de första atomhögarna

strax efter upptäckten av kärnklyvning tillkännagavs 1939 nämnde tidningsartiklar som rapporterade upptäckten möjligheten att en fissionskedjereaktion skulle kunna utnyttjas som en kraftkälla. Andra världskriget började dock i Europa i September samma år, och fysiker i fissionsforskning vände sina tankar till att använda kedjereaktionen i en atombomb. I USA, Pres. Franklin D. Roosevelt övertalades av ett brev från Albert Einstein för att initiera ett hemligt projekt som ägnas åt detta syfte. Manhattan-projektet omfattade arbete med uranberikning för att anskaffa uran-235 i höga koncentrationer och även forskning om reaktorutveckling. Målet var dubbelt: att lära sig mer om kedjereaktionen för bombdesign och att utveckla en metod för att producera ett nytt element, plutonium, som förväntades vara klyvbart och kunde isoleras från uran kemiskt.

Reaktorutveckling placerades under överinseende av den ledande experimentella kärnfysikern i eran, Enrico Fermi. Fermis projekt började vid Columbia University och demonstrerades först vid University of Chicago, centrerat på utformningen av en grafitmoderad reaktor. Den 2 December 1942 rapporterade Fermi att ha producerat den första självbärande kedjereaktionen. Hans reaktor, senare kallad Chicago Pile No. 1 (CP-1), var gjord av ren grafit där uranmetallsniglar laddades mot mitten med uranoxidklumpar runt kanterna. Denna enhet hade inget kylsystem, eftersom det förväntades drivas för rent experimentella ändamål med mycket låg effekt (ungefär 10 kilowatt termisk energi). CP – 1 demonterades därefter och rekonstruerades på en ny laboratorieplats i förorterna till Chicago, det ursprungliga huvudkontoret för det som nu är Argonne National Laboratory. Enheten såg fortsatt service som en forskningsreaktor tills den slutligen avvecklades 1953. (Se tabellen över anmärkningsvärda tidiga kärnreaktorer.)

på klackarna av det framgångsrika CP-1-experimentet utarbetades planer snabbt för byggandet av de första produktionsreaktorerna (för att producera plutonium som ska användas i atombomben). Dessa var de tidiga Hanford, Washington, reaktorer, som var grafitmoderade, naturliga uranbrända, vattenkylda anordningar. Som ett reservprojekt byggdes en produktionsreaktor av luftkyld design vid Oak Ridge, Tennessee. När Hanford-anläggningarna visade sig vara framgångsrika slutfördes denna reaktor för att fungera som x-10-reaktorn vid det som nu är Oak Ridge National Laboratory. Den första forskningsreaktorn för berikat bränsle slutfördes i Los Alamos, New Mexico, 1944 när anrikat uran-235 blev tillgängligt för forskningsändamål. Alla dessa ansträngningar kulminerade i Trinity, det första testet av en atomexplosiv enhet, som ägde rum den 16 juli 1945 i Alamogordo, New Mexico.

redan före kriget hade det erkänts att tungt vatten var en utmärkt neutronmoderator och lätt kunde användas i en reaktordesign. Under Manhattan-projektet tilldelades denna möjliga designfunktion ett kanadensiskt forskargrupp, eftersom produktionsanläggningar för tungvatten redan fanns i Kanada. I slutet av 1945, strax efter krigets slut, lyckades det kanadensiska projektet bygga en tungvattenmodererad, naturlig uranbränd forskningsreaktor, den så kallade ZEEP (Zero-Energy Experimental Pile), vid Chalk River, Ontario.

På grund av brist på information om uran-235 separationstekniker var de första brittiska ansträngningarna, som ägde rum efter kriget, inriktade på användningen av naturligt uran som bränsle. 1947 GLEEP (Graphite Low Energy Experimental Pile), en luftkyld reaktor med en grafitmoderator och uranmetallbränsle klädd i aluminium, konstruerades och blev kritisk vid Harwell, Berkshire, England och genererade 100 kilowatt termisk energi. Året därpå byggdes en fransk reaktor med liknande kraft, känd som EL-1 (för ”tungt vatten 1”) eller zo Kubi (för ”nollkraft, uranoxid, tungt vatten”), vid Ch Jacobtillon, nära Paris. Den franska reaktorn använde också icke-berikat uran i sitt bränsle.1943 inledde Sovjetunionen ett formellt forskningsprogram för att skapa en kontrollerad fissionsreaktion, utforska isotopseparation och undersöka atombombdesign. Efter kriget började programmet göra betydande framsteg mot utformningen av ett fissionsvapen; i tandem konstruerades reaktorer för att producera plutonium av vapenkvalitet. Den första sovjetiska kedjereaktionen ägde rum i Moskva i slutet av 1946, med hjälp av en experimentell grafitmoderad naturlig uranhög känd som F-1. Den första plutoniumproduktionsreaktorn togs i drift vid Chelyabinsk-40-komplexet i Uralbergen i Ryssland 1948.