Уолтер Генри Зинн (10 декабря 1906 г. — 14 февраля 2000 г.) — американский физик-ядерщик канадского происхождения , первый директор Аргоннской национальной лаборатории с 1946 по 1956 год. Во время Второй мировой войны он работал в Металлургической лаборатории Манхэттенского проекта и руководил строительством Chicago Pile-1 , первого в мире ядерного реактора , который вышел на критический уровень 2 декабря 1942 года в Чикагском университете . В Аргонне он спроектировал и построил несколько новых реакторов, включая Experimental Breeder Reactor I , первый ядерный реактор для производства электроэнергии, который был запущен 20 декабря 1951 года.
Уолтер Генри Зинн родился в Берлине (ныне Китченер), Онтарио , 10 декабря 1906 года, сын Джона Зинна, работавшего на шинной фабрике, и Марии Анны Стоскопф. У него был старший брат Альберт, который также стал рабочим на фабрике. [1]
Зинн поступил в Университет Квинс , где получил степень бакалавра искусств по математике в 1927 году и степень магистра искусств в 1930 году. Затем в 1930 году он поступил в Колумбийский университет , где изучал физику, [1] написав докторскую диссертацию по теме «Двухкристаллическое исследование структуры и ширины пределов поглощения рентгеновских лучей K». [2] Впоследствии она была опубликована в Physical Review . [2] [3]
Чтобы прокормить себя, Зинн преподавал в Университете Квинс с 1927 по 1928 год и в Колумбийском университете с 1931 по 1932 год. В 1932 году он стал преподавателем в Городском колледже Нью-Йорка. Во время учебы в Квинс он познакомился с Дженни А. (Джин) Смит, однокурсницей. Они поженились в 1933 году и у них родилось двое сыновей, Джон Эрик и Роберт Джеймс. В 1938 году Зинн стал натурализованным гражданином Соединенных Штатов. [1]
В 1939 году физические лаборатории Пупина в Колумбии, где работал Зинн, были центром интенсивных исследований свойств урана и ядерного деления , которое недавно было открыто Лизой Мейтнер , Отто Ганом и Фрицем Штрассманом . В Колумбии Зинн, Энрико Ферми , Герберт Л. Андерсон , Джон Р. Даннинг и Лео Силард исследовали, делится ли уран-238 медленными нейтронами, как считал Ферми, или только изотопом урана-235 , как утверждал Нильс Бор . Поскольку чистый уран-235 был недоступен, Ферми и Силард решили работать с природным ураном. Их особенно интересовало, можно ли инициировать цепную ядерную реакцию . Для этого потребовалось бы испускать в среднем более одного нейтрона за одно деление, чтобы поддерживать цепную реакцию. К марту 1939 года они установили, что в среднем за одно деление испускается около двух нейтронов. Задержка между поглощением атомом нейтрона и возникновением деления может стать ключом к управлению цепной реакцией. [4]
В этот момент Зинн начал работать на Ферми, строя экспериментальные урановые решетки . [1] Для замедления нейтронов требуется замедлитель нейтронов . Вода была первым выбором Ферми, но она имела тенденцию поглощать нейтроны, а также замедлять их. В июле Сцилард предложил использовать углерод в форме графита . [4] Критический радиус сферического реактора был рассчитан следующим образом: [5]
Для того, чтобы произошла самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция , им требовалось k > 1. Для практической конфигурации реактора это значение должно было быть по крайней мере на 3 или 4 процента больше; [5] но в августе 1941 года первоначальные эксперименты Цинна показали неутешительное значение 0,87. Ферми возлагал надежды на лучший результат на улучшенную конфигурацию и более чистый уран и графит. [1]
В начале 1942 года, когда Соединенные Штаты были втянуты во Вторую мировую войну , Артур Комптон сосредоточил различные команды Манхэттенского проекта , работавшие над плутонием , в Металлургической лаборатории Чикагского университета . [ 6] Зинн использовал спортсменов для строительства все более крупных экспериментальных конфигураций Ферми под трибунами заброшенного поля Стэгга . [1] В июле 1942 года Ферми измерил ak = 1,007 из решетки оксида урана . Это породило надежды на то, что чистый уран даст подходящее значение k. [7]
К декабрю 1942 года Зинн и Андерсон подготовили новую конфигурацию на Стагг-Филд. Около 24 футов (7,3 м) в длину, 24 фута (7,3 м) в ширину и 19 футов (5,8 м) в высоту, он содержал 385,5 длинных тонн (391,7 т) графита и 46,5 длинных тонн (47,2 т) металлического урана и оксида урана. [8] Когда эксперимент был проведен днем 2 декабря 1942 года, реактор, известный как Чикагский котлован-1 , достиг критичности без происшествий. [1] Поскольку реактор не имел радиационной защиты , он работал на максимальной мощности всего 200 Вт, что было достаточно для питания лампочки, и проработал всего три месяца. Он был закрыт 28 февраля 1943 года, потому что армия США не хотела рисковать аварией вблизи густонаселенного центра Чикаго. [8]
Армия сдала в аренду 1000 акров (400 га) лесных заповедников округа Кук, известных как « Участок А », Манхэттенскому проекту и «Загородный клуб» сотне или около того ученых, охранников и других, которые там работали. Зинн был назначен ответственным за Участок А под руководством Ферми. Чикагский реактор-1 был разобран и перестроен, на этот раз с радиационной защитой, на Участке А. Реактор, теперь известный как Чикагский реактор-2, снова заработал 20 марта 1943 года. Через несколько месяцев Ферми начал проектировать новый реактор, который стал известен как Чикагский реактор-3 . Это был совсем другой тип реактора. Он был намного меньше, имея всего 6 футов (1,8 м) в диаметре и 9 футов (2,7 м) в высоту. Он работал на 120 металлических стержнях урана и замедлялся 1200 галлонами США (4500 л; 1000 имп галлонов) тяжелой воды . [8] И снова Зинн был ответственным за строительство, которое началось в первый день Нового года в 1944 году. Чикагская электростанция 3 достигла критического состояния 15 мая 1944 года и начала работу 23 июня на полной мощности в 300 кВт. [9] [10] Когда Ферми отправился на площадку в Хэнфорде , Зинн стал единственным руководителем на площадке А. [8]
29 сентября 1944 года Зинн получил срочный звонок от Сэмюэля Эллисона , директора Металлургической лаборатории. Реактор B в Хэнфорде отключился вскоре после достижения полной мощности, но через несколько часов снова ожил. Норман Хилберри подозревал, что виной всему нейтронный яд . Если так, то его период полураспада составлял около 9,7 часов. Ксенон-135 имел период полураспада, близкий к этому, но не был обнаружен в Аргонне или графитовым реактором X-10 в Оук-Ридже, штат Теннесси . Зинн быстро вывел Чикагский реактор-3 на полную мощность и в течение двенадцати часов провел серию измерений, которые подтвердили результаты Хэнфорда. [10]
В течение следующих месяцев около 175 технических сотрудников были переведены из Металлургической лаборатории в Ханфорд и Лос-Аламос . Аргоннская лаборатория Зинна была сокращена до скелета персонала, но Комптон не одобрил ее закрытия. [11]
11 июля 1946 года Аргоннская лаборатория официально стала Аргоннской национальной лабораторией , а Зинн стал ее первым директором. [8] Элвин Вайнберг охарактеризовал Зинна как «образец того, каким должен быть директор тогда еще только появляющихся национальных лабораторий: восприимчивый к стремлениям как подрядчика, так и спонсора, но достаточно уверенный в себе, чтобы добиться успеха, когда это было необходимо». [1]
Одной из первых проблем, с которой столкнулся Зинн, была проблема размещения. Федеральное правительство обещало восстановить Участок А в лесных заповедниках округа Кук после войны, и, несмотря на вмешательство военного министра Роберта П. Паттерсона , Комиссия по лесным заповедникам округа Кук согласилась максимум на то, чтобы Аргоннская национальная лаборатория могла продолжать занимать часть арендованного участка, пока не будет найден новый участок. Зинн отклонил альтернативные участки за пределами района Чикаго, и армия нашла новое место для постоянного размещения лаборатории примерно в 5 милях (8,0 км) в округе ДюПейдж, штат Иллинойс , [12] которое стало известно как Участок D. [8]
При Зинне Аргоннская национальная лаборатория приняла немного более прогрессивную практику найма, чем другие современные учреждения. Три афроамериканки и семь мужчин, шесть из которых работали над Манхэттенским проектом, были заняты в исследованиях в Аргонне в то время, когда в Лос-Аламосской национальной лаборатории не было ни одного афроамериканского учёного. Аргонн также назначал женщин на руководящие должности, с Марией Гепперт-Майер в качестве руководителя секции в отделе теоретической физики и Хойландом Янгом в качестве директора отдела технической информации. [13]
Комиссия по атомной энергии (AEC) заменила Манхэттенский проект 1 января 1947 года [14] , а 1 января 1948 года она объявила, что Аргоннская национальная лаборатория будет «сосредоточена главным образом на проблемах разработки реакторов». [15] Зинн не стремился к дополнительной ответственности, которая, как он понимал, отвлечет лабораторию от исследований и отвлечет его от других обязанностей, таких как проектирование быстрого реактора-размножителя . Он даже получил письменное заверение от Кэрролла Л. Уилсона , генерального директора AEC, что этого не произойдет. Поэтому он был готов сотрудничать с Элвином Вайнбергом, чтобы позволить Национальной лаборатории Ок-Риджа продолжать участвовать в проектировании реакторов. [16] Тем не менее, исследования реакторов составляли почти половину бюджета лаборатории в 1949 году, и 84 процента ее исследований были засекречены. [17]
Зинн не ладил с капитаном Хайманом Г. Риковером , директором военно-морских реакторов ВМС США , но тем не менее Аргонн помогал в разработке ядерного морского двигателя , [18] в конечном итоге создав два реактора, наземный прототип Mark I и пропульсивный реактор Mark II. [19] Реактор с водой под давлением STR (Submarine Thermal Reactor), разработанный в Аргонне, служил источником питания для первой атомной подводной лодки USS Nautilus и стал основой почти всех реакторов, установленных на военных кораблях. [20] [21]
Другой отраслью разработки реакторов в Аргоннской национальной лаборатории, которая была ближе к сердцу Зинна, был быстрый реактор-размножитель. В то время считалось, что уран был дефицитным ресурсом, поэтому было бы разумно использовать его наилучшим образом. Размножители были разработаны для создания большего количества расщепляющегося материала, чем они потребляли. [1] К 1948 году он убедился, что было бы неразумно строить большие экспериментальные реакторы около Чикаго, и AEC приобрела землю вокруг Арко, штат Айдахо , которая стала форпостом Аргонна. [17] Экспериментальный реактор-размножитель I (EBR-I, но известный в Аргонне как «ZIP» — Адский котел Зинна) был первым реактором, охлаждаемым жидким металлом, [22] и первым, который вырабатывал электроэнергию. [23] Он доказал правильность концепции размножителя. [22] Председатель AEC Гордон Дин назвал его важной вехой в истории ядерной энергетики. [24]
Эксперименты BORAX представляли собой серию разрушительных испытаний реакторов с кипящей водой, проведенных Аргоннской национальной лабораторией в Айдахо. Испытание BORAX-1 было проведено под руководством Зинна в 1954 году. Он приказал удалить стержни управления, чтобы продемонстрировать, что реактор остановится без проблем, и он немедленно взорвался с громким хлопком и высоким столбом темного дыма, поворот событий, которого он не ожидал. [25] Он крикнул Гарольду Лихтенбергу, чтобы тот снова вставил стержни управления, но Лихтенберг указал, что один из них уже летает в воздухе. Позже Зинну пришлось давать показания об эксперименте перед Объединенным комитетом по атомной энергии . [25]
Покинув Аргоннскую национальную лабораторию в 1956 году, Зинн переехал во Флориду, где основал собственную консалтинговую фирму General Nuclear Engineering [26] со штаб-квартирой в Данидине, Флорида . Компания занималась проектированием и строительством реакторов с водой под давлением. [1] В 1964 году ее приобрела Combustion Engineering , и он стал вице-президентом и главой ее ядерного подразделения. [27] Он ушел с этой должности в 1970 году, но оставался членом совета директоров до 1986 года. [28] Он был членом Президентского научного консультативного комитета с 1960 по 1962 год и членом Генерального консультативного комитета AEC и его преемника, Управления энергетических исследований и разработок , с 1972 по 1975 год. [27]
За эти годы Зинн получил множество наград за свою работу, включая особую благодарность от AEC в 1956 году, премию «Атом для мира» в 1960 году [26] , премию Энрико Ферми в 1969 году [29] и медаль Эллиотта Крессона от Института Франклина в 1970 году [30] . В 1955 году он был избран первым президентом Американского ядерного общества (ANS). [31]
Жена Зинна Джин умерла в 1964 году. [26] Он женился на Мэри Терезе Пратт в 1966 году, и таким образом приобрел двух пасынков, Уоррена и Роберта Джонсонов. [1] Он умер в больнице Mease Countryside Hospital в Safety Harbor, Флорида , 14 февраля 2000 года после перенесенного инсульта. У него остались жена Мэри, сыновья Джон и Роберт и пасынок Уоррен. Роберт стал профессором астрономии в Йельском университете . [26] [32]
С 1976 года Отдел эксплуатации и энергетики Американского ядерного общества ежегодно вручает премию Уолтера Х. Зинна, чтобы отметить человека «за выдающийся и устойчивый вклад в ядерную энергетику, который не получил широкого признания». [33] [34]
