Хэнфордский комплекс

Цепочка ядерных реакторов Хэнфордского комплекса, расположенных вдоль берега р. Колумбия, в январе 1960 года. На переднем плане — «Реактор N», позади него — два однотипных реактора «KE» и «KW». Исторический «Реактор B», первый в мире реактор для промышленного производства плутония, виден на заднем плане.

Хэнфордский комплекс (англ. Hanford Site) — в настоящее время выведенный из эксплуатации комплекс по производству радиоактивных материалов, расположенный на берегу р. Колумбия в штате Вашингтон, использовавшийся федеральным правительством США. Комплекс был известен под различными названиями, включая «Комплекс W», «Хэнфордский завод», «Хэнфордское строительное управление» и «Хэнфордский проект». Построенный в 1943 году в рамках «Манхеттенского проекта», комплекс стал местом расположения «Реактора B» — первого в мире реактора, предназначенного для промышленного производства плутония. Плутоний, произведенный в «Реакторе B», был использован при создании испытательного устройства, взорванного на полигоне в Аламогордо и атомной бомбы «Толстяк», сброшенной на г. Нагасаки в Японии.

В годы холодной войны комплекс неоднократно расширялся и в итоге включал в себя девять ядерных реакторов и пять линий химической сепарации, которые за 40 лет эксплуатации произвели около 57 тонн плутония^[1] — более двух третей всего плутония, произведенного правительством США. Многие важные открытия в области производства радиоактивных материалов были сделаны именно здесь. Однако меры предосторожности, применявшиеся на ранних этапах производства, а также способы утилизации радиоактивных отходов того времени были недостаточно строгими. Официальные документы, опубликованные правительством США, подтверждают факты сброса значительных количеств радиоактивных материалов в атмосферу и воды р. Колумбия, что повлекло отрицательные последствия для населения и состояния местных экосистем.^[2]

После окончания холодной войны производство плутония на предприятии было свернуто, однако в результате производственного процесса осталось 204 тыс. м³ высокоактивных отходов, которые находятся на территории комплекса.^[3]. Это составляет около двух третей от объема всех радиоактивных отходов на территории США^[4]. В настоящее время Хэнфордский комплекс является крупнейшим в США местом захоронения радиоактивных отходов. Хотя основная деятельность на территории комплекса касается захоронения отходов, тут же расположена Колумбийская АЭС, принадлежащая компании «Energy Northwest», и ряд научно-исследовательских организаций, таких как Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория и обсерватория LIGO.

География

В настоящее время Хэнфордский комплекс занимает участок площадью в 1518 км² в округе Бентон, штат Вашингтон. Вся эта территория необитаема и закрыта для свободного доступа. Местность на территории комплекса — полупустынная, преобладает ксерофитная растительность. Река Колумбия протекает вдоль северной и восточной границ участка на протяжении 80 км. Первоначально территория комплекса составляла 1740 км² и включала в себя буферные зоны на противоположном берегу реки, в округах Грант и Франклин. Часть этих земель возвращена в частную собственность и занята садами и сельскохозяйственными угодьями. В 2000 г. значительная часть территории была передана национальному мемориалу «Hanford Reach». Комплекс был разделен на три основные зоны. Ядерные реакторы располагались вдоль реки, в так называемой «Зоне 100»; предприятия химической сепарации — на центральном плато, в «Зоне 200»; различные вспомогательные предприятия — в юго-восточной части комплекса, «Зоне 300».

На юго-востоке Хэнфордский комплекс граничит с агломерацией Трай-Ситиз (города Ричленд, Кенневик и Песко), население которой составляет около 200 тыс. человек. Хэнфордский комплекс является основной экономической базой агломерации.

История

На протяжении столетий место слияния рек Якима, Снейк и Колумбия было местом встречи для местных племен. Судя по археологическим данным, люди жили на этих землях уже 10 тыс. лет назад. Племена сахаптинов использовали территории вдоль рек Снейк и Колумбия для охоты, рыбной ловли и собирательства. Археологи обнаружили на территории Хэнфордского комплекса многочисленные поселения, лагери, места забоя животных и рыбной ловли, ритуальные сооружения, два из которых в 1976 г. были внесены в Национальный реестр исторических мест США. Белые люди начали заселять эти земли с 1860-х годов, сначала вдоль р. Колумбия ниже порогов Прист-Рэпидс. Ими были основаны города Хэнфорд, Уайт Блаффс и Ричленд. Из-за значительного перепада высот и водостока реки Колумбия и Снейк стали идеальным местом для строительства гидроэлектростанций. Первая гидроэлектростанция была построена на р. Снейк в 1901 году. К 1940 году на реках Снейк и Колумбия было построено шесть электростанций, что во многом предопределило дальнейшую судьбу окрестных земель.

Манхеттенский проект

Основная статья: Манхеттенский проект

В ходе Второй мировой войны комитет «S-1» федерального управления по научным исследованиям и разработкам правительства США активно поддерживал исследования в области радиоактивности плутония. Грант на проведение исследований был предоставлен металлургической лаборатории Чикагского университета. В то время плутоний был чрезвычайно редким элементом, лишь недавно полученным в микроскопических количествах в лаборатории Калифорнийского университета. Ученые металлургической лаборатории Чикагского университета разрабатывали методы преобразования урана в плутоний в результате ядерных реакций и способы выделения плутония из продуктов ядерных реакций. Работы были ускорены в 1942 году, из-за растущей обеспокоенности правительства США прогрессом германских ядерных исследований.

Выбор участка

В сентябре 1942 года Инженерный корпус армии США поставил во главе недавно созданного Манхеттенского инженерного округа генерала Лесли Гровса. Перед генералом была поставлена задача: в сжатые сроки организовать промышленное производство урана и плутония. Главным подрядчиком по строительству комплекса по производству плутония стала компания «DuPont». Специалисты «DuPont» настоятельно порекомендовали разместить комплекс на значительном расстоянии от существующего комплекса по производству урана в Оук-Ридже, штат Теннесси. Они сформулировали следующие требования к участку:

• Большой и удаленный участок земли;
• Возможность создания «зоны опасного производства» не менее 19×26 км;
• Пространство для лабораторного комплекса на удалении не менее 13 км от ближайшего реактора или сепарационного завода;
• Отсутствие населенных пунктов с населением более 1000 человек в радиусе 30 км от комплекса;
• Отсутствие железных дорог, автомагистралей или населенных пунктов в радиусе 15 км от «зоны опасного производства»;
• Практически неограниченный источник чистой воды;
• Мощный источник электроэнергии;
• Участок, пригодный для строительства особо крупных сооружений.

В декабре 1942 года генерал Гровс направил своего помощника полковника Франклина Маттиаса и инженеров «DuPont» для осмотра потенциальных строительных участков. Маттиас доложил, что Хэнфордский участок «идеален практически во всех отношениях», кроме существования на его территории городов Хэнфорд и Уайт Блаффс. Гровс лично осмотрел участок в январе 1943 года и приказал начинать работы. Участок получил название «Комплекс W». Федеральное правительство США немедленно экспроприировало участок и отселило все местное население, включая индейское племя Ванапум.

Начало строительства

Строительство «Реактора B» (1944 г.)

«Хэнфордское строительное управление» приступило к строительству в марте 1943 года и в кратчайшие сроки строительство приобрело невиданный размах. 50 тыс. строителей жили в рабочем поселке недалеко от места, где ранее находился г. Хэнфорд, администрация и инженеры — в специальном городке на территории г. Ричленд. Строительство комплекса быстро продвигалось. До конца войны «Хэнфордское строительное управление» построило 554 здания на территории комплекса, включая 3 ядерных реактора («105-B», «105-D», и «105-F») и 3 линии переработки плутония («221-T», «221-B», и «221-U»), каждая длиной в 250 м.

Для хранения радиоактивных отходов процесса химической сепарации плутония были построены «резервуарные поля», состоящие из 64 резервуаров каждое («241-B», «241-C», «241-T», и «241-U»). Потребовалось проложить 621 км автомобильных и 254 км железной дороги, построить 4 электрические подстанции. При строительстве было использовано 600 тыс. м³ бетона и 36 тыс. т конструкционной стали. Строительные работы в период с 1943 по 1946 год обошлись в 230 млн долларов США^[5].

Производство плутония

Основная статья: Реактор B

«Реактор B» (объект «105-B») стал первым полномасштабным реактором для промышленного производства плутония. Он был спроектирован и построен компанией «DuPont», основываясь на экспериментальном реакторе CP-1, созданном Энрико Ферми, и реакторе X-10, построенном ранее в г. Оук-Ридж, штат Теннесси. В реакторе применялись графитовые замедлители и водяное охлаждение. Реактор представлял собой 1100-тонный графитовый цилиндр размером 8,5×11 м, лежащий на боку. Через весь цилиндр проходили 2004 алюминиевые трубы. Урановые элементы, цилиндры диаметром около 2,5 см, заключенные в алюминиевую оболочку, помещались в трубах. Всего реактор содержал 180 т урана-238. По трубам, охлаждая урановые элементы, подавалась вода со скоростью 130 л/с. Первоначальная мощность реактора составляла 250 МВт.

Реактор B

Строительство «Реактора B» было начато в августе 1943 г. и закончено 13 сентября 1944 г. Реактор достиг критического состояния в конце сентября 1944 г. и, после преодоления «нейтронного отравления», произвел первую партию плутония 6 ноября 1944 г. Получение плутония в реакторе начиналось с поглощения атомом урана-238 нейтрона и превращения его в атом урана-239. Атом урана-239 быстро подвергался бета-распаду и превращался в атом нептуния-239. Атом нептуния-239 также быстро подвергался еще одному бета-распаду и превращался в плутоний-239 — конечный продукт реакции. Облученные урановые элементы, содержащие небольшое количество плутония, доставлялись к трем дистанционно управляемым линиям химической сепарации (прозванным «каньонами»), находящимся на расстоянии 16 км от реактора, где, в результате целого ряда химических процессов, плутоний отделялся от урана и продуктов деления. Первая партия плутония была получена на линии «221-T» 2 февраля 1945 г. и доставлена в Лос-Аламосскую лабораторию 5 февраля 1945 г.

Еще два реактора — «Реактор D» и «Реактор F» — были запущены в декабре 1944 г. и феврале 1945 г. соответственно. К апрелю 1945 г. плутоний поставлялся в Лос-Аламос каждые пять дней, и вскоре было получено достаточное количество плутония для производства экспериментальной установки «Тринити», испытанной на полигоне в Аламогордо, и бомбы «Толстяк». До бомбардировки Хиросимы и Нагасаки само существование «Манхеттенского проекта» было строго засекречено и менее 1 % сотрудников Хэнфордского комплекса знали о конечной цели своей работы. Как позже написал в своих мемуарах генерал Гровс: «Мы просто убедились, что каждый участник проекта четко понимает свою задачу, не более того».

Технологические инновации

За не слишком продолжительное время существования «Манхеттенского проекта» инженеры Хэнфордского комплекса достигли значительных успехов в производстве плутония. На самом деле, поскольку «Реактор B» был первым в своем роде, многие инженерные решения, принятые его создателями, стали новаторскими.

Одной из сложнейших задач, вставших перед инженерами, стало обслуживание линий сепарации. Как только линия перерабатывала первую партию плутония, само оборудование линии становилось настолько радиоактивным, что людям было небезопасно даже приближаться к нему. Требовалось разработать способы дистанционно управляемой замены любой детали оборудования. Инженеры «DuPont» решили проблему путем модульной организации агрегатов линий сепарации. Любой модуль мог быть извлечен и заменен оператором крана, находящимся в защищенной от воздействия радиации кабине. Это решение потребовало внедрения новейших в то время технических решений: тефлона, использовавшегося как уплотнительный материал, и систем видеонаблюдения, позволявших операторам обслуживающих кранов контролировать все производимые операции с безопасного расстояния.

Холодная война

Расширение комплекса

В сентябре 1946 г. комплекс был выведен из подчинения Министерству обороны США и передан компании «General Electric», которая управляла им под надзором недавно созданной Комиссии по атомной энергии. После окончания Второй мировой войны, США столкнулись с новым противником — 29 августа 1949 г. Советский Союз провел испытания собственной атомной бомбы. Началась холодная война. Предвидя такое развитие событий, в августе 1947 г. было принято решение о строительстве в Хэнфорде еще двух реакторов и продолжении работ по усовершенствованию процессов химической сепарации плутония. Хэнфордский комплекс вступил в новую фазу развития.

К 1963 году на территории комплекса было 9 реакторов, расположенных вдоль р. Колумбия, 5 линий сепарации плутония на центральном плато и более 900 вспомогательных предприятий и исследовательских лабораторий по всей территории комплекса. Три реактора, построенные в рамках «Манхеттенского проекта», также подверглись значительной модернизации. Кроме того, были построены еще 177 резервуаров для хранения радиоактивных отходов. Пик производства пришелся на период с 1956 по 1965 год. Всего за 40 лет эксплуатации комплекс произвел 64 тонны плутония, обеспечив им большую часть из 60 тыс. единиц атомного арсенала США.

Свертывание работ

Вывод из эксплуатации «Реактора D»

Большая часть реакторов была выведена из эксплуатации в период с 1965 по 1971 год, со средним сроком службы реактора 22 года. Последний реактор, «Реактор N», продолжал работать и как электростанция общественной сети электроснабжения штата Вашингтон, и как предприятие по производству плутония. Он продолжал работать до 1987 г. С тех пор большая часть реакторов была захоронена. Исторический «Реактор B» не был захоронен и остался доступен для публики. Он был внесен в Национальный реестр исторических мест США в 1992 г. и объявлен национальным историческим памятником США в августе 2008 г.

Реактор	Дата запуска	Дата остановки	Начальная мощность, (МВт)	Максимальная мощность, (МВт)
Реактор B	сентябрь 1944 г.	февраль 1968 г.	250	2210
Реактор D	декабрь 1944 г.	июнь 1967 г.	250	2165
Реактор F	февраль 1945 г.	июнь 1965 г.	250	2040
Реактор H	октябрь 1949 г.	апрель 1965 г.	400	2140
Реактор DR	октябрь 1950 г.	декабрь 1964 г.	250	2015
Реактор C	ноябрь 1952 г.	апрель 1969 г.	650	2500
Реактор KW	январь 1955 г.	февраль 1970 г.	1800	4400
Реактор KE	апрель 1955 г.	январь 1971 г.	1800	4400
Реактор N	декабрь 1963 г.	январь 1987 г.	4000	4000

Наше время

Дорожный знак на въезде в Хэнфордский комплекс (январь 2005 г.)

Министерство энергетики США получило контроль над комплексом в 1977 году. Несмотря на то, что производство плутония постепенно прекращалось, прошлое оставило неизгладимый след на городах Трай-Ситиз. Из небольших фермерских поселков они превратились в передний край ядерной физики, оплот атомной промышленности США. Десятки лет правительственных инвестиций создали в городах сообщество высококлассных ученых и инженеров. Вследствие такой специализации Хэнфордскому комплексу удалось перепрофилироваться на производство электроэнергии и научно-исследовательскую деятельность.

Некоторые из предприятий, расположенных на территории Хэнфордского комплекса:

• Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, одна из лабораторий Министерства энергетики США.
• Исследовательский реактор на быстрых нейтронах, национальный исследовательский комплекс, работавший с 1980 по 1992 год. По состоянию на 2007 г., законсервирован.
• Обсерватория LIGO, интерферометр для исследования гравитационных волн.
• Колумбийская АЭС, принадлежащая компании «Energy Northwest».

См. также

• ПО «Маяк» — аналогичное советское (российское) предприятие.
• Горно-химический комбинат (Железногорск) — аналогичное советское (российское) предприятие.

Примечания

1. ↑ Hanford Site: Hanford Overview. Министерство энергетики США.(недоступная ссылка — история) Проверено 5 января 2009.
2. ↑ An Overview of Hanford and Radiation Health Effects. Департамент здравоохранения штата Вашингтон.(недоступная ссылка — история) Проверено 5 января 2009.
3. ↑ Hanford Quick Facts. Департамент экологии штата Вашингтон. Архивировано из первоисточника 23 марта 2012. Проверено 5 января 2009.
4. ↑ Harden, Blaine, Dan Morgan. Debate Intensifies on Nuclear Waste, Washington Post (2 июня 2007 г.), стр. A02. Проверено 5 января 2009.
5. ↑ Gerber Michele On the Home Front: The Cold War Legacy of the Hanford Nuclear Site. — 2nd Ed.. — Lincoln, NE: University of Nebraska Press, 2002. — P. 35–36. — ISBN 0803271018

Координаты: 46°30′ с. ш. 119°30′ з. д. / 46.5° с. ш. 119.5° з. д. ^(G) (O)46.5, -119.5