하는데 6만2,600달러였다.이 제안이 무산된 것은 발전소가 평형상태에 도달하는데 600일이 소요될 것이며, 그 때까지 7,200만 달러가 소요되었을 것이라는 점이었으며, S-1 집행위원회는 이를 7천5백만 달러로 정리했다.작업이 즉시 시작되었고, 공장이 설계한 대로 작동한다고 가정하면 1946년 이전에는 농축 우라늄을 생산할 수 없었다.무르프리는 10% 우라늄-235로 농축된 우라늄을 생산하는 액체 열확산소가 기체확산 공장의 하위 단계를 대체하는 것일 수 있다고 제안했으나 S-1 집행위원회가 이를 반대하기로 결정했다.^[34][35]1943년 2월과 7월 사이에 아나코스티아 파일럿 공장은 236파운드(107kg)의 약간 농축된 우라늄 헥사플루오라이드를 생산했고, 이 우라늄은 금속 연구소로 운송되었다.^[36]1943년 9월 S-1 집행위원회는 비록 농축우라늄 6불화우라늄을 일반 우라늄 6불화우라늄과 교환하겠지만, NRL에 더 이상 6불화우라늄을 할당하지 않기로 결정했다.그로브스는 1943년 10월 6불화 우라늄 추가에 대한 NRL의 명령을 거절했다.애초 해군이 육불화우라늄 생산 공정을 개발했다는 지적이 나오자 육군은 마지못해 이 명령을 이행하기로 했다.^[35]

필라델피아 시범 공장

아벨슨의 연구는 평형 시간을 줄이기 위해서는 훨씬 더 큰 온도 구배를 가질 필요가 있다는 것을 보여주었다.^[24]NRL은 메릴랜드주 아나폴리스의 해군공학실험장에서 그것을 건설하는 것을 고려했지만, 이것은 NRL이 너무 비싸다고 생각하는 250만 달러의 비용이 들 것으로 추정되었다.다른 현장들도 탐사를 했고, 공간, 증기, 냉각수가 있는 필라델피아 해군 야드의 해군 보일러 및 터빈 연구소(NBTL)에 새로운 시범 공장을 건설하기로 결정되었는데,^[37] 아마도 가장 중요한 것은 고압 증기를 사용한 경험이 있는 기술자들이었다.^[38]비용은 50만 달러로 추산되었다.^[37]이 시범 공장은 1943년 11월 17일 해군국 부국장 얼 밀스 제독에 의해 승인되었다.^[38]1944년 1월 1일에 착공하여 7월에 완공되었다.^[39]NBTL은 증기 및 냉각수 시스템의 설계, 시공 및 운영을 담당하였고, NRL은 기둥과 부속 장비를 다루었다.토르발드 A 대위 선박국의 솔버그는 프로젝트 책임자였다.^[38]

필라델피아 시범공장은 델라웨어 강 인근 브로드 스트리트 서쪽 1블록의 부지에 1만3000평방피트(1200m²)의 공간을 차지했다.이 공장은 "랙"이라고 알려진 102개의 48피트(15m)짜리 기둥으로 구성되어 있으며, 7개의 단계로 이루어진 계단식으로 배열되어 있다.이 공장은 6% 우라늄-235까지 농축된 우라늄을 하루 1g씩 생산할 수 있도록 의도됐다.외부 구리 튜브는 155°F(68°C)의 물과 외부 4인치 강철 파이프 사이에 흐르는 물에 의해 냉각되었다.내부 니켈 튜브는 545°F(285°C)의 고압 증기와 평방인치당 1,000파운드(6,900kPa)의 고압 증기에 의해 가열되었다.따라서 각 열에는 약 1.6kg(3.5lb)의 육불화 우라늄이 들어 있었다.이것은 증기압력에 의해 작동되었다; 유일한 작동 부품은 물 펌프였다.작동 중에 랙은 11.6 MW의 전력을 소비했다.각 기둥은 3~170kg(6.6~374.8lb)의 6불화 우라늄 저장소에 연결됐다.헥사플루오르화 우라늄 처리와 관련된 위험 때문에, 수송용 실린더에서 저장고를 보충하는 것과 같은, 그것과 관련된 모든 작업은 이송실에서 이루어졌다.^[40]필라델피아 공장의 기둥은 직렬이 아닌 병렬로 운영되어 필라델피아 시범공장은 결국 0.86%의 우라늄-235로 농축된 헥사플루오라이드 우라늄을 5,000파운드(2,300kg) 이상 생산해 맨해튼 프로젝트에 넘겼다.^[41]필라델피아 시범공장은 1946년 9월에 폐기되었고, 인양 가능한 장비는 NRL로 반환되었고, 나머지는 바다에 버려졌다.^[42]

건설

1944년 초, 필라델피아 시범 공장 소식은 로스 알라모스 연구소장인 로버트 오펜하이머에게 전해졌다.^[43]오펜하이머는 1944년 3월 4일 코난트에게 편지를 써서 코난트가 전달했던 액체 열 확산 프로젝트에 대한 보고를 요청했다.^[44]다른 거의 모든 사람들과 마찬가지로 오펜하이머도 원자폭탄에 사용하기에 적합한 무기급 우라늄을 생산하는 과정이라는 측면에서 우라늄 농축을 생각해 왔으나,^[45] 이제는 다른 선택지를 고려했다.만약 필라델피아 공장의 기둥이 직렬이 아닌 병렬로 작동된다면, 그것은 1%로 농축된 우라늄을 하루에 12kg씩 생산할 수 있을 것이다.^[43]이는 천연 우라늄에서 40% 우라늄-235로 농축된 1g의 우라늄을 생산할 수 있는 전자기 농축 과정이 사료를 천연 우라늄의 0.7%인 1.4% 우라늄-235로 농축하면 80% 우라늄-235로 농축된 우라늄을 하루 2g씩 생산할 수 있기 때문에 가치가 있을 수 있다.^[46]그는 지난 4월 28일 그로브스에게 편지를 보내 "Y-12 공장 생산은 30~40% 정도 늘어날 수 있고, 그 증강은 K-25 생산 예정일보다 수개월 앞당겨 다소 개선됐다"고 지적했다.^[47]

그로브스는 군사정책위원회로부터 해군과의 접촉을 재개할 수 있는 허가를 받았으며, 1944년 5월 31일 머프리, 루이스, 그리고 그의 과학고문 리처드 톨먼으로 구성된 검토위원회를 임명하여 조사하게 되었다.^[35][47]심사위원회는 다음 날 필라델피아 시범공장을 방문했다.그들은 오펜하이머가 근본적으로 옳았지만 그의 추측은 낙관적이라고 보고했다.파일럿 플랜트에 랙 2개를 추가하면 2개월이 걸리지만 클린턴 엔지니어 워크스(Clinton Engineer Works)의 Y-12 전자파 플랜트 요건을 충족시킬 만큼 충분한 사료를 생산하지 못할 것이다.따라서 그들은 전면적인 액체 열 확산 공장을 건설할 것을 권고했다.^[35]그로브스는 이에 따라 6월 12일 머프리에게 하루 0.9~3.0%의 우라늄-235로 농축된 50kg의 우라늄을 생산할 수 있는 생산 공장의 비용을 요구했다.머프리, 톨만, 코헨, 톰슨은 1,600개의 기둥을 가진 식물이 350만 달러의 비용이 들 것이라고 추정했다.그로브스는 1944년 6월 24일 건설을 승인했고,^[48] 1945년 1월 1일까지는 군사정책위원회에 가동을 할 것이라고 통보했다.^[35]

왓츠바댐, 머슬쇼어, 디트로이트 등의 부지가 검토됐지만, 클린치 강에서 물을 얻고 K-25 강국에서 증기를 얻을 수 있는 클린턴 엔지니어웍스에 건설하기로 했다.^[49]열 확산 프로젝트는 S-50으로 부호화되었다.^[15]지난 6월 마크 C 중령 휘하에 맨해튼 지구본부에 S-50 사단이 창설됐다.폭스는 토마스 에반스 소령과 함께 플랜트 건설의 특별한 권한을 가진 그의 조수로 일한다.그로브스는 오하이오주 클리블랜드의 H. K. 퍼거슨 사를 비용+정액수수료 계약으로 미시시피주의 걸프 오드넌스 공장을 ^[50]제시간에 완공한 공사로 선정했다.^[51]H. A. Jones 건설 회사는 H. K. Perguson을 엔지니어 아키텍처로 하여 증기 공장을 건설할 것이다.^[49]비록 그의 조언자들이 이 공장을 짓는 데 6개월이 걸릴 것으로 예상했지만, 그로브스는 H. K. 퍼거슨에게 단 4개의 기회를 주었고,^[50] 그는 75일 안에 작전이 시작되기를 원했다.^[52]

그로브스, 톨만, 폭스, 웰스 N.H. K. 퍼거슨 출신의 톰슨은 6월 26일 그곳에서 필라델피아 조종사의 설계도를 수집했다.^[51]생산 공장은 21개의 102기둥 랙으로 구성되며, 총 2,142개의 48피트(15m) 기둥을 7개씩 3개 그룹으로 배열한다.각각의 선반은 필라델피아 시범공장의 복사판이었다.^[53]기둥은 내부 니켈 튜브 직경의 경우 ±0.0003인치(0.0076mm) 및 내부 니켈 튜브와 외부 구리 튜브 사이의 ±0.002인치(0.051mm)의 미세 공차로 제조되어야 한다.^[51]첫 칼럼 주문은 7월 5일에 이루어졌다.^[52]23개 기업이 접근했고, 로드아일랜드 주 프로비던스 그린넬 컴퍼니, 워싱턴 D.C.의 메링·한슨 컴퍼니 등이 도전에 응했다.^[53]

1944년 7월 9일 그 곳에서 지반이 파괴되었다.9월 16일까지, 약 3분의 1의 발전소가 완공되면서, 첫 번째 랙이 가동을 시작했다.^[52]9월과 10월 시험 결과 추가 용접이 필요한 배관 누수 문제가 드러났다.그럼에도 불구하고 1945년 1월 모든 선반이 설치되고 가동 준비가 되었다.건설계약은 2월 15일에 종료되었고, 나머지 단열재와 전기공사는 오크 리지 지역의 다른 회사에 할당되었다.그들은 또한 새로운 증기 공장을 포함한 보조 건물들을 완성했다.그 공장은 1945년 3월에 완전히 가동되었다.^[54]새 보일러 공장의 건설은 1945년 2월 16일에 승인되었다.첫 보일러는 1945년 7월 5일에 시작되었고, 운영은 7월 13일에 시작되었다.작업은 1945년 8월 15일에 완료되었다.^[52]

열 확산 공정 건물(F01)은 길이 159m, 폭 82피트(25m), 높이 75피트(23m)의 검은색 구조였다.훈련용으로 자체 통제실과 환승실을 갖춘 최종 랙을 제외한 랙 한 쌍당 제어실과 환승실이 각각 하나씩 있었다.^[54]4대의 펌프가 분당 1만5000갤런(5만7000l)의 냉각수(Clinch River)를 끌어왔다.증기 펌프는 Pacific Pumps Inc.에 의해 특별히 설계되었다.이 공장은 K-25 강국의 전체 생산량을 활용하도록 설계됐지만 K-25 스테이지가 온라인에 올라오면서 이를 위한 경쟁이 벌어졌다.보일러 공장을 새로 짓기로 결정했다.당초 구축함 호위용 1평방인치(3,100kPa) 보일러 12대를 해군으로부터 인수했다.증기압력 저하로 인한 열벽온도 저하(시범 공장의 평방인치(6,900kPa) 대신 평방인치당 450파운드(3,100kPa))로 인한 열벽온도가 낮아져 운영의 용이성을 보완했다.이들이 석유 화재를 당했기 때문에, 60일 동안 공장을 가동하기에 충분한 저장과 함께, 600만-미국 갤런(2300만 l)의 석유 탱크 농장이 추가되었다.^[53]열확산공정빌딩(F01)과 신규증기플랜트(F06) 건물 외에 S-50 구역의 구조물로는 양수장(F02)과 실험실, 구내식당, 기계공장(F10), 창고, 주유소, 정수장(F03) 등이 있었다.^[53][55]

생산

그로브스는 보안상의 이유로 H. K. 퍼거슨 감독이 새 공장을 운영하기를 원했지만 폐쇄적인 가게였고 클린턴 엔지니어 워크스의 보안 규정에도 노동조합이 허용되지 않았다.이를 극복하기 위해, H. K. 퍼거슨은 전적으로 소유하는 자회사인 Fercleve Corporation(클리블랜드의 퍼거슨 출신)을 설립했고, 맨해튼 구는 이를 계약하여 월 1만 1천 달러에 공장을 운영하기로 했다.^[45][56]새 공장의 운영 인력은 처음에 필라델피아 시범 공장에서 훈련을 받았다.1944년 8월, 그로브스, 코난트, 폭스는 오크 리지(Oak Ridge)에 있는 특수 엔지니어 파견대(SED)의 10명의 사병들에게 자원봉사를 요청하면서 그 일이 위험할 것이라고 경고했다.열 명 모두 자원봉사를 했다.^[57]그들은 네 명의 페르클레브 직원들과 함께 필라델피아로 보내져 공장의 운영에 대해 알게 되었다.^[54]

1944년 9월 2일 SED 아놀드 크라미쉬 일병, 그리고 NRL 화학기사 피터 N. 브래그 주니어, 더글러스 P.페클레브 직원인 메이스는 이송실에서 작업을 하던 중 6백 파운드(270kg)짜리 우라늄이 폭발해 인근 증기관이 파열됐다.^[57][58]증기는 6불화 우라늄과 반응해 불산을 만들었고, 세 사람은 심하게 화상을 입었다.존 D 일병 호프만은 이들을 구하기 위해 독성구름을 뚫고 달려갔지만 브래그와 메이스는 부상으로 숨졌다.이 사고로 크라미쉬와 4명의 다른 군인 등 11명이 다쳤지만 회복됐다.화상을 입은 호프만은 비전투 상황에서 용맹한 행동으로 미 육군의 최고상인 솔져스 메달을 수여받았으며 맨해튼 구역 구성원에게는 유일하게 수여되었다.^[57][58][59]브래그는 1993년 6월 21일 해군 공로민원상을 추서받았다.^[60]

맨해튼 지구 의료과장인 스태포드 L. 워렌 대령은 사망자의 내장을 제거하고 분석을 위해 오크 리지로 돌려보냈다.그들은 그들 없이 묻혔다.^[57]이번 사고는 군이 니켈 생산을 사전에 차단했기 때문에 이음매가 없는 니켈 실린더 대신 니켈 라이닝으로 강철 실린더를 사용하면서 발생한 것으로 조사됐다.^[59]해군병원은 우라늄 헥사플루오린드에 노출된 사람에 대한 치료 절차가 없어 워렌의료과에서 이를 개발했다.그로브스는 필라델피아 시범공장에서 훈련 중단을 명령했고, 그래서 아벨슨과 그의 직원 15명은오크 리지로 이동해 그곳에서직원들을 훈련시켰다.[61]

다른 맨해튼프로젝트 생산시설보다 가동 서두르는 바람에 사고율이 높았지만 생산공장에서 치명적인 사고는 없었다.^[57]선원들이 첫 번째 선반을 시작하려고 했을 때 큰 소음이 들리고 증기가 빠져나가는 바람에 수증기 구름이 떠 있었다.이것은 보통은 셧다운을 초래했을 것이지만, 발전소 가동을 시키라는 압박감 속에서 페르클레브 공장장은 누를 수밖에 없었다.^[61]이 공장은 지난 10월 우라늄-235의 0.852%를 불과 10.5파운드(4.8kg)만 생산했다.이후 몇 개월 동안 제한적인 생산과 강제 셧다운이 발생했지만 1945년 6월 1만2730파운드(5770kg)를 생산했다.^[61]정상 작동 시에는 각 회로마다 285분마다 1파운드(0.45kg)의 제품을 뽑아냈다.랙당 4개의 회로로 각 랙은 하루에 20파운드(9.1kg)를 생산할 수 있었다.^[62]1945년 3월까지 21개의 생산 랙이 모두 가동되었다.처음에는 S-50의 생산량을 Y-12에 공급했지만, 1945년 3월부터는 세 가지 농축 과정이 모두 직렬로 실행되었다.S-50은 0.71%에서 0.89%로 농축된 1단계가 됐다.이 물질은 K-25 공장의 기체 확산 공정에 주입되어 약 23%까지 농축된 제품을 생산했다.이것은 차례로 Y-12에 공급되었고, 이것은 그것을 핵무기에 충분한 89%로 증가시켰다.^[63]S-50의 총 생산량은 56,504파운드였다.^[62]S-50 공장은 히로시마 원폭에 고용된 리틀보이 폭탄에 사용된 농축 우라늄 생산을 일주일 앞당긴 것으로 추정됐다.^[64]그로브스는 이후 "열 확산 가능성을 높이 평가했더라면 훨씬 더 빨리 진행했을 것"이라며 "발전소 설계에 조금 더 많은 시간이 걸리고 훨씬 더 크고 좋게 만들었을 것"이라고 썼다.1945년 6월과 7월 U-235를 생산한 데 영향을 미쳤을 것이다."^[45]

전후년도

1945년 8월 전쟁이 끝난 직후, 아서 5세 중령. 핵분열성 물질 생산에 대한 전반적인 책임을 지고 있는 맨해튼 지구 관리인 ^[64]피터슨은 S-50 공장을 대기 상태로 둘 것을 권고했다.^[65]맨해튼 지구는 1945년 9월 4일 공장 가동을 명령했다.^[64]지금까지 건설된 유일한 생산 규모의 액체 열 확산 공장이었지만, 그 효율은 기체 확산 공장의 효율과 견줄 수 없었다.^[66]그 기둥들은 배수되고 청소되었고, 모든 직원들은 곧 해고될 것이라는 2주간의 통지를 받았다.^[42]9월 9일까지 모든 생산이 중단되었고, 마지막 우라늄 헥사플루오리드 사료가 K-25로 선적되어 처리되었다.^[64]해고는 9월 18일에 시작되었다.이 시기에 이르러 자진 사퇴로 페르클레브는 전시의 최고봉인 1,600명의 노동자를 900명 정도로 감원하게 되었다.9월말에는 241명만이 남았다.페르클레브의 계약은 10월 31일에 종료되었고, S-50 공장 건물에 대한 책임은 K-25 사무소로 이관되었다.페르클레브는 1946년 2월 16일에 마지막 직원들을 해고했다.^[42]

1946년 5월부터 S-50 발전소 건물을 생산시설이 아닌 미 육군 공군의 항공기 추진을 위한 원자력(NEPA) 프로젝트에 활용했다.페어차일드 항공기는 그곳에서 베릴륨과 관련된 일련의 실험을 했다.^[67]노동자들은 또한 농축 우라늄과 흑연 덩어리를 조작했다.^[66]NEPA는 1951년 5월까지 운영되었는데, 당시 원자력위원회-미국 공군 항공기 핵추진 공동 사업으로 대체되었다.^[68]S-50 공장은 1940년대 후반에 해체되었다.장비를 K-25 강국 지역으로 가져갔는데, 그 곳에서 인양을 하거나 매몰하기 전에 보관하고 있었다.^[66]

메모들

참조

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 S-50(맨해튼 프로젝트)과 관련된 미디어가 있다.

• "The Navy and Thermal Diffusion". United States Department of Energy. Retrieved 7 December 2016.
• "K-25 Virtual Museum – Site Tour". United States Department of Energy. Retrieved 10 December 2016.