S-50 (Projeto Manhattan) - S-50 (Manhattan Project)

Coordenadas : 35 ° 54′58 ″ N 84 ° 24′43 ″ W  /  35,91611 ° N 84,41194 ° W  / 35.91611; -84.41194

Um grande edifício retangular de cor escura e um edifício menor com três chaminés
Edifício do processo de difusão térmica em S-50. O prédio ao fundo com as chaminés é a casa de força do K-25.

O Projeto S-50 foi o esforço do Projeto Manhattan para produzir urânio enriquecido por difusão térmica líquida durante a Segunda Guerra Mundial . Foi uma das três tecnologias de enriquecimento de urânio desenvolvidas pelo Projeto Manhattan.

O processo de difusão térmica líquida não era uma das tecnologias de enriquecimento inicialmente selecionadas para uso no Projeto Manhattan e foi desenvolvido de forma independente por Philip H. Abelson e outros cientistas do Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos . Isso se deveu principalmente a dúvidas sobre a viabilidade técnica do processo, mas a rivalidade entre as Forças Armadas entre o Exército dos Estados Unidos e a Marinha dos Estados Unidos também desempenhou um papel.

Plantas piloto foram construídas na Estação Aérea Naval de Anacostia e no Estaleiro da Marinha da Filadélfia , e uma unidade de produção na Clinton Engineer Works em Oak Ridge, Tennessee . Esta foi a única usina de difusão térmica líquida em escala de produção já construída. Não poderia enriquecer urânio o suficiente para uso em uma bomba atômica , mas poderia fornecer alimentação ligeiramente enriquecida para os calutrons Y-12 e as plantas de difusão gasosa K-25 . Estimou-se que a planta S-50 havia acelerado em uma semana a produção de urânio enriquecido usado na bomba Little Boy empregada no bombardeio atômico de Hiroshima .

A planta S-50 cessou a produção em setembro de 1945, mas foi reaberta em maio de 1946 e usada pelo projeto de Energia Nuclear das Forças Aéreas do Exército dos Estados Unidos para Propulsão de Aeronaves (NEPA). A fábrica foi demolida no final dos anos 1940.

Fundo

A descoberta do nêutron por James Chadwick em 1932, seguida pela fissão nuclear em urânio pelos químicos alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann em 1938, e sua explicação teórica (e nomenclatura) por Lise Meitner e Otto Robert Frisch logo depois, foi aberta a possibilidade de uma reação em cadeia nuclear com o urânio. O temor de que um projeto de bomba atômica alemão desenvolvesse armas nucleares , especialmente entre cientistas refugiados da Alemanha nazista e de outros países fascistas, foi expresso na carta de Einstein-Szilard . Isso gerou pesquisas preliminares nos Estados Unidos no final de 1939.

Niels Bohr e John Archibald Wheeler aplicaram o modelo de gota líquida do núcleo atômico para explicar o mecanismo de fissão nuclear. Enquanto os físicos experimentais estudavam a fissão, eles descobriram resultados intrigantes. George Placzek perguntou a Bohr por que o urânio parecia se fender com nêutrons rápidos e lentos. Caminhando para uma reunião com Wheeler, Bohr teve uma percepção de que a fissão em baixas energias era devido ao isótopo de urânio-235 , enquanto em altas energias era principalmente devido ao isótopo de urânio-238, muito mais abundante . O primeiro constitui 0,714% dos átomos de urânio do urânio natural, cerca de um em cada 140; o urânio natural é 99,28 por cento de urânio-238. Também existe uma pequena quantidade de urânio-234 , 0,006 por cento.

Na Universidade de Birmingham, na Grã-Bretanha, o físico australiano Mark Oliphant atribuiu a dois físicos refugiados - Frisch e Rudolf Peierls - a tarefa de investigar a viabilidade de uma bomba atômica, ironicamente porque sua condição de alienígenas inimigos impedia seu trabalho em projetos secretos como o radar . O memorando Frisch-Peierls de março de 1940 indicava que a massa crítica do urânio-235 estava na ordem de 10 kg, que era pequena o suficiente para ser carregada por um bombardeiro da época. A pesquisa sobre como a separação de isótopos de urânio ( enriquecimento de urânio ) pode ser alcançada assumiu enorme importância. O primeiro pensamento de Frisch sobre como isso poderia ser alcançado foi com a difusão térmica líquida.

Difusão térmica líquida

Uma série de tubos concêntricos.  No meio está o vapor, cercado por tubo de níquel, hexafluoreto de urânio, tubo de cobre, tubo de água e ferro
Vista em corte de uma coluna de processo de difusão térmica

O processo de difusão térmica líquida foi baseado na descoberta de Carl Ludwig em 1856 e posteriormente Charles Soret em 1879, que quando um gradiente de temperatura é mantido em uma solução salina originalmente homogênea , após um tempo, um gradiente de concentração também existirá na solução. Isso é conhecido como efeito Soret . David Enskog em 1911 e Sydney Chapman em 1916 desenvolveram independentemente a teoria Chapman-Enskog , que explicou que quando uma mistura de dois gases passa por um gradiente de temperatura, o gás mais pesado tende a se concentrar na extremidade fria e o gás mais leve na extremidade quente . Isso foi confirmado experimentalmente por Chapman e FW Dootson em 1916.

Como os gases quentes tendem a subir e os frios tendem a cair, isso pode ser usado como um meio de separação de isótopos . Este processo foi demonstrado pela primeira vez por Klaus Clusius e Gerhard Dickel na Alemanha em 1938, que o usou para separar isótopos de neon . Eles usaram um aparelho chamado "coluna", que consiste em um tubo vertical com um fio quente no centro. Nos Estados Unidos, Arthur Bramley, do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, aprimorou esse projeto usando tubos concêntricos com diferentes temperaturas.

Pesquisa e desenvolvimento

Philip H. Abelson era um jovem físico que recebeu seu PhD da Universidade da Califórnia em 8 de maio de 1939. Ele foi um dos primeiros cientistas americanos a verificar a fissão nuclear, relatando seus resultados em um artigo submetido à Physical Review em fevereiro de 1939 e colaborou com Edwin McMillan na descoberta do neptúnio . Retornando ao Carnegie Institution em Washington, DC, onde ocupou um cargo, ele se interessou pela separação de isótopos. Em julho de 1940, Ross Gunn do Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos (NRL) mostrou a ele um artigo de 1939 sobre o assunto de Harold Urey , e Abelson ficou intrigado com a possibilidade de usar o processo de difusão térmica líquida. Ele começou os experimentos com o processo no Departamento de Magnetismo Terrestre da Instituição Carnegie. Usando cloreto de potássio (KCl), brometo de potássio (KBr), sulfato de potássio ( K
2
TÃO
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) e dicromato de potássio ( K
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Cr
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O
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), ele foi capaz de atingir um fator de separação de 1,2 (20 por cento) dos isótopos de potássio-39 e potássio-41 .

O próximo passo foi repetir os experimentos com urânio. Ele estudou o processo com soluções aquosas de sais de urânio, mas descobriu que eles tendiam a ser hidrolisados na coluna. Apenas hexafluoreto de urânio ( UF
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) parecia adequado. Em setembro de 1940, Abelson abordou Ross Gunn e Lyman J. Briggs , o diretor do National Bureau of Standards , que eram ambos membros do Comitê de Urânio do National Defense Research Committee (NDRC) . O NRL concordou em disponibilizar US $ 2.500 para a Carnegie Institution para permitir que Abelson continuasse seu trabalho e, em outubro de 1940, Briggs providenciou para que fosse transferido para o Bureau of Standards, onde havia melhores instalações.

O hexafluoreto de urânio não estava prontamente disponível, então Abelson desenvolveu seu próprio método para produzi-lo em quantidade no NRL, por meio da fluoretação do tetrafluoreto de urânio mais facilmente produzido a 350 ° C (662 ° F). Inicialmente, essa pequena fábrica fornecia hexafluoreto de urânio para pesquisas na Columbia University , na University of Virginia e no NRL. Em 1941, Gunn e Abelson fizeram um pedido de hexafluoreto de urânio para a Harshaw Chemical Company em Cleveland, Ohio , usando o processo de Abelson. No início de 1942, o NDRC concedeu a Harshaw um contrato para construir uma planta piloto para produzir 10 libras (4,5 kg) de hexafluoreto de urânio por dia. Na primavera de 1942, a planta piloto de hexafluoreto de urânio de Harshaw estava operacional, e a DuPont também começou os experimentos com o uso do processo. A demanda por hexafluoreto de urânio logo aumentou acentuadamente, e Harshaw e DuPont aumentaram a produção para atendê-la.

Abelson ergueu onze colunas no Bureau of Standards, todas com aproximadamente 1,5 polegadas (38 mm) de diâmetro, mas variando de 2 a 12 pés (0,61 a 3,66 m) de altura. Os testes foram realizados com sais de potássio e, em seguida, em abril de 1941, com hexafluoreto de urânio. Em 1 de junho de 1941, Abelson tornou-se funcionário do NRL e mudou-se para a Estação Aérea Naval de Anacostia . Em setembro de 1941, John I. Hoover se juntou a ele, que se tornou seu vice. Eles construíram uma planta experimental com colunas de 36 pés (11 m). O vapor era fornecido por uma caldeira a gás de 20 cavalos (15 kW). Eles conseguiram separar os isótopos de cloro , mas o aparelho foi arruinado em novembro pelos produtos da decomposição do tetracloreto de carbono . A próxima execução indicou 2,5% de separação e verificou-se que o espaçamento ideal das colunas estava entre 0,21 e 0,38 milímetros (0,0083 e 0,0150 pol.). Abelson considerou uma corrida em 22 de junho com um resultado de 9,6% como o primeiro teste bem-sucedido de difusão térmica líquida com hexafluoreto de urânio. Em julho, ele conseguiu atingir 21%.

Relações com o Projeto Manhattan

O NRL autorizou uma planta piloto em julho de 1942, que começou a operar em 15 de novembro. Desta vez, eles usaram quatorze colunas de 48 pés (15 m), com uma separação de 25 milímetros (0,98 pol.) Entre elas. A planta piloto funcionou sem interrupção de 3 a 17 de dezembro de 1942. Coronel Leslie R. Groves, Jr. , que havia sido designado para assumir o comando do que viria a ser conhecido como Projeto Manhattan (mas não o faria por mais dois dias), visitou a planta piloto com o vice-engenheiro distrital do distrito de Manhattan, tenente-coronel Kenneth D. Nichols, em 21 de setembro, e conversou com Gunn e o contra-almirante Harold G. Bowen, Sr. , diretor do NRL. Groves saiu com a impressão de que o projeto não estava sendo executado com urgência suficiente. O projeto foi ampliado e Nathan Rosen ingressou no projeto como físico teórico. Groves visitou a planta piloto novamente em 10 de dezembro de 1942, desta vez com Warren K. Lewis , um professor de engenharia química do MIT , e três funcionários da DuPont. Em seu relatório, Lewis recomendou que o trabalho continuasse.

Contra-almirante Harold G. Bowen, Sr. , em sua mesa no Departamento da Marinha, Washington, DC, durante os anos da Segunda Guerra Mundial.

O Comitê Executivo S-1 substituiu o Comitê de Urânio em 19 de junho de 1942, retirando Gunn de sua participação no processo. Considerou o relatório de Lewis e encaminhou sua recomendação a Vannevar Bush , diretor do Escritório de Pesquisa e Desenvolvimento Científico (OSRD), do qual o Comitê Executivo S-1 fazia parte. A relação entre o OSRD e o NRL não era boa; Bowen criticou-o por desviar fundos do NRL. Bush estava atento a uma diretriz de 17 de março de 1942 do presidente Franklin D. Roosevelt , embora em seu conselho, de que a Marinha deveria ser excluída do Projeto Manhattan. Ele preferia trabalhar com o secretário de guerra mais amigável , Henry Stimson , sobre quem tinha mais influência.

James B. Conant , o presidente do NDRC e do Comitê Executivo S-1, estava preocupado com o fato de a Marinha estar executando seu próprio projeto nuclear, mas Bush sentiu que isso não causava nenhum dano. Ele se encontrou com Gunn em Anacostia em 14 de janeiro de 1943 e explicou-lhe a situação. Gunn respondeu que a marinha estava interessada na propulsão marinha nuclear para submarinos nucleares . A difusão térmica líquida era um meio viável de produzir urânio enriquecido, e tudo o que ele precisava era de detalhes sobre o projeto do reator nuclear , que ele sabia que estava sendo realizado pelo Laboratório Metalúrgico de Chicago. Ele não sabia que já havia construído o Chicago Pile-1 , um reator nuclear em funcionamento. Bush não quis fornecer os dados solicitados, mas combinou com o contra-almirante William R. Purnell , um colega do Comitê de Política Militar que dirigia o Projeto Manhattan, os esforços de Abelson para receber apoio adicional.

Na semana seguinte, Briggs, Urey e Eger V. Murphree do Comitê Executivo S-1, junto com Karl Cohen e WI Thompson da Standard Oil , visitaram a planta piloto em Anacostia. Eles ficaram impressionados com a simplicidade do processo, mas desapontados por nenhum produto de urânio enriquecido ter sido retirado da fábrica; a produção foi calculada medindo a diferença de concentração. Eles calcularam que uma planta de difusão térmica líquida capaz de produzir 1 kg por dia de urânio enriquecido com 90% de urânio-235 exigiria 21.800 colunas de 36 pés (11 m), cada uma com um fator de separação de 30,7%. A construção levaria 18 meses, assumindo o uso da prioridade absoluta do Projeto Manhattan para materiais. Isso incluiu 1.700 toneladas curtas (1.500 t) de cobre escasso para os tubos externos e níquel para os internos, que seriam necessários para resistir à corrosão pelo vapor e hexafluoreto de urânio, respectivamente.

O custo estimado de tal planta era de cerca de $ 32,6 milhões para construir e $ 62.600 por dia para operar. O que matou a proposta foi que a planta levaria 600 dias para atingir o equilíbrio, tempo em que $ 72 milhões teriam sido gastos, o que o Comitê Executivo S-1 arredondou para $ 75 milhões. Assumindo que o trabalho começou imediatamente, e a planta funcionou como projetada, nenhum urânio enriquecido poderia ser produzido antes de 1946. Murphree sugeriu que uma planta de difusão térmica líquida produzindo urânio enriquecido com 10% de urânio-235 poderia ser um substituto para os estágios inferiores de um gás planta de difusão , mas o Comitê Executivo S-1 decidiu contra isso. Entre fevereiro e julho de 1943, a planta piloto da Anacostia produziu 236 libras (107 kg) de hexafluoreto de urânio ligeiramente enriquecido, que foi enviado ao Laboratório Metalúrgico. Em setembro de 1943, o Comitê Executivo S-1 decidiu que nenhum mais hexafluoreto de urânio seria alocado para o NRL, embora trocasse o hexafluoreto de urânio enriquecido por hexafluoreto de urânio regular. Groves recusou um pedido do NRL para hexafluoreto de urânio adicional em outubro de 1943. Quando foi apontado que a marinha havia desenvolvido o processo de produção de hexafluoreto de urânio em primeiro lugar, o exército relutantemente concordou em cumprir o pedido.

Planta piloto da Filadélfia

Os estudos de Abelson indicaram que, para reduzir o tempo de equilíbrio, ele precisava ter um gradiente de temperatura muito maior. O NRL considerou construí-lo na Estação Experimental de Engenharia Naval em Annapolis, Maryland , mas foi estimado em US $ 2,5 milhões, que o NRL considerou muito caro. Outros locais foram sondados, e foi decidido construir uma nova planta piloto no Laboratório de Caldeira e Turbina Naval (NBTL) no Estaleiro da Marinha da Filadélfia , onde havia espaço, vapor e água de resfriamento e, talvez o mais importante de tudo, engenheiros com experiência com vapor de alta pressão. O custo foi estimado em $ 500.000. A planta-piloto foi autorizada pelo contra-almirante Earle W. Mills , chefe adjunto do Bureau de Navios em 17 de novembro de 1943. A construção começou em 1º de janeiro de 1944 e foi concluída em julho. O NBTL foi responsável pelo projeto, construção e operação dos sistemas de vapor e água de resfriamento, enquanto o NRL tratou das colunas e equipamentos subsidiários. O capitão Thorvald A. Solberg do Bureau de Navios era o oficial de projeto.

A planta piloto da Filadélfia ocupava 1.200 m 2 (13.000 pés quadrados ) de espaço em um local um quarteirão a oeste da Broad Street , perto do rio Delaware . A planta consistia de 102 colunas de 48 pés (15 m), conhecidas como "rack", dispostas em uma cascata de sete estágios. A planta deveria ser capaz de produzir um grama por dia de urânio enriquecido a 6% de urânio-235. Os tubos externos de cobre foram resfriados por 155 ° F (68 ° C) de água fluindo entre eles e os tubos externos de aço de 4 polegadas. Os tubos internos de níquel foram aquecidos por vapor de alta pressão a 545 ° F (285 ° C) e 1.000 libras por polegada quadrada (6.900 kPa). Cada coluna, portanto, continha cerca de 1,6 kg (3,5 lb) de hexafluoreto de urânio. Isso foi impulsionado pela pressão de vapor; as únicas peças que funcionavam eram as bombas d'água. Em operação, o rack consumiu 11,6 MW de potência. Cada coluna foi conectada a um reservatório de 3 a 170 kg (6,6 a 374,8 lb) de hexafluoreto de urânio. Devido aos perigos envolvidos no manuseio do hexafluoreto de urânio, todos os trabalhos com ele, como o reabastecimento dos reservatórios dos cilindros de transporte, eram realizados em uma sala de transferência. As colunas da planta da Filadélfia eram operadas em paralelo em vez de em série, então a planta piloto da Filadélfia acabou produzindo mais de 5.000 libras (2.300 kg) de hexafluoreto de urânio enriquecido a 0,86 por cento de urânio-235, que foi entregue ao Projeto Manhattan. A planta piloto da Filadélfia foi descartada em setembro de 1946, com o equipamento recuperável sendo devolvido ao NRL, enquanto o restante foi despejado no mar.

Construção

Uma massa de treliças de aço
Edifício do processo de difusão térmica (F01) em S-50 em construção (cerca de agosto de 1944)

No início de 1944, a notícia da planta piloto da Filadélfia chegou a Robert Oppenheimer , diretor do Laboratório de Los Alamos . Oppenheimer escreveu a Conant em 4 de março de 1944, solicitando os relatórios sobre o projeto de difusão térmica de líquido, que Conant encaminhou. Como quase todo mundo, Oppenheimer pensava no enriquecimento de urânio em termos de um processo de produção de urânio adequado para uso em bombas atômicas , mas agora considerava outra opção. Se as colunas da fábrica da Filadélfia operassem em paralelo em vez de em série, ela poderia produzir 12 kg por dia de urânio enriquecido a 1 por cento. Isso poderia ser valioso porque um processo de enriquecimento eletromagnético que poderia produzir um grama de urânio enriquecido em 40 por cento de urânio-235 a partir de urânio natural, poderia produzir dois gramas por dia de urânio enriquecido em 80 por cento de urânio 235 se a alimentação fosse enriquecida em 1,4 por cento urânio-235, o dobro de 0,7 por cento do urânio natural. Em 28 de abril, ele escreveu a Groves, apontando que "a produção da planta Y-12 poderia ser aumentada em cerca de 30 ou 40 por cento, e seu aprimoramento melhorado um pouco, muitos meses antes da data programada para a produção do K-25 . "

Groves obteve permissão do Comitê de Política Militar para renovar contato com a marinha e, em 31 de maio de 1944, nomeou um comitê de revisão composto por Murphree, Lewis e seu conselheiro científico, Richard Tolman , para investigar. O comitê de revisão visitou a planta piloto da Filadélfia no dia seguinte. Eles relataram que, embora Oppenheimer estivesse fundamentalmente correto, suas estimativas eram otimistas. Adicionar mais dois racks à planta piloto levaria dois meses, mas não produziria alimentação suficiente para atender aos requisitos da planta eletromagnética Y-12 na Clinton Engineer Works . Eles, portanto, recomendaram que uma planta de difusão térmica líquida em escala real fosse construída. Groves, portanto, pediu a Murphree em 12 de junho o custo de uma planta de produção capaz de produzir 50 kg de urânio enriquecido entre 0,9 e 3,0 por cento de urânio-235 por dia. Murphree, Tolman, Cohen e Thompson estimaram que uma planta com 1.600 colunas custaria US $ 3,5 milhões. Groves aprovou sua construção em 24 de junho de 1944 e informou ao Comitê de Política Militar que estaria operacional em 1º de janeiro de 1945.

Dezenas de tubos, como um órgão gigante
Colunas de difusão, planta de difusão térmica líquida S-50 em Oak Ridge, Tennessee, 1945

Os locais em Watts Bar Dam , Muscle Shoals e Detroit foram considerados, mas foi decidido construí-lo na Clinton Engineer Works, onde a água poderia ser obtida do rio Clinch e o vapor da casa de força K-25. O projeto de difusão térmica recebeu o codinome S-50. Uma Divisão S-50 foi criada na sede do Distrito de Manhattan em junho, sob o comando do Tenente Coronel Mark C. Fox, com o Major Thomas J. Evans Jr., como seu assistente com autoridade especial para a construção de usinas. Groves escolheu a HK Ferguson Company de Cleveland , Ohio, como a principal empreiteira de construção em seu histórico de trabalhos de acabamento no prazo, notadamente a Gulf Ordnance Plant no Mississippi, com um contrato de custo mais taxa fixa . A HA Jones Construction Company construiria a usina a vapor, com HK Ferguson como engenheiro-arquiteto. Embora seus assessores tivessem estimado que levaria seis meses para construir a planta, Groves deu a HK Ferguson apenas quatro, e ele queria que as operações começassem em apenas 75 dias.

Groves, Tolman, Fox e Wells N. Thompson de HK Ferguson, coletaram plantas do piloto da Filadélfia de lá em 26 de junho. A planta de produção consistiria em vinte e um racks de 102 colunas, dispostos em três grupos de sete, um total de 2.142 colunas de 48 pés (15 m). Cada rack era uma cópia da planta piloto da Filadélfia. As colunas tiveram que ser fabricadas com tolerâncias finas; ± 0,0003 polegadas (0,0076 mm) para o diâmetro dos tubos internos de níquel e ± 0,002 polegadas (0,051 mm) entre os tubos internos de níquel e os tubos externos de cobre. Os primeiros pedidos de colunas foram feitos em 5 de julho. Vinte e três empresas foram abordadas, e a Grinnell Company of Providence, Rhode Island , e a Mehring and Hanson Company of Washington, DC, aceitaram o desafio.

As obras foram iniciadas no local em 9 de julho de 1944. Em 16 de setembro, com cerca de um terço da planta concluída, o primeiro rack começou a operar. Os testes em setembro e outubro revelaram problemas com vazamento de tubos que exigiram mais soldagem. No entanto, todos os racks foram instalados e prontos para operação em janeiro de 1945. O contrato de construção foi rescindido em 15 de fevereiro, e o isolamento restante e o trabalho elétrico foram atribuídos a outras empresas na área de Oak Ridge. Eles também concluíram os edifícios auxiliares, incluindo a nova usina a vapor. A planta tornou-se totalmente operacional em março de 1945. A construção da nova caldeira foi aprovada em 16 de fevereiro de 1945. A primeira caldeira foi iniciada em 5 de julho de 1945 e as operações começaram em 13 de julho. O trabalho foi concluído em 15 de agosto de 1945.

Uma fábrica na curva de um rio, vista do outro lado do rio
O prédio do processo de difusão térmica S-50 é o prédio escuro. Na frente está a usina a vapor. O prédio ao fundo com as chaminés é a casa de força K-25. Em primeiro plano está o rio Clinch.

O edifício do processo de difusão térmica (F01) era uma estrutura preta com 159 m de comprimento, 25 m de largura e 23 m de altura. Havia uma sala de controle e uma sala de transferência para cada par de racks, exceto a última, que tinha suas próprias salas de controle e transferência para fins de treinamento. Quatro bombas extraíram 15.000 galões americanos (57.000 l) por minuto de água de resfriamento do rio Clinch. As bombas a vapor foram especialmente projetadas pela Pacific Pumps Inc. A planta foi projetada para usar toda a produção da casa de força K-25, mas quando os estágios K-25 entraram em operação, houve competição para isso. Decidiu-se construir uma nova caldeira. Doze caldeiras excedentes de 450 libras por polegada quadrada (3.100 kPa) originalmente destinadas a escoltas de contratorpedeiros foram adquiridas da marinha. A temperatura mais baixa da parede quente devido à pressão de vapor reduzida (450 libras por polegada quadrada (3.100 kPa) em vez das 1.000 libras por polegada quadrada (6.900 kPa) da planta piloto) foi compensada pela facilidade de operação. Por serem movidos a óleo, um tanque de óleo de 6.000.000 galões americanos (23.000.000 l) foi adicionado, com armazenamento suficiente para operar a planta por 60 dias. Além do Edifício do Processo de Difusão Térmica (F01) e dos edifícios da nova planta a vapor (F06), as estruturas na área S-50 incluíram a estação de bombeamento (F02), laboratórios, refeitório, oficina mecânica (F10), armazéns, um posto de gasolina e estação de tratamento de água (F03).

Produção

Por razões de segurança, Groves queria que HK Ferguson operasse a nova fábrica, mas era uma oficina fechada e os regulamentos de segurança da Clinton Engineer Works não permitiam os sindicatos . Para contornar isso, HK Ferguson criou uma subsidiária integral , a Fercleve Corporation (de Ferguson de Cleveland), e o distrito de Manhattan a contratou para operar a fábrica por US $ 11.000 por mês. O pessoal operacional da nova planta foi inicialmente treinado na planta piloto da Filadélfia. Em agosto de 1944, Groves, Conant e Fox pediram voluntários a dez homens alistados do Destacamento de Engenheiros Especiais (SED) em Oak Ridge, alertando que o trabalho seria perigoso. Todos os dez se ofereceram. Junto com quatro funcionários da Fercleve, eles foram enviados à Filadélfia para aprender sobre a operação da fábrica.

Dezenas de tubos, como um órgão gigante
Outra visão das colunas

Em 2 de setembro de 1944, o soldado da SED Arnold Kramish e dois civis, Peter N. Bragg, Jr., um engenheiro químico da NRL, e Douglas P. Meigs, um funcionário da Fercleve, estavam trabalhando em uma sala de transferência quando um kg) cilindro de hexafluoreto de urânio explodiu, rompendo tubos de vapor próximos. O vapor reagiu com o hexafluoreto de urânio para criar ácido fluorídrico , e os três homens ficaram gravemente queimados. O soldado John D. Hoffman correu pela nuvem tóxica para resgatá-los, mas Bragg e Meigs morreram devido aos ferimentos. Outros onze homens, incluindo Kramish e quatro outros soldados, ficaram feridos, mas se recuperaram. Hoffman, que sofreu queimaduras, recebeu a Medalha do Soldado , a maior condecoração do Exército dos Estados Unidos por um ato de bravura em uma situação de não combate, e a única concedida a um membro do Distrito de Manhattan. Bragg foi condecorado postumamente com o Prêmio de Serviço Civil Meritório da Marinha em 21 de junho de 1993.

O coronel Stafford L. Warren , chefe da Seção Médica do Distrito de Manhattan, removeu os órgãos internos dos mortos e os enviou de volta a Oak Ridge para análise. Eles foram enterrados sem eles. Uma investigação descobriu que o acidente foi causado pelo uso de cilindros de aço com revestimento de níquel em vez de cilindros de níquel sem costura, porque o exército havia antecipado a produção de níquel. O Hospital da Marinha não tinha procedimentos para o tratamento de pessoas expostas ao hexafluoreto de urânio, então a Seção Médica de Warren os desenvolveu. Groves ordenou a suspensão do treinamento na planta piloto da Filadélfia, então Abelson e 15 de sua equipe mudaram-se para Oak Ridge para treinar o pessoal lá.

Não houve acidentes fatais na planta de produção, embora tenha uma taxa de acidentes maior do que outras instalações de produção do Projeto Manhattan devido à pressa em colocá-la em operação. Quando as tripulações tentaram iniciar o primeiro rack, houve um barulho alto e uma nuvem de vapor devido ao vapor escapando. Normalmente, isso teria resultado em uma parada, mas sob a pressão para colocar a planta em operação, o gerente da planta de Fercleve não teve escolha a não ser prosseguir. A planta produziu apenas 10,5 libras (4,8 kg) de 0,852% de urânio-235 em outubro. Vazamentos limitaram a produção e paralisações forçadas nos meses seguintes, mas em junho de 1945 ela produziu 12.730 libras (5.770 kg). Em operação normal, 1 libra (0,45 kg) de produto foi retirado de cada circuito a cada 285 minutos. Com quatro circuitos por rack, cada rack poderia produzir 20 libras (9,1 kg) por dia. Em março de 1945, todos os 21 racks de produção estavam operando. Inicialmente, a produção de S-50 foi alimentada em Y-12, mas a partir de março de 1945, todos os três processos de enriquecimento foram executados em série. O S-50 passou a ser o primeiro estágio, enriquecendo de 0,71% a 0,89%. Esse material foi alimentado no processo de difusão gasosa na planta K-25, que produziu um produto enriquecido em cerca de 23%. Isso foi, por sua vez, alimentado no Y-12, o que o elevou para cerca de 89%, o suficiente para armas nucleares. A produção total de S-50 foi de 56.504 libras (25.630 kg). Estimou-se que a planta S-50 havia acelerado em uma semana a produção de urânio enriquecido usado na bomba Little Boy empregada no bombardeio atômico de Hiroshima . “Se eu tivesse apreciado as possibilidades de difusão térmica”, Groves escreveu mais tarde, “nós teríamos ido em frente com isso muito antes, levado um pouco mais de tempo no projeto da planta e tornado-a muito maior e melhor. a produção de U-235 em junho e julho de 1945 teria sido apreciável. "

Um grande prédio retangular de cor escura e um prédio menor com três chaminés.  Ao fundo está o rio.  A usina a vapor é um pequeno prédio com duas chaminés.
Área S-50, voltada para o rio Clinch. Nova planta de vapor e tanques de armazenamento de óleo

Anos pós-guerra

Logo após o fim da guerra, em agosto de 1945, o tenente-coronel Arthur V. Peterson , oficial do distrito de Manhattan com responsabilidade geral pela produção de material físsil , recomendou que a planta S-50 fosse colocada em espera. O distrito de Manhattan ordenou o fechamento da planta em 4 de setembro de 1945. Foi a única planta de difusão térmica líquida em escala de produção já construída, mas sua eficiência não podia competir com a de uma planta de difusão gasosa. As colunas foram drenadas e limpas, e todos os funcionários foram avisados ​​com duas semanas de antecedência da rescisão do contrato de trabalho . Toda a produção havia cessado em 9 de setembro, e a última alimentação de hexafluoreto de urânio foi enviada ao K-25 para processamento. As dispensas começaram em 18 de setembro. A essa altura, as demissões voluntárias haviam reduzido a folha de pagamento de Fercleve de seu pico durante a guerra de 1.600 trabalhadores para cerca de 900. Apenas 241 permaneceram no final de setembro. O contrato da Fercleve foi rescindido em 31 de outubro, e a responsabilidade pelos edifícios da planta S-50 foi transferida para o escritório K-25. Fercleve dispensou os últimos funcionários em 16 de fevereiro de 1946.

A partir de maio de 1946, os S-50 edifícios de plantas foram utilizados, não como uma unidade de produção, mas pelas Forças Aéreas do Exército dos Estados Unidos " Energia Nuclear para a propulsão dos aviões (NEPA) do projeto. A Fairchild Aircraft conduziu uma série de experimentos envolvendo berílio . Os trabalhadores também fabricaram blocos de urânio enriquecido e grafite . NEPA operado até maio de 1951, quando foi substituída pela joint Comissão de Energia Atômica - United States Air Force Propulsão Nuclear Aircraft projeto. A planta S-50 foi desmontada no final dos anos 1940. O equipamento foi levado para a área da casa de força K-25, onde foi armazenado antes de ser recuperado ou enterrado.

Notas

Referências

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