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物理学家与化学工程师之间的冲突
得知杜邦公司的工程师对他的反应堆设计方案进行了大量修改后,魏格纳(Eugene Wigner)怒不可遏,双方由来已久的矛盾终于爆发了。
(来源:微信公众号“核史钩沉” 作者:另类核史)
Eugene Wigner
1942年秋天,美国为研制原子弹秘密启动曼哈顿工程后,项目负责人格罗夫斯(Leslie Groves)将军便找上了化学工业领头羊杜邦公司,鼓动其积极参与到核武器材料的生产中来。成立于1802年的杜邦公司,以生产黑火药起家,在第一次世界大战中因出售大量军需品而迅速扩张为跨国工业巨头。经过一番考察与调研后,杜邦公司与联邦政府签订了一揽子服务协议,只象征性地收取一美元的费用,希望借此机会扭转在业界和民众中留下的唯利是图的坏名声,并树立爱国、奉献的良心企业形象。
12月2日,世界上第一座反应堆CP-1在芝加哥大学成功临界后,建造用于生产原子弹核材料的反应堆便迅速提上了议事日程,杜邦公司承担了将科学家的理论设想变成现实可行的实践的重任。
首先,他们在橡树岭基地承建了X-10反应堆。这座石墨慢化、空气冷却的原型反应堆,由费米在芝加哥大学冶金实验室的同事魏格纳操刀设计,用以生产少量的钚,为后续建造大型生产堆和化学后处理工厂积累经验。
由于反应堆功率很小(初始功率500kW),而且项目由芝加哥大学冶金实验室的科学家主导并负责运行,杜邦公司只是承建方,虽然在建造过程中出现一些分歧和小摩擦,大家基本上还是相安无事。
随后,基于CP-1和X-10反应堆的设计和实验经验,魏格纳带着项目组的同事在几个月内设计了第一座大型生产性反应堆,也就是汉福特基地的B反应堆。面对这样一座大型的工业设施,格罗夫斯决定交由杜邦公司负责建造和运行,冶金实验室的科学家负责反应堆初步设计。
在魏格纳及其同事看来,将他们设计的石墨慢化、水冷却反应堆变成一座实际运行的工厂,并不是一件难事,工程师们只需要按照设计报告中的图纸照葫芦画瓢建造就行了,根本不用进行详细的工程设计。然而,在杜邦工程师的眼里,建造和运行一座大型反应堆是一项异常艰巨的工程任务,一百多年前在研制火药过程中付出了大量血的代价与教训,逐渐培育了谨慎、保守的企业安全文化。
在进行施工图设计过程中,由于对神秘的核技术缺乏充分的了解,杜邦公司的工程师出于安全上的考虑,针对魏格纳的初步设计做了不少的调整与修改。比如,基于之前在建造、运营化工厂中采用的通用设计方法,工程师们把反应堆分隔成一个个相对独立的子系统分别建造,从而实现各系统之间的隔离,防止局部发生的事件波及整个厂房;在危险的放射性物质与工作人员及外部环境之间,设置多道实体的隔离屏障,防止人员受到意外辐射照射;在重要系统或设备的设计、建造和安装过程中,他们还有意识地留有安全裕量,把燃料孔道数由魏格纳设计的1500个调整为2004个,热功率降低一半至250MW,在反应堆的背面设置了一个大水池来收集废铀棒等等。
由于设计上的调整与修改,工程拖到1943年10月才开工,这让魏格纳非常生气。他对自己的设计非常自信,坚持认为反应堆的物理计算已相当准确,无需在建造中再考虑其他影响安全的不利因素,杜邦公司的做法严重影响了工程的进度,担心德国可能赶在美国之前造出原子弹来。
建造中的汉福特B反应堆
不过,在这一次的争执与分歧过程中,杜邦公司没有妥协与让步,因为他们不只是建造反应堆,还负责在将来运营反应堆,工程师们坚持必须考虑必要的不确定性而在设计中留有裕度。魏格纳找到格罗夫斯抗议一番无果后,也只得作罢。
一年以后,B反应堆建造完成。结果,在达到临界几小时后,反应堆便自行停堆了。正是由于杜邦工程师当初“多余”的燃料孔道设计,克服了氙-135的“中毒”效应,反应堆才得以继续运行并生产出核武器材料(参见《群星辉耀曼哈顿》)。这个事件给魏格纳等一帮核物理学家上了一课,再也不好意思嘲笑那帮工程师无知、胆小了。
更让他们想不到的是,杜邦公司在汉福特B反应堆上的做法,在后来的工程实践中被广泛借鉴,逐渐演变成了核安全的基石。
这块基石,便是今天大家耳熟能详的纵深防御策略。
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