Изобретение ядерного графита стало крупным прорывом в развитии атомной техники. Ядерный графит — чрезвычайно чистый углерод, который используется в качестве замедлителя или отражателя нейтронов в реакторах, а также в топливных элементах для некоторых типов бомб. Изобретение метода производства особо чистого графита помогло проложить путь к дальнейшему развитию атомной энергетики и вооружений на протяжении всей истории.
Разработка
Ядерный графит был впервые разработан во время Второй мировой войны на средства, которые выделил президент Рузвельт на развитие ядерной программы США после письма Эйнштейна-Сциларда с предположением, что в Германии идет разработка атомной бомбы. Стало ясно, что оружие на основе урана может быть использовано для разрушительного воздействия на силы противника.
Энрико Ферми проводил эксперименты по облучению элементов, что в 1939 году приведет к открытию трансурановых элементов. В последствии Ферми и Сцилард начали проводить эксперименты с графитом по облучению в попытках найти материал, который бы замедлял нейтроны, образующиеся в ходе ядерной реакции. Это было нужно, чтобы создать цепную ядерную реакцию, так как образующиеся нейтроны обладали более высокими значениями энергий, а проще вступить в реакцию могли только нейтроны с низкими значениями энергий, что означает, что их нужно замедлить.
Эксперименты не удались и причиной оказалась примесь бора, сечение захвата нейтронов которого достаточно велико. В последующие два года Сцилард и компания National Carbon разрабатывали методику по производству чистого графита, методика в будущем станет стандартом по изготовлению. Этот материал впоследствии был использован при производстве бомб «Толстяк» на основе плутония, развернутых против Японии в августе 1945 года.
В Германии Гейзенберг не смог прийти к выводу, что единственным минусом использования графита в качестве замедлителя нейтронов была примесь бора, а доступным графитом для страны был графит с высоким сечением захвата нейтронов. Выбор пал в пользу тяжелой воды, которая была еще более дорогой и дефицитной. Ее производство было в оккупированной Германией Норвегии, где заводы уничтожались подпольными силами. Вплоть до 1947 года Гейзенберг не знал о приемуществе графита.
С тех пор ядерный графит нашел применение во всем мире в различных отраслях промышленности, начиная от применения в медицине, таких как аппараты для лучевой терапии, до исследовательских установок, таких как ускорители частиц; даже сегодня он остается одним из ключевых компонентов, необходимых для поддержания безопасного уровня эксплуатации современных ядерных реакторов по всему миру.