Metallurgisches Labor - Metallurgical Laboratory

Metallurgisches Labor

Die Eckhart Hall an der Universität von Chicago wurde für die Verwaltungsbüros des Metallurgical Project genutzt
Etabliert	Februar 1943  ( 1943-02 )
Forschungstyp	klassifiziert
Budget	30,69 Millionen US-Dollar (1943–1946)
Forschungsgebiet	Plutonium Chemie und Metallurgie, Kernreaktor - Design
Direktor	Richard L. Doan Samuel K. Allison Joyce C. Stearns Farrington Daniels
Mitarbeiter	2.008 am 1. Juli 1944
Ort	Chicago , Illinois , USA 41 ° 47'25 ″ N 87 ° 35'56 ″ W  /.  41,79028 ° N 87,59889 ° W.  / 41.79028; -87,59889 Koordinaten : 41 ° 47'25 ″ N 87 ° 35'56 ″ W.  /.  41,79028 ° N 87,59889 ° W.  / 41.79028; -87,59889
Betreiberagentur	Universität von Chicago
Nobelpreisträger	Enrico Fermi James Franck Glenn Seaborg Eugene Wigner

Das Metallurgical Laboratory (oder Met Lab ) war ein wissenschaftliches Labor an der Universität von Chicago , das im Februar 1942 gegründet wurde, um das neu entdeckte chemische Element Plutonium zu untersuchen und zu verwenden . Es untersuchte die Chemie und Metallurgie von Plutonium, entwarf die weltweit ersten Kernreaktoren, in denen es hergestellt wurde, und entwickelte chemische Verfahren, um es von anderen Elementen zu trennen. Im August 1942 trennte die chemische Abteilung des Labors als erste eine abwägbare Plutoniumprobe chemisch ab, und am 2. Dezember 1942 produzierte das Met Lab die erste kontrollierte Kernkettenreaktion im Reaktor Chicago Pile-1 , der unter den Ständen errichtet wurde des alten Fußballstadions der Universität , Stagg Field .

Das Metallurgical Laboratory wurde im Rahmen des Metallurgical Project eingerichtet, das auch als "Pile" - oder "X-10" -Projekt bekannt ist und von dem Chicagoer Professor Arthur H. Compton , einem Nobelpreisträger , geleitet wird . Dies war wiederum Teil des Manhattan-Projekts - der Bemühungen der Alliierten , die Atombombe während des Zweiten Weltkriegs zu entwickeln . Das metallurgische Labor wurde nacheinander von Richard L. Doan, Samuel K. Allison , Joyce C. Stearns und Farrington Daniels geleitet . Zu den Wissenschaftlern, die dort arbeiteten, gehörten Enrico Fermi , James Franck , Eugene Wigner und Glenn Seaborg . Auf dem Höhepunkt am 1. Juli 1944 waren 2.008 Mitarbeiter beschäftigt.

Chicago Pile-1 wurde bald vom Labor an einen entlegeneren Ort im Argonner Wald verlegt , wo seine ursprünglichen Materialien verwendet wurden, um einen verbesserten Chicago Pile-2 zu bauen, der für neue Forschungen zu den Produkten der Kernspaltung verwendet werden sollte. Ein weiterer Reaktor, Chicago Pile-3 , wurde Anfang 1944 am Standort Argonne gebaut. Dies war der weltweit erste Reaktor, der schweres Wasser als Neutronenmoderator verwendete . Es wurde im Mai 1944 kritisch und wurde erstmals im Juli 1944 mit voller Leistung betrieben. Das Metallurgische Labor entwarf auch den X-10-Graphitreaktor im Clinton Engineer Works in Oak Ridge, Tennessee , und den B-Reaktor im Hanford Engineer Works in der Bundesstaat Washington .

Neben den Arbeiten zur Reaktorentwicklung untersuchte das Metallurgische Labor die Chemie und Metallurgie von Plutonium und entwickelte gemeinsam mit DuPont das Wismutphosphat-Verfahren zur Trennung von Plutonium und Uran. Als sich herausstellte, dass in Kernreaktoren gigantische radioaktive Stoffe enthalten sein würden, gab es erhebliche Bedenken hinsichtlich der Gesundheits- und Sicherheitsaspekte, und die Untersuchung der biologischen Auswirkungen von Strahlung gewann an Bedeutung. Es wurde entdeckt, dass Plutonium wie Radium ein Knochensucher war , was es besonders gefährlich machte. Das Metallurgische Labor wurde am 1. Juli 1946 das erste der nationalen Laboratorien , das Argonne National Laboratory . Die Arbeit des Met Lab führte auch zur Gründung des Enrico Fermi Institute und des James Franck Institute an der Universität.

Ursprünge

Die Entdeckung der Kernspaltung in Uran durch die deutschen Chemiker Otto Hahn und Fritz Strassmann im Dezember 1938 und ihre theoretische Erklärung (und Benennung) durch Lise Meitner und Otto Frisch kurz danach eröffneten die Möglichkeit, dass durch Spaltung erzeugte Neutronen einen kontrollierten Kern erzeugen könnten Kettenreaktion . An der Columbia University begannen Enrico Fermi und Leo Szilard zu untersuchen, wie dies erreicht werden könnte. Im August 1939 verfasste Szilard ein vertrauliches Schreiben an den Präsidenten der Vereinigten Staaten , Franklin D. Roosevelt , in dem er vor der Möglichkeit eines deutschen Atomwaffenprojekts warnte , und überzeugte seinen alten Freund und Mitarbeiter Albert Einstein , es gemeinsam zu unterzeichnen. Dies führte dazu, dass die US-Regierung die Erforschung der Kernspaltung unterstützte.

Im April 1941 bat das National Defense Research Committee (NDRC) Arthur Compton , einen mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Physikprofessor an der Universität von Chicago , über das Uranprogramm zu berichten. Niels Bohr und John Wheeler theoretisiert , dass schwere Isotope mit ungerader Ordnungszahlen , wie Plutonium-239 , waren spaltbaren . Emilio Segrè und Glenn Seaborg an der University of California produziert 28 & mgr; g Plutonium in der 60-Zoll - Zyklotron dort im Mai 1941 und fanden , dass es hatte das 1,7 - fache des thermischen Neutronenerfassung Querschnitt von Uran-235. Während in Zyklotrons winzige Mengen Plutonium-239 erzeugt werden konnten, war es nicht möglich, auf diese Weise eine große Menge zu produzieren. Compton sprach mit Eugene Wigner von der Princeton University darüber, wie Plutonium in einem Kernreaktor hergestellt werden könnte , und mit Robert Serber von der University of Illinois darüber, wie das in einem Reaktor produzierte Plutonium dann chemisch von Uran getrennt werden könnte, aus dem es gezüchtet wurde.

Am 20. Dezember, kurz nach dem japanischen Angriff auf Pearl Harbor , der die Vereinigten Staaten in den Krieg führte, wurde Compton mit dem Plutoniumprojekt beauftragt. Ziel war es, Reaktoren zur Umwandlung von Uran in Plutonium herzustellen, Wege zu finden, das Plutonium chemisch vom Uran zu trennen und eine Atombombe zu entwerfen und zu bauen. Obwohl noch kein erfolgreicher Reaktor gebaut worden war, hatten die Wissenschaftler bereits verschiedene, aber vielversprechende Konstruktionskonzepte entwickelt. Es lag an Compton, zu entscheiden, welche davon verfolgt werden sollten. Er schlug einen ehrgeizigen Zeitplan vor, der darauf abzielte, bis Januar 1943 eine kontrollierte nukleare Kettenreaktion zu erreichen und bis Januar 1945 eine lieferbare Atombombe zu haben.

Compton war der Ansicht, dass Teams in Columbia, Princeton, der University of Chicago und der University of California zu viel Doppelarbeit und zu wenig Zusammenarbeit verursachten, und beschloss, die Arbeit an einem Ort zu konzentrieren. Niemand wollte umziehen, und alle sprachen sich für ihren eigenen Standort aus. Im Januar 1942, kurz nach dem Eintritt der Vereinigten Staaten in den Zweiten Weltkrieg, beschloss Compton, die Arbeit an seinem eigenen Standort, der University of Chicago, zu konzentrieren, wo er wusste, dass er die unermüdliche Unterstützung der Universitätsverwaltung hatte, während Columbia sich um die Urananreicherung bemühte und zögerte, ein weiteres geheimes Projekt hinzuzufügen. Weitere Faktoren, die zur Entscheidung beitrugen, waren die zentrale Lage Chicagos und die Verfügbarkeit von Wissenschaftlern, Technikern und Einrichtungen im Mittleren Westen , die noch nicht durch Kriegsarbeit zerstört worden waren. Wohnraum war leichter verfügbar und eine Stadt im Landesinneren war weniger anfällig für feindliche Angriffe.

Personal

Arthur H. Compton (links), Leiter des Metallurgical Project, mit Martin D. Whitaker , Direktor der Clinton Laboratories

Die neue Forschungseinrichtung wurde im Februar 1942 gegründet und als "Metallurgical Laboratory" oder "Met Lab" bezeichnet. Es wurde eine echte Metallurgie durchgeführt, aber der Name war als Deckmantel für seine Aktivitäten gedacht. Die Universität von Chicago hatte überlegt, ein Forschungsinstitut für Metalle einzurichten, und würde dies auch nach dem Krieg tun, so dass seine Schaffung wenig Aufmerksamkeit erregte. Das Plutoniumprojekt von Compton wurde dann als Metallurgical Project bekannt. Das Metallurgical Laboratory wurde von der University of Chicago im Auftrag des Office of Scientific Research and Development (OSRD) verwaltet.

Über 5.000 Menschen in 70 Forschungsgruppen nahmen an Comptons Metallurgical Project teil, auch bekannt als "Pile" - oder "X-10" -Projekt, von denen etwa 2.000 im Metallurgical Laboratory in Chicago arbeiteten. Trotz der guten Gehälter war die Rekrutierung schwierig. Es gab Konkurrenz für Wissenschaftler und Ingenieure aus anderen verteidigungsbezogenen Projekten, und Chicago war im Vergleich zu Universitätsstädten teuer.

Norman Hilberry war stellvertretender Direktor des Metallurgical Project und Richard L. Doan wurde zum Direktor des Metallurgical Laboratory ernannt. Während Doan ein fähiger Administrator war, hatte er Schwierigkeiten, als Leiter des Labors akzeptiert zu werden, da er kein Akademiker war. Am 5. Mai 1943 ersetzte ihn Compton durch Samuel K. Allison und ernannte Henry D. Smyth zum stellvertretenden Direktor. Anfangs gab es drei Physikgruppen unter der Leitung von Allison, Fermi und Martin D. Whitaker . Frank Spedding war verantwortlich für die Abteilung Chemie. Er wurde später von Herbert McCoy und dann von James Franck gelungen . Compton beauftragte Robert Oppenheimer im Juni 1942 mit der Planung der Bomben. Im November 1942 wurde dies ein separates Projekt, bekannt als Projekt Y , das sich in Los Alamos, New Mexico, befand .

Nachdem das United States Army Corps of Engineers im August 1942 das Manhattan-Projekt übernommen hatte, koordinierte der Manhattan District die Arbeiten. Ab dem 17. Februar 1943 berichtete Compton dem Direktor des Manhattan-Projekts, Brigadegeneral Leslie R. Groves Jr. , anstelle der OSRD S-1-Sektion . Der Manhattan District übernahm am 1. Mai 1943 die volle Verantwortung für den Vertrag über das Metallurgical Laboratory. Captain JF Grafton wurde im August 1942 zum Chicago Area Engineer ernannt. Im Dezember 1942 wurde er von Captain Arthur V. Peterson abgelöst . Peterson blieb bis Oktober 1944. Captain JF McKinley wurde am 1. Juli 1945 Chicago Area Engineer.

Gebäude

Zunächst wurden die meisten Laboreinrichtungen von der University of Chicago bereitgestellt. Die Physiker übernahmen den Raum unter den Nord- und Westständen von Stagg Field und im Servicegebäude, wo sich ein Zyklotron befand. Die Chemiker übernahmen das George Herbert Jones Laboratory und das Kent Chemical Laboratory. Die Gesundheitsgruppe nahm Platz im Anatomiegebäude, im Drexel-Haus, im Billings-Krankenhaus und im Killis-Labor ein, und die Verwaltungsbüros gingen in die Eckhart-Halle . Szilard schrieb später, dass "die Moral der Wissenschaftler fast in einem Diagramm dargestellt werden könnte, indem die Anzahl der Lichter gezählt wird, die nach dem Abendessen in den Büros in der Eckhart Hall brennen." Als das Projekt seinen Platz in der Eckhart Hall vergrößerte, zog es in die nahe gelegene Ryerson Hall. Das Metallurgische Labor nahm schließlich 19.000 m ² Campusfläche ein. Änderungen an Gebäuden, die vom Labor bewohnt wurden, im Wert von etwa 131.000 USD wurden vorgenommen, aber die Universität von Chicago musste auch Änderungen für Benutzer vornehmen, die durch das Labor vertrieben wurden.

Argonne Laboratory am "Standort A"

Die Universität von Chicago stellte dem Manhattan District ein 0,30 ha großes Grundstück mit Tennisplätzen für den Bau eines neuen Chemiegebäudes mit einer Fläche von 1.900 m ² zur Verfügung. Stone und Webster begannen im September 1942 mit der Arbeit daran und sie wurde im Dezember abgeschlossen. Es stellte sich bald als zu klein heraus und ein angrenzendes 0,34 ha großes Grundstück wurde dem Mietvertrag hinzugefügt, auf dem im November 1943 ein 2.800 m ² großes Nebengebäude errichtet und fertiggestellt wurde Anschließend am Beatmungssystem durchgeführt, damit das Labor sicherer mit Plutonium arbeiten kann. Ein Standort mit einem Eishaus und Ställen der Universität in Chicago wurde im April 1943 zur Verfügung gestellt. Der als Standort B bekannte Standort wurde umgebaut, um Laboratorien und Werkstätten für Gesundheits- und Metallurgiegruppen mit einer Größe von 5.822 m ² bereitzustellen . Die 124. Feldartillerie-Waffenkammer wurde im März 1944 vom Bundesstaat Illinois gepachtet, um mehr Platz zu schaffen, und etwa 33.000 m ² Fläche wurden für 2 Millionen US-Dollar gepachtet oder gebaut.

Aus Sicherheitsgründen war es nicht wünschenswert, die Einrichtungen für Experimente mit Kernreaktoren in dicht besiedeltem Chicago zu platzieren. Compton wählte einen Standort im Argonne Forest , einem Teil des Forest Preserve District des Cook County , etwa 32 km südwestlich des Zentrums von Chicago, der als Standort A bezeichnet wird. Das Kriegsministerium pachtete dort 440 ha Land aus Cook County für die Dauer des Krieges plus ein Jahr für einen Dollar. Der Bau von Einrichtungen einschließlich Labors und Servicegebäuden sowie einer Zufahrtsstraße wurde im September 1942 begonnen und Anfang 1943 abgeschlossen. Compton ernannte Fermi zum ersten Direktor des Argonne-Labors.

Reaktorentwicklung

Chicago Pile-1

Stagg Field an der Universität von Chicago. Das Stadion wurde 1957 zerstört.

Zwischen dem 15. September und dem 15. November 1942 bauten Gruppen unter Herbert L. Anderson und Walter Zinn unter den Stagg Field-Ständen 16 Versuchsreaktoren (damals als "Pfähle" bekannt). Fermi entwarf einen neuen Uran- und Graphithaufen , der in einer kontrollierten, sich selbst tragenden Kernreaktion zur Kritik gebracht werden konnte . Die Bauarbeiten in Argonne blieben hinter dem Zeitplan zurück, da Stone & Webster Schwierigkeiten hatte, genügend Fachkräfte zu rekrutieren und die erforderlichen Baumaterialien zu beschaffen. Dies führte zu einem Arbeitskampf, bei dem Gewerkschaftsarbeiter Maßnahmen gegen die Einstellung von nicht gewerkschaftlich organisierten Arbeitskräften ergriffen. Als klar wurde, dass die Materialien für Fermis neuen Pfahl vor Fertigstellung der neuen Struktur verfügbar sein würden, genehmigte Compton einen Vorschlag von Fermi, den Pfahl unter den Tribünen von Stagg Field zu bauen.

Der Bau des Reaktors, bekannt als Chicago Pile-1 (CP-1), begann am Morgen des 16. November 1942. Die Arbeiten wurden in zwölfstündigen Schichten mit einer Tagschicht unter Zinn und einer Nachtschicht unter Anderson durchgeführt. Nach Fertigstellung stützte der Holzrahmen eine elliptisch geformte Struktur mit einer Höhe von 6,1 m (20 Fuß), einer Breite von 1,8 m (6 Fuß) an den Enden und einer Breite von 7,6 m (25 Fuß) in der Mitte. Es enthielt 6 kurze Tonnen (5,4 t) Uranmetall, 50 kurze Tonnen (45 t) Uranoxid und 400 kurze Tonnen (360 t) Graphit zu geschätzten Kosten von 2,7 Mio. USD. Am 2. Dezember 1942 erreichte es die erste kontrollierte autarke Kernreaktion. Am 12. Dezember 1942 wurde die Leistung des CP-1 auf 200 W erhöht, was ausreicht, um eine Glühbirne mit Strom zu versorgen. Ohne jegliche Abschirmung war dies eine Strahlengefahr für alle in der Nähe. Danach wurde das Testen bei der niedrigeren Leistung von 0,5 W fortgesetzt.

Chicago Pile-2

Der Betrieb von Chicago Pile-1 wurde am 28. Februar 1943 eingestellt. Er wurde abgebaut und nach Argonne verlegt, wo die ursprünglichen Materialien für den Bau von Chicago Pile-2 (CP-2) verwendet wurden. Anstatt kugelförmig zu sein, wurde der neue Reaktor in einer würfelförmigen Form mit einer Höhe von etwa 7,6 m und einer Grundfläche von etwa 9,1 m im Quadrat gebaut. Es war von 1,5 m dicken Betonwänden umgeben, die als Strahlenschutz dienten und über Kopf vor 15 cm Blei und 130 cm Holz geschützt waren. Es wurde mehr Uran verwendet, so dass es 52 kurze Tonnen (47 t) Uran und 472 kurze Tonnen (428 t) Graphit enthielt. Es wurde kein Kühlsystem bereitgestellt, da es nur mit wenigen Kilowatt lief. CP-2 wurde im März 1943 in Betrieb genommen.

Chicago Pile-3

Chicago Pile-3

Ein zweiter Reaktor, bekannt als Chicago Pile-3 oder CP-3, wurde Anfang 1944 am Standort Argonne gebaut. Dies war der weltweit erste Reaktor, der schweres Wasser als Neutronenmoderator verwendete . Es war zum Zeitpunkt des Baus von CP-1 nicht verfügbar, wurde aber jetzt dank des P-9-Projekts des Manhattan-Projekts in großen Mengen verfügbar . Der Reaktor war ein großer Aluminiumtank mit einem Durchmesser von 1,8 m (6 Fuß), der mit schwerem Wasser gefüllt war und etwa 6,5 ​​Tonnen (5,9 t) wog. Die Abdeckung wurde von regelmäßig beabstandeten Löchern durchbohrt, durch die 121 mit Aluminium ummantelte Uranstäbe in das schwere Wasser ragten. Der Tank war von einem Graphit- Neutronenreflektor umgeben , der wiederum von einem Bleischild und von Beton umgeben war. Die Abschirmung auf der Oberseite des Reaktors bestand aus Schichten von 30 cm (1 Fuß) großen, entfernbaren Ziegeln, die aus Schichten von Eisen und Masonit zusammengesetzt waren . Das schwere Wasser wurde mit einem wassergekühlten Wärmetauscher gekühlt . Neben den Steuerstangen gab es einen Notfallmechanismus, um das schwere Wasser in einen Tank darunter abzulassen. Der Bau begann am 1. Januar 1944. Der Reaktor wurde im Mai 1944 kritisch und wurde im Juli 1944 erstmals mit voller Leistung von 300 kW betrieben.

Während des Krieges ließ Zinn es rund um die Uhr laufen, und sein Design machte es einfach, Experimente durchzuführen. Dies beinhaltete Tests zur Untersuchung der Eigenschaften von Isotopen wie Tritium und zur Bestimmung des Neutroneneinfangquerschnitts von Elementen und Verbindungen, die zum Bau zukünftiger Reaktoren verwendet werden könnten oder in Verunreinigungen auftreten könnten. Sie wurden auch für Instrumentenversuche und in Experimenten zur Bestimmung der thermischen Stabilität von Materialien und zur Schulung von Bedienern verwendet.

Produktionsstapel

Die Auslegung der Reaktoren für die Plutoniumproduktion war nicht nur in der Kernphysik, sondern auch in der Technik und im Bauwesen mit mehreren Problemen verbunden. Themen wie die Langzeitwirkung von Strahlung auf Materialien wurden vom Metallurgischen Labor mit großer Aufmerksamkeit behandelt. Es wurden zwei Arten von Reaktoren betrachtet: homogen, bei denen der Moderator und der Brennstoff miteinander gemischt wurden, und heterogen, bei denen der Moderator und der Brennstoff in einer Gitterkonfiguration angeordnet waren. Bis Ende 1941 hatte die mathematische Analyse gezeigt, dass das Gitterdesign Vorteile gegenüber dem homogenen Typ hatte, und so wurde es für CP-1 und auch für die späteren Produktionsreaktoren gewählt. Für einen Neutronenmoderator wurde Graphit aufgrund seiner Verfügbarkeit im Vergleich zu Beryllium oder schwerem Wasser ausgewählt.

Neues Chemiegebäude auf dem Campus der Universität von Chicago. Der gotische Turm von Stagg Field ist im linken Hintergrund kaum zu sehen.

Die Entscheidung, welches Kühlmittel verwendet werden soll, löste weitere Debatten aus. Die erste Wahl des metallurgischen Labors war Helium , da es sowohl ein Kühlmittel als auch ein Neutronenmoderator sein konnte. Die Schwierigkeiten seiner Verwendung wurden nicht übersehen. Es wären große Mengen erforderlich, und es müsste sehr rein sein, ohne neutronenabsorbierende Verunreinigungen . Es wären spezielle Gebläse erforderlich, um das Gas durch den Reaktor zu zirkulieren, und das Problem des Austritts radioaktiver Gase müsste gelöst werden. Keines dieser Probleme wurde als unüberwindbar angesehen. Die Entscheidung für die Verwendung von Helium wurde an DuPont , das für den Bau der Produktionsreaktoren zuständige Unternehmen, weitergeleitet und zunächst angenommen.

Anfang 1943 entwarfen Wigner und seine Theoretische Gruppe, zu der Alvin Weinberg , Katharine Way , Leo Ohlinger, Gale Young und Edward Creutz gehörten , einen Entwurf für einen Produktionsreaktor mit Wasserkühlung. Die Wahl von Wasser als Kühlmittel war umstritten, da bekannt war, dass es Neutronen absorbiert und dadurch den Wirkungsgrad des Reaktors verringert. Wigner war jedoch zuversichtlich, dass die Berechnungen seiner Gruppe korrekt waren und dass mit dem jetzt verfügbaren reineren Graphit und Uran Wasser würde funktionieren, während die technischen Schwierigkeiten bei der Verwendung von Helium als Kühlmittel das Projekt verzögern würden.

Das Design verwendete eine dünne Aluminiumschicht, um das Uran vor Korrosion durch das Kühlwasser zu schützen. Zylindrische Uranbutzen mit Aluminiummänteln würden durch Kanäle durch den Reaktor geschoben und fallen auf der anderen Seite in einen Kühlteich. Sobald die Radioaktivität abgeklungen war, wurden die Schnecken entfernt und das Plutonium extrahiert. Nach Überprüfung der beiden Designs entschieden sich die DuPont-Ingenieure für das wassergekühlte. 1959 wurde ein Patent für das Reaktordesign im Namen von Creutz, Ohlinger, Weinberg, Wigner und Young erteilt.

Die Verwendung von Wasser als Kühlmittel warf das Problem der Korrosion und Oxidation des Aluminiumrohrs auf. Das Metallurgische Labor testete verschiedene Additive zum Wasser, um ihre Wirkung zu bestimmen. Es wurde gefunden, dass die Korrosion minimiert wurde, wenn das Wasser leicht sauer war, so dass verdünnte Schwefelsäure zu dem Wasser gegeben wurde, um ihm einen pH von 6,5 zu geben . Andere Additive wie Natriumsilikat , Natriumdichromat und Oxalsäure wurden ebenfalls in das Wasser eingeführt, um eine Filmbildung zu verhindern, die die Zirkulation des Kühlwassers hemmen könnte. Die Brennstoffbutzen erhielten einen Mantel aus Aluminium, um das Uranmetall vor Korrosion zu schützen , die bei Kontakt mit dem Wasser auftreten würde, und um das Entlüften von gasförmigen radioaktiven Spaltprodukten zu verhindern, die sich bei Bestrahlung bilden könnten. Aluminium wurde gewählt, weil die Ummantelung Wärme übertragen musste, aber nicht zu viele Neutronen absorbierte. Dem Aluminiumkonservierungsprozess wurde besondere Aufmerksamkeit gewidmet, da zerbrochene Schnecken die Kanäle im Reaktor blockieren oder beschädigen konnten und die kleinsten Löcher radioaktive Gase entlüften konnten. Das Metallurgische Labor untersuchte Produktions- und Testverfahren für den Konservenprozess.

Ein wichtiges Forschungsgebiet betraf den Wigner-Effekt . Unter Beschuss mit Neutronen können die Kohlenstoffatome im Graphitmoderator aus der Kristallstruktur des Graphits herausgeschlagen werden. Im Laufe der Zeit erwärmt sich der Graphit und quillt auf. Die Untersuchung des Problems würde den größten Teil des Jahres 1946 dauern, bevor eine Lösung gefunden wurde.

Chemie und Metallurgie

Labor im New Chemistry Building der Universität von Chicago

Die metallurgischen Arbeiten konzentrierten sich auf Uran und Plutonium. Obwohl es vor über einem Jahrhundert entdeckt worden war, war wenig über Uran bekannt, was durch die Tatsache belegt wird, dass viele Referenzen einen Wert für seinen Schmelzpunkt angaben, der um fast 500 ° F (280 ° C) niedriger war. Edward Creutz untersuchte es und entdeckte, dass Uran im richtigen Temperaturbereich gehämmert und gewalzt und in die Stäbe gezogen werden konnte, die für die Konstruktion des Produktionsreaktors erforderlich waren. Es wurde festgestellt, dass beim Schneiden von Uran die Späne in Flammen aufgehen würden. In Zusammenarbeit mit Alcoa und General Electric entwickelte das Metallurgical Laboratory eine Methode zum Löten des Aluminiummantels mit dem Uranbutzen.

Unter dem Druck, eine Quelle für verarbeitetes Uran zu identifizieren, trafen sich Compton, Spedding und Hilberry im April 1942 mit Edward Mallinckrodt am Hauptsitz seines Chemieunternehmens in St. Louis, Missouri. Das Unternehmen entwickelte und implementierte eine neuartige Uranverarbeitungstechnik unter Verwendung von Äther, reichte bis Mitte Mai erfolgreiche Testmaterialien ein, lieferte das Material für die erste autarke Reaktion im Dezember und hatte den gesamten Auftrag des Projekts von den ersten 60 Tonnen vor dem Vertrag erfüllt wurde unterschrieben.

Die Metallurgie von Plutonium war völlig unbekannt, da sie erst kürzlich entdeckt worden war. Im August 1942 isolierte Seaborgs Team die erste abwägbare Menge Plutonium chemisch aus Uran, das im Jones Laboratory bestrahlt wurde. Bis Reaktoren verfügbar wurden, wurden im Zyklotron der Washington University in St. Louis winzige Mengen Plutonium produziert . Die Chemieabteilung arbeitete mit DuPont an der Entwicklung des Wismutphosphatverfahrens zur Trennung von Plutonium und Uran.

Gesundheit und Sicherheit

Die Gefahren einer Strahlenvergiftung waren aufgrund der Erfahrungen der Radiumzifferblattmaler bekannt geworden . Als sich herausstellte, dass Kernreaktoren gigantische radioaktive Stoffe enthalten würden, gab es erhebliche Bedenken hinsichtlich der Gesundheits- und Sicherheitsaspekte. Robert S. Stone, der mit Ernest Lawrence an der University of California zusammengearbeitet hatte, wurde als Leiter des Gesundheits- und Sicherheitsprogramms des Metallurgical Project eingestellt. Der Radiologe Simeon Cutler übernahm die Verantwortung für die Strahlenschutz in Chicago, bevor er das Programm am Standort Hanford leitete . Groves ernannte Stafford L. Warren von der University of Rochester zum Leiter der medizinischen Abteilung des Manhattan-Projekts. Im Laufe der Zeit gewann die Untersuchung der biologischen Auswirkungen von Strahlung an Bedeutung. Es wurde entdeckt, dass Plutonium wie Radium ein Knochensucher war , was es besonders gefährlich machte.

Die Gesundheitsabteilung des Metallurgischen Labors setzte Standards für die Strahlenexposition. Die Arbeiter wurden routinemäßig an Kliniken der Universität von Chicago getestet, aber dies könnte zu spät sein. Persönliche Quarzfaser-Dosimeter wurden beschafft, ebenso wie Filmabzeichen-Dosimeter , die die kumulative Dosierung aufzeichneten. Die Stone's Health Division arbeitete eng mit der Instrumentation Group von William P. Jesse in der Physics Division zusammen, um Detektoren zu entwickeln, einschließlich tragbarer Geigerzähler . Herbert M. Parker erstellte eine Metrik für die Strahlenexposition, die er als Röntgenäquivalent Mann oder Rem bezeichnete. Nach dem Krieg ersetzte dies das Röntgen als Standardmaß für die Strahlenexposition. Die Arbeiten zur Bewertung der Toxizität von Plutonium begannen, als die Plutonium- Halbfabrik in den Clinton Engineer Works 1943 mit der Produktion begann. Das Projekt legte eine Grenze von 5 Mikrogramm (μg) im Körper fest, ebenso wie Arbeitspraktiken und Arbeitsplätze in Chicago und Clinton geändert, um sicherzustellen, dass dieser Standard erfüllt wurde.

Spätere Aktivitäten

In den Jahren 1943 und 1944 konzentrierte sich das Metallurgische Labor darauf, zuerst den X-10-Graphitreaktor beim Clinton Engineer Works in Betrieb zu nehmen und dann den B-Reaktor am Standort Hanford. Bis Ende 1944 hatte sich der Schwerpunkt auf die Schulung von Bedienern verlagert. Ein Großteil der Chemiesparte zog im Oktober 1943 nach Oak Ridge, und viele Mitarbeiter wurden 1944 an andere Standorte des Manhattan-Projekts versetzt, insbesondere an Hanford und Los Alamos. Fermi wurde im September 1944 Abteilungsleiter in Los Alamos, und Zinn wurde Direktor des Argonne-Labors. Allison folgte im November 1944 und nahm viele Mitarbeiter des Metallurgischen Labors mit, darunter den größten Teil der Instrumentenabteilung. Er wurde von Joyce C. Stearns ersetzt . Farrington Daniels , der am 1. September 1944 stellvertretender Direktor wurde, trat am 1. Juli 1945 die Nachfolge von Stearns als Direktor an.

Die 124. Feldartillerie-Waffenkammer im Jahr 2006

Nach Möglichkeit versuchte die Universität von Chicago, Arbeitnehmer, die nach Beendigung ihrer Arbeit vom Metallurgischen Labor in andere Projekte versetzt worden waren, wieder einzustellen. Das Ersetzen von Personal war nahezu unmöglich, da Groves einen Personalstopp angeordnet hatte. Die einzige Abteilung, die zwischen November 1944 und März 1945 wuchs, war die Gesundheitsabteilung; Alle anderen verloren 20 Prozent oder mehr ihrer Mitarbeiter. Von 2.008 Mitarbeitern am 1. Juli 1944 sank die Zahl der Beschäftigten im Metallurgischen Labor am 1. Juli 1945 auf 1.444.

Das Kriegsende beendete nicht den Abflug. Seaborg reiste am 17. Mai 1946 ab und nahm viel von dem, was von der Chemieabteilung übrig war, mit. Am 11. Februar 1946 einigte sich die Armee mit Universitätspräsident Robert Hutchins darauf, dass das Personal und die Ausrüstung des Metallurgischen Projekts von einem regionalen Labor in Argonne übernommen werden sollen, das die Universität noch verwaltet. Am 1. Juli 1946 wurde das Metallurgische Labor zum Argonne National Laboratory , dem ersten designierten nationalen Labor , mit Zinn als erstem Direktor. Das neue Labor hatte am 31. Dezember 1946, als das Manhattan-Projekt endete, 1.278 Mitarbeiter, und die Verantwortung für die nationalen Laboratorien ging auf die Atomenergiekommission über , die das Manhattan-Projekt am 1. Januar 1947 ersetzte. Die Arbeit des Metallurgischen Labors führte auch zum Gründung des Enrico Fermi Institute sowie des James Franck Institute an der University of Chicago.

Die Zahlungen an die Universität von Chicago im Rahmen des ursprünglichen gemeinnützigen Vertrags vom 1. Mai 1943 beliefen sich auf insgesamt 27.933.134,83 ​​USD, einschließlich Bau- und Umbaukosten in Höhe von 647.671,80 USD. Der Vertrag lief am 30. Juni 1946 aus und wurde durch einen neuen Vertrag ersetzt, der am 31. Dezember 1946 endete. Im Rahmen dieses Vertrags wurden weitere 2.756.730,54 USD gezahlt, von denen 161.636,10 USD für Bau und Umbau ausgegeben wurden. Weitere 49.509,83 USD wurden an die Universität von Chicago für die Wiederherstellung ihrer Einrichtungen gezahlt.

1974 begann die US-Regierung im Rahmen des FUSRAP- Programms ( Formerly Utilized Sites Remedial Action Program ) mit der Sanierung der alten Standorte des Manhattan-Projekts . Dies schloss diejenigen ein, die vom Metallurgischen Labor verwendet wurden. Stagg Field war 1957 abgerissen worden, aber 23 Standorte im Kent Laboratory wurden 1977 dekontaminiert und weitere 99 im Eckhart, Ryerson und im Jones Laboratory im Jahr 1984. Etwa 17 m ³ fest und drei 55- Gallonen Fässer mit flüssigem Abfall wurden gesammelt und zur Entsorgung an verschiedene Standorte geliefert. Die Atomic Energy Commission kündigte 1951 ihren Mietvertrag für das Waffenlager und wurde im Bundesstaat Illinois wiederhergestellt. Tests in den Jahren 1977, 1978 und 1987 ergaben Restradioaktivitätswerte, die über den Richtlinien des Energieministeriums lagen. Daher wurde 1988 und 1989 eine Dekontamination durchgeführt, wonach der Standort für uneingeschränkt geeignet erklärt wurde.

Anmerkungen

Verweise

Externe Links

• Manhattan Project Signature Facilities
• Video von Westständen von Stagg Field, Institut für Metallforschung (Metallurgisches Labor), Enrico Fermi und ein aktives Experiment mit CP-1