Генри Смит - Атомная энергия для военных целей

Было произведено около сорока серий опытов при меняющихся условиях эксперимента. Для лучшего разрешения коротких периодов давались активации в одну или две секунды. Производилась продолжительная, интенсивная бомбардировка длительностью 15–20 минут, насколько возможно близко к мишени, чтобы выявить с максимальной интенсивностью длительные периоды активности. Несколько 5-минутных бомбардировок, во время которых циклотрон давал по возможности устойчивый пучок, производилось для изучения относительных интенсивностей насыщения различных активностей; во время этих активации пучок циклотрона ослаблялся до 1 или 2 µА, чтобы воспрепятствовать чрезмерному возрастанию начальной скорости отсчетов (число отсчетов 300 в секунду было принято-в качестве верхней границы, допустимой для счетчика). В наличии имелось два счетчика с ВF 3один из них имел поперечное сечение для тепловых нейтронов в 2, 66 см 2а другой 0, 43 см 2. После сильной активации, можно было еще в течение 13 мин. наблюдать запаздывающие нейтроны. Были произведены определения фона (повидимому, обусловленного нейтронами самопроизвольного деления урана). Показания фона доходили примерно до 0, 4 отсчета в секунду для большого счетчика и вычитались из измеряемого эффекта.

Изучение всех кривых распада дало следующую общую картину:

Активности с периодом более 57 сек. не удалось наблюдать даже после самой интенсивной бомбардировки, которую мы смогли осуществить в течение 20 минут.

Эти результаты приводят к следующему уравнению кривой распада для запаздывающих нейтронов после активации до насыщения:

Активность = константа(1,2e -0,28t+ 1,2e -0,099t+ 1,0e -0,029t+ 0,135e -0,012t)

где t выражено в секундах».

Вторая часть экспериментов относилась к измерению общего числа нейтронов, испускаемых в промежуток времени от 0,01 сек. до 2,0 минут после выключения циклотрона. Предполагая, что все наблюдавшиеся запаздывающие нейтроны входят в указанные выше четыре группы, необходимо считать, что 1,0±0,2 процента нейтронов, выбрасываемых при делении урана, запаздывают по крайней мере на 0,01 сек. и что примерно для 0,07 процента запаздывание достигает одной минуты. Если запроектировать эффективное значение k коэффициента размножения для типового котла при отсутствии регулирующих стержней всего лишь в 1,01, и если предел полного изменения k под влиянием одного регулирующего стержня определить в 0,002, то число запаздывающих нейтронов достаточно для обеспечения легкого управления.

В главе VI были кратко описаны устройство и работа первого котла с саморазвивающейся цепной реакцией. Хотя от изложения деталей приходится пока из соображений секретности воздержаться, приведенные ниже параграфы дают несколько более полное описание, основанное на докладе Ферми. Котел был построен Ферми и его сотрудниками осенью 1942 г.

Согласно первоначальному плану, котел должен был иметь приблизительно сферическую форму, причем наиболее чистые уран и графит нужно было размещать вблизи центра. Контрольные измерения показали, однако, что критические размеры были достигнуты раньше, чем была завершена запроектированная сфера, и, в соответствии с этим, конструкция была видоизменена. В окончательном виде котел представлял сплющенный сфероид, плоский в верхней части. Было необходимо расположить блоки урана или окиси урана на одинаковых друг от друга расстояниях в кубической решетке, внутри графита. Графит нарезался в виде кирпичей и складывался слоями, попеременно содержавшими и не содержавшими урановые блоки. Эти блоки располагались по углам квадратных плит графита. Критические размеры были достигнуты, когда котел был уложен до высоты лишь в три четверти той, которая казалась необходимой по самым осторожным расчетам. После этого был добавлен всего лишь один слой.

Применявшийся графит был преимущественно от фирм National Carbon Co. и Speer Graphite Co. Котел содержал 12 400 фунтов урана, который поставлялся фирмами Вестингауз, Metal Hydrides Co. и Эймс. Так как в решетке было значительно больше точек, чем имелось блоков металла, то свободные места были заполнены блоками прессованной окиси урана.

Для управления и выполнения экспериментов имелось десять каналов, пронизывающих весь котел. Три из них вблизи центра применялись для регулирующих и аварийных стержней. Для облегчения экспериментирования, в частности, для удаления образцов, один ряд графитовых кирпичей, несущих уран и проходящих вблизи центра, был уложен так, что его можно было целиком выдвигать из котла.