X-10 흑연 원자로

X-10 Graphite Reactor
X-10 원자로, 오크리지 국립 연구소
Two workmen on a movable platform similar to that used by window washers, stick a rod into one of many small holes in the wall in front of them.
흑연 원자로의 노동자들은 막대를 사용하여 신선한 우라늄 슬러그를 원자로의 콘크리트 하중 면으로 밀어 넣는다.
X-10 원자로의 위치를 강조하는 대화형 지도
위치오크리지 국립 연구소
가장 가까운 도시테네시 주 오크리지
좌표35°55′41″N 84°19′3″w/35.92806°N 84.31750°W/ 35.92806; -84.31750좌표: 35°55′41″N 84°19′3″W / 35.92806°N 84.31750°W / 35.92806; -84.31750750
면적1 에이커 미만(0.40 ha)[1]
빌드됨1943
NRHP 참조66000720
중요일자
NRHP에 추가됨1966년 10월 15일
지정 NHL1965년 12월 21일
X-10 흑연 원자로
원자로 개념연구용 원자로(우라늄/그래피이트)
설계 및 구축:메탈릭 연구소
운영1943년 ~ 1963년
상태해체됨
원자로 노심의 주요 매개변수
연료(분열재)금속 천연 우라늄
연료 상태솔리드(펠릿)
중성자 에너지 스펙트럼정보 누락
일차제어법제어봉
1차 감속재핵 흑연(브릭스)
1차 냉각제공기
원자로 사용량
일차 사용리서치
언급세계 제2의 인공 원자로.

X-10 흑연 원자로는 테네시주 오크리지에 있는 오크리지 국립 연구소의 해체된 원자로다.이전에 클린턴 말뚝과 X-10 말뚝으로 알려져 있던 이 원자로는 세계 두 번째 인공 원자로(엔리코 페르미의 시카고 말뚝-1에 이어)로, 연속 운전을 위해 설계되고 건설된 최초의 인공 원자로였다.그것은 제2차 세계 대전 중에 맨해튼 프로젝트의 일환으로 건설되었다.

시카고 파일-1이 원자로의 타당성을 입증한 반면, 원자폭탄에 충분한 플루토늄을 생산한다는 맨해튼 프로젝트의 목표는 원자로에서 생산되는 플루토늄을 우라늄과 핵분열 생산물에서 화학적으로 분리할 수 있는 시설과 함께 1,000배의 강력한 원자로를 필요로 했다.중간 단계는 신중하다고 여겨졌다.X-10으로 명명된 플루토늄 프로젝트의 다음 단계는 기술과 절차를 개발하고 훈련을 수행할 수 있는 준공장의 건설이었다.이것의 중심축은 X-10 흑연 원자로였다.그것은 공랭식으로 사용되었고, 중성자 감속재로 핵 흑연을 사용했으며, 연료를 위한 금속 형태의 순수 천연 우라늄을 사용했다.

듀폰은 1943년 2월 2일 오크 리지(Oak Ridge)에 있는 클린턴 엔지니어 워크스(Clinton Engineer Works)에서 플루토늄 준공장을 착공했다.이 원자로는 1943년 11월 4일에 임계 상태에 들어갔고 1944년 초에 첫 번째 플루토늄을 생산했다.Los Alamos Laboratory에 그것의 첫 번째 상당한 양의 플루토늄과 그것의 첫 번째 원자로를 파낸 제품을 공급했다.이러한 표본에 대한 연구는 폭탄 설계에 큰 영향을 미쳤다.원자로와 화학 분리 공장은 기술자, 기술자, 원자로 운영자, 안전 담당자들에게 귀중한 경험을 제공했다.X-10은 연구활동으로 전환된 1945년 1월까지 플루토늄 생산공장으로 운영되었고, 과학, 의료, 산업, 농업용 방사성 동위원소 생산에 사용되었다.1963년에 폐쇄되었고, 1965년에 국가 역사 유적지로 지정되었다.

오리진스

1938년 독일의 화학자 오토 한과 프리츠 스트라스만의 핵분열 발견에 [2]이어 리세 메이트너와 오토 프리슈의 이론적 설명(그리고 명명)이 나오면서 우라늄과의 통제된 핵 연쇄 반응의 가능성이 열렸다.[3]컬럼비아 대학에서 엔리코 페르미와 레오 질라드는 이것이 어떻게 이루어질지 탐구하기 시작했다.[4]쉴라드는 프랭클린 D 미국 대통령에게 보내는 비밀 서한 초안을 작성했다. 루즈벨트, 원자폭탄 가능성 설명, 독일 핵무기 프로젝트의 위험 경고그는 그의 오랜 친구이자 협력자인 알버트 아인슈타인을 설득하여 그의 명성을 그 제안에 빌려주었다.[5]이로 인해 미국 정부의 핵분열 연구 지원이 이뤄졌고,[6] 이는 맨해튼 프로젝트가 됐다.[7]

1941년 4월 미국 국방연구위원회(NDRC)는 아서 콤프턴 시카고대 물리학과 교수에게 우라늄 프로그램에 대한 보고를 요청했다.1941년 5월에 제출된 그의 보고서는 방사능 무기, 선박용 핵 추진, 우라늄-235나 최근에 발견된 플루토늄을 이용한 핵무기 개발 전망을 예견했다.[8]10월에 그는 원자폭탄의 실용성에 관한 또 다른 보고서를 썼다.[9]닐스 보어(Niels Bohr)와 존 휠러(John Wheeler)는 원자 번호와 중성자 홀수 수가 짝수인 무거운 동위원소가 핵분열체라는 이론을 세웠다.그렇다면 플루토늄-239는 될 것 같았다.[10]

캘리포니아 대학의 에밀리오 세그레와 글렌 시보그는 1941년 5월 그곳의 60인치 사이클로트론에서 28μg의 플루토늄을 생산했고, 우라늄-235의 열 중성자 포획 단면의 1.7배를 가지고 있다는 것을 발견했다.당시 플루토늄-239는 사이클로트론을 이용해 미세한 양으로 생산돼 왔으나 그렇게 대량으로 생산할 수는 없었다.[11]콤프턴은 프린스턴 대학의 유진 위그너와 어떻게 플루토늄이 원자로에서 생산될 수 있는지, 그리고 어떻게 원자로에서 생산된 플루토늄이 우라늄에서 분리될 수 있는지에 대해 논의했다.[9]

1941년 11월 콤프턴의 최종 보고서 초안에는 플루토늄 사용에 대한 언급은 없었지만, 어니스트 로렌스와 최신 연구를 논의한 후 콤프턴은 플루토늄 폭탄도 실현 가능하다고 확신하게 되었다.12월에 콤프턴은 플루토늄 프로젝트를 담당하게 되었는데,[12] 이 프로젝트는 X-10으로 코드화되었다.[13]그것의 목표는 우라늄을 플루토늄으로 전환하기 위한 원자로를 생산하고, 플루토늄과 우라늄을 화학적으로 분리하는 방법을 찾고, 원자 폭탄을 설계하고 건설하는 것이었다.[10][14]성공적인 원자로가 아직 건설되지 않았음에도 불구하고 과학자들이 추구해야 할 다른 유형의 원자로 설계 중 어떤 것을 선택해야 하는지가 콤프턴의 몫이었다.[15]그는 컬럼비아, 프린스턴, 시카고대학, 캘리포니아대학에 팀을 두는 것이 너무 많은 중복과 충분한 협업을 만들어내지 못하고 있다고 느꼈고, 시카고대학의 메탈릭 연구소에 그 작업을 집중했다.[16]

부지선택

1942년 6월까지 맨해튼 프로젝트는 생산 시설의 건설이 고려될 수 있는 단계에 도달했다.1942년 6월 25일, 과학연구개발청(OSRD) S-1 집행위원회는 그들이 어디에 위치해야 하는지에 대해 심의하였다.[17]많은 산업 공정들이 실험실에서 생산 규모까지 쉽게 확장되지 않는다는 점에서 메가와트 생산 공장으로 직접 이동하는 것은 큰 걸음처럼 보였다.시범 공장을 건설하는 중간 단계는 신중한 것으로 간주되었다.[18]시험용 플루토늄 분리공장의 경우 연구가 진행되고 있는 메탈릭 실험실과 가까운 부지를 수배하고 있었지만, 안전과 보안을 이유로 시카고처럼 인구 밀집 지역에 시설을 배치하는 것은 바람직하지 않았다.[17]

콤프턴은 시카고에서 남서쪽으로 약 32km 떨어진 쿡 카운티의 산림 보호 구역의 일부인 아르곤느 숲의 부지를 선정했다.본격적인 생산 시설은 테네시 주의 더 외진 곳에 다른 맨해튼 프로젝트 시설과 공동 배치될 것이다.[17]쿡 카운티에서 시범 시설을 위해 약 1,000 에이커(400 ha)의 토지를 임대했고, 테네시 주 오크 리지에서는 8만 3천 에이커(3만 4천 ha)의 생산 시설 부지가 선정되었다.9월 13일과 14일 S-1 집행위원회 회의를 통해, 아르곤느 부지에 비해 파일럿 시설이 너무 광범위할 것이 분명해졌기 때문에, 대신 아르곤느에 연구용 원자로를 건설하고, 테네시 주의 클린턴 엔지니어 워크스에는 플루토늄 파일럿 시설(준공작물)을 건설할 것이다.[19]

이 사이트는 몇 가지 기준에 따라 선정되었다.플루토늄 파일럿 시설은 방사능 핵분열 생성물이 빠져나갈 경우에 대비하여 부지 경계로부터 2~3~4마일(3.2~6.4km) 떨어져 있어야 했다.보안과 안전에 대한 우려는 원격 사이트를 암시했지만, 여전히 노동력의 원천에 가깝고 도로와 철도 교통을 통해 접근할 수 있어야 했다.1년 내내 공사를 진행할 수 있는 온화한 기후가 바람직했다.능선으로 분리된 지형은 우발적인 폭발의 충격을 줄일 수 있지만, 공사를 복잡하게 할 정도로 가파르지 않을 수 있다.기석은 좋은 토대를 제공할 수 있을 만큼 단단해야 했지만, 굴착 작업을 방해할 정도로 돌이 많지는 않았다.그것은 많은 양의 전력과 냉각수가 필요했다.[17][20]마지막으로, 전쟁부 정책은 원칙적으로 군수물자 시설은 시에라 또는 캐스케이드 산맥의 서쪽, 애팔래치아 산맥의 동쪽, 또는 캐나다 또는 멕시코 국경에서 320km 떨어진 200마일 이내에 위치해서는 안 된다는 입장을 취했다.[21]

12월, 플루토늄 생산 시설은 결국 오크 리지에는 건설되지 않고, 워싱턴 주의 훨씬 더 외진 핸포드 부지에 건설하기로 결정되었다.그 후 콤프턴과 메탈릭 연구소 직원은 아르곤느에 플루토늄 준공장을 건설하는 문제를 다시 열었지만 듀폰의 엔지니어들과 경영진, 특히 맨해튼 프로젝트에서 회사의 역할을 담당했던 TNX 부서의 책임자인 로저 윌리엄스는 이 제안을 지지하지 않았다.그들은 아르곤느에 공간이 부족할 것이고, 메탈릭 연구소의 연구진이 자신들의 특권이라고 여기는 설계와 시공에 과도하게 간섭할 것을 우려하여 그렇게 접근하기 쉬운 부지를 갖는 데 단점이 있다고 느꼈다.[22]그들은 핸포드에 있는 원격 생산 시설과 더 좋은 위치가 될 것이라고 생각했다.결국 타협이 이루어졌다.[23]1943년 1월 12일, 콤프턴, 윌리엄스, 준장 레슬리 R. 맨해튼 프로젝트의 책임자인 그로브스 주니어는 준공장이 클린턴 엔지니어 워크스(Clinton Engineer Works)에서 건설될 것이라는 데 동의했다.[24]

콤프턴과 그로브스 둘 다 듀폰이 세미웍스를 작동시킬 것을 제안했다.윌리엄스는 준공장을 메탈릭 연구소에서 운영할 것을 제안했다.그는 그것이 주로 연구와 교육 시설일 것이며, 전문지식은 금속 연구소에서 발견될 것이라고 추론했다.콤프턴은 충격을 받았다;[24] 금속공학 실험실은 시카고 대학의 일부였고, 따라서 그 대학은 본 캠퍼스에서 500마일(800km) 떨어진 곳에 산업 시설을 운영할 것이다.제임스 B. 코난트는 그에게 하버드 대학은 "10피트짜리 기둥으로 그것을 만지지 않을 것"[25]이라고 말했지만, 시카고 대학의 부총장인 에머리 T.필비는 다른 견해를 취했고, 콤프턴에게 받아들이라고 지시했다.[26]로버트 허친스 대학 총장이 돌아왔을 때, 그는 콤프턴에게 "알겠다, 아서. 내가 없는 동안 네가 내 대학의 두 배나 되는구나"[27]라고 인사했다.

디자인

원자로 다이어그램
Building site, with materials lying about
공사중

원자로를 건설할 때 기본적인 설계 결정은 연료, 냉각재 및 중성자 감속재 선택이다.연료의 선택은 간단했다; 오직 천연 우라늄만이 이용가능했다.원자로가 흑연을 중성자 감속재로 사용할 것이라는 결정은 거의 논쟁을 일으키지 않았다.비록 중수를 감속재로 하여 흡수된 1인당 중성자 수(k로 알려져 있음)가 순수한 흑연보다 10% 더 많았지만, 중수는 적어도 1년 동안 충분한 양으로 사용할 수 없을 것이다.[28]이것은 냉각제의 선택을 남겼고, 그 위에서 많은 논의가 있었다.제한요인은 연료 슬러그가 알루미늄으로 피복되어 원자로의 작동온도가 200 °C(392 °F)를 초과할 수 없다는 것이었다.[18]Metalurical Laboratory에 있는 Wigner 그룹의 이론 물리학자들은 여러 가지 디자인을 개발했다.듀폰 엔지니어는 1942년 11월 생산 공장의 냉각수로 헬륨 가스를 선택했는데, 주로 중성자를 흡수한 것이 아니라 불활성화했기 때문에 부식 문제가 없어졌다는 점을 근거로 들었다.[29]

헬륨 사용 결정에 모두가 동의한 것은 아니다.특히 질라르드는 액체 비스무트를 사용하는 초기 제안자였지만, 주요 반대자는 수냉식 원자로 설계에 찬성하여 강력하게 주장하는 위그너였다.그는 물이 중성자를 흡수했기 때문에 k가 약 3% 감소할 것이라는 것을 깨달았지만, 수냉식 원자로가 여전히 임계치를 달성할 수 있을 것이라는 자신의 계산에는 충분한 자신감을 갖고 있었다.공학적인 관점에서 볼 때, 수냉식 디자인은 설계와 제작이 간단하고 헬륨은 기술적 문제를 야기했다.위그너 팀은 1942년 4월에 CE-140으로 지정된 수냉에 관한 예비 보고서를 작성했고, 그 다음으로는 1942년 7월에 "수냉이 있는 공장에서"라는 보다 상세한 보고서를 작성했다.[30]

1942년 12월 2일 시카고 대학교 스태그 필드의 서쪽 관람석 아래에 건설된 페르미의 시카고 말뚝-1 원자로는 "중요"했다.이 흑연 감속 원자로는 최대 200W까지만 발생했지만, k가 예상보다 높다는 것을 입증했다.이는 공랭식 및 수랭식 원자로 설계에 대한 이의의 대부분을 제거했을 뿐만 아니라 설계의 다른 측면도 크게 단순화시켰다.위그너 연구팀은 1943년 1월 듀폰에 수냉식 원자로 설계도를 제출했다.이때까지 물의 부식성에 대한 듀폰 엔지니어들의 우려는 헬륨 사용의 어려움이 가중되면서 극복되었고, 헬륨 관련 작업은 2월에 모두 종료되었다.동시에, 시험 발전소의 원자로에는 공기 냉각이 선택되었다.[31]X-10 흑연 원자로는 생산용 원자로와는 설계가 상당히 다르기 때문에 원형으로서의 가치를 상실했지만, 작동하는 파일럿 시설로서의 가치는 그대로 남아 연구에 필요한 플루토늄을 공급했다.[32]제때에 문제가 발견되어 생산 공장에서 처리되기를 바랐다.준공장은 훈련과 절차 개발에도 사용될 것이다.[18]

건설

원자로 설계는 아직 완료되지 않았지만 듀폰트는 공식적으로 X-10 지역으로 알려진 오크 리지 남서쪽 약 16km 지점의 베델 계곡에 있는 112에이커(45.3ha)의 고립된 부지에 1943년 2월 2일 플루토늄 준공사를 건설하기 시작했다.[33]현장에는 연구실, 화학물질 분리공장, 폐기물 보관장소, 한포드 직원 양성시설, 세탁소, 구내식당, 응급처치센터, 소방서 등이 포함됐다.이후 핸포드에 수냉식 원자로를 건설하기로 한 결정 때문에 화학 분리 공장만이 진정한 파일럿으로 운영되었다.[34][35]세미웍스는 결국 클린턴 연구소로 알려지게 되었고, 시카고대학이 메탈릭 프로젝트의 일환으로 운영하게 되었다.[36]

Building site. A chimney has been erected and scaffolding has gone up.
공사중

원자로 건설 공사는 듀폰트가 설계를 마칠 때까지 기다려야 했다.발굴은 1943년 4월 27일에 시작되었다.연한 점토가 담긴 큰 주머니가 곧 발견되어 추가적인 기초가 필요했다.[37]전시 건축자재 조달의 어려움으로 인해 추가적인 지연이 발생했다.일반 노동력과 숙련 노동력이 모두 급격히 부족했는데, 시공사는 필수 인력의 4분의 3에 불과했고, 이직률과 결근률이 높았는데, 주로 열악한 숙박시설과 통근의 어려움의 결과였다.오크 리지 읍내는 아직 공사 중이었고, 막사는 가사 노동자들을 위해 지어졌다.개인 근로자들과의 특별한 협약이 그들의 사기를 높이고 이직률을 감소시켰다.마지막으로 1943년 7월 평균 4.3인치(110mm)의 두 배가 넘는 9.3인치(240mm)가 내리는 등 유난히 폭우가 쏟아졌다.[34][38]

약 700개의 단톤(640 t)의 흑연 블록이 내셔널 카본으로부터 구입되었다.건설 인부들은 1943년 9월에 그것들을 쌓기 시작했다.주조 우라늄은 Metal Hidrides, Mallinckrodt와 다른 공급자들로부터 나왔다.이것들은 원통형 민달팽이로 압출되어 통조림되었다.[39]연료 슬러그는 우라늄 금속이 물과 접촉할 경우 발생할 수 있는 부식으로부터 보호하고, 조사될 때 형성될 수 있는 기체 방사성 핵분열 생성물의 배출을 방지하기 위해 통조림되었다.알루미늄은 열을 잘 전달하면서도 중성자를 너무 많이 흡수하지 않아 선택됐다.[40]알코아는 1943년 6월 14일에 통조림을 시작했다.제너럴 일렉트릭과 메탈릭 연구소는 깡통을 밀폐하는 새로운 용접 기술을 개발했고, 이를 위한 장비는 1943년 10월 알코아 생산라인에 설치되었다.[39]

우라늄에서 플루토늄을 분리하기 위한 화학적 과정이 선택되기 전에 시범 분리 공장에 대한 건설이 시작되었다.1943년 5월이 되어서야 듀폰트 관리자들은 란타넘 불소를 사용하는 것보다 비스무트 인산염 공정을 사용하기로 결정했다.[41]비스무트 인산염 과정은 스탠리 G에 의해 고안되었다. 캘리포니아 대학의 톰슨.[42]플루토늄은 두 가지 산화 상태, 즉 사분위(+4) 상태와 육분위(+6) 상태가 있었으며 화학 성질이 달랐다.[43]비스무트 인산염(Bismuth
4 phosphate, BiPO)은 결정 구조가 플루토늄 인산염과 유사했으며 [44]플루토늄은 우라늄을 포함한 다른 원소들이 침전되는 동안 용액에 비스무트 인산염으로 운반되었다.플루토늄은 용해상태에서 산화상태 전환으로 전환될 수 있다.[45]그 식물은 두꺼운 콘크리트 벽으로 서로 분리되어 있는 6개의 세포로 구성되어 있었다.이 장비는 핵분열 생성물에 의해 생성되는 방사능 때문에 원격조절에 의해 제어실에서 운용되었다.[36]작업은 1943년 11월 26일에 완료되었지만,[46] 원자로가 조사된 우라늄 슬러그를 생산하기 시작할 때까지 발전소는 가동할 수 없었다.[34]

작전

Two workmen in overalls put a rod into a hole on the reactor face
연료 슬러그 로드

X-10 흑연 원자로는 시카고 파일-1에 이어 세계 두 번째 인공 원자로로, 연속 운전을 위해 설계되고 건설된 최초의 원자로였다.[47]그것은 감속재 역할을 하는 약 1,500 단톤(1,400 t)의 무게의 핵 흑연 정육면체 양쪽에 길이 7.3 m의 거대한 블록으로 구성되어 있었다.그들은 방사선 방패로 7피트(2.1m)의 고밀도 콘크리트로 둘러싸여 있었다.[34]전체적으로 원자로의 폭은 38피트(12m), 깊이는 47피트(14m), 높이는 32피트(9.8m)이었다.[1]35개 홀의 수평줄은 36개였다.각각의 뒤에는 우라늄 연료 슬러그를 삽입할 수 있는 금속 채널이 있었다.[48]엘리베이터가 높은 층에 접근할 수 있도록 했다.지금까지 사용된 채널은 800개(~64%)에 불과했다.[1]

이 원자로는 카드뮴이 입혀진 강철 제어봉을 사용했다.중성자 흡수 카드뮴으로 만들어졌으며, 이것들은 반응을 제한하거나 멈출 수 있다.3개의 8피트(2.4m) 길이의 로드가 원자로를 수직으로 관통했고, 클러치에 의해 제자리에 고정되어 스크램 시스템이 형성되었다.그것들은 드럼 주위에 감겨져 있는 강철 케이블에 매달려 있었고, 전자기 클러치에 의해 제자리에 고정되어 있었다.만약 전력이 끊기면 원자로에 떨어져 원자로를 멈추게 될 것이다.나머지 4개의 봉은 붕소강으로 만들어졌고 북쪽에서 원자로를 수평으로 관통했다.그 중 "심"봉으로 알려진 두 개는 유압식으로 제어되었다.전원 장애 시 모래가 채워진 유압 어큐뮬레이터를 사용할 수 있다.나머지 두 개의 막대기는 전기 모터에 의해 구동되었다.[1]

냉각 시스템은 분당 55,000 입방 피트(1,600 m3/min)로 작동하는 3개의 선풍기로 구성되었다.외부 공기를 이용해 냉각했기 때문에 추운 날에는 원자로를 더 높은 출력 수준으로 가동할 수 있었다.[1][49]원자로를 통과한 후 공기를 여과해 지름 0.00004인치(0.0010mm) 이상의 방사능 입자를 제거했다.이것은 99퍼센트 이상의 방사성 입자를 처리했다.그리고 나서 그것은 200피트(61m)의 굴뚝을 통해 분출되었다.[1]원자로는 2층 남동쪽 구석에 있는 제어실에서 가동됐다.[1]

1942년 9월 콤프턴은 물리학자 마틴 D에게 물었다. 휘태커, X-10의 스켈레톤 운영진을 구성한다.[50]휘태커는 1943년 4월 준공장이 공식적으로 알려지게 되면서 클린턴 연구소의 초대 소장이 되었다.[37][51]최초의 상설 운영 직원은 1943년 4월 시카고의 메탈릭 연구소에서 도착했고, 그 무렵 듀폰트는 기술자들을 현장으로 옮기기 시작했다.그들은 육군 특수 공병 부대의 제복을 입은 100명의 기술자들에 의해 증강되었다.1944년 3월까지, 약 1,500명의 사람들이 X-10에서 일하고 있었다.[52]

A large four-storey building. The chimney is in the background. There are power poles and power lines in front.
1950년 오크리지 X-10 현장 흑연로 외부

콤프턴, 휘태커, 페르미의 감독을 받은 이 원자로는 1943년 11월 4일 약 30톤의 우라늄으로 임계치에 도달했다.일주일 뒤 하중이 36단톤(33t)으로 늘어나 발전량이 500kW로 증가했고, 월말까지 처음 500mg의 플루토늄이 만들어졌다.[53]원자로는 보통 24시간 가동되며 매주 10시간씩 급유를 위해 정지한다.시동 중 안전봉과 심봉 1개가 완전히 제거됐다.다른 심봉은 미리 정해진 위치에 삽입되었다.원하는 출력 수준에 도달했을 때 부분적으로 삽입된 심봉을 조정하여 원자로를 제어하였다.[1]

조사된 최초의 통조림 슬러그는 1943년 12월 20일에 접수되어 1944년 초에 최초의 플루토늄이 생산될 수 있게 되었다.[54]민달팽이들은 길이 4.1인치(100mm)와 지름 1인치(25mm)의 밀폐 알루미늄 캔에 순수한 금속성 천연 우라늄을 사용했다.각 채널에는 24개에서 54개 사이의 연료 슬러그가 적재되었다.원자로는 30개의 단톤(27t)의 슬러그로 임계상태에 들어갔지만 노후에는 무려 54개의 단톤(49t)으로 가동됐다.채널을 로드하기 위해 방사선 흡수 실드 플러그를 제거했고, 슬러그는 긴 막대기로 앞쪽(동쪽) 끝단에 수동으로 삽입했다.그들을 하역하기 위해서, 그들은 먼 곳(서쪽) 끝까지 밀렸고, 거기서 그들은 네오프렌 슬라브 위에 떨어졌고 방사선 방패 역할을 하는 20피트(6.1m) 깊이의 물웅덩이에 떨어졌다.[1]방사능의 부패를 막기 위해 몇 주 동안 수중 보관 후, 슬러그는 화학 분리 건물에 전달되었다.[55]

A control panel with lots of switches and meters
원자로제어기

1944년 2월까지 원자로는 3일마다 1톤의 우라늄을 방사하고 있었다.이후 5개월 동안 회수된 플루토늄의 비율이 40~90%로 증가하는 등 분리과정의 효율성이 개선됐다.시간의 경과에 따른 변경으로 1944년 7월 원자로의 출력은 4,000 kW로 증가했다.[50]우라늄 연료에서 생성되는 많은 핵분열 생성물 중 하나인 중성자 독물질 제논-135의 영향은 X-10 흑연 원자로의 초기 작동 중에는 검출되지 않았다.이후 제논-135호는 한포드 B 원자로의 시동에 문제를 일으켜 플루토늄 프로젝트를 거의 중단시켰다.[56]

X-10 준공장은 1945년 1월까지 플루토늄 생산 공장으로 운영돼 연구 활동으로 전환됐다.이때까지 조사된 슬러그 299 묶음이 처리되었다.[50]1946년 4월 연구소의 평시 교육 및 연구 임무를 지원하기 위해 방사성 동위원소 건물, 증기 발전소 등을 추가하였다.1946년 12월까지 모든 작업이 완료되어 X-10의 건설 비용에 100만9000달러(2020년[57] 1040만 달러 상당)를 더하고, 총 비용은 1304만1000달러(2020년[57] 1억3400만 달러 상당)에 이른다.[36]운영 비용은 2225만 달러(2020년[57] 2억2900만 달러와 동일)를 추가했다.[48]

X-10은 로스 알라모스 연구소에 플루토늄의 중요한 샘플을 공급했다.이들에 대한 에밀리오 G. 세그레와 로스 알라모스의 P-5 그룹의 연구는 그것이 플루토늄-240의 형태로 불순물을 함유하고 있다는 것을 밝혀냈는데, 이것은 플루토늄-239보다 훨씬 높은 자발적 핵분열율을 가지고 있다.이는 플루토늄 총 형태의 핵무기가 임계 질량의 초기 형성 과정에서 미리 예측되어 자폭할 가능성이 높다는 것을 의미했다.[58]따라서 로스 알라모스 실험실은 훨씬 더 어려운 업적인 핵폭발형 핵무기를 만드는 데 개발 노력을 기울일 수밖에 없었다.[59]

X-10 화학분리공장은 핸퍼드 전면 분리시설에서 사용하던 비스무트-인산염 공정도 검증했다.마지막으로, 원자로와 화학 분리 공장은 기술자, 기술자, 원자로 운영자, 안전 관계자들에게 귀중한 경험을 제공했고, 그 후 핸포드 현장으로 이동했다.[55]

평시 사용

Two workmen on a movable platform similar to that used by window washers, in front of a wall with arrays of holes and many wires running across it. A sign says "Graphite Reactor loading face".
로딩 면, 2019

전쟁이 끝난 후 흑연 원자로는 세계 최초로 평시용 방사성 동위원소를 생산한 시설이 되었다.[1][60]1946년 8월 2일, 오크 리지 국립 연구소장 유진 위너는 세인트의 병원에서 의료용으로 사용하기 위해 바르나드 프리 스킨 앤 암 병원장에게 탄소-14의 작은 용기를 선물했다. 미주리 주, 루이스.이후 주로 요오드-131, 인-32, 탄소-14, 몰리브덴-99/테크네튬-99m 등 방사성 동위원소의 출하량은 과학, 의료, 산업 및 농업용이었다.[61]

X-10 흑연 원자로는 20년간의 사용 끝에 1963년 11월 4일에 폐쇄되었다.[62]1965년 12월 21일 국가역사유적지표로 지정되었고,[1][63] 1966년 10월 15일 국가역사유적지원에 추가되었다.[63]1969년 미국금속협회는 이를 재료 과학 및 기술 발전에 기여한 공로를 기념하는 랜드마크로 등재하고,[47] 2008년 미국화학회에 의해 국립역사 화학 랜드마크로 지정되었다.[61]통제실과 원자로 정면은 미국 과학 에너지 박물관을 통해 제공될 예정 관광 기간 동안 대중이 접근할 수 있다.[64]

유사원자로

브룩헤이븐 국립연구소(BNL) 흑연연구용 원자로는 제2차 세계대전에 이어 미국에서 건설된 첫 원자로다.[65]라일 벤자민 보르스트가 이끄는 원자로 건설은 1947년에 시작되어 1950년 8월 22일에 처음으로 임계점에 도달했다.원자로는 천연 우라늄에 의해 연료가 공급되는 700 숏톤(640 t), 25피트(7.6 m) 크기의 흑연 입방체로 구성되었다.[66]그것의 주요 임무는 의학, 생물학, 화학, 물리학, 핵 공학에 적용된 핵 연구였다.[67]이 시설에서 가장 중요한 발견 중 하나는 몰리브덴-99/테크네튬-99m 생산 개발로, 현재 연간 수천만 건의 의료 진단 절차에 사용되어 가장 많이 사용되는 의료용 방사성 동위원소가 되었다.BNL 흑연 연구용 원자로는 1969년에 폐쇄되었고 2012년에 완전히 해체되었다.[68]

영국이 1946년 무기용 플루토늄을 생산하기 위해 원자로를 건설할 계획을 세웠을 때 윈드스케일(Windscale)에 X-10 흑연 원자로와 유사한 공랭식 흑연 원자로를 건설하기로 결정했다.천연 우라늄은 농축된 상태로 사용되었고, 마찬가지로 중수는 사용할 수 없는 반면 베릴리아는 독성이 있고 제조가 어려워 흑연을 중성자 감속재로 선택했다.[69]냉각수로 물을 사용하는 것도 고려됐지만 냉각장치가 고장날 경우 인구 밀도가 높은 영국 섬에서 대재앙의 핵융해가 발생할 수 있다는 우려가 있었다.[70]헬륨은 다시 냉각제 기체로 선호되는 선택이었지만 그 주원인은 미국이었고, 1946년 맥마흔법에 따르면 미국은 핵무기 생산을 위해 헬륨을 공급하지 않을 것이기 [71]때문에 결국 공기 냉각이 선택되었다.[72]1947년 9월에 공사가 시작되었고, 두 개의 원자로는 1950년 10월과 1951년 6월에 가동되었다.[73]둘 다 1957년 10월 윈드스케일 화재 참사로 해체되었다.[74]그것들은 공기 냉각 플루토늄을 생산하는 마지막 원자로가 될 것이다; 영국의 후속 설계인 마그녹스와 AGR 설계는 대신 이산화탄소를 사용했다.[75]

2016년 현재 벨기에 몰에 위치한 SCK•CEN의 벨기에 BR-1 원자로인 X-10 흑연 원자로와 유사한 설계의 또 다른 원자로가 여전히 가동 중이다.[76]벨기에 우라늄 수출세를 통해 자금을 조달하고, 영국 전문가들의 도움으로 건설된 4MW 연구용 원자로는 1956년 5월 11일 처음으로 임계치에 도달했다.[77][78][79]중성자 활성화 분석, 중성자 물리학 실험, 핵 측정 장치의 교정, 중성자 투과 도핑 실리콘 생산 등 과학적 목적으로 사용된다.[80][81]

메모들

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참조

추가 읽기

외부 링크

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