Элвин Мартин Вайнберг ( / ˈw aɪ n b ɜːr ɡ / ; 20 апреля 1915 — 18 октября 2006) — американский физик-ядерщик , который был администратором Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) во время и после Манхэттенского проекта . Он приехал в Ок - Ридж, штат Теннесси , в 1945 году и оставался там до своей смерти в 2006 году. Он был первым, кто использовал термин « фаустовская сделка » для описания ядерной энергии.
Выпускник Чикагского университета , который в 1939 году присвоил ему докторскую степень по математической биофизике , Вайнберг в сентябре 1941 года присоединился к Металлургической лаборатории Манхэттенского проекта . В следующем году он вошел в теоретическую группу Юджина Вигнера , задачей которой было проектирование ядерных реакторов , преобразующих уран в плутоний.
В 1948 году Вайнберг сменил Вигнера на посту директора по исследованиям в ORNL и стал директором лаборатории в 1955 году. Под его руководством лаборатория работала над программой создания ядерных двигателей для самолетов и разработала множество инновационных проектов реакторов, включая реакторы с водой под давлением (PWR) и кипящие реакторы (BWR), которые с тех пор стали доминирующими типами реакторов на коммерческих атомных электростанциях , а также проекты гомогенных реакторов на водной основе .
В 1960 году Вайнберг был назначен в Президентский научный консультативный комитет в администрации Эйзенхауэра , а затем работал в нем в администрации Кеннеди . После ухода из ORNL в 1973 году он был назначен директором Управления энергетических исследований и разработок в Вашингтоне, округ Колумбия, в 1974 году. В следующем году он основал и стал первым директором Института энергетического анализа в Окриджских ассоциированных университетах (ORAU).
Элвин Мартин Вайнберг родился 20 апреля 1915 года в Чикаго, штат Иллинойс, [1] сын Якоба Вайнберга и Эммы Левинсон Вайнберг, [2] двух русских еврейских эмигрантов, которые встретились в 1905 году на борту судна, перевозившего их в Соединенные Штаты. [1] У него была старшая сестра Фэй Гоулман, которая родилась 30 ноября 1910 года. Позже она стала профессором социологии в Университете Тихого океана , [3] [4] и была матерью Дэниела Гоулмана . Он учился в средней школе Теодора Рузвельта в Чикаго. [5]
Вайнберг поступил в Чикагский университет , где в 1935 году получил степень бакалавра наук (BS) по физике, а в следующем году — степень магистра наук (MS) по физике. [6] Он получил докторскую степень в Чикагском университете по математической биофизике в 1939 году, защитив диссертацию на тему «Математические основы теории биофизической периодичности » [7] под руководством Карла Эккарта . [8] Позже Вайнберг сетовал, что, ограничив свою диссертацию линейными системами , он упустил из виду интересные нелинейные системы , за изучение которых Илья Пригожин позже получил Нобелевскую премию по химии . [9]
Во время обучения в Чикаго Вайнберг был нанят семьей Маргарет Депре, студентки Чикагского университета, в качестве репетитора по математике. [8] Они поженились 14 июня 1940 года. [4] У них было двое сыновей, Дэвид Роберт Вайнберг и Ричард Дж. Вайнберг. [10] [11]
Вайнберг преподавал в колледже Райт Джуниор . Он подал заявку и получил стипендию Национального исследовательского совета для обучения у Кеннета С. Коула в Колумбийском университете , но так и не воспользовался ею, поскольку Коул приехал в Чикаго, чтобы работать над Манхэттенским проектом в качестве радиационного биолога. Вайнберг был нанят для работы в Металлургической лаборатории в Чикагском университете в сентябре 1941 года Эккартом и Сэмюэлем Эллисоном , которым нужен был кто-то для работы над расчетами захвата нейтронов последнего . [12]
В начале 1942 года Артур Комптон сосредоточил различные команды Манхэттенского проекта, работавшие над плутонием , в Чикагском университете. Это привлекло многих ведущих ученых, включая Герберта Андерсона , Бернарда Фельда , Энрико Ферми , Лео Силарда и Вальтера Цинна из Колумбийского университета, а также Эдварда Кройца , Гилберта Пласса , Юджина Вигнера и Джона Уиллера из Принстонского университета . Вайнберг стал протеже Вигнера. [13]
Вигнер возглавлял Теоретическую группу в Металлургической лаборатории, в которую входили Элвин Вайнберг, Кэтрин Уэй , Гейл Янг и Эдвард Кройц. Задачей группы было спроектировать производственные ядерные реакторы , которые будут преобразовывать уран в плутоний. В то время реакторы существовали только на бумаге, и ни один реактор еще не достиг критического состояния. В июле 1942 года Вигнер выбрал консервативный проект мощностью 100 МВт с графитовым замедлителем нейтронов и водяным охлаждением. [14] Выбор воды в качестве охладителя в то время был спорным. Было известно, что вода поглощает нейтроны , тем самым снижая эффективность реактора, но Вигнер был уверен, что расчеты его группы были верны и что вода будет работать, в то время как технические трудности, связанные с использованием гелия или жидкого металла в качестве охладителей, задержат проект. [15]
После того, как Инженерный корпус армии США взял на себя Манхэттенский проект, он передал ответственность за детальное проектирование и строительство реакторов компании DuPont . Между компанией и Вигнером и его командой возникли трения. Основные различия между проектом реактора Вигнера и DuPont включали увеличение количества технологических трубок с 1500 в круговой решетке до 2004 в квадратной решетке и снижение мощности с 500 МВт до 250 МВт. Как оказалось, решение DuPont по проектированию предоставить реактору дополнительные трубки оказалось полезным, когда отравление нейтронами стало проблемой для реактора B на площадке в Хэнфорде . Дополнительные трубки позволяли увеличить загрузку топлива для преодоления отравления. Без них реактор пришлось бы работать на низкой мощности, пока не сгорело бы достаточно примесей бора в графите, чтобы позволить ему выйти на полную мощность, что задержало бы полную эксплуатацию на год. [16] [17]
Когда реакторы в Хэнфорде были запущены, Металлургическая лаборатория снова обратила внимание на теоретические разработки. Открытие спонтанного деления в плутонии, выращенном в реакторе, из-за загрязнения плутонием -240 привело Вигнера к предложению перейти на выработку урана-233 из тория , но эта задача была решена Лос-Аламосской лабораторией, разрабатывающей конструкцию ядерного оружия имплозивного типа . [18] Вигнер также был заинтригован возможностью избавиться от многих сложностей реактора, имея уран в растворе или суспензии в тяжелой воде . Металлургическая лаборатория попыталась найти способ сделать это. [19]
Среди конкурирующих проектов Вайнберг предложил реактор с водой под давлением , который в конечном итоге стал наиболее распространенным проектом. [20] Это была лишь одна из многих возможностей, обсуждавшихся Вайнбергом и его коллегами в Чикаго и Ок-Ридже. Позже он писал:
В те ранние дни мы исследовали все виды энергетических реакторов, сравнивая преимущества и недостатки каждого типа. Количество возможностей было огромным, поскольку существует множество возможностей для каждого компонента реактора — топлива, охладителя, замедлителя. Расщепляющимся материалом может быть 233 U, 235 U или 239 Pu; охладителем может быть: вода, тяжелая вода, газ или жидкий металл; замедлителем может быть: вода, тяжелая вода, бериллий, графит — или, в реакторе на быстрых нейтронах, никакого замедлителя. Я подсчитал, что если подсчитать все комбинации топлива, охладителя и замедлителя, можно было бы выделить около тысячи различных реакторов. Таким образом, в самом начале ядерной энергетики нам пришлось выбирать, какие возможности использовать, а какие игнорировать. [21]
Окончательный успех реактора с водой под давлением, писал он, был обусловлен не столько какими-либо превосходными характеристиками воды, сколько решением снабдить прототип подводного теплового реактора Mark I версией реактора для испытания материалов в Ок-Ридже под давлением. После того, как была создана вода под давлением, другие возможности стали слишком дорогими для реализации, [22] но Вайнберг продолжал интересоваться другими возможностями. По словам Фримена Дайсона , он был единственным пионером в области ядерной энергетики, который поддерживал широкий спектр проектов реакторов. [23]
В 1945 году Вигнер занял должность директора по исследованиям в Лабораториях Клинтона в Оук-Ридже, штат Теннесси , штат которых тогда насчитывал около 800 сотрудников. Он взял с собой своих протеже Гейла Янга , Кэтрин Уэй и Вайнберга. Вайнберг, который первым прибыл в Оук-Ридж в мае 1945 года, [24] стал главой Физического отдела в 1946 году. [25] Но после того, как Комиссия по атомной энергии взяла на себя ответственность за деятельность лаборатории от Манхэттенского проекта в начале 1947 года, Вигнер, чувствуя себя неподходящим для руководящей роли в новой среде, покинул Оук-Ридж в конце лета 1947 года и вернулся в Принстонский университет. [26]
Управление Clinton Laboratories перешло от Monsanto к Чикагскому университету в мае 1947 года, а затем к Union Carbide в декабре 1947 года. [27] Влиятельный Генеральный консультативный комитет Комиссии по атомной энергии под председательством Дж. Роберта Оппенгеймера рекомендовал сосредоточить все работы по реакторам в Аргоннской национальной лаборатории , преемнице Металлургической лаборатории, недалеко от Чикаго. Также существовала конкуренция за персонал и ресурсы со стороны недавно созданной Брукхейвенской национальной лаборатории недалеко от Нью-Йорка. Моральный дух был низким, и никого не удалось найти на должность директора по исследованиям в лаборатории, переименованной в Окриджскую национальную лабораторию (ORNL) в январе 1948 года. По крайней мере шесть человек отказались от работы, прежде чем исполняющий обязанности директора Union Carbide Нельсон (Банни) Ракер попросил Вайнберга стать директором по исследованиям в марте 1948 года. [28] [29]
Вайнберг был впоследствии назначен директором в 1955 году. Он часто сидел в первом ряду на информационных собраниях отделения ORNL и задавал первый, часто очень проницательный, вопрос после каждого научного доклада. Для молодых ученых, делающих свою первую презентацию, этот опыт мог быть пугающим, но он также был захватывающим и стимулирующим. Когда его спросили, как он находил время посещать все собрания, Вайнберг ответил в шутку: « В те дни у нас не было DOE ». [25]
Проект Aircraft Nuclear Propulsion (ANP) был крупнейшей программой ORNL, использовавшей 25% бюджета ORNL. Военной целью проекта ANP было создание самолета с ядерным двигателем (бомбардировщика), чтобы преодолеть ограничения дальности полета реактивных самолетов того времени. То, что у проекта было мало шансов на успех, не осталось незамеченным, но он обеспечил занятость и позволил ORNL остаться в бизнесе по разработке реакторов. ORNL успешно построила и эксплуатировала прототип авиационной реакторной электростанции, создав первый в мире реактор с топливом и охлаждением на расплавленной соли, названный Aircraft Reactor Experiment (ARE) в 1954 году, который установил рекордно высокую температуру работы в 1600 °F (870 °C). Из-за опасности радиации для экипажа самолета и людей на земле в случае крушения, а также из-за новых разработок в области баллистических ракет , дозаправки в воздухе и реактивных бомбардировщиков большей дальности президент Кеннеди отменил программу в июне 1961 года . [30] [31]
Вайнберг переделал испытательный реактор материалов в макет настоящего реактора под названием испытательный реактор низкой интенсивности (LITR) или «куча бедняков». Эксперименты на LITR привели к разработке как реакторов с водой под давлением (PWR), так и реакторов с кипящей водой (BWR), которые с тех пор стали доминирующими типами реакторов на коммерческих атомных электростанциях . [32] Вайнберга привлекла простота и самоконтролируемые особенности ядерных реакторов, использующих жидкое топливо, таких как предложенный Гарольдом Юри и Юджином Вигнером водный гомогенный реактор . Поэтому, чтобы поддержать проект ядерного самолета в конце 1940-х годов, Вайнберг попросил инженеров-реакторов ORNL спроектировать реактор, использующий жидкое топливо вместо твердого. [33]
Этот эксперимент с гомогенным реактором (HRE) был ласково назван «реактором 3P Элвина», потому что для него требовались горшок, труба и насос. HRE был введен в эксплуатацию в 1950 году, и на вечеринку по случаю критичности Вайнберг принес соответствующие спиртные напитки: «Когда в Чикаго сваи становятся критическими, мы празднуем вином. Когда в Теннесси сваи становятся критическими, мы празднуем Jack Daniel's ». [25] HRE проработал 105 дней, прежде чем его закрыли. Несмотря на утечки и коррозию, в ходе его работы была получена ценная информация, и он оказался простым и безопасным в управлении реактором. [34] За время работы HRE сенаторы Джон Ф. Кеннеди и Альберт Гор-старший посетили ORNL и были приняты Вайнбергом. [25]
При Вайнберге ORNL переключила свое внимание на гражданскую версию расплавленно-устойчивого реактора на расплавленных солях (MSR), отойдя от «безумной» [35] идеи военных о ядерных самолетах. Эксперимент с реактором на расплавленных солях (MSRE) установил рекорд по непрерывной работе и стал первым экспериментом, в котором в качестве топлива использовался облученный торий для получения урана-233. Он также использовал плутоний-239 и стандартный, встречающийся в природе уран-235 . MSR был известен как «реактор химиков», поскольку он был предложен в основном химиками (Рэй Брайант и Эд Беттис (инженер) из ORNL и Винс Калкинс из NEPA) [34] и поскольку он использовал химический раствор расплавленных солей , содержащих актиниды (уран, торий и/или плутоний) в несущей соли, чаще всего состоящей из бериллия ( BeF2 ) и лития (LiF) (изотопно обедненной литием-6 для предотвращения чрезмерного захвата нейтронов или производства трития) – FLiBe . [36] MSR также давал возможность изменять химию расплавленной соли во время работы реактора для удаления продуктов деления и добавления нового топлива или замены топлива, все это называется «обработкой в режиме реального времени». [37]
Под руководством Вайнберга на посту директора биологическое отделение ORNL выросло в пять раз по сравнению со следующим по величине отделением. Это отделение было призвано понять, как ионизирующее излучение взаимодействует с живыми существами, и попытаться найти способы помочь им пережить радиационное повреждение, например, пересадку костного мозга . В 1960-х годах Вайнберг также занимался новыми задачами для ORNL, такими как использование ядерной энергии для опреснения морской воды. Он нанял Филипа Хаммонда из Лос-Аламосской национальной лаборатории для продолжения этой миссии и в 1970 году начал первый крупный экологический проект в Соединенных Штатах: Национальный научный фонд – Программа исследований, применяемых к национальным потребностям в области охраны окружающей среды. [38]
.jpg/1280px-Senator_John_F._Kennedy_listens_to_Dr._Alvin_Weinberg_(1959).jpg)
В 1958 году Вайнберг стал соавтором первого учебника по ядерным реакторам, Физическая теория нейтронных цепных реакторов , совместно с Вигнером. В следующем, 1959 году, он был избран президентом Американского ядерного общества , а в 1960 году начал работу в Научном консультативном комитете президента при администрациях Эйзенхауэра и Кеннеди . [39] Начиная с 1945 года с патента № 2,736,696, Вайнберг, обычно с Вигнером, подал многочисленные патенты на технологию легководных реакторов (LWR), которая обеспечила основные ядерные реакторы Соединенных Штатов. Основными типами LWR являются реакторы с водой под давлением (PWR) и реакторы с кипящей водой (BWR), которые используются в военно-морских силовых установках и коммерческой ядерной энергетике. [40] В 1965 году он был назначен вице-президентом ядерного подразделения Union Carbide. [41]
В статье 1971 года Вайнберг впервые использовал термин « фаустовская сделка » для описания ядерной энергии:
Мы, ядерщики, заключили фаустовскую сделку с обществом. С одной стороны, мы предлагаем — в каталитической ядерной горелке (т. е. бридере) — неисчерпаемый источник энергии. Даже в краткосрочной перспективе, когда мы используем обычные реакторы, мы предлагаем энергию, которая дешевле энергии из ископаемого топлива. Более того, этот источник энергии при правильном обращении почти не загрязняет окружающую среду. В то время как горелки на ископаемом топливе выделяют оксиды углерода, азота и серы... нет никакой внутренней причины, по которой ядерные системы должны выделять какие-либо загрязняющие вещества, кроме тепла и следов радиоактивности. Но цена, которую мы требуем от общества за этот волшебный источник, — это и бдительность, и долговечность наших социальных институтов, к которым мы совершенно не привыкли. [42]
Вайнберг был уволен администрацией Никсона из ORNL в 1973 году после 18 лет работы директором лаборатории, потому что он продолжал выступать за повышение ядерной безопасности и реакторы на расплавленных солях (MSR) вместо выбранного администрацией реактора на быстрых нейтронах с жидкими металлами (LMFBR), который был назначен для разработки директором реакторного подразделения КАЭ Милтоном Шоу. Увольнение Вайнберга фактически остановило разработку MSR, поскольку он был практически неизвестен другим ядерным лабораториям и специалистам. [43] Было кратковременное возрождение исследований MSR в ORNL в рамках интересов администрации Картера по нераспространению, кульминацией чего стал ORNL-TM-7207, «Концептуальные проектные характеристики денатурированного реактора на расплавленных солях с однократной подачей топлива», написанный Энгелем и др. , который до сих пор многими считается «эталонной конструкцией» для коммерческих реакторов на расплавленных солях. [44] [45]
Вайнберг был назначен директором Управления энергетических исследований и разработок в Вашингтоне, округ Колумбия, в 1974 году. В следующем году он основал и стал первым директором Института энергетического анализа в Окриджских ассоциированных университетах (ORAU). Этот институт сосредоточился на оценке альтернатив для удовлетворения будущих потребностей в энергии. С 1976 по 1984 год Институт энергетического анализа был центром изучения различных вопросов, связанных с углекислым газом и глобальным потеплением . [46] Он работал в ORAU до выхода на пенсию, чтобы стать почетным членом ORAU в 1985 году. [25]
В 1972 году Вайнберг опубликовал в журнале Minerva знаменательную статью под названием «Наука и транснаука» , в которой он сосредоточился на взаимодействии науки и политических вопросов, особенно решений правительства:
Многие из вопросов, которые возникают в ходе взаимодействия между наукой или технологией и обществом, например, пагубные побочные эффекты технологии или попытки решать социальные проблемы с помощью научных процедур, зависят от ответов на вопросы, которые можно задать науке, но на которые наука не может дать ответ. Я предлагаю термин транснаучный для этих вопросов, поскольку, хотя они, с эпистемологической точки зрения, являются вопросами факта и могут быть сформулированы на языке науки, наука на них не может ответить; они выходят за рамки науки. В той мере, в какой государственная политика включает в себя транснаучные, а не научные вопросы, роль ученого в содействии распространению такой политики должна отличаться от его роли, когда на вопросы можно дать однозначный ответ с помощью науки. [47]
В июне 1977 года Вайнберг дал показания на слушаниях в Конгрессе подкомитета Палаты представителей по окружающей среде и атмосфере относительно влияния увеличения выбросов углекислого газа на глобальные средние температуры. Он заявил, что удвоение глобальных выбросов углекислого газа к 2025 году, которое предсказывали некоторые ученые, приведет к повышению глобальной средней температуры на два градуса по Цельсию. [48]
Вайнберг продолжал вести активную деятельность и на пенсии. В 1992 году он был назначен председателем Международного комитета колокола дружбы, который организовал установку японского колокола в Оук-Ридже. Он также призвал к укреплению Международного агентства по атомной энергии и систем защиты от ядерного оружия . [49] Его первая жена Маргарет умерла в 1969 году. Позже он женился на биржевом брокере Женевьеве ДеПерсио, которая умерла в 2004 году. [8] [10] Его сын Дэвид умер в 2003 году. [11] Вайнберг умер в своем доме в Оук-Ридже 18 октября 2006 года. У него остались другой сын Ричард и сестра Фэй Гоулман. [10]
Фонд Элвина Вайнберга назван в его честь. [50]
