Луи Александр Слотин ( / ˈ s l oʊ t ɪ n / SLOHT-in ; [1] 1 декабря 1910 — 30 мая 1946) был канадским физиком и химиком , который принимал участие в Манхэттенском проекте . Родился и вырос в Норт - Энде Виннипега , Манитоба, Слотин получил степени бакалавра наук и магистра наук в Университете Манитобы , прежде чем получить докторскую степень по физической химии в Королевском колледже Лондона в 1936 году. После этого он присоединился к Чикагскому университету в качестве научного сотрудника, чтобы помочь спроектировать циклотрон .
В 1942 году Слотин был приглашен для участия в Манхэттенском проекте, и впоследствии проводил эксперименты с урановыми и плутониевыми ядрами для определения их критических массовых значений. После Второй мировой войны он продолжил свои исследования в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико . 21 мая 1946 года он случайно запустил реакцию деления , которая высвободила всплеск жесткого излучения . Он был доставлен в больницу и умер девять дней спустя, 30 мая. Слотин стал жертвой второй в истории аварии с критичностью после Гарри Даглиана , который был смертельно ранен радиацией от того же плутониевого « демонического ядра », которое убило Слотина.
Правительство США провозгласило Слотина героем за то, что он достаточно быстро отреагировал и предотвратил гибель своих коллег. Однако некоторые физики утверждают, что поведение Слотина до аварии было безрассудным и что его смерть можно было предотвратить. Авария и ее последствия были драматизированы в нескольких вымышленных и документальных произведениях.
Луи Слотин был первым из трех детей, родившихся в Израиле и Соне Слотин, еврейских беженцев, говорящих на идише и бежавших от погромов в России в Виннипег , Манитоба . Он вырос в районе Норт-Энд в Виннипеге, районе с большой концентрацией иммигрантов из Восточной Европы. С ранних лет в начальной школе Махрея и до подростковых лет в средней школе Св. Джона Слотин был академически исключительным. Его младший брат Сэм позже заметил, что его брат «имел чрезвычайную интенсивность, которая позволяла ему учиться долгие часы». [2]
В возрасте 16 лет Слотин поступил в Университет Манитобы , чтобы получить степень в области естественных наук. Во время обучения в бакалавриате он получил золотую медаль университета по физике и химии. Слотин получил степень бакалавра наук по геологии в университете в 1932 году и степень магистра наук в 1933 году. С помощью одного из своих наставников он получил стипендию на обучение в Королевском колледже Лондона под руководством Артура Джона Оллманда [2] , заведующего кафедрой химии, который специализировался в области прикладной электрохимии и фотохимии [3] .
Во время учебы в Королевском колледже Лондона Слотин проявил себя как боксёр-любитель , выиграв любительский чемпионат колледжа по боксу в легчайшем весе. Позже он создавал впечатление, что сражался за Испанскую республику и тренировался летать на истребителе в Королевских военно-воздушных силах . [4] Автор Роберт Юнгк рассказал в своей книге « Ярче тысячи солнц: личная история учёных-атомщиков » , первом опубликованном отчёте о Манхэттенском проекте , что Слотин «пошёл добровольцем на службу в Испанскую гражданскую войну , больше ради острых ощущений, чем по политическим мотивам. Он часто подвергался крайней опасности, будучи зенитчиком». [5] Во время интервью несколько лет спустя Сэм заявил, что его брат отправился «в пешую экскурсию по Испании», и он «не принимал участия в войне», как считалось ранее. [2]
Слотин получил степень доктора философии по физической химии в Королевском колледже Лондона в 1936 году. [4] Он выиграл премию за свою диссертацию под названием «Исследование промежуточного образования нестабильных молекул во время некоторых химических реакций». После этого он провел шесть месяцев, работая специальным исследователем на Great Southern Railways в Дублине , тестируя никель-цинковые аккумуляторные батареи Drumm, используемые на линии Дублин–Брей . [2]
В 1937 году, после того как он безуспешно пытался устроиться на работу в Национальный исследовательский совет Канады , [6] Чикагский университет принял Слотина в качестве научного сотрудника. Там он получил свой первый опыт работы с ядерной химией, помогая построить первый циклотрон на Среднем Западе Соединенных Штатов. [7] Работа была низкооплачиваемой, и отцу Слотина пришлось содержать его в течение двух лет. С 1939 по 1940 год Слотин сотрудничал с Эрлом Эвансом , главой кафедры биохимии университета, для получения радиоуглерода ( углерода-14 и углерода-11 ) из циклотрона. [2] Работая вместе, двое мужчин также использовали углерод-11, чтобы продемонстрировать, что растительные клетки способны использовать углекислый газ для синтеза углеводов посредством фиксации углерода . [8]
Слотин, возможно, присутствовал при запуске « Чикагской поленницы-1 » Энрико Ферми , первого ядерного реактора , 2 декабря 1942 года; отчеты об этом событии не совпадают по этому поводу. [примечания 1] В это время он также внес вклад в несколько статей в области радиобиологии . Его экспертные знания в этой области привлекли внимание правительства Соединенных Штатов, и в результате его пригласили присоединиться к Манхэттенскому проекту, попытке разработать атомную бомбу . [7] Слотин работал над производством плутония под руководством будущего лауреата Нобелевской премии Юджина Вигнера в университете, а затем в Национальной лаборатории Оук-Ридж в Оук-Ридже , штат Теннесси . Он переехал в Национальную лабораторию Лос-Аламоса в Нью-Мексико в декабре 1944 года, чтобы работать в группе физики бомбы Роберта Бахера . [2]
В Лос-Аламосе обязанности Слотина состояли в проведении опасных испытаний на критичность , сначала с ураном в экспериментах Отто Роберта Фриша , а затем с плутониевыми ядрами . Испытания на критичность включали доведение масс расщепляющихся материалов до почти критических уровней для установления значений их критической массы . [9] Ученые называли это заигрывание с возможностью ядерной цепной реакции «щекотанием хвоста дракона», основываясь на замечании физика Ричарда Фейнмана , который сравнил эксперименты с «щекотанием хвоста спящего дракона». [10] [11] 16 июля 1945 года Слотин собрал ядро для Trinity , первого взорванного атомного устройства, и стал известен как «главный оружейник Соединенных Штатов» за свой опыт в сборке ядерного оружия. [12] [13] За свою работу над проектом Слотин получил два небольших круглых свинцовых и серебряных памятных значка. [2]
Зимой 1945–1946 годов Слотин шокировал некоторых своих коллег смелым поступком, отремонтировав прибор на глубине 6 футов (1,8 м) под водой внутри реактора Клинтона , пока он работал, вместо того, чтобы ждать еще один день, пока реактор не будет остановлен. Он не носил дозиметрический значок, но его доза оценивалась как минимум в 100 рентген . [14] Доза в 1 Гр (≈100 рентген) может вызвать тошноту и рвоту в 10% случаев, но, как правило, выживает. [15]
21 августа 1945 года лаборант Гарри Даглян , один из близких коллег Слотина, проводил эксперимент по определению критичности, когда он случайно уронил тяжелый кирпич из карбида вольфрама на 6,2-килограммовое (14 фунтов) ядро бомбы из сплава плутония и галлия , позже прозванное ядром демона , которое позже также убило Слотина. [16] 24-летний Даглян был облучен большой дозой нейтронного излучения . Более поздние оценки показали, что эта доза сама по себе могла быть не смертельной, но затем он получил дополнительное замедленное гамма-излучение и бета-ожоги во время разборки своего эксперимента. [17] Он быстро потерял сознание от острого радиационного отравления и умер 25 дней спустя в больнице базы Лос-Аламос. [18]
После Второй мировой войны Слотин выразил растущее презрение к своему личному участию в проекте. Он заметил: «Я оказался вовлеченным в испытания ВМФ , к моему большому отвращению». [2] К несчастью для Слотина, его участие в Лос-Аламосе все еще было необходимо, потому что, как он сказал, «я один из немногих оставшихся здесь людей, которые являются опытными сборщиками бомб». Он с нетерпением ждал возобновления преподавания и исследований в области биофизики и радиобиологии в Чикагском университете. Он начал готовить замену, Элвина С. Грейвса , чтобы тот взял на себя его роль в Лос-Аламосе. [2]
21 мая 1946 года, в присутствии семи коллег, наблюдавших за ним, Слотин провел эксперимент, который включал создание одного из первых этапов реакции деления , поместив две полусферы бериллия ( нейтронный отражатель ) вокруг плутониевого ядра диаметром 3,5 дюйма (89 мм). В эксперименте использовалось то же 6,2-килограммовое (13,7 фунта) плутониевое ядро, которое облучило Даглян, позже названное « демоническим ядром » за его роль в двух авариях. Слотин схватил верхнюю 228,6-миллиметровую (9-дюймовую) бериллиевую полусферу [17] левой рукой через отверстие для большого пальца наверху, в то время как он поддерживал разделение полусфер с помощью лезвия отвертки правой рукой, удалив обычно используемые прокладки . Использование отвертки не было обычной частью экспериментального протокола. [2] [13]
В 15:20 отвертка соскользнула, и верхняя бериллиевая полусфера упала, вызвав « быструю критическую » реакцию и всплеск жесткого излучения . [9] В это время ученые в комнате наблюдали голубое свечение ионизации воздуха и почувствовали волну тепла. Слотин почувствовал кислый привкус во рту и сильное жжение в левой руке. Он дернул левой рукой вверх, подняв верхнюю бериллиевую полусферу, и бросил ее на пол, остановив реакцию. Он уже подвергся воздействию смертельной дозы нейтронного излучения. [2] Во время аварии дозиметрические значки находились в запертом ящике примерно в 100 футах (30 м) от места, где произошла реакция. Поняв, что ни у кого в комнате нет пленочных значков, «сразу после аварии доктор Слотин попросил доктора Рэмера Э. Шрайбера достать значки из свинцового ящика и поместить их на критическую сборку». [17] Эта своеобразная реакция не имела никакой ценности для определения фактических доз, полученных людьми в комнате, и подвергала Шрайбера «большому личному риску» дополнительного облучения. Позднее в отчете был сделан вывод о том, что большая доза радиации может вызвать головокружение и может оставить человека «не в состоянии для рационального поведения». [17] Как только Слотин покинул здание, его вырвало, что является обычной реакцией на воздействие чрезвычайно интенсивного ионизирующего излучения . Коллеги Слотина срочно доставили его в больницу, но радиационное повреждение оказалось необратимым. [2]
Шесть других мужчин, присутствовавших во время реакции, включали Элвина Кушмана Грейвса , Сэмюэля Аллана Клайна, Мэрион Эдварда Чеслицки, Дуайта Смита Янга , Теодора П. Перлмана и рядового Патрика Дж. Клири. [19] [20] [21] [22] [23] К 25 мая 1946 года четверо из этих семи мужчин были выписаны из больницы. Врач армии США, ответственный за базовый госпиталь Лос-Аламоса, капитан Пол Хагеман, сказал, что «непосредственное состояние Слотина, Грейвса, Клайна и Янга удовлетворительное». [23]
Несмотря на интенсивную медицинскую помощь и предложения от многочисленных добровольцев сдать кровь для переливания , состояние Слотина было неизлечимым. [2] Он позвонил своим родителям, и они были доставлены за счет армии из Виннипега, чтобы быть с ним. Они прибыли на четвертый день после инцидента, и на пятый день его состояние начало стремительно ухудшаться. [24]
В течение следующих четырех дней Слотин страдал от «мучительной последовательности травм, вызванных радиацией», включая сильную диарею , снижение диуреза, опухшие руки, эритему , «массивные волдыри на руках и предплечьях», кишечный паралич и гангрену . У него были внутренние радиационные ожоги по всему телу, которые один медицинский эксперт описал как «трехмерный солнечный ожог». К седьмому дню у него начались периоды «спутанности сознания». Его губы посинели, и его поместили в кислородную палатку . В конечном итоге он испытал «полный распад телесных функций» и впал в кому . [24] [25] Слотин умер в 11 утра 30 мая в присутствии своих родителей. [26] Он был похоронен на кладбище Шаарей Цедек в Виннипеге 2 июня 1946 года. [2]
Грейвс, Клайн и Янг оставались в больнице после смерти Слотина. [27] Грейвс, который стоял ближе всех к Слотину, также заболел острой лучевой болезнью и был госпитализирован на несколько недель. Он выжил, хотя и жил с хроническими неврологическими и зрительными проблемами. Янг также страдал от острой лучевой болезни, но выздоровел. К 28 января 1948 года Грейвс, Клайн и Перлман потребовали компенсацию за ущерб, понесенный во время инцидента. Грейвс урегулировал свой иск за 3500 долларов (или около 54 700 долларов сегодня, [28] с учетом инфляции). [29]
Трое из наблюдателей в конечном итоге умерли от состояний, которые, как известно, вызываются радиацией: Грейвс от сердечного приступа двадцать лет спустя в возрасте 55 лет, [30] Чеслицки от острого миелоидного лейкоза девятнадцать лет спустя в возрасте 42 лет, и Янг от апластической анемии и бактериальной инфекции оболочки сердца двадцать девять лет спустя, в возрасте 83 лет. Некоторые из смертей могли быть следствием инцидента. Луис Хемпельман, доктор медицины, консультант Научной лаборатории Лос-Аламоса, считал, что невозможно установить причинно-следственную связь между инцидентом и особенностями смерти на основе столь небольшой выборки. [19] Он высказал это мнение в общедоступном отчете, который включал личную медицинскую информацию, которую он ранее отказался предоставить Мэрион Э. Чеслицки на последних стадиях своей болезни.
Ядро, о котором идет речь, должно было использоваться при детонации Able во время серии испытаний ядерного оружия Crossroads . Эксперимент Слотина, как говорят, был последним, проведенным перед детонацией ядра, и должен был стать окончательной демонстрацией его способности достигать критического состояния. [31] После аварии ему потребовалось время для охлаждения. Поэтому его перенесли на третье испытание серии, предварительно названное Charlie , но оно было отменено из-за неожиданного уровня радиоактивности после подводного испытания Baker и невозможности дезактивировать целевые военные корабли. Ядро в конечном итоге расплавили, а его материал повторно использовали в более позднем ядре. [24]
Дозы радиации, полученные в этих двух авариях, точно не известны. Большая часть дозы была вызвана нейтронным излучением, которое не могло быть измерено дозиметрическим оборудованием того времени. Имеющиеся пленочные значки не были надеты персоналом во время аварии, а значки, которые должны были быть подложены под столы в случае таких катастроф, не были найдены. Значки катастроф, висевшие на стенах, предоставили некоторые полезные данные о гамма-излучении. [17]
«Предварительная» оценка доз была сделана в 1948 году на основе десятков предположений, некоторые из которых, как теперь известно, неверны. При отсутствии личных дозиметрических значков авторы исследования полагались на измерения активации натрия в образцах крови и мочи жертв в качестве основного источника данных. Эта активация могла быть вызвана нейтронным излучением, но они преобразовали все дозы в эквивалентные дозы гамма- или рентгеновского излучения. Они пришли к выводу, что Даглян и Слотин, вероятно, получили дозы, эквивалентные 290 бэр (2,9 Зв) и 880 бэр (8,8 Зв) соответственно гамма-излучения. Минимальные и максимальные оценки варьировались от примерно 50% до 200% от этих значений. Авторы также рассчитали дозы, эквивалентные смеси мягкого 80-кэВ рентгеновского и гамма-излучения, которые, по их мнению, давали более реалистичную картину воздействия, чем гамма-эквивалент. В этой модели эквивалентные дозы рентгеновского излучения были намного выше, но концентрировались в тканях, обращенных к источнику, тогда как гамма-компонента проникала во все тело. Эквивалентная доза Слотина оценивалась в 1930 Р (рентген) рентгеновского излучения с 114 Р гамма, в то время как эквивалентная доза Дагляна оценивалась в 480 Р рентгеновского излучения с 110 Р гамма. [17] Пятьсот эквивалентных рентген человека (бэр) обычно являются смертельным воздействием для человека. [24]
В наше время дозиметрия делается совсем по-другому. Эквивалентные дозы не сообщаются в рентгенах; они рассчитываются с другими весовыми коэффициентами, и они не считаются такими же важными для острого лучевого синдрома, как поглощенные дозы . В недавних документах даны различные интерпретации дозы Слотина, от 287 рад (2,87 Гр) [14] до 21 зиверта (2100 бэр). [32] На основании цитат и подтверждающих рассуждений наиболее надежной оценкой может быть меморандум из Лос-Аламоса 1978 года, в котором предлагалось 10 Гр (n) + 1,14 Гр(γ) для Слотина и 2 Гр(n) + 1,1 Гр(γ) для Дагляна. [33] Эти дозы соответствуют симптомам, которые они испытали. [19]
После аварии Лос-Аламос прекратил все практические критические работы по сборке. Последующие испытания на критичность делящихся ядер проводились с помощью дистанционно управляемых машин, таких как серия « Годива », при этом оператор находился на безопасном расстоянии, чтобы предотвратить вред в случае аварии. [34]
14 июня 1946 года заместитель редактора газеты Los Alamos Times Томас П. Эшлок написал стихотворение под названием «Слотин – дань уважения»:
Да примет тебя Бог, великий ученый!
Пока ты был с нами, даже чужаки знали
Широту и высоту твоего ума
, Лишь в горниле смерти
Мы увидели, наконец, твое благородное сердце. [2]
Официальная версия, опубликованная в то время, состояла в том, что Слотин, быстро удалив верхнюю полусферу, был героем, остановившим реакцию и защитившим семерых других наблюдателей в комнате: «Быстрая реакция доктора Слотина с непосредственным риском для его собственной жизни предотвратила более серьезное развитие эксперимента, которое, несомненно, привело бы к смерти семи человек, работавших с ним, а также к серьезным травмам других людей в общей близи». [2] Такая интерпретация событий была одобрена в то время Грейвсом, который стоял ближе всего к Слотину, когда произошла авария. [22] Грейвс, как и Слотин, ранее проявлял низкую обеспокоенность ядерной безопасностью и позже утверждал, что риски радиоактивных осадков были «выдуманы в умах слабых симулянтов». [22] Шрайбер, другой свидетель аварии, публично высказался десятилетия спустя, утверждая, что Слотин использовал неправильные и небезопасные процедуры, подвергая опасности других в лаборатории, а также себя. Роберт Б. Броуд сообщил о слухах по этому поводу еще в 1946 году. [2]
Случай со Слотином отражен в фильме 1947 года «Начало или конец» , в котором ученый, собирающий бомбу, предназначенную для Хиросимы, умирает после контакта с радиоактивным материалом. [35] Он был подробно описан в романе Декстера Мастерса 1955 года «Случай» , вымышленном рассказе о последних нескольких днях жизни ученого-атомщика, страдающего от радиационного отравления . [36] [37] Изображения инцидента с критичностью включают фильм 1989 года «Толстяк и малыш» , в котором Джон Кьюсак играет вымышленного персонажа по имени Майкл Мерриман, основанного на Слотине, и « Сонату Луиса Слотина» , внебродвейскую пьесу 2001 года, поставленную Дэвидом П. Муром. [38] [39]
В 1948 году коллеги Слотина в Лос-Аламосе и Чикагском университете инициировали Мемориальный фонд Луиса А. Слотина для лекций по физике, прочитанных выдающимися учеными, такими как Роберт Оппенгеймер , Луис Вальтер Альварес , Ганс Бете . Мемориальный фонд просуществовал до 1962 года. [2] В 2002 году астероид , открытый в 1995 году, был назван в его честь 12423 Slotin . [40]
Согласно Вайнбергу и Вигнеру, [41] Слотин был первым, кто предложил название доллар для интервала реактивности между задержанной и мгновенной критичностью ; 0 — это точка самоподдерживающейся цепной реакции, доллар — это точка, в которой медленно высвобождающиеся, запаздывающие нейтроны больше не требуются для поддержания цепной реакции, и входит в область, называемую «мгновенной критичностью». Стабильные ядерные реакторы работают между 0 и долларом; выбросы и ядерные взрывчатые вещества работают выше доллара. Сотая часть доллара называется центом . [ 42] Говоря о чисто мгновенных критических событиях, некоторые пользователи называют центы «сверхкритическими» относительной единицей. [43]
