Первый ядерный реактор, объяснение

Первый в мире ядерный реактор, получивший прозвище «Чикагская свая-1», положил начало атомной эре и имеет сложное наследие, включая рост как ядерной энергии, так и ядерного оружия.

Перейти к разделу:

• Как появился первый ядерный реактор?
• Как выглядел первый ядерный реактор?
• Как работал первый ядерный реактор?
• Что произошло в день первой цепной ядерной реакции?
• Что случилось с реактором потом?
• Как реактор привел к созданию первой атомной бомбы?
• Каково наследие первого ядерного реактора?
• Сможете ли вы посетить место первой ядерной реакции?

Как появился первый ядерный реактор?

По мере того как физики приближались к пониманию природы атома в 1930-х годах, становилось все более очевидным, что при расщеплении атомов может высвобождаться большое количество энергии. В 1939 году Альберт Эйнштейн и Лео Силард в соавторстве написали письмо президенту США Франклину Д. Рузвельту, в котором объясняли, что открытие может быть превращено в мощное оружие и что у нацистских ученых, вероятно, есть для этого инструменты.

Это положило начало Манхэттенскому проекту США — сверхсекретной научной миссии, цель которой — научиться расщеплять атом и использовать его энергию. Но одним из первых пунктов в списке было выяснить, возможно ли вообще создать и контролировать цепную ядерную реакцию.

Проект решил объединить эти усилия в одном месте. Поскольку в Чикаго проживало большое количество ведущих физиков и химиков, он был расположен в центре города, вдали от обоих побережий, и имел пространство и жилье для проекта, штаб-квартира проекта ядерного реактора находилась в Чикагском университете и носила кодовое название «Металлургическая лаборатория».

Металлургическую лабораторию возглавлял профессор Артур Холли Комптон, лауреат Нобелевской премии и декан факультета физических наук Калифорнийского университета в Чикаго, и в ее состав входили самые выдающиеся физики, химики и инженеры того времени, в том числе Энрико Ферми, Лео Силард и Юджин Вигнер.Сотни людей были завербованы, чтобы «помочь военным действиям», хотя большинству из них очень мало рассказали о деталях.

После серии небольших экспериментов для подтверждения концепции началась работа над реактором, который фактически поддерживал бы цепную реакцию. Первоначально планировалось построить его к западу от города Чикаго, но трудности со строительством замедлили прогресс, поэтому Комптон решил, что они будут строить реактор там, где до этого момента проводились многие эксперименты — старое поле для игры в сквош под ним. заброшенные футбольные трибуны Stagg Field в Чикагском университете.

Спорный вопрос, знал ли президент Чикагского университета Роберт Мейнард Хатчинс о проведении эксперимента, хотя Комптон сказал, что не сказал ему об этом. Мэр Чикаго и другие выборные должностные лица не были уведомлены.

Как выглядел первый ядерный реактор?

Сам реактор, получивший прозвище «Чикагская свая-1» или сокращенно CP-1, представлял собой груду графитовых блоков высотой 20 футов, усеянную сотнями более мелких блоков урана.

Бригады работали круглосуточно в течение двух недель, очищая графит и уран, укладывая блоки в 57 слоев в точных положениях и проделывая отверстия для кадмиевых регулирующих стержней. Они закончились вечером 1 декабря 1942 года.

Как работал первый ядерный реактор?

Ядерный реактор предназначен для расщепления атомов. Некоторые элементы, такие как уран, со временем естественным образом испускают частицы, называемые нейтронами. Принцип работы ядерного реактора заключается в размещении урана в правильных положениях, чтобы стимулировать попадание нейтронов из урана. Другой атомы урана и заставляют их расщепляться и выбрасывать больше нейтронов, которые расщепляют другие атомы. Вот почему это называется цепной реакцией. Но все должно быть расположено под правильным углом, чтобы реакция продолжалась.

Инженеры могут контролировать реакцию, вставляя стержни из вещества, поглощающего нейтроны, что замедляет или останавливает цепную реакцию.

Что произошло в день первой цепной реакции?

2 декабря 1942 г. группа из 49 ученых собралась для проведения испытания на критичность. По словам тех, кто там был, это был медленный и тихий процесс: Ферми приказал операторам медленно перемещать управляющие стержни, и их инструменты щелкнули, чтобы записать количество нейтронов.

В 15:53 ​​они зафиксировали, что впервые в истории была достигнута самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Это заняло 28 минут.

В честь праздника они пили вино Кьянти из бумажных стаканчиков, и многие из присутствующих расписывались на соломенной обертке пустой бутылки.

Что случилось с реактором потом?

После эксперимента реактор разобрали и перевезли в более отдаленное место в лесном заповеднике за пределами Чикаго. После войны ученые и оборудование Металлургической лаборатории были реорганизованы и направлены на изучение мирного использования атомной энергии, став первой в стране национальной лабораторией — Аргоннской национальной лабораторией.

Как реактор привел к созданию первой атомной бомбы?

Чтобы создать атомную бомбу, Манхэттенскому проекту сначала нужно было доказать, что цепная реакция действительно будет работать так, как они предполагали.

Во-вторых, им нужно было построить больше и больше реакторов, чтобы создать правильный вид плутония и урана для использования в атомных бомбах. С этой целью Манхэттенский проект демонтировал Чикагский блок-1 и быстро перешел к строительству более крупных реакторов в Хэнфорде, штат Вашингтон, и Ок-Ридже, штат Теннесси, для производства урана и плутония. Основное научное руководство переместилось в Лос-Аламос, штат Нью-Мексико, где собрали и испытали бомбы.

В конечном итоге США сбросили на Японию две атомные бомбы: Хиросиму 6 августа 1945 года и Нагасаки 9 августа. Считается, что в результате двух взрывов погибло более 200 000 человек.

Каково наследие первого ядерного реактора?

Хотя сам эксперимент был недолгим, Чикагская куча-1 имела сложные и долгосрочные последствия во всем мире.Ядерное оружие изменило глобальную политику и альянсы; ядерная энергетика сейчас производит 10 процентов электроэнергии в мире; и новые области исследований были открыты, поскольку исследователи использовали радиоактивные изотопы для лечения болезней и понимания того, как работает тело.

• Ядерное оружие: В годы после Манхэттенского проекта США и Советский Союз потратили миллиарды долларов на создание тысяч ядерных бомб. На пике, в 1986 году, в шести странах мира насчитывалось около 70 000 единиц атомного оружия. Около 500 бомб были взорваны над землей для испытаний, прежде чем они были перемещены под землю в соответствии с договором 1963 года. Ядерное оружие продолжает сильно влиять на глобальную политику и альянсы; по состоянию на 2020 год в мире осталось около 13000 человек.

• Часы Судного дня и Бюллетень ученых-атомщиков:Группа ученых Манхэттенского проекта, возражавших против использования бомбы на людях, сформировала Бюллетень ученых-атомщиков, который устанавливает обратный отсчет часов Судного дня до полуночи как метафору того, насколько человечество близко к разрушению от собственной руки. Сегодня он вырос, чтобы включить в свои расчеты, среди прочего, изменение климата и биологические угрозы.

• Ядерная энергия: Другим непосредственным применением ядерных реакторов было производство электроэнергии. Правительство США быстро создало национальные лаборатории для разработки ядерных реакторов для получения энергии. Реактор, построенный Аргоннской национальной лабораторией, произвел первое в мире полезное количество электроэнергии из ядерной энергии 20 декабря 1951 года, зажег цепочку из четырех лампочек. Сегодня около 20% электроэнергии в США вырабатывается ядерными реакторами, а во всем мире — 10%. Хотя разработка новых ядерных реакторов в Соединенных Штатах замедлилась в конце 20-го века, ядерная энергетика в последнее время стала вызывать больший интерес как источник безуглеродной электроэнергии.

• Химия и биология: Появление ядерных реакторов помогло исследователям понять химию и биологию, создать новые виды материалов и лечить болезни человека. Реакторы могут производить радиоактивные изотопы, которые ученые использовали в качестве индикаторов для понимания метаболизма, того, как питательные вещества перемещаются в экосистемах и, среди прочего, как клетки создают ДНК. Реакторы также производят нейтроны, которые ученые могут использовать в качестве метода визуализации, чтобы видеть в мельчайших масштабах.

• Научная политика: Чикагская куча-1 и Манхэттенский проект ознаменовали начало кардинальных изменений в том, как велась наука. После войны финансирование научных исследований и разработок в США стало поступать в основном от федерального правительства через Национальный научный фонд и Министерство энергетики, а не от отдельных благотворителей. Он также заложил основу для крупных совместных проектов, таких как Большой адронный коллайдер, LIGO и НАСА, на которые сегодня приходится большая часть расходов на научные исследования.

• Лекарственное средство: Помимо открытий о фундаментальной природе биологии, исследователи также сразу увидели пользу для медицины. В начале 1950-х годов Комиссия по атомной энергии финансировала Аргоннскую онкологическую исследовательскую больницу (которая в 1973 году стала Институтом Франклина Маклина при Чикагском университете). Больница успешно стала пионером в использовании радиации для лечения рака, а позже усилия были расширены за счет включения радиологических инноваций в диагностику и лечение других заболеваний. Изотоп технеций-99 используется в миллионах процедур каждый год.

Сможете ли вы посетить место первой ядерной реакции?

Однако бронзовая скульптура известного художника Генри Мура под названием «Ядерная энергия» и мемориальная доска увековечивают память об этом месте и открыты для посетителей. Скульптура расположена на восточной стороне Эллис-авеню между 56-й и 57-й улицами, к югу от общежития Макса Палевского и к северу от стеклянного купола библиотеки Мансуэто.

В своих замечаниях по поводу произведения, посвященного 25-летию реакции 2 декабря 1967 года, Мур сказал, что намеревался вызвать образы человеческого черепа, грибовидных облаков и собора. «Как и все могучее, оно имеет силу добра и зла. нижняя часть [скульптуры] более архитектурная и, на мой взгляд, имеет вид собора с какой-то надеждой для человечества», — сказал он. (Более подробную информацию о «Ядерной энергии» можно найти на веб-сайте Университета искусств.)