Nukleáris fegyverek elmélete és története

[Törölt tag 1945]

Gladys Owens a kép előterében, 50 évvel később tudta csak meg, hogy mi volt valóságban a feladata, amikor ennek a képnek is lejárt a minősítése, és megjelent egy újságcikkben.

Béta-2 dúsító

Gladys Owens az egyetlen megmaradt Béta-3 dúsító paneljénél

 

[Rotten878]

Először is köszönet a posztokért!

Ezért érdemes a HTKA-t olvasni (meg persze a többi aktív szakértő és cikkíró szakmai posztjaiért).

Elgondolkodtatóak a számok...
"A dúsítást 1945 februárjában indították be, még az üzem építése közben, áprilisban 1.1%, júniusban 7%, szeptemberre már 23%-os dúsítást ért el.

1946 elején napi 3.6kg urán-hexafluoridot 30%-ra, júliusban 60%, novemberben 94%-ra volt képes dúsítani.
A termelést végül napi 2.56kg-ra állították be, 93.7%-os dúsításon."

Az építés időtartama jelentősnek tűnik, bár persze ez nem is csoda - főleg a feladat addigi ismeretlenségéből is fakadóan.

"A ledöbbent kincstárnok így válaszolt: Ezredes, mi nem tonnában, hanem unciában számolunk!
Az Y-12 komplexumba végül-is 430 millió uncia - 13’300 tonna ezüstöt használtak fel, 1 milliárd korabeli dollár értékben."

1942-ben ez iszonyatos érték...megdöbbentő milyen erőket vonultattak fel.

"1970 májusában az utolsó 61 tonna - 2.000.000 uncia ezüstöt is kicseréltek rézre, és visszaadták a kincstárnak.
Végül csak 3.7kg hiányzott az eredetileg átadott 13.3 ezer tonnából.

Az első Alfa-I dúsító 96db Calutron-nal (CALifornia University CycloTRON) 1943 novemberére készült el, a második 1944 januárjában, a harmadik márciusra, a negyedik áprilisra, az ötödik júniusra.
1945 szeptemberéig 88kg urániumot dúsítottak 84.5%-ra, majd az év végéig további 935kg készült 95%-ra dúsítva.
1946 végére, amikor világossá vált, hogy a K-25 gázdiffúziós üzem (és testvére a K-27) képesek önmagukban is fegyverminőségű urániumot előállítani, az egyetlen tudományos célra fenntartott Béta dúsító kivételével, az összeset többi elektromágneses izotópszeparációs dúsítót leállították."

2 millió unicia...
ami viszont számomra még megdöbbentőbb az a termelés növekedése:
1945 szeptembertől december végéig több mint 10x termelés....mindezt a dúsítás minőségének további növelésével.

Mégis:
- mivel a K-25 (és társai) bizonyították a létjogosultságukat, ez az üzem bezárt a Béta dúsító kivételével.

Lehet tudni hogy mennyi "bevezetett uránium" mennyiségből sikerült ezeknek az üzemeknek a megjelölt mennyiségek dúsítása?

A gázdiffúzius termelésnél az alábbi napi termelés lett megadva, de a teljes mennyiséget nem láttam:
"1946 elején napi 3.6kg urán-hexafluoridot 30%-ra, júliusban 60%, novemberben 94%-ra volt képes dúsítani.
A termelést végül napi 2.56kg-ra állították be, 93.7%-os dúsításon."

 

[Törölt tag 1945]

Először is köszönet a posztokért!
Ezért érdemes a HTKA-t olvasni (meg persze a többi aktív szakértő és cikkíró szakmai posztjaiért).

Tessék lájkolni a posztokat, hogy lássam olvassa is őket valaki.

"A ledöbbent kincstárnok így válaszolt: Ezredes, mi nem tonnában, hanem unciában számolunk!
Az Y-12 komplexumba végül-is 430 millió uncia - 13’300 tonna ezüstöt használtak fel, 1 milliárd korabeli dollár értékben."

1942-ben ez iszonyatos érték...megdöbbentő milyen erőket vonultattak fel.

Számomra különösen érdekes a nagyságrend, a 2 milliárdba kerülő Manhattan projekt, kért még kölcsön 1 milliárd értékű ezüstöt is.

 

[Rotten878]

Tessék lájkolni a posztokat, hogy lássam olvassa is őket valaki.



Számomra különösen érdekes a nagyságrend, a 2 milliárdba kerülő Manhattan projekt, kért még kölcsön 1 milliárd értékű ezüstöt is.

Igen, elképesztő anyagi ráfordítás.

Csak érdekességképpen:
- Rákerestem így hirtelen hogy 1942-ben egy M4 Sherman 33,000 dollárt kóstált az adófizetőknek. (bár találtam ennél magasabb számot is de ott nem volt megadva milyen modell és mikori árfolyamon számolva)

Tehát csak a Manhattan-projekt költéséből hozzávetőleg 60,600 db-ot lehetett volna finanszírozni. (olvasmányaim szerint a US Army összesen 67,000 Shermant szeretett volna látni a lajstromban).

 

[Törölt tag 1586]

Számomra különösen érdekes a nagyságrend, a 2 milliárdba kerülő Manhattan projekt, kért még kölcsön 1 milliárd értékű ezüstöt is.

Érdekes hogy a Manhattan projekt költségeinek a nagyságrendje jól összemérhető a Német V1-V2 projekt költségeivel ami - atszámítva - $3 milliárd volt.

 

[molnibalage]

Igen, elképesztő anyagi ráfordítás.

Csak érdekességképpen:
- Rákerestem így hirtelen hogy 1942-ben egy M4 Sherman 33,000 dollárt kóstált az adófizetőknek. (bár találtam ennél magasabb számot is de ott nem volt megadva milyen modell és mikori árfolyamon számolva)

Tehát csak a Manhattan-projekt költéséből hozzávetőleg 60,600 db-ot lehetett volna finanszírozni. (olvasmányaim szerint a US Army összesen 67,000 Shermant szeretett volna látni a lajstromban).

Érdekes hogy a Manhattan projekt költségeinek a nagyságrendje jól összemérhető a Német V1-V2 projekt költségeivel ami - atszámítva - $3 milliárd volt.

Viszont a platform, a B-29 program se volt olcsó, az is kb. a MT nagyságrendje volt.

 

[gacsat]

Érdekes hogy a Manhattan projekt költségeinek a nagyságrendje jól összemérhető a Német V1-V2 projekt költségeivel ami - atszámítva - $3 milliárd volt.

Ahoz képest, hogy a Brit Birodalom en block tönkrement, nem egy nagy összeg.

 

[molnibalage]

Ahoz képest, hogy a Brit Birodalom en block tönkrement, nem egy nagy összeg.

Semmiféle logikai kapcsolat nincs A V1-V2 program költségei és a BB bukása között.

 

[dudi]

Tessék lájkolni a posztokat, hogy lássam olvassa is őket valaki.



Számomra különösen érdekes a nagyságrend, a 2 milliárdba kerülő Manhattan projekt, kért még kölcsön 1 milliárd értékű ezüstöt is.

Mióta vagy influencer?

 

[Törölt tag 1945]

Mióta vagy influencer?

Az nem vagyok, csak nagy munka angolból fordítani a szabadidőmben, úgyhogy csak akkor csinálom ha pár embernél több is olvassa.

 

[dudi]

Az nem vagyok, csak nagy munka angolból fordítani a szabadidőmben, úgyhogy csak akkor csinálom ha pár embernél több is olvassa.

Szerintem nem csak az olvassa aki lájkol(én sem lájkolom pedig olvasom)szóval hidd el "megtérül"a belefektetett munka.

 

[Törölt tag 1945]

Little Boy

Minden maghasadáson alapuló bomba működésének lényege, hogy a bombában lévő szubkritikus ²³⁵U vagy ²³⁹Pu az adott pillanatban az elérje a láncreakcióhoz szükséges kritikut tömegét, ami viszont függ a hasadóanyag sűrűségtől, illetve az esetleges neutron visszaverő héj vastagságától.
Az ²³⁵U kritikus tömege, ami képes fenntartani a láncreakciót; 52kg
A fenti érték normál sűrűségre (χ = 1), 100%-os (elméleti) dúsítottságra, és neutron visszaverő héj nélkül értendő.

A legelső, és legegyszerűbb bombaszerkezet egy 160mm-es simacsövű ágyúcsövet alkalmazott.
A bomba orránál helyezkedett el a ²³⁵U hengeres cél, a végében pedig a gyűrű alakú ²³⁵U “lövedék”, amit a célba 4db kordit zsák, 920m/s sebességgel juttatott, amikor megfelelő magasságon, a bomba oldalán kiálló Yagi antennák észlelték a földről visszavert rádiójelüket.
Maga a “lövedék” nem eltalálta a “célját”, hanem csak nagy sebességgel rácsúszott.

Little Boy felépítése

A termelési láncban először a 0.72% ²³⁵U tartalmú természetes urán-oxidot (U₃O₈ - Yellow Cake) urán-hexafluoriddá (UF₆ - Hex) alakították.
Az S-50 üzem a Hex-et folyadék-hődiffúzió alkalmazásával 0.85%-ra dúsította.
Középső lépcsőben a K-25 gázdiffúziós üzem az S-50 által dúsított Hex-et 0.85%-ról 23%-ra dúsította.
Vegyészek a Hex UF₆ gázt először urán trioxiddá UO₃ majd urán tetrakloriddá UCl₄ alakították.
A fenti alapanyagból, az Y-12 elektromágneses izotópszeparációs üzem 84.5%-ra dúsított ²³⁵U állított elő, amit Los Alamosba küldtek az Y laboratóriumba.

Los Alamos - Új-Mexikó, az amúgy zárt Y területen belül is szögesdróttal elkerített laboratórium a kép jobb oldalán

A Los Alamosba beérkező dúsított uránból, 9db 2cm vastag gyűrűt öntöttek, 16cm külső, és 10cm belső átmérővel, ezek együtt alkották a bomba “lövedékét”.
1945 Június 15-én a Little Boy minden addig elkészült alkatrészét (a céltárgy kiöntéséhez ekkor még nem állt rendelkezésre elég dúsított urán), egy fekete zárt teherautó, két katonatiszt, hét autóra való biztonsági személyzet kíséretében elvitte Los Alamosból az albuquerque-i Kirtland Légibázisra.
A szállítólevél így részletezi az értékes rakományt:
a) egy db láda, kb. 140 kg súlyú; tartalma: aktív anyagból készült alkatrészek az ágyú típusú bombához;
b) egy db láda, kb. 140 kg súlyú; tartalma: különleges szerszámok és tudományos műszerek;
c) egy db láda, kb. 4500 kg súlyú; tartalma: az ágyú típusú bomba passzív alkatrészei.
A Kirtland Légibázison két DC-3-as repülőgép várakozott, hogy a ládákat és a rájuk vigyázó tiszteket a San Francisco közelében lévő Hamilton repülőtérre vigye.
Onnan újabb biztonsági konvoj kísérte őket a Hunter's Point Hajógyárba.

A San Franciscói-öbölben lévő Hunter's Pointnál a hajnal előtti sötétségben egy reflektorokkal kivilágított daru a USS Indianapolis fedélzetére emelte a nukleáris töltet nélküli Little Boy ötméteres ládáját.
A töltetet két tengerész vitte a hajóra a vállukon tartott rúdra függesztett ólomtartályban.
Két Los Alamos-i katonatiszt kísérte őket a tengernagy segédtisztjének kabinjához, ahol a tartályt az út során tárolták.
A tengerészek a kabin padlójához hegesztett szemes csavarokhoz láncolták a tartályt, majd az egyik tiszt le is lakatolta.
Tíz napon át, egészen Tinianig egymást váltva napi huszonnégy órában őrizték a veszedelmes szállítmányt.
Másnap, június 16-án a csendes-óceáni háborús időszámítás szerint 08.36-kor, a USS Indianapolis a Golden Gate alatt kihajózott az óceánra.

Több mint egy hónappal később, július 24-én a Los Alamos-i kohászok befejezték 6db 3cm vastag, 10cm külső, és 2.5cm belső átmérővel rendelkező gyűrű öntését, ezek a gyűrűk összeillesztve adták ki a Little Boy belső ágyújának „céltárgyát", az utolsó alkatrészt, amely a bomba befejezéséhez még hátravolt.

Július 26-án a USS Indianapolis megérkezett Tinianre, és a Légi Szállítási Parancsnokság három C-54 típusú teherszállító repülőgépe a Little Boy céltárgyának két-két gyűrűjével a fedélzeten elhagyta a légierő kirtlandi támaszpontját.

Little Boy az Enola Gay bombakamrája alatt

Július 31-re elkészült a Little Boy, már csak a négy szegmensből álló kordit-töltet hiányzott belőle.
Ezt az óvintézkedést Los Alamosban készítették elő a bomba tervezésekor, de Tinianen határoztak felőle a felszállás közbeni teljes biztonság érdekében.
A Little Boy hirosimai idő szerint augusztus 6-án, 08:16-kor robbant fel, 43 másodperccel azután, hogy levált az Enola Gayről.

A ~16kt hatóerejű Little Boy pusztításának mértéke (amit jelentősen befolyásolt a domborzat) Hiroshima térképén.

Az epicentrumból kiinduló körök 1000 lábanként (305m) vannak felrajzolva.
A pirossal jelölt területen; 5~6000 láb (1500~1800m), tüzek pusztítottak.
A kékkel jelölt vonalon belül; 6~8000 láb (1800~2400m), minden lakóépület szerkezete károsodott a lökéshullámtól.
A zöldel jelölt vonalon kívül; 10~13000 láb (3~4km), az épületek szerkezete már nem károsodott.


Az ágyú elven működő atomfegyvert ugyan a legegyszerűbb megvalósítani, és szinte garantálható a működése, viszont két jelentős hátránya van;

Az első a fegyver tragikusan rossz hatásfoka.
Ugyan az ²³⁵U kritikus tömege 52kg, viszont a Little Boy készítőinek csak 84.5%-ra dúsított ²³⁵U állt a rendelkezésére, amiből 52kg / 84.5% = 61.5kg kritikus tömeg adódik, viszont a tervezők a minimálisan szükségesnél 4%-al több, összesen 64kg töltetet alkalmaztak.
Mivel 1kg ²³⁵U tökéletes hasadásakor 17kt energia szabadul fel, így kiszámolhatjuk az óriási költségekből épült hatalmas üzemekben, több tízezer munkás által előállított fegyver hatásfokát, 16kt hatóerőt feltételezve:
16kt / (64kg · 17kt/kg) = 1.5%
Vagyis a felhasznált 64kg dúsított uránból kevesebb mint egy kiló vett részt a maghasadásban, mielőtt a szerkezet szétrepült a robbanásban, elpárologtatva, és szétszórva a maradék 63kg hasznosulatlan hasadóanyagot.

A fent kiszámított másfél százalékos hatásfokon kívül, katonai szempontból is megengedhetetlenül veszélyes a szerkezet, hiszen összeszerelt állapotában (kordit zsákok a helyén), bármely baleset esetén amikor a bomba tűzbe kerül, az nagy valószínűséggel nukleáris robbanással járhatna.


A fenti két ok miatt, a Little Boy-on kívül csak egyetlen ország volt a világon, amely ágyú típusú bombát rendszeresített.
Dél Afrika a 70-es évek elején olyan alacsony műszaki színvonalon állt, hogy a szerkezet egyszerűsége számukra ellensúlyozta annak hátrányait.
1971-ben kezdődött a Dél Afrikai ágyú elven működő dúsított urán hasadási fegyver fejlesztése, saját területen bányászott uránércből, és 1978-ban készült el az első példány.

1979 szeptemberében az Egyesült Államok Vela-H felderítő műholdja, kísérleti atomrobbanásra utaló felvillanást észlelt az Indiai óceán déli részén.

Dél Afrikai bomba szerkezetek

1989-ben, amikor felszámolták a nukleáris fegyver programjukat, 6db bevetésre kész bombával rendelkeztek, a hetedik legyártása még folyamatban volt.

 

[Törölt tag 1945]

Igyekszem* tartani magam a heti 3 részhez, péntek - szombat - vasárnap délutánonként egy, különben őszig tartana a sorozat.


*oszt majd meglátjuk, hogy sikerül-e...

 

[Törölt tag 1945]

X-10, és Hanford

Plutónium (²³⁹Pu) kritikus tömege ötöde az uránnak, normál sűrűségen (χ = 1) mindössze 10kg.

A Manhattan-projekt második fő célja a plutónium ágyú bomba előállítása volt, amit Thin Man-nak neveztek.
Bár a természetben kis mennyiségű plutónium létezik, fegyverhez elegendő mennyiség előállításának legegyszerűbb módja, a természetes urán neutronokkal való bombázása, egy nukleáris reaktorban.
A reaktor neutronjai az urán-238-at urán-239-re transzformálják, amely gyorsan lebomlik, először a neptunium-239-re, majd a plutónium-239-re.
Mivel csak kis mennyiségű urán-238 transzformálódik, így a keletkezett plutóniumot kémiailag el kell választani a maradék urántól, és a többi hasadási termékektől.

X-10 reaktor, Oak Ridge, Tennessee

Az X-10 plutónium termelő reaktor megépítése előtt, három alapvető tervezési döntést kellett meghozni.
Mi legyen az üzemanyag, a neutron moderátor, és végül a hűtőközeg.
1942-ben az üzemanyag megválasztása egyszerű volt, csak természetes urán áll rendelkezésre.
Moderátorként ugyan a nehézvíz 10% -al hatásosabb mint a legtisztább grafit, viszont nehéz víz sem állt elegendő mennyiségben rendelkezésre, így a reaktor a grafitot használt neutron moderátorként.
A DuPont mérnökei végül héliumgázt választottak a reaktor hűtőközegeként, főleg azért mert inert volt, ami megoldotta az esetleges korrózió kérdését.
A reaktor építése 1943 februárjában kezdődött.

Az 1400t grafit téglát tartalmazó, és 7.3 méter élhosszúságú reaktor kockát 2m vasbeton vette körül.

A töltési oldalon, 36 sorban 35 furat ment keresztül a teljes reaktortömbön.
A természetes uránt tartalmazó rudakat, egy lift platformon állva tolták be kézi erővel a reaktorba.

1943 november 4-én indították be, és onnantól hetente csak egyszer, az utántöltés 10 órájára állt le.
A reaktor túloldalán egy 6m mély medencébe kerültek a rudak, ahol egy hétig pihentek, amíg csökkent a radioaktivitásuk.
Az X-10 a hónap végére 500mg plutóniumot termelt.
1944 júliusára érte el maximális teljesítményét, a 4MW-ot.
1945 januárjában fejezte be plutónium termelését, addig 299 teljes töltésnyi uránt sugárzott be.
1963 novemberében állították le, azóta látogatható múzeumként működik.
https://www.energy.gov/management/x-10-graphite-reactor

B reaktor 1944 júniusában

1944 februárjában kezdték építeni a 6 tervezett 250MW-os (immár vízhűtésű) plutónium termelő első egységének (Reaktor-B) építését, Hanford területen, Washington államban.
Az eredetileg tervezett 6 reaktorból (A..F) végül csak három épült meg, a B, D, és az F.
B reaktor 1944 szeptemberében, D decemberben, az F 1945 februárjától termelt.


A plutóniumtermelés után következett a kémiai izotópszeparáció.
A reaktorokban besugárzott kapszulák tartalmában 250 rész plutónium keveredett egymillió rész uránnal és egyéb rendkívül erősen radioaktív bomlástermékekkel.
A csekélyke plutónium kinyerésére a Marié Curie és Ottó Hahn által kidolgozott szakaszos lepárlás módszerét használták.
Hogy biztonságosan kezelhető legyen, annyira meg kellett tisztítani, hogy a radioaktív bomlástermékeknek legfeljebb egy tízmilliomod része maradjon meg.
Két kémiai izotóp szeparációs eljárást alkalmaztak egymás után, amik kihasználták a plutónium különböző vegyérték állapotait.
Az első módszer hordozóként bizmut-foszfátot, a második lantán-fluoridot használt.
A bizmut-foszfát alkalmazásának fő célja az urán és a radioaktív bomlástermékek eltávolítása volt, a lantán-fluorid ezután magas koncentrációban emelte ki a nagy mennyiségű, igen híg oldatból a plutóniumot.

Plutónium szeparáció utolsó néhány lépése videón (érdemes megnézni):

A bizmut-foszfát-eljárás során először, a besugárzott urán-rudat forrásban lévő nátrium-hidroxidba rakták, amelyhez nátrium-nitrátot adagoltak.

A második lépés a plutónium elválasztása az urántól és az egyéb hasadási termékektől.
Bizmut-nitrát és foszforsav hozzáadásával, bizmut-foszfátot termeltek, amelyet a plutóniummal együtt kicsapattak.
A csapadékot kicentrifugálták és a folyadékot mint hulladékot eltávolították az oldatból.
Miután így a hasadási termékek jelentős részétől megszabadultak, az anyag gamma-sugárzása 90%-kal csökkent.
Az eredmény egy plutóniumtartalmú száraz anyag volt, amelyet salétromsavban feloldottak.
A plutónium oxidálásához nátrium-bizmutátot adtak.
A plutóniumot a bizmut-foszfát hordozza a négyértékű állapotban.
A bizmut-foszfátot ezután kicsapatták, így a plutónium az oldatban marad.

Ezt a lépést a harmadik lépésben megismételték.
A plutóniumot vas-ammónium-szulfát hozzáadásával redukálták.
Hozzáadták a bizmut-nitrátot és foszforsavat, az oldatot salétromsavban oldották és a bizmut-foszfát kicsapódott.
Ez a lépés a gamma-sugárzást négy további nagyságrenddel csökkentette, így az eredeti gamma-sugárzási szint 100’000 részére csökkent.

A negyedik lépésben foszforsavat adtak hozzá, és a bizmut-foszfátot kicsapatták és eltávolították, és kálium-permanganátot adtak a plutónium oxidálására.

A következő lépésben a lantán-fluoridot használtak.
A lantán-sókat és hidrogén-fluoridot adtak hozzá, és a lantán-fluoridot kicsapatták, míg a hatértékű plutóniumot oldatban hagyták.
Ez a lépés eltávolította a lantanidokat, mint a céziumot, a stronciumot és a lantánt, amit a bizmut-foszfát az előző lépésekben nem tudott.
A plutóniumot ismét oxálsavval redukálták, ezúttal kálium-hidroxidot adtak az oldathoz.
A folyadékot centrifugával eltávolították és a szilárd anyagot salétromsavban oldották, így plutónium-nitrátot kaptak.
Ezen a ponton egy 1200 liternyi tétel, 30 literre lett koncentrálva.

Az utolsó lépésben az oldathoz hidrogén-peroxidot, szulfátokat és ammónium-nitrátot adtak, és a hatértékű plutóniumot plutónium-peroxid formájában kicsapatták.
Ezt feloldották salétromsavban, és forró levegővel elforralták, hogy plutónium-nitrát pasztát állítsanak elő, amit a Los Alamosi laboratóriumba szállítottak.

A fenti eljárással a kiinduláskori 3t besugárzott természetes urán rúdból, ~0.75kg plutóniumot nyertek.

Az első plutónium elválasztó üzem (T), amit az óceánjáróhoz való hasonlóság miatt a „Queen Mary” nevet kapta.

A kémiai izotópszeparáció számára három (T, U, B) üzemet építettek.
1944 januárjában kezdték építeni a T, és U üzemet, amik szeptemberben és decemberben készültek el.
B üzem 1945 márciusára készült el.

Az első 80g 95%-os tisztaságú ²³⁹Pu szállítmány 1945. február 2-án érkezett Los Alamosba.

kémiai izotópszeparációs munkahelyek

A vegyészek munkája nagyon veszélyes volt.
A háború végére a tapasztalt vegyészek felét el kellett távolítani a munkából, mert a vizeletükben elfogadhatatlanul magas plutónium koncentráció volt mérhető.

 

[dudi]

X-10, és Hanford

Plutónium (²³⁹Pu) kritikus tömege ötöde az uránnak, normál sűrűségen (χ = 1) mindössze 10kg.

A Manhattan-projekt második fő célja a plutónium ágyú bomba előállítása volt, amit Thin Man-nak neveztek.
Bár a természetben kis mennyiségű plutónium létezik, fegyverhez elegendő mennyiség előállításának legegyszerűbb módja, a természetes urán neutronokkal való bombázása, egy nukleáris reaktorban.
A reaktor neutronjai az urán-238-at urán-239-re transzformálják, amely gyorsan lebomlik, először a neptunium-239-re, majd a plutónium-239-re.
Mivel csak kis mennyiségű urán-238 transzformálódik, így a keletkezett plutóniumot kémiailag el kell választani a maradék urántól, és a többi hasadási termékektől.

X-10 reaktor, Oak Ridge, Tennessee

Az X-10 plutónium termelő reaktor megépítése előtt, három alapvető tervezési döntést kellett meghozni.
Mi legyen az üzemanyag, a neutron moderátor, és végül a hűtőközeg.
1942-ben az üzemanyag megválasztása egyszerű volt, csak természetes urán áll rendelkezésre.
Moderátorként ugyan a nehézvíz 10% -al hatásosabb mint a legtisztább grafit, viszont nehéz víz sem állt elegendő mennyiségben rendelkezésre, így a reaktor a grafitot használt neutron moderátorként.
A DuPont mérnökei végül héliumgázt választottak a reaktor hűtőközegeként, főleg azért mert inert volt, ami megoldotta az esetleges korrózió kérdését.
A reaktor építése 1943 februárjában kezdődött.

Az 1400t grafit téglát tartalmazó, és 7.3 méter élhosszúságú reaktor kockát 2m vasbeton vette körül.

A töltési oldalon, 36 sorban 35 furat ment keresztül a teljes reaktortömbön.
A természetes uránt tartalmazó rudakat, egy lift platformon állva tolták be kézi erővel a reaktorba.

1943 november 4-én indították be, és onnantól hetente csak egyszer, az utántöltés 10 órájára állt le.
A reaktor túloldalán egy 6m mély medencébe kerültek a rudak, ahol egy hétig pihentek, amíg csökkent a radioaktivitásuk.
Az X-10 a hónap végére 500mg plutóniumot termelt.
1944 júliusára érte el maximális teljesítményét, a 4MW-ot.
1945 januárjában fejezte be plutónium termelését, addig 299 teljes töltésnyi uránt sugárzott be.
1963 novemberében állították le, azóta látogatható múzeumként működik.
https://www.energy.gov/management/x-10-graphite-reactor

B reaktor 1944 júniusában

1944 februárjában kezdték építeni a 6 tervezett 250MW-os (immár vízhűtésű) plutónium termelő első egységének (Reaktor-B) építését, Hanford területen, Washington államban.
Az eredetileg tervezett 6 reaktorból (A..F) végül csak három épült meg, a B, D, és az F.
B reaktor 1944 szeptemberében, D decemberben, az F 1945 februárjától termelt.


A plutóniumtermelés után következett a kémiai izotópszeparáció.
A reaktorokban besugárzott kapszulák tartalmában 250 rész plutónium keveredett egymillió rész uránnal és egyéb rendkívül erősen radioaktív bomlástermékekkel.
A csekélyke plutónium kinyerésére a Marié Curie és Ottó Hahn által kidolgozott szakaszos lepárlás módszerét használták.
Hogy biztonságosan kezelhető legyen, annyira meg kellett tisztítani, hogy a radioaktív bomlástermékeknek legfeljebb egy tízmilliomod része maradjon meg.
Két kémiai izotóp szeparációs eljárást alkalmaztak egymás után, amik kihasználták a plutónium különböző vegyérték állapotait.
Az első módszer hordozóként bizmut-foszfátot, a második lantán-fluoridot használt.
A bizmut-foszfát alkalmazásának fő célja az urán és a radioaktív bomlástermékek eltávolítása volt, a lantán-fluorid ezután magas koncentrációban emelte ki a nagy mennyiségű, igen híg oldatból a plutóniumot.

Plutónium szeparáció utolsó néhány lépése videón (érdemes megnézni):

A bizmut-foszfát-eljárás során először, a besugárzott urán-rudat forrásban lévő nátrium-hidroxidba rakták, amelyhez nátrium-nitrátot adagoltak.

A második lépés a plutónium elválasztása az urántól és az egyéb hasadási termékektől.
Bizmut-nitrát és foszforsav hozzáadásával, bizmut-foszfátot termeltek, amelyet a plutóniummal együtt kicsapattak.
A csapadékot kicentrifugálták és a folyadékot mint hulladékot eltávolították az oldatból.
Miután így a hasadási termékek jelentős részétől megszabadultak, az anyag gamma-sugárzása 90%-kal csökkent.
Az eredmény egy plutóniumtartalmú száraz anyag volt, amelyet salétromsavban feloldottak.
A plutónium oxidálásához nátrium-bizmutátot adtak.
A plutóniumot a bizmut-foszfát hordozza a négyértékű állapotban.
A bizmut-foszfátot ezután kicsapatták, így a plutónium az oldatban marad.

Ezt a lépést a harmadik lépésben megismételték.
A plutóniumot vas-ammónium-szulfát hozzáadásával redukálták.
Hozzáadták a bizmut-nitrátot és foszforsavat, az oldatot salétromsavban oldották és a bizmut-foszfát kicsapódott.
Ez a lépés a gamma-sugárzást négy további nagyságrenddel csökkentette, így az eredeti gamma-sugárzási szint 100’000 részére csökkent.

A negyedik lépésben foszforsavat adtak hozzá, és a bizmut-foszfátot kicsapatták és eltávolították, és kálium-permanganátot adtak a plutónium oxidálására.

A következő lépésben a lantán-fluoridot használtak.
A lantán-sókat és hidrogén-fluoridot adtak hozzá, és a lantán-fluoridot kicsapatták, míg a hatértékű plutóniumot oldatban hagyták.
Ez a lépés eltávolította a lantanidokat, mint a céziumot, a stronciumot és a lantánt, amit a bizmut-foszfát az előző lépésekben nem tudott.
A plutóniumot ismét oxálsavval redukálták, ezúttal kálium-hidroxidot adtak az oldathoz.
A folyadékot centrifugával eltávolították és a szilárd anyagot salétromsavban oldották, így plutónium-nitrátot kaptak.
Ezen a ponton egy 1200 liternyi tétel, 30 literre lett koncentrálva.

Az utolsó lépésben az oldathoz hidrogén-peroxidot, szulfátokat és ammónium-nitrátot adtak, és a hatértékű plutóniumot plutónium-peroxid formájában kicsapatták.
Ezt feloldották salétromsavban, és forró levegővel elforralták, hogy plutónium-nitrát pasztát állítsanak elő, amit a Los Alamosi laboratóriumba szállítottak.

A fenti eljárással a kiinduláskori 3t besugárzott természetes urán rúdból, ~0.75kg plutóniumot nyertek.

Az első plutónium elválasztó üzem (T), amit az óceánjáróhoz való hasonlóság miatt a „Queen Mary” nevet kapta.

A kémiai izotópszeparáció számára három (T, U, B) üzemet építettek.
1944 januárjában kezdték építeni a T, és U üzemet, amik szeptemberben és decemberben készültek el.
B üzem 1945 márciusára készült el.

Az első 80g 95%-os tisztaságú ²³⁹Pu szállítmány 1945. február 2-án érkezett Los Alamosba.

kémiai izotópszeparációs munkahelyek

A vegyészek munkája nagyon veszélyes volt.
A háború végére a tapasztalt vegyészek felét el kellett távolítani a munkából, mert a vizeletükben elfogadhatatlanul magas plutónium koncentráció volt mérhető.

Létezik ezeknél(mindre gondolok amit eddig leírtál)hatékonyabb módszer is fegyver minőségű hadadóanyag előállítására?

 

[Celebra]

Létezik ezeknél(mindre gondolok amit eddig leírtál)hatékonyabb módszer is fegyver minőségű hadadóanyag előállítására?

Türelem,el fog jutni odáig is.A szaporitóreaktorig

 

[jOkA]

Tessék lájkolni a posztokat, hogy lássam olvassa is őket valaki.

Többi fissziós, fúziós bombáról is olvasnék mint a little boyról.

 

[jOkA]

Nagyon nagy a kavarc itten, pont ezért is írom a sorozatot.
A filmen a "Démon" (harmadiknak elkészült szubkritikus plutónium mag) neutron visszaverő berillium burkát ejti rá Slotin, így az szuper kritikussá vált.
Slotin az elszenvedett 1000rad hatására 9 nap múlva el is hunyt.

A neutron visszaverő burkot elmagyaráznád részletesebben? Ha jól tudom akkor azért van, hogy a kritikus tömeget megtartsa és a neutronok ne szóródjanak túl hamar szét mert akkor túl gyorsan megszűnik a kritikus tömeg.

 

[Celebra]

A neutron visszaverő burkot elmagyaráznád részletesebben? Ha jól tudom akkor azért van, hogy a kritikus tömeget megtartsa és a neutronok ne szóródjanak túl hamar szét mert akkor túl gyorsan megszűnik a kritikus tömeg.

A neutronok "hasitják" az atommagot.A neutron visszaverő azért kell,hogy meglegyen a kellő neutronsűrűség.Áttételesen ez csökkenti a kritkus tömeget,illetve javitja a töltet hatékonyságát,de majd Hpaps kifejti,türelem

 

[jOkA]

A neutronok "hasitják" az atommagot.A neutron visszaverő azért kell,hogy meglegyen a kellő neutronsűrűség.Áttételesen ez csökkenti a kritkus tömeget,illetve javitja a töltet hatékonyságát,de majd Hpaps kifejti,türelem

Már így is tiszta, köszi.