메탈릭 연구소

Metallurgical Laboratory
파키스탄 연구소는 금속 연구소(Wah)를 참조한다.
메탈릭 연구소
Eckhart Hall.jpg
시카고 대학의 Eckhart 홀은 메탈릭 프로젝트의 행정 사무소에 사용되었다.
확립된1943년 2월 (1943-02)
연구종류기밀의
예산3,069만 달러(약 1억4,000만 원-달러)
연구분야
플루토늄 화학 및 야금, 원자로 설계
감독리처드 L. 도안
사무엘 K. 앨리슨
조이스 C. 스턴스
패링턴 대니얼스
스태프1944년 7월 1일 2,008일
위치미국 일리노이 주 시카고
41°47′25″N 87°35′56″w / 41.79028°N 87.59889°W / 41.79028; -87.59889좌표: 41°47′25″N 87°35′56″W / 41.79028°N 87.5989°W / 41.79028; -87.598989
운영기관
시카고의 대학교
엔리코 페르미
제임스 프랑크
글렌 시보그
유진 위그너

메탈릭 연구소(Metrical Laboratory, 또는 Met Lab)는 새로 발견된 화학 원소 플루토늄을 연구하고 사용하기 위해 1942년 2월에 설립된 시카고 대학의 과학 실험실이었다. 플루토늄의 화학 및 야금학을 연구하여 세계 최초의 원자로를 생산하도록 설계하고, 화학적 공정을 개발하여 다른 원소와 분리하였다. 1942년 8월 실험실의 화학 부분은 플루토늄의 무게감 있는 샘플을 화학적으로 분리시킨 최초의 것이었고, 1942년 12월 2일 메트랩은 대학 구 축구장 스태그 필드 관중석 아래에 건설된 원자로 시카고 파일-1에서 최초의 제어된 핵 체인 반응을 생산했다.

금속 연구소는 노벨상 수상자인 시카고 교수 아서 H. 콤프턴이 이끄는 '필레' 또는 'X-10' 프로젝트의 일환으로 설립되었다. 결국, 이것은 2차 세계 대전 동안 원자 폭탄을 개발하려는 연합군의 노력인 맨해튼 프로젝트의 일부였다. 메탈릭 실험실은 리차드 L.도안, 사무엘 K가 연속적으로 이끌었다. 앨리슨, 조이스 C 스턴스와 패링턴 대니얼스. 그곳에서 일했던 과학자들은 엔리코 페르미, 제임스 프랑크, 유진 위그너, 글렌 시보그를 포함했다. 1944년 7월 1일에 절정에 달했을 때, 2,008명의 직원이 있었다.

시카고 파일-1은 곧 연구소에 의해 아르곤느 숲의 더 먼 곳으로 옮겨졌고, 그곳에서는 핵분열 생성물에 대한 새로운 연구에 고용될 개선된 시카고 파일-2를 건설하기 위해 원래의 재료가 사용되었다. 또 다른 원자로인 시카고 파일-3는 1944년 초 아르곤네 현장에 건설되었다. 이는 중수를 중성자 감속재로 사용한 세계 최초의 원자로였다. 1944년 5월에 중요해졌고, 1944년 7월에 처음으로 전원으로 가동되었다. 메탈릭 연구소는 또 테네시주 오크리지에 있는 클린턴 엔지니어 워크스(Clinton Engineer Works)의 X-10 흑연 원자로와 워싱턴주 핸포드 엔지니어 워크스(Hanford Engineer Works)의 B 원자로를 설계했다.

원자로 개발에 관한 연구뿐만 아니라, Metalurical Laboratory는 플루토늄의 화학 및 야금성을 연구하였고, DuPont와 협력하여 플루토늄과 우라늄을 분리하는 데 사용되는 비스무트 인산염 공정을 개발하였다. 원자로가 거대한 규모로 방사성 물질을 포함할 것이 확실해졌을 때, 건강과 안전 측면에 대한 상당한 우려가 있었고, 방사선의 생물학적 효과에 대한 연구는 더 큰 중요성을 띠게 되었다. 라듐과 마찬가지로 플루토늄도 뼈를 찾는 사람이어서 특히 위험하다는 사실이 밝혀졌다. 금속 연구소는 1946년 7월 1일 국립 연구소인 아르곤느 국립 연구소의 첫 번째가 되었다. 메트랩의 작업은 엔리코 페르미 연구소와 제임스 프랑크 연구소가 대학 내에 생기게 하는 계기가 되기도 했다.

오리진스

1938년 12월 독일 화학자 오토 한과 프리츠 스트라스만의 우라늄 핵분열 발견, 곧이어 리세 메이트너와 오토 프리슈의 이론적 설명(그리고 명명)은 핵분열에 의해 생성된 중성자가 통제된 핵 연쇄 반응을 일으킬 수 있다는 가능성을 열어주었다.[1] 컬럼비아 대학교에서 엔리코 페르미와 레오 질라드는 이것이 어떻게 이루어질지 탐구하기 시작했다.[2] 1939년 8월, 쉴라드는 미국 대통령 프랭클린 D에게 보내는 비밀 서한을 초안했다. 루즈벨트는 독일 핵무기 프로젝트의 가능성을 경고하고, 오랜 친구인 알버트 아인슈타인을 설득하여 공동 서명하도록 했다.[3] 이는 미국 정부의 핵분열 연구 지원으로 귀결되었다.[4]

1941년 4월 미국 국방연구위원회(NDRC)는 아서 콤프턴 시카고대 물리학과 교수에게 우라늄 프로그램에 대한 보고를 요청했다.[5] 닐스 보어(Niels Bohr)와 존 휠러(John Wheeler)는 플루토늄-239와 같이 원자 번호가 홀수인 무거운 동위원소가 핵분열체라는 이론을 세웠다.[6] 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. 사이클로트론에서는 미세한 양의 플루토늄-239가 만들어질 수 있지만, 그렇게 많은 양의 플루토늄을 생산하는 것은 실현 가능하지 않았다.[7] 콤프턴은 프린스턴 대학의 유진 위그너와 어떻게 플루토늄이 원자로에서 생산될 수 있는지에 대해, 그리고 일리노이 대학의 로버트 세르버와 어떻게 원자로에서 생산된 플루토늄이 화학적으로 분리될 수 있는지에 대해 협의했다.[8]

미국을 전쟁에 끌어들인 일본의 진주만 공격 직후인 12월 20일, 콤프턴은 플루토늄 프로젝트를 담당하게 되었다.[9][10] 그것의 목표는 우라늄을 플루토늄으로 전환하기 위한 원자로를 생산하고, 플루토늄과 우라늄을 화학적으로 분리하는 방법을 찾고, 원자 폭탄을 설계하고 건설하는 것이었다.[11][6] 비록 성공적인 원자로가 아직 지어지지 않았지만, 과학자들은 이미 여러 가지 다르지만 전도유망한 디자인 개념을 만들어냈다. 이들 중 어느 것을 추구해야 할지를 결정하는 것은 콤프턴에게 떨어졌다.[12] 그는 1943년 1월까지 통제된 핵 연쇄 반응을 달성하고, 1945년 1월까지 원자 폭탄을 생산할 것을 목표로 하는 야심찬 일정을 제안했다.[11]

콤프턴은 컬럼비아, 프린스턴, 시카고 대학, 캘리포니아 대학교에 팀을 두는 것이 너무 많은 중복과 충분한 협업을 야기하지 않는다고 느꼈고, 그는 그 작업을 한 곳에 집중하기로 결심했다. 아무도 이사하고 싶어하지 않았고, 모든 사람들이 그들 자신의 위치를 위해 싸웠다. 미국이 제2차 세계대전에 돌입한 직후인 1942년 1월, 콤프턴은 자신의 위치인 시카고 대학에 그 작업을 집중하기로 결정했는데, 그곳에서 그는 대학 행정의 아낌없는 지원을 받고 있는 반면,[13] 콜롬비아는 우라늄 농축 노력에 종사하고 또 다른 비밀 프로젝트를 추가하기를 주저하고 있었다.[14] 이번 결정에 기여한 다른 요인으로는 시카고의 중심지와 아직 전쟁 작업에 빼앗기지 않은 중서부의 과학자, 기술자 및 시설의 이용이 있었다.[13] 주택은 더 쉽게 구할 수 있었고, 내륙 도시는 적의 공격에 덜 취약했다.[15]

인원

Arthur H. Compton(왼쪽) Martin D와 함께 Metalurical Project의 책임자. 휘태커 클린턴 연구소장

새로운 연구소는 1942년 2월에 설립되었으며, "금속 실험실" 또는 "메트 랩"이라고 명명하였다. 실제 야금도 일부 실시되었으나, 그 활동을 감추기 위한 이름이었다. 시카고 대학은 금속 연구소를 설립하는 것을 고려해왔고, 실제로 전쟁 후에 그렇게 할 것이기 때문에 그것의 창조는 거의 관심을 끌지 못했다. 콤프턴의 플루토늄 프로젝트는 그 후 메탈릭 프로젝트로 알려지게 되었다.[16] 메탈릭 실험실은 시카고 대학교가 과학 연구 개발 사무소(OSRD)와 계약에 따라 관리했다.[17]

70개 연구 그룹에서 5,000명 이상의 사람들이 "필레" 또는 "X-10" 프로젝트로 알려진 [18][19]콤프턴의 금속 공학 프로젝트에 참여했고,[20] 그 중 약 2,000명이 시카고의 금속 연구소에서 일했다.[18][19] 좋은 연봉이 제시되었음에도 불구하고, 채용은 어려웠다. 다른 국방 관련 프로젝트에서 나온 과학자와 기술자들의 경쟁이 있었고, 시카고는 대학가에 비해 비쌌다.[21]

노먼 힐베리는 메탈릭 프로젝트의 부소장이었고, 리차드 L. 도안은 메탈릭 연구소 소장으로 임명되었다.[18] 도안은 유능한 행정가였지만 학문이 아니었기 때문에 연구소장으로서 받아들여지는 데 어려움을 겪었다. 1943년 5월 5일 콤프턴은 그를 새뮤얼 K로 대체했다. 앨리슨, 그리고 헨리 D를 임명했다. 부감독으로 smyth.[22] 처음에는 앨리슨, 페르미, 마틴 D가 이끄는 세 개의 물리학 그룹이 있었다. 휘태커. 프랭크 스페딩은 화학 부서를 책임졌다. 그는 후에 허버트 맥코이에 의해, 그리고 제임스 프랜크에 의해 계승되었다.[18] 콤프턴은 1942년 6월 로버트 오펜하이머를 폭탄 설계 작업에 투입했다. 1942년 11월, 이것은 뉴 멕시코의 로스 알라모스에 위치한 프로젝트 Y로 알려진 별도의 프로젝트가 되었다.[23]

1942년 8월 미 육군 공병대가 맨해튼 프로젝트를 인수한 후 맨해튼 구가 작업을 조정했다.[24] 1943년 2월 17일부터 콤프턴은 맨해튼 프로젝트의 책임자인 레슬리 R 준장에게 보고했다. OSRD S-1 섹션 대신 그로브스 주니어. [25] 맨해튼 구는 1943년 5월 1일 메탈릭 연구소 계약에 대해 전적인 책임을 졌다.[24] 캡틴 J. F. 그라프톤은 1942년 8월 시카고 지역 엔지니어로 임명되었다. 그는 아서 5세의 뒤를 이었다. 피터슨 1942년 12월 피터슨은 1944년 10월까지 남아 있었다. 캡틴 J.F. 맥킨리는 1945년 7월 1일 시카고 지역 엔지니어가 되었다.[26]

건물들

처음에 대부분의 실험실 시설은 시카고 대학교에서 제공되었다. 물리학자들은 스태그 필드의 북서부 스탠드 밑과 사이클로트론이 있는 서비스 빌딩에서 우주를 점령했다. 화학자들은 조지 허버트 존스 연구소와 켄트 화학 연구소를 인수했다. 건강 그룹은 아나토미 빌딩, 드렉셀 하우스, 빌링스 병원, 킬리스 실험실에서 공간을 차지했고 행정 사무실은 에크하트 홀로 들어갔다.[27] 실라드는 이후 "Eckhart Hall의 사무실에서 저녁식사 후 불이 붙는 빛의 수를 세어 과학자들의 사기를 그래프로 나타낼 수 있다"[28]고 썼다.이 프로젝트가 Eckhart Hall의 공간을 넘어서자 인근 Ryerson Hall로 옮겨갔다. 메탈릭 실험실은 결국 205,000 평방피트(19,000m2)의 캠퍼스 공간을 차지했다. 약 131,000달러의 비용이 실험실이 점유한 건물들에 변경되었지만 시카고 대학은 또한 이로 인해 이주한 사용자들을 위해 변경해야 했다.[27]

A 사이트의 아르곤느 연구소

시카고 대학은 2만 평방피트(1,900m2) 규모의 화학건물을 신축하기 위해 테니스 코트가 입주한 0.73에이커(0.30ha) 부지를 1달러 임대료로 맨해튼 지구로 만들었다. 스톤과 웹스터는 1942년 9월에 이것에 대한 작업을 시작했고 12월에 완성되었다. 그것은 곧 너무 작다는 것이 밝혀졌고 인접한 0.85-에이커(0.34 ha)의 플롯이 임대차에 추가되었는데, 그 위에 1943년 11월에 3만 평방 피트(2,8002 m)의 부속 건물이 지어지고 완공되었다. 그 후 실험실이 플루토늄으로 더 안전하게 작업할 수 있도록 환기 시스템에 대한 광범위한 작업이 수행되었다. 1943년 4월 시카고에 있는 대학교 소유의 얼음 집과 마구간들이 들어 있는 부지를 이용할 수 있게 되었다. 사이트 B로 알려진, 그것은 62,670 평방피트(5,822m)의2 실험실과 건강 및 야금류 그룹을 위한 워크샵을 제공하도록 개조되었다. 제124 야전 포병 아모리는 1944년 3월 더 많은 공간을 제공하기 위해 일리노이주에서 임대되었고 약 36만 평방피트(33,000m2)의 공간을 200만 달러의 비용으로 임대 또는 건설했다.[29]

안전과 보안을 이유로 인구 밀도가 높은 시카고의 원자로 실험을 위한 시설을 찾는 것은 바람직하지 않았다.[30] 콤프턴은 시카고 중심부에서 남서쪽으로 약 32km 떨어진 쿡 카운티의 산림 보존 구역의 일부인 아르곤느 숲의 부지를 선정했는데, 부지는 A라고 한다.[30] 전쟁부는 전쟁 기간 동안 쿡 카운티로부터 1088에이커(440ha)의 토지를 1달러에 1년 더 임대했다. 1942년 9월에 실험실 및 서비스 건물과 진입로를 포함한 시설 공사가 시작되어 1943년 초에 완공되었다.[31] 콤프턴은 페르미를 아르곤느 연구소의 초대 소장으로 임명했다.[25]

원자로 개발

시카고 파일-1

시카고 대학의 스태그 필드. 그 경기장은 1957년에 파괴되었다.

1942년 9월 15일에서 11월 15일 사이에 허버트 L. 산하에 있는 단체들. 앤더슨과 월터 진은 스태그 필드 스탠드 아래에 16개의 실험용 원자로(당시 "필레"로 알려져 있다)를 건설했다.[32] 페르미는 통제되고 자급자족하는 핵반응으로 임계상태에 이를 수 있는 새로운 우라늄과 흑연 더미를 설계했다.[33] 스톤앤웹스터가 숙련된 인력을 충분히 채용하고 필요한 건축자재를 확보하는데 어려움을 겪으면서 아르곤의 건설은 예정보다 늦어졌다. 이 때문에 노조원들이 비조합원 채용을 놓고 행동에 나서는 등 산업분쟁이 빚어졌다.[34] 새로운 구조물이 완성되기 전에 페르미의 새 말뚝에 대한 재료가 준비되어 있을 것이 확실해지자 콤프턴은 페르미의 제안을 승인하여 스태그필드의 스탠드 아래에 말뚝을 쌓았다.[35]

1942년 11월 16일 오전, 시카고 파일-1(CP-1)로 알려진 원자로 건설이 시작되었다.[36] 공사는 12시간 교대로 진행되었는데, 진 하에서는 주간 교대, 앤더슨 하에서는 야간 교대 근무가 이루어졌다.[37] 완성되었을 때, 나무 틀은 높이가 20피트(6.1m), 폭이 6피트(1.8m), 중간을 가로지르는 25피트(7.6m)의 타원형 구조를 지지했다.[38] 여기에는 약 270만 달러의 비용으로 우라늄 금속 6톤(5.4t), 산화 우라늄 50톤(45t), 흑연 400톤(360t)이 들어 있었다.[39] 1942년 12월 2일, 처음으로 통제된 자생 핵반응을 달성했다.[40] 1942년 12월 12일, CP-1의 전력 출력은 전구에 전력을 공급하기에 충분한 200W로 증가되었다. 어떤 종류의 차폐도 부족해서, 그것은 인근 모든 사람들에게 방사능 위험이었다. 그 후 0.5W의 낮은 전력에서 시험을 계속하였다.[41]

시카고 말뚝-2

시카고 파일-1의 작전은 1943년 2월 28일에 종료되었다. 해체되어 아르곤으로 옮겨졌는데,[42][43][44] 시카고 말뚝-2(CP-2)를 짓는데 원재료가 사용되었다. 구형 대신에, 새로운 원자로는 약 30피트(9.1m)의 기지를 가진 약 25피트(7.6m) 높이의 입방체 모양으로 건설되었다. 그것은 방사선 방패 역할을 하는 두께 1.5m의 콘크리트 벽으로 둘러싸여 있었고, 납의 6인치(15cm)와 나무의 50인치(130cm)로부터 머리 위로 보호되었다. 우라늄이 더 많이 사용되었기 때문에, 우라늄 52 단톤(47 t)과 흑연 472 단톤(428 t)을 함유하고 있었다. 냉각 시스템은 몇 킬로와트로만 작동했기 때문에 제공되지 않았다.[45] CP-2는 1943년 3월에 가동되었다.[46][47]

시카고 파일-3

시카고 파일-3

1944년 초 아르곤네 현장에 시카고 파일-3, 즉 CP-3로 알려진 두 번째 원자로가 건설되었다. 이는 중수를 중성자 감속재로 사용한 세계 최초의 원자로였다. CP-1이 만들어질 때는 사용할 수 없었지만, 맨해튼 프로젝트의 P-9 프로젝트 덕분에 이제는 대량으로 이용할 수 있게 되었다.[48] 원자로는 직경 6피트(1.8m)의 대형 알루미늄 탱크로 중수가 채워져 있었는데, 무게는 약 6.5톤(5.9t)이었다. 표지는 알루미늄으로 덮인 121개의 우라늄봉이 중수로 투사되는 일정한 간격을 둔 구멍으로 뚫렸다. 탱크는 흑연 중성자 반사체로 둘러싸여 있었고, 그 반사체는 납 방패와 콘크리트로 둘러싸여 있었다. 원자로 상부의 차폐는 철과 석재 층으로 구성된 1피트(30cm) 정사각형의 탈착식 벽돌 층으로 구성되었다. 중수는 수냉식 열교환기로 식혔다. 제어봉뿐만 아니라 아래 수조에 중수를 버리는 비상 메커니즘이 있었다.[45] 건설은 1944년 1월 1일에 시작되었다.[49] 이 원자로는 1944년 5월에 임계 상태에 들어갔으며, 1944년 7월에 300 kW의 전원으로 처음 가동되었다.[45]

전쟁 기간 동안 Zinn은 그것을 24시간 가동할 수 있게 했고, 그것의 디자인은 실험하는 것을 쉽게 만들었다.[50] 여기에는 삼중수소와 같은 동위원소의 특성을 조사하고 미래 원자로 건설에 사용되거나 불순물에서 발생하는 원소와 화합물의 중성자 포획 단면을 결정하기 위한 시험이 포함되었다. 그것들은 또한 계측 실험과 재료의 열 안정성을 결정하기 위한 실험, 그리고 운영자를 훈련시키기 위한 실험에도 사용되었다.[45][51]

생산말뚝

플루토늄 생산을 위한 원자로 설계는 핵물리학뿐만 아니라 공학과 건설 분야에서도 몇 가지 문제가 있었다. 물질에 대한 방사선의 장기적 영향과 같은 문제는 금속 연구소에서 상당한 관심을 받았다.[52] 감속재와 연료가 함께 혼합된 균질형 원자로와 감속재와 연료가 격자형 구성으로 배열된 이질형 원자로의 두 종류를 고려했다.[53] 1941년 후반까지 수학적 분석은 격자 설계가 동종 형식에 비해 유리하다는 것을 보여주었고, 따라서 CP-1과 후기 생산 원자로에도 선택되었다. 중성자 감속재의 경우 흑연은 베릴륨이나 중수와 비교하여 그 가용성에 기초하여 선택되었다.[54]

시카고 대학 캠퍼스에 있는 새로운 화학 건물. 왼쪽 배경에는 고딕 양식장의 탑이 거의 보이지 않는다.

어떤 냉각수를 사용할지에 대한 결정은 더 많은 논쟁을 불러 일으켰다. 금속 실험실의 첫 번째 선택은 헬륨이었다. 왜냐하면 그것은 냉각제와 중성자 감속재가 될 수 있기 때문이다. 그 사용의 어려움은 간과되지 않았다. 많은 양이 필요할 것이고, 중성자 흡수 불순물 없이 매우 순수해야 할 것이다. 원자로를 통해 가스를 순환시키려면 특수 블로어가 필요하며 방사능 가스의 누출 문제도 해결해야 할 것이다. 이 문제들 중 어느 것도 극복할 수 없는 것으로 간주되지 않았다. 헬륨 사용 결정은 생산용 원자로 건설을 책임지는 회사인 듀폰트(DuPont)에 전달돼 당초 받아들여졌다.[55]

1943년 초, 위그너와 그의 이론 그룹은 앨빈 와인버그, 캐서린 웨이, 레오 오링거, 게일 영, 에드워드 크로이츠를 포함한 수냉용 원자로의 디자인을 생산했다.[56] 냉각수로 물을 선택한 것은 중성자를 흡수하여 원자로의 효율을 떨어뜨리는 것으로 알려져 논란이 일었지만 위그너는 자신의 집단의 계산이 정확하고 현재 이용 가능한 순수 흑연과 우라늄으로 물이 작용하는 반면 헬륨을 사용하는 데는 기술적인 어려움이 있을 것이라고 자신했다. 냉각제로 인해 프로젝트가 지연될 수 있기 때문에.[57]

그 디자인은 우라늄을 냉각수에 의한 부식으로부터 보호하기 위해 얇은 알루미늄 층을 사용했다. 알루미늄 재킷이 달린 원통형 우라늄 슬러그는 원자로를 통해 통로를 통해 밀리고 반대편을 냉각 연못으로 떨어뜨릴 것이다. 일단 방사능이 가라앉으면 슬러그들은 제거되고 플루토늄은 추출될 것이다.[58] 두 디자인을 검토한 뒤 듀폰 엔지니어들은 수냉식 디자인을 선택했다.[59] 1959년에 원자로 설계에 대한 특허는 Creutz, Ohlinger, Weinberg, Wigner, Young의 이름으로 발행되었다.[60]

물을 냉각제로 사용함으로써 알루미늄 관의 부식 및 산화 문제가 제기되었다. 야금학 실험실은 그 효과를 결정하기 위해 물에 첨가된 다양한 첨가물을 시험했다. 물이 약간 산성이면 부식이 최소화돼 물에 희석된 황산을 넣어 pH 6.5를 준 것으로 조사됐다. 냉각수의 순환을 억제할 수 있는 필름의 축적을 막기 위해 규산나트륨, 디크롬산나트륨, 옥살산 등 다른 첨가제들도 물에 도입됐다.[61] 연료 슬러그에는 우라늄 금속이 물과 접촉할 경우 발생할 수 있는 부식으로부터 보호하고, 조사될 때 형성될 수 있는 기체 방사성 핵분열 생성물의 배출을 방지하기 위해 알루미늄 재킷이 주어졌다. 알루미늄은 피복재가 열을 전달해야 하지만 중성자를 너무 많이 흡수해서는 안 되기 때문에 선택되었다.[62] 알루미늄 통조림 공정은 슬러그가 파열되면 원자로 내 채널이 막히거나 손상될 수 있고, 가장 작은 구멍은 방사능 가스를 배출할 수 있어 세심한 주의를 기울였다. 금속 연구소는 통조림 공정의 생산 및 시험 방법을 조사했다.[61]

연구의 중요한 영역은 위그너 효과와 관련이 있었다.[63] 중성자의 폭격을 받으면 흑연 감속재 내의 탄소 원자는 흑연의 결정체 구조에서 떨어져 나갈 수 있다. 시간이 흐르면서, 이것은 흑연을 가열하고 부풀게 한다.[64] 그 문제에 대한 조사는 해결책이 발견되기까지 1946년의 대부분을 필요로 할 것이다.[65]

화학 및 야금학

시카고대학교 신화학건물 실험실

야금 작업은 우라늄과 플루토늄에 집중되었다. 비록 그것이 1세기 전에 발견되었지만, 많은 참고 문헌들이 거의 500 °F(280 °C) 떨어진 그것의 용해 지점에 대한 수치를 제공했다는 사실에서 증명되었듯이, 우라늄에 대해서는 거의 알려지지 않았다. Edward Creutz는 그것을 조사했고 적당한 온도 범위에서 우라늄이 해머로 만들어지고 굴려져서 생산용 원자로 설계에 필요한 봉에 빨려 들어갈 수 있다는 것을 발견했다. 우라늄이 절단되면 파편이 화염에 휩싸이는 것으로 밝혀졌다. 알코아, 제너럴 일렉트릭과 함께, 금속 연구소는 알루미늄 재킷을 우라늄 슬러그에 납땜하는 방법을 고안했다.[66]

처리된 우라늄의 출처를 밝혀야 한다는 압력을 받고 1942년 4월, Spedding과 Hilberry는 St에 있는 그의 화학 회사 본사에서 Edward Mallinckrodt와 만났다. 미주리 주, 루이스. 에테르를 이용한 참신한 우라늄 가공기술을 고안해 시행하고, 5월 중순까지 성공적인 시험자료를 제출, 12월 1차 자생반응을 위한 재료를 공급하고, 계약 체결 전 첫 60t의 프로젝트 발주 전량을 만족시켜 왔다.[67]

플루토늄의 야금성은 최근에야 발견되었기 때문에 전혀 알려지지 않았다. 1942년 8월, Seaborg의 연구팀은 존스 연구소에서 조사된 우라늄에서 최초의 중량 가능한 양의 플루토늄을 화학적으로 분리했다.[68][69] 원자로를 사용할 수 있게 될 때까지, 극소량의 플루토늄이 워싱턴 대학의 사이클로트론에서 생산되었다. 루이스.[70] 화학 부서는 듀폰트와 협력하여 플루토늄과 우라늄을 분리하는 데 사용되는 비스무트 인산염 공정을 개발했다.[49]

건강과 안전

라듐 다이얼 화가들의 경험으로 방사선 중독의 위험성은 잘 알려져 있었다. 원자로가 거대한 규모의 방사성 물질을 포함할 것이 확실해졌을 때, 건강과 안전 측면에 대한 상당한 우려가 있었다. 로버트 S. 캘리포니아 대학에서 어니스트 로렌스와 함께 일했던 스톤은 메탈릭 프로젝트의 보건 안전 프로그램 책임자로 영입되었다. 방사선 전문의인 시메온 커틀러는 시카고에서 방사선 안전을 책임지고 있다가 핸포드 사이트에서 이 프로그램의 책임자로 자리를 옮겼다. 그로브스는 로체스터 대학의 스태포드 L. 워렌을 맨해튼 프로젝트의 의학부 책임자로 임명했다. 시간이 지남에 따라 방사선의 생물학적 영향에 대한 연구는 더 큰 중요성을 띠게 되었다. 라듐과 마찬가지로 플루토늄도 뼈를 찾는 사람이어서 특히 위험하다는 사실이 밝혀졌다.[71]

금속 연구소의 건강 부서는 방사선 피폭에 대한 표준을 정했다. 노동자들은 시카고 대학 클리닉에서 일상적으로 검사를 받았지만, 이것은 너무 늦을 수도 있다. 누적 투약량을 기록한 필름 배지 선량계와 마찬가지로 개인 쿼츠 섬유 선량계를 조달했다.[72] 스톤 건강부는 윌리엄 P와 긴밀히 협력했다. 물리학과에 있는 제시의 계측기 그룹은 휴대용 가이거 카운터를 포함한 탐지기를 개발한다. Herbert M. Parker는 Roentgen 등가물 인간 또는 렘이라고 불리는 방사선 피폭에 대한 측정기준을 만들었다. 전쟁 후, 이것은 방사선 피폭의 표준 척도로 뢴트겐을 대체했다.[73] 플루토늄의 독성을 평가하기 위한 작업은 클린턴 엔지니어 워크스의 플루토늄 준공장이 1943년에 그것을 생산하기 시작했을 때 진행되었다. 이 프로젝트는 체내 5마이크로그램(μg)으로 한도를 정하고 시카고와 클린턴의 작업 관행과 작업장은 이 기준을 충족하도록 수정했다.[74]

후기 활동

1943년과 1944년 동안, Metalurical Laboratory는 처음에 클린턴 엔지니어 워크스(Clinton Engineer Works)의 X-10 흑연 원자로를 가동하고 그 다음엔 Hanford Site(Hanford Site)의 B 원자로를 확보하는 데 초점을 맞췄다. 1944년 말까지, 초점은 훈련 운영자로 바뀌었다. 1943년 10월 화학부문의 상당 부분이 오크 리지로 이전했고,[49] 1944년 다른 맨해튼 프로젝트 현장, 특히 핸포드, 로스 알라모스로 많은 인력이 이동했다. 페르미는 1944년 9월 로스 알라모스에서 사단장이 되었고, 진은 아르곤느 연구소의 소장이 되었다. 앨리슨은 1944년 11월에 이어 대부분의 악기 부분을 포함하여 메탈릭 실험실의 많은 스태프들을 데리고 갔다. 그는 조이스 C로 대체되었다. 스턴스.[75] 1944년 9월 1일 부감독이 된 [76]패링턴 대니얼스는 1945년 7월 1일 스턴스의 뒤를 이어 감독으로 취임했다.[75][77]

2006년 제124차 야전포병무기고지

가능한 경우 시카고대학은 일단 작업이 끝나면 메탈릭 연구소에서 다른 프로젝트로 전임한 노동자들을 재취업시키려 했다.[22] 그로브스가 직원 동결을 명령했기 때문에 직원 교체가 거의 불가능했다. 1944년 11월과 1945년 3월 사이에 성장한 유일한 분단은 보건부였다; 나머지는 모두 20% 이상의 직원을 잃었다.[75] 1944년 7월 1일 2,008명의 직원 정점에서 1945년 7월 1일 1,444명으로 줄었다.[26]

전쟁이 끝나도 출발의 흐름이 끝나지 않았다. 시보그는 1946년 5월 17일 화학부문의 많은 부분을 가지고 떠났다. 1946년 2월 11일 육군은 로버트 허친스 대학 총장과 메탈릭 프로젝트의 직원과 장비를 대학이 여전히 관리하고 있는 아르곤에 소재한 지역 연구소에 인수하기로 합의했다.[78] 1946년 7월 1일, 금속 연구소는 Zinn을 초대 이사로 하여 최초의 지정 국가 연구소인 Argonne National Laboratory가 되었다.[79][80] 새 실험실은 [76]맨해튼 프로젝트가 종료된 1946년 12월 31일 1278명의 직원이 근무했고,[81] 국가 연구소에 대한 책임은 1947년 1월 1일 맨해튼 프로젝트를 대체한 원자력위원회에 넘어갔다.[82] 메탈릭 연구소의 업적은 엔리코 페르미 연구소뿐만 아니라 시카고 대학교에 제임스 프랑크 연구소를 설립하는 데까지 이어졌다.[79]

1943년 5월 1일 원래 비영리 계약에 따라 시카고 대학에 지불한 금액은 총 27,933,134.83달러로, 건설 및 리모델링 비용 647,671.80달러를 포함했다. 계약은 1946년 6월 30일에 만료되었고, 1946년 12월 31일에 종료된 새로운 계약으로 대체되었다. 이 계약에 따라 2,756,730.54 달러가 추가로 지불되었으며, 이 중 161,636.10 달러가 공사 및 리모델링에 지출되었다. 시설 복구 비용으로 49,509.83달러가 추가로 시카고 대학에 지불되었다.[83]

1974년, 미국 정부는 이전 사용 사이트 교정조치 프로그램(FUSRAP)에 따라 이전 맨해튼 프로젝트 사이트를 청소하기 시작했다. 여기에는 메탈릭 연구소에서 사용하는 것이 포함되었다. 스태그 필드는 1957년에 철거되었지만, 1977년에 켄트 연구소의 23개소가 오염제거되었고, 1984년에는 에크하트, 라이어슨, 존스 연구소의 99개소가 오염제거되었다. 약 600입방피트(17m3)의 고체와 55갤런의 액체 폐기물 드럼통 3개가 수거되어 다양한 장소로 운반되어 처리되었다.[84] 원자력 위원회는 1951년 무기고 부지에 대한 임대를 종료했고, 일리노이주로 복구되었다. 1977년, 1978년, 1987년 시험에서는 에너지부 지침을 초과하는 방사능 잔류 농도를 나타냈으므로 1988년과 1989년에 제독이 실시되었고, 이후 이 부지는 무제한 사용에 적합하다고 선언되었다.[85]

메모들

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참조

외부 링크