P-9 프로젝트

P-9 프로젝트는 제2차 세계 대전 동안 맨해튼 프로젝트의 중수 생산 프로그램에 부여된 암호명이었다.브리티시 컬럼비아주 트레일의 코민코 작전은 중수를 생산하기 위해 업그레이드되었다.듀폰은 미국 웨스트버지니아주 모간타운 인근 모간타운 오드넌스 워크스, 인디애나주 다나와 뉴포트 인근 와바시 리버 오드넌스 워크스, 앨라배마 주 칠더스버그와 실라카우가 인근에 있는 앨라배마 오드넌스 워크스 등 세 개의 공장을 지었다.미국의 식물들은 1943년부터 1945년까지 운영되었다.트레일의 캐나다 공장은 1956년까지 계속 운영되었다.P-9 프로젝트에 의해 생산된 중수를 사용하여 3개의 원자로를 건설했다.Argonne의 Chicago File3와 Chepk River Laboratories의 ZEEP와 NRX.

오리진스

중수는 보통 물에서 수소의 대부분을 차지하는 일반적인 수소-1 동위원소가 아니라 중수소라고도 알려진 수소 동위원소 중수소보다 더 많은 양의 수소 동위원소를 함유하고 있는 형태의 물이다.^[1]중수소는 1931년 해롤드 유리에 의해 발견되었고 그는 나중에 그것을 물에 집중시킬 수 있었다.^[2]그의 멘토 길버트 뉴턴 루이스는 1933년 전기분해로 최초의 순수 중수 표본을 분리했다.^[3]

시작부터 과학적 호기심이 생겼지만 1939년 한스 폰 할반과 르우 코와르스키가 천연 우라늄을 이용한 원자로에서 중수를 중성자 감속재로 사용할 수 있다고 제안하면서 중수에 대한 상당한 관심이 고조되었다.그들은 보통 물을 이용한 우라늄 실험을 수행했지만 수소 원자가 중성자를 흡수하여 원하는 연쇄 반응을 막는다는 것을 발견했다.^[4]그러나 중수는 이상적인 감속재였다.Office of Scientific Research and Development (OSRD)는 휴 S를 배치했다. 중수 연구를 담당하는 영국 프린스턴대 물리학자 테일러.테일러와 우레이는 공업 규모로 중수를 생산할 수 있는 수단을 찾기 시작했다.그의 플루토늄 프로젝트를 위해 아서 H. 콤프턴은 그것의 2스톤(28lb; 13 kg)을 요구했다.^[5]이 중수 프로젝트는 1942년 10월 "P-9 프로젝트"로 명명되었다.^[6]

중수를 사용하는 것의 문제는 그것이 희박하다는 것이고, 과학자들은 원자로에 필요한 양을 쉽게 얻을 수 없다는 것이었다.미국 컬럼비아대에서는 엔리코 페르미와 레오 쉴라르가 대신 흑연을 감속재로 사용하려 했다.이것은 가능한 것으로 밝혀졌지만, 흑연은 불순물, 특히 붕소가 중성자를 흡수하는 경향이 있기 때문에 매우 순수해야 했다.^[4]1942년 12월 2일, 페르미 팀은 시카고 파일-1로 알려진 실험용 원자로에서 최초의 인공 자생 핵 연쇄 반응을 시작했다.맨해튼 프로젝트의 경우, 이것은 핵폭탄에 사용하기 위한 원자로 내의 플루토늄 제조를 위한 중요한 단계였지만, 대량 생산을 위해서는 훨씬 더 큰 원자로가 필요했다.^[7]

트레일

코민코는 1934년부터 중수 연구에 참여했으며, 브리티시 컬럼비아 주 트레일의 제련 공장에서 생산했다.1941년 2월 26일, 캐나다 국립 연구 위원회는 중수 생산 능력에 대해 문의하였다.이는 1941년 7월 23일 테일러가 2000파운드(910kg)를 생산하는 국방연구위원회(NDRC) 계약을 제안한 서한에 이은 것으로, NDRC는 낮은 등급의 경우 파운드당 5달러, 높은 등급의 중수에는 10달러를 지불할 준비가 되어 있었다.그 당시 그것은 파운드당 1,130달러에 팔리고 있었다.^[6]

코민코의 사장 셀윈 G. 블레이록은 조심스러웠다.전후 중수에 대한 수요가 없을 수도 있고, 그 과정에 대한 특허는 알버트 에드거 노울스가 보유하고 있었기 때문에 이익분배 협정이 필요할 것이다.이에 대해 테일러는 공장 개조 비용으로 2만 달러를 제시했다.^[6][8]그곳에서 이 문제는 블레일록이 영국의 물리학자 G. I. 힉슨과 회의를 가졌던 1941년 12월 6일까지 계속되었는데, 그는 테일러가 코민코와 함께 낙담하게 되었고, 중수의 대체 공급원을 찾기로 결정했다고 그에게 알렸다.Blaylock은 Taylor를 1942년 1월 5일부터 8일까지 Trail을 방문하도록 초대했다.두 사람은 곧 공통점을 찾았다.블레이록은 트레일(Trail)에서 중수를 생산하기로 합의하고, 신속하게 이사회 의장 에드워드 비티 경의 승인을 얻었다.1942년 8월 1일에 계약이 체결되었다.^[6]

75MW의 수력발전을 소비하는 3,215개 세포로 구성된 기존 1,000만 달러 규모의 발전소에 2차 전기분해전지를 추가해 물 속 중수소 농도를 2.3%에서 99.8%로 높였다.이 과정을 위해 테일러는 처음 3단계에 걸쳐 백금-온-탄소 촉매를 개발했고, 우레이는 4단계 타워에 니켈-크로미아를 개발했다.^[9]새로 취득한 7필지의 토지는 총 0.474에이커(0.192ha)로 미국 정부가 임대했다.건축은 스톤 앤 웹스터가 맡았다.최종 비용은 280만 달러였다.캐나다 정부는 다음 달 공사가 시작되기 직전인 ^[10][11]1942년 8월까지 이 프로젝트에 대해 공식적으로 알지 못했다.1943년 6월 30일 2,604,622달러의 비용으로 완공되었다.^[9]

생산량은 1943년 6월 15파운드(6.8kg)에서 1944년 1월 326파운드(148kg), 1945년 1월 1055파운드(479kg), 1946년 1월 1305파운드(592kg)로 꾸준히 증가했다.^[12]이 발전소의 가동비는 1943년 6월부터 1946년 12월까지 월평균 3만2979달러로 맨해튼 프로젝트가 원자력위원회에 의해 대체되었다.^[13][14]이것은 파운드당 39달러로 해결되었다.^[13]트레일의 중수 생산은 1956년까지 계속되었다.^[10]

미국의 사이트

맨해튼 프로젝트의 책임자인 레슬리 R 준장. 그로브스 주니어는 1942년 11월 플루토늄 생산단지 건설의 주계약자로 듀폰트를 영입했다.^[7]듀폰이 선호하는 원자로 설계는 헬륨 냉각으로 흑연을 감속재로 사용했지만, 듀폰은 흑연 원자로 설계가 어떤 이유로 실현 불가능한 것으로 판명될 경우를 대비해 여전히 중수를 예비로 사용하는 것에 관심을 표명했다.이를 위해 매달 3톤의 중수가 필요할 것으로 추정됐다.당시 건설 중이던 트레일 공장은 월 0.5단톤(0.45t)을 생산할 수 있어 더 많은 용량이 필요했다.^[15]

따라서 그로브스는 듀폰에게 웨스트버지니아주 모간타운 인근 모간타운 오드넌스 워크스, 인디애나주 다나와 뉴포트 인근 와바시 리버 오드넌스 워크스, 그리고 앨라배마 차일더스버그와 실라카우가 인근에 있는 앨라배마 오드넌스 워크스 등에 중수 시설을 추가로 설립할 것을 허가했다.Ordnance Works로 알려져 있고 Ordnance 부서 계약에 따라 지불되었지만, 그것들은 미국 육군 공병대에 의해 건설되고 운영되었다.오드넌스 공장에 그들을 배치하면 토지 취득 비용이 절감된다. 왜냐하면 그것은 이미 정부의 소유였고, 그들은 이미 증기 발생 장비를 포함한 인력과 공익시설을 가지고 있었기 때문이다.세 개의 미국식 식물은 트레일의 것과 다른 공정을 사용했는데, 중수는 중수의 약간 높은 끓는점을 이용하여 증류하여 추출한 것이다.^[15]이는 효율적인 프로세스라고는 생각되지 않았지만, 산업적인 프로세스로 작용하고 확장되는 것으로 알려져 있어 다른 제안에 비해 리스크가 적은 것으로 나타났다.^[16]모건타운과 와바시, 앨라배마주는 각각 월평균 0.4단톤(0.36t), 1.2단톤(1.1t), 0.8단톤(0.73t)의 중수 생산량이 예상돼 99.75%^[18]의 농도를 보였다.^[17]

모간타운

모간타운 오드넌스 공장(MOW)은 제2차 세계대전 당시 듀폰트가 운영하던 826에이커(334ha) 규모의 화학 생산 시설로 시작됐으며, 1940년 여름부터 주 시설 공사가 시작됐다.^[19]원래 폭발물 제조에 사용하기 위해 암모니아를 생산하던 MOW는 알코올, 헥사민, 포름알데히드 등을 생산한 뒤 P-9 프로젝트에 사용할 중수를 생산하기 위해 확대됐다.^[20]모건타운에서의 작업은 와바시와 앨라배마에서의 작업과 마찬가지로 듀폰트가 비용+정액수수료 계약에 따라 맡았다.공사는 1943년 1월 7일에 시작되었고, 9월 1일 예정일을 앞두고 실질적으로 완공되었다.이 시설들은 1943년 5월 29일에서 8월 28일 사이에 점진적으로 가동되었다.비용은 3,490,069달러였다.듀폰의 고정 수수료는 당초 15만4882달러였으나 당초 예상한 603만4000달러보다 공사비가 상당히 적게 들어 자발적으로 8만8588달러로 줄었다.^[21]

전해질 마감 공장은 모건타운에 설립되었는데, 그 공장은 듀폰의 암모니아 사업부의 관리 하에 있었기 때문이다.이 공장에서는 약 90%의 중수였던 증류 공장의 생산량이 전기분해로 인해 수소와 산소로 분해되었다.가벼운 수소가 먼저 빠져나가는 경향이 있어 중수를 뒤로 한다.이 과정은 99.75%의 중수인 완제품을 생산하기 위해 여러 단계를 거쳐 반복되었다.^[22]물이 99.75%의 농도에 도달한 후, 중수는 철도로 시카고 대학교로 운반되었고, 그 곳에서 그것은 미국에 건설된 첫 번째 원자로의 잠재적 감속재로 사용되었다.^[20]

종전 후 듀폰은 MOW에서 영업을 종료했고 부지는 1950년대 초까지 여러 화학회사에 임대되었다가 1962년까지 이 지역이 미국 종합서비스국으로부터 125만 달러의 가격에 매입될 때까지 공석으로 있었다.그 후 그 재산은 그 부지를 공업단지로 개조하기 시작한 지역 산업가 J.W. 루비가 소유하는 새로이 조성된 모간타운 오드넌스웍스 주식회사에 전달되었다.^[19]1984년 이 사이트의 일부가 환경보호청(EPA)의 슈퍼펀드 국가 우선 순위 목록에 추가될 것을 정식으로 제안받았고, 2년 뒤인 1986년 이 목록에 추가됐다.구제 공사는 2001년에 시작되어 오염 물질을 다층 캡으로 덮인 현장 매립지에 통합하는 것을 포함했다.이 구제안은 또한 장기 모니터링과 제도적 통제를 포함했으며 2003년에 완료되었다.^[23]2018년 8월 21일, EPA는 8개의 다른 사이트와 함께 슈퍼펀드 국가 우선순위 목록에서 서드넌스 작업물 처리 구역을 삭제했다.^[24]

와바시

1943년 1월 23일에 착공하여 10월 22일에 준공되었다.P-9 증류 공장의 단계는 1943년 6월 17일부터 9월 18일 사이에 가동되었다.듀폰의 수수료 15만2472달러를 포함해 총비용은 749만3157달러로 배정된 1366만5000달러보다 훨씬 적은 비용으로 공장을 건설했기 때문에 27만2776달러에서 자발적으로 절감됐다.^[25]

앨라배마 주

1943년 2월 11일에 착공하여 11월 15일에 완공되었다.P-9 증류 공장의 단계는 1943년 5월 29일에서 9월 4일 사이에 가동되었다.듀폰의 수수료 7만368달러를 포함해 총 비용은 346만6171달러로, 배정된 8,28만5,000달러보다 훨씬 적은 비용으로 공장을 건설했기 때문에 18만4,680달러에서 자발적으로 절감됐다.^[26]

생산

미국 3개 공장은 한 달에 4,800파운드(2,200kg)의 생산 목표를 달성하지 못했다.생산 개선을 위한 일련의 제안이 검토되었으며, 가장 유망한 제안이 실시되었다.이 중 가장 성공적인 것은 누설을 줄이기 위해 모간타운의 1단계 타워를 재건한 것으로, 그 결과 성능이 상당히 향상되었다.그러나 1945년 초 이맘때쯤이면 생산이 충분하다고 판단되어 다른 공장에서 이렇게 하는 비용은 정당화될 수 없었다.^[27]

알라바마의 P-9 증류공장은 1945년 6월, 와바시 공장은 7월, 모간타운 증류공장은 8월 폐쇄됐다.모건타운의 전해질 마감 공장은 9월에 문을 닫았다.공장이 문을 닫았을 때 남은 중간 제품은 트레일로 보내졌다.이로 인해 트레일에서는 약 1,600 파운드(730 kg)의 추가 생산이 이루어졌다.1944년 2월부터 1945년 8월까지 3개 공장에 모두 제품을 완성한 모간타운의 전해질 마감공장은 월 평균 2277파운드(1033㎏)를 생산해 총 43,253파운드(19,619㎏)를 생산했다.^[27]

전해질 마감 공장은 맨해튼 프로젝트의 알소스 미션에 의해 독일에서 회수된 중수에서 3,151파운드(1,429kg)를 처리했다.^[27]월 평균 생산비는 모간타운 7만2000달러, 앨라배마 15만4000달러, 와바시 19만7400달러로 총 42만3400달러였다.따라서, 중수는 발전소 비용 11,967,000 달러를 제외하고 파운드 당 186 달러가 들었다.이를 포함하면 트레일(Trail)의 파운드당 111달러에 비해 파운드당 550달러였다.^[28]

중간 제품은 와바시와 앨라배마에서 밀폐된 금속 용기에 철도로 선적되었다.완제품은 모건타운에서 캐나다 태평양 철도를 거쳐 모건타헬라 철도를 거쳐 시카고 대학의 맨해튼 프로젝트의 메탈릭 연구소로 철도로 선적되었다.^[28][29]트레일의 중수는 중수와 천연 우라늄을 사용한 최초의 원자로인 아르곤느의 시카고 파일 3에 사용되었다.유진 위너가 설계하고 월터 진의 지휘 아래 건설한 이 건물은 1944년 5월 15일에 중대해졌다.중수 배분은 1945년 9월에 중요해진 코와르스키의 지휘 아래 ZEEP를 건설하기 위해 분크 리버 연구소에 의해 사용되었다.이것은 1947년에 NRX 원자로가 그 뒤를 이었고, 이 원자로는 또한 중수로 감속되었다.CP-3와 ZEEP와 마찬가지로 플루토늄 생산에는 사용되지 않고 과학 연구에 사용되었다.^[10]

1950년대 초반에 중수 수요가 증가했다.^[16]현재 원자력 위원회에 의해 다나 공장으로 개칭된 와바시의 중수 시설이 다시 문을 열었고, 듀폰트는 1952년 5월에 중수 생산을 재개했다.^[30]이 부지는 황화수소를 이용한 새로운 생산 공정을 위해 시범 공장으로 사용되었다.중수시설은 1957년 초에 다시 폐쇄되었다.^[31]시설과 사바나강 부지의 더 큰 단지는 사바나강 플루토늄 생산 원자로에 중수를 공급하면서 그 목적을 달성했다.^[32]

메모들

참조