Уолтер Генри Зинн (10 декабря 1906 - 14 февраля 2000) был американским физиком -ядерщиком канадского происхождения, который был первым директором Аргоннской национальной лаборатории с 1946 по 1956 год. Он работал в Металлургической лаборатории Манхэттенского проекта во время мировой войны. II , и руководил строительством Чикагской Pile-1 , первого в мире ядерного реактора , который вышел из строя 2 декабря 1942 года, в Чикагском университете . В Аргонне он спроектировал и построил несколько новых реакторов, в том числе экспериментальный реактор-размножитель I , первый ядерный реактор, производящий электроэнергию, который был запущен 20 декабря 1951 года.
Уолтер Генри Зинн родился в Берлине (ныне Китченер), Онтарио , 10 декабря 1906 года в семье Джона Зинна, работавшего на шинном заводе, и Марии Анны Стоскопф. У него был старший брат Альберт, который тоже стал фабричным рабочим. [1]
Зинн поступил в Королевский университет , где получил степень бакалавра гуманитарных наук по математике в 1927 году и степень магистра гуманитарных наук в 1930 году. Затем он поступил в Колумбийский университет в 1930 году, где изучал физику, [1] написав докторскую диссертацию на тему « Двухкристаллическое исследование структуры и ширины К-пределов поглощения рентгеновского излучения». [2] Впоследствии это было опубликовано в журнале Physical Review . [2] [3]
Чтобы прокормить себя, Зинн преподавал в Королевском университете 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 Куинс он познакомился с Дженни А. (Джин) Смит, однокурсник. Они поженились в 1933 году, у них родилось двое сыновей, Джон Эрик и Роберт Джеймс. В 1938 году Зинн стал натурализованным гражданином США. [1]
В 1939 году Физические лаборатории Пупина в Колумбии, где работал Зинн, были центром интенсивных исследований свойств урана и ядерного деления , которые недавно были открыты Лизой Мейтнер , Отто Ханом и Фрицем Штрассманом . В Колумбии Зинн, Энрико Ферми , Герберт Л. Андерсон , Джон Р. Даннинг и Лео Сцилард исследовали, делится ли уран-238 медленными нейтронами, как считал Ферми, или только изотопом урана-235 , как утверждал Нильс Бор . Поскольку чистого урана-235 не было, Ферми и Сцилард решили работать с природным ураном. Их особенно интересовало, можно ли инициировать цепную ядерную реакцию . Это потребует в среднем испускания более одного нейтрона за одно деление, чтобы цепная реакция продолжалась. К марту 1939 года они установили, что в среднем за одно деление испускается около двух ядер. Задержка между поглощением атомом нейтрона и возникновением деления будет ключом к управлению цепной реакцией. [4]
В этот момент Зинн начал работать на Ферми, конструируя экспериментальные урановые решетки . [1] Для замедления нейтронов необходим 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 по формуле: [5]
Для того чтобы произошла самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция , им нужно было k > 1. Для практической конфигурации реактора оно должно было быть как минимум на 3 или 4 процента больше; [5], но в августе 1941 года первоначальные эксперименты Зинна показали разочаровывающее значение 0,87. Ферми возлагал надежды на лучший результат на улучшенную конфигурацию и более чистые уран и графит. [1]
В начале 1942 года, когда Соединенные Штаты были втянуты во Вторую мировую войну , Артур Комптон сосредоточил различные группы Манхэттенского проекта , работавшие над плутонием, в Металлургической лаборатории Чикагского университета . [6] Зинн использовал спортсменов для создания все более крупных экспериментальных конфигураций Ферми под трибунами заброшенного стадиона Стэгг Филд . [1] В июле 1942 года Ферми измерил ak = 1,007 на решетке оксида урана . Это породило надежду, что чистый уран даст подходящее значение k. [7]
К декабрю 1942 года Зинн и Андерсон подготовили новую конфигурацию на Стэгг-Филд. Приблизительно 24 фута (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 проводился во второй половине дня 2 декабря 1942 года, реактор, известный как « Чикагская свая-1» , достиг критичности без каких-либо происшествий. [1] Поскольку у реактора не было радиационной защиты , он работал на максимальной мощности всего 200 Вт, достаточной для питания лампочки, и проработал всего три месяца. Он был остановлен 28 февраля 1943 года, поскольку армия США не хотела рисковать аварией вблизи густонаселенного центра Чикаго. [8]
Армия арендовала 1000 акров (400 га) лесного заповедника округа Кук, известного как « Участок А » для Манхэттенского проекта, и «Загородный клуб» примерно для сотни ученых, охранников и других людей, которые там работали. Зинн был назначен ответственным за Зону А под командованием Ферми. Чикаго-блок-1 был разобран и перестроен, на этот раз с радиационной защитой, на Зоне А. Реактор, теперь известный как Чикагский реактор-2, снова заработал 20 марта 1943 года. Через несколько месяцев Ферми приступил к проектированию нового реактора. реактор, получивший название Chicago Pile-3 . Это был совсем другой тип реактора. Он был намного меньше: всего 6 футов (1,8 м) в диаметре и 9 футов (2,7 м) в высоту. Его мощность обеспечивалась 120 стержнями из металлического урана и сдерживалась 1200 галлонами США (4500 л; 1000 имп галлонов) тяжелой воды . [8] И снова Зинн руководил строительством, которое началось в первый день Нового года в 1944 году. 15 мая 1944 года электростанция Чикаго-3 вышла из критического состояния и 23 июня начала работу на полную мощность в 300 кВт. [9] [10] Когда Ферми отправился на Зону Хэнфорд , Зинн стал единоличным авторитетом на Зоне А. [8]
29 сентября 1944 года Зинну срочно позвонил Сэмюэл Эллисон , директор Металлургической лаборатории. Реактор B в Хэнфорде остановился вскоре после выхода на полную мощность, но через несколько часов снова ожил. Норман Хилберри подозревал, что виноват нейтронный яд . Если это так, то его период полураспада составлял около 9,7 часов. Ксенон-135 имел период полураспада, близкий к этому, но не был обнаружен ни в Аргонне, ни на графитовом реакторе Х-10 в Ок-Ридже, штат Теннесси . Зинн быстро вывел Чикаго-Пайл-3 на полную мощность и в течение двенадцати часов провел серию измерений, подтвердивших результаты Хэнфорда. [10]
В последующие месяцы около 175 технических сотрудников были переведены из Металлургической лаборатории в Хэнфорд и Лос-Аламос . Аргоннская лаборатория Зинна сократилась до минимума, но Комптон не одобрил ее закрытие. [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 новых национальных лабораторий: чувствительный к чаяниям как подрядчика, так и поставщика средств, но достаточно уверенный в себе, чтобы одержать победу, когда это необходимо». [1]
Одной из первых проблем, с которыми столкнулся Зинн, была проблема размещения. Федеральное правительство пообещало вернуть Участок А лесным заповедникам округа Кук после войны, и, несмотря на вмешательство военного министра Роберта П. Паттерсона , самое большее, на что Комиссия лесных заповедников округа Кук согласилась, это то, чтобы Аргоннская национальная лаборатория мог продолжать занимать часть арендованного участка до тех пор, пока не будет найден новый участок. Зинн отверг альтернативные места за пределами Чикаго, и армия нашла новое место для постоянного проживания лаборатории примерно в 5 милях (8,0 км) от него в округе ДюПейдж, штат Иллинойс , [12] которое стало известно как Зона D. [8]
При Зинне Аргоннская национальная лаборатория приняла несколько более прогрессивную практику найма, чем другие современные учреждения. Три афроамериканки и семь мужчин, шестеро из которых работали над Манхэттенским проектом, работали в исследованиях в Аргонне в то время, когда в Лос-Аламосской национальной лаборатории не было афроамериканских ученых. Аргонн также назначил женщин на руководящие должности: Марию Гепперт-Майер - руководителем отдела отдела теоретической физики, а Хойланда Янг - директором отдела технической информации. [13]
Комиссия по атомной энергии (AEC) заменила Манхэттенский проект 1 января 1947 г. [14] и 1 января 1948 г. объявила, что Аргоннская национальная лаборатория будет «сосредоточена главным образом на проблемах разработки реакторов». [15] Зинн не стремился к дополнительной ответственности, которая, как он понимал, отвлекла бы Лабораторию от исследований и отвлекла 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 реактора. [16] Тем не менее, в 1949 году исследования реакторов составляли почти половину бюджета лаборатории, и 84 процента ее исследований были засекречены. [17]
Зинн не ладил с капитаном Хайманом Дж. Риковером , директором военно-морских реакторов ВМС США , но, тем не менее, Аргонн оказывал помощь в разработке ядерной морской двигательной установки , [18] в конечном итоге создав два реактора, прототип наземного базирования Mark I. и двигательный реактор Mark II. [19] Реактор с водой под давлением STR (Submarine Thermal Reactor), разработанный в Аргонне, привел в действие первую атомную подводную лодку USS Nautilus и стал основой почти всех реакторов, установленных на военных кораблях. [20] [21]
Другим направлением разработки реакторов в Аргоннской национальной лаборатории, которое было ближе сердцу Зинна, был быстрый реактор-размножитель. В то время считалось, что уран — дефицитный ресурс, поэтому было бы разумно использовать его наилучшим образом. Размножители были созданы для создания большего количества делящегося материала, чем они потребляли. [1] К 1948 году он убедился, что было бы неразумно строить большие экспериментальные реакторы недалеко от Чикаго, и AEC приобрела землю вокруг Арко, штат Айдахо , которая стала форпостом Аргонны. [17] Экспериментальный реактор-размножитель I (EBR-I, но известный в Аргонне как «ZIP» — «Адская куча Зинна») был первым реактором, охлаждаемым жидким металлом, [22] и первым, производившим электричество. [23] Это подтвердило концепцию селекционера. [22] Председатель AEC Гордон Дин назвал это важной вехой в ядерной истории. [24]
Эксперименты «Боракс» представляли собой серию разрушительных испытаний реакторов с кипящей водой , проводимых Аргоннской национальной лабораторией в Айдахо. Испытание БОРАКС-1 проводилось под руководством Зинна в 1954 году. Он приказал снять стержни управления, чтобы продемонстрировать, что реактор отключится без проблем, и он сразу же взорвался с громким хлопком и высоким столбом темного дыма. события, которых он не ожидал. [25] Он крикнул Гарольду Лихтенбергу, чтобы тот снова вставил стержни управления, но Лихтенберг заметил, что один из них уже летал по воздуху. 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, штат Флорида . Компания занималась проектированием и строительством реакторов с водой под давлением. [1] Она была приобретена компанией Combustion Engineering в 1964 году, 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 преемник, Управление энергетических исследований и разработок , с 1972 по 1975 год .
За прошедшие годы Зинн получил множество наград за свою работу, в том числе специальную благодарность от AEC в 1956 году, премию «Атомы ради мира» в 1960 году, [26] премию Энрико Ферми в 1969 году, [29] и медаль Эллиота Крессона от Франклина. Институт 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 сельской больнице Миз в Сейфит-Харборе, Флорида , 14 февраля 2000 года после 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 в знак признания человека «за заметный и устойчивый вклад в ядерную энергетику, который не получил широкого признания». [33] [34]
