والتر زين

والتر زين
وُلِدّ	( 1906-12-10 )10 ديسمبر 1906 برلين، أونتاريو
مات	14 فبراير 2000 (2000-02-14)(93 سنة) ميناء السلامة، فلوريدا
المواطنة	كندي أمريكي
المدرسة الأم	جامعة كوينز (بكالوريوس الآداب 1927، ماجستير الآداب 1930) جامعة كولومبيا ( دكتوراه ) (1934)
الجوائز	جائزة الذرة من أجل السلام (1960) جائزة إنريكو فيرمي (1969) ميدالية إليوت كريسون (1970)
المسيرة العلمية
الحقول	الفيزياء النووية
المؤسسات	مشروع مانهاتن للمختبر المعدني لجامعة شيكاغو
أُطرُوحَة	دراسة ثنائية البلورات لبنية وعرض حدود امتصاص الأشعة السينية K  (1934)

والتر هنري زين (10 ديسمبر 1906 - 14 فبراير 2000) كان فيزيائيًا نوويًا أمريكيًا من أصل كندي وكان أول مدير لمختبر أرجون الوطني من عام 1946 إلى عام 1956. عمل في مختبر مشروع مانهاتن للمعادن خلال الحرب العالمية الثانية ، وأشرف على بناء مفاعل شيكاغو بايل 1 ، أول مفاعل نووي في العالم ، والذي دخل مرحلة التشغيل الحرج في 2 ديسمبر 1942، في جامعة شيكاغو . في أرجون، صمم وبنى العديد من المفاعلات الجديدة، بما في ذلك مفاعل المولد التجريبي الأول ، أول مفاعل نووي ينتج الطاقة الكهربائية، والذي دخل مرحلة التشغيل في 20 ديسمبر 1951.

وُلِد والتر هنري زين في برلين (كيتشنر حاليًا)، أونتاريو ، في 10 ديسمبر 1906، وهو ابن جون زين، الذي عمل في مصنع إطارات، وماريا آنا ستوسكوبف. كان لديه شقيق أكبر، ألبرت، الذي أصبح أيضًا عاملًا في المصنع. ^[1]

التحق زين بجامعة كوينز ، حيث حصل على درجة البكالوريوس في الرياضيات عام 1927 ودرجة الماجستير في الآداب عام 1930. ثم التحق بجامعة كولومبيا عام 1930، حيث درس الفيزياء، ^[1] وكتب أطروحته للدكتوراه حول "دراسة ثنائية البلورات لبنية وعرض حدود امتصاص الأشعة السينية K". ^[2] نُشر هذا لاحقًا في مجلة Physical Review . ^{[2] [3]}

لدعم نفسه، قام زين بالتدريس في جامعة كوينز من عام 1927 إلى عام 1928، وفي جامعة كولومبيا من عام 1931 إلى عام 1932. أصبح مدرسًا في كلية مدينة نيويورك عام 1932. أثناء وجوده في كوينز، التقى بجيني أ. (جين) سميث، وهي زميلة له في الدراسة. تزوجا عام 1933 وأنجبا ولدين، جون إريك وروبرت جيمس. في عام 1938، أصبح زين مواطنًا أمريكيًا متجنسًا . ^[1]

في عام 1939، كانت مختبرات بوبين للفيزياء في كولومبيا حيث عمل زين مركزًا لأبحاث مكثفة حول خصائص اليورانيوم والانشطار النووي ، والتي تم اكتشافها مؤخرًا من قبل ليز مايتنر وأوتو هان وفريتز ستراسمان . في كولومبيا، قام زين وإنريكو فيرمي وهربرت إل أندرسون وجون آر دونينج وليو سزيلارد بالتحقيق فيما إذا كان اليورانيوم 238 ينشطر بالنيوترونات البطيئة، كما يعتقد فيرمي، أو فقط نظير اليورانيوم 235 ، كما زعم نيلز بور . نظرًا لعدم توفر اليورانيوم 235 النقي، اختار فيرمي وسزيلارد العمل باليورانيوم الطبيعي. كانا مهتمين بشكل خاص بما إذا كان من الممكن بدء تفاعل نووي متسلسل . سيتطلب هذا انبعاث أكثر من نيوترون واحد لكل انشطار في المتوسط ​​من أجل الحفاظ على استمرار التفاعل المتسلسل. بحلول مارس 1939، أثبتوا أن ما يقرب من اثنين من النيوترونات يتم إطلاقها في المتوسط ​​لكل انشطار. إن التأخير بين امتصاص الذرة للنيوترون وحدوث الانشطار سيكون المفتاح للسيطرة على التفاعل المتسلسل. ^[4]

في هذه المرحلة بدأ زين العمل مع فيرمي، حيث قام ببناء شبكات اليورانيوم التجريبية . ^[1] يتطلب إبطاء النيوترونات وجود مُهدئ نيوتروني . كان الماء هو الخيار الأول لفيرمي، لكنه كان يميل إلى امتصاص النيوترونات بالإضافة إلى إبطائها. في يوليو، اقترح سيلارد استخدام الكربون ، في شكل جرافيت . ^[4] تم حساب نصف القطر الحرج للمفاعل الكروي ليكون: ^[5]

${\displaystyle R_{crit}=-{\frac {\pi M}{\sqrt {k-1}}}}$

ولكي يحدث تفاعل نووي متسلسل قادر على الاستمرار ، فقد احتاجوا إلى قيمة k > 1. ولتكوين مفاعل عملي، كان لابد أن تكون القيمة أعلى بنسبة 3 أو 4 في المائة على الأقل؛ ^[5] ولكن في أغسطس 1941 أشارت تجارب زين الأولية إلى قيمة مخيبة للآمال بلغت 0.87. وعلق فيرمي آماله في الحصول على نتيجة أفضل على تكوين محسن، ويورانيوم وجرافيت أنقى. ^[1]

في أوائل عام 1942، ومع انخراط الولايات المتحدة في الحرب العالمية الثانية ، ركز آرثر كومبتون فرق مشروع مانهاتن المختلفة العاملة على البلوتونيوم في المختبر المعدني بجامعة شيكاغو . ^[6] استخدم زين الرياضيين لبناء تكوينات فيرمي التجريبية الضخمة بشكل متزايد تحت مدرجات ملعب ستاج المهجور . ^[1] في يوليو 1942، قام فيرمي بقياس ak = 1.007 من شبكة أكسيد اليورانيوم . أثار هذا الآمال في أن اليورانيوم النقي سيعطي قيمة مناسبة لـ k. ^[7]

بحلول ديسمبر 1942، كان زين وأندرسون قد أعدوا التكوين الجديد في ستاج فيلد. يبلغ طوله حوالي 24 قدمًا (7.3 مترًا) وعرضه 24 قدمًا (7.3 مترًا) وارتفاعه 19 قدمًا (5.8 مترًا)، ويحتوي على 385.5 طنًا طويلًا (391.7 طنًا) من الجرافيت و46.5 طنًا طويلًا (47.2 طنًا) من معدن اليورانيوم وأكسيد اليورانيوم. ^[8] عندما أجريت التجربة بعد ظهر يوم 2 ديسمبر 1942، وصل المفاعل، المعروف باسم Chicago Pile-1 ، إلى الحالة الحرجة دون وقوع حوادث. ^[1] نظرًا لعدم وجود درع إشعاعي للمفاعل ، فقد تم تشغيله بقوة قصوى تبلغ 200 وات فقط، وهو ما يكفي لتشغيل مصباح كهربائي، واستمر لمدة ثلاثة أشهر فقط. تم إغلاقه في 28 فبراير 1943، لأن جيش الولايات المتحدة لم يرغب في المخاطرة بوقوع حادث بالقرب من وسط مدينة شيكاغو المكتظة بالسكان. ^[8]

استأجر الجيش 1000 فدان (400 هكتار) من محميات غابات مقاطعة كوك المعروفة باسم " الموقع أ " لمشروع مانهاتن، و"النادي الريفي" لنحو مائة عالم وحارس وغيرهم ممن عملوا هناك. تم تكليف زين بإدارة الموقع أ تحت قيادة فيرمي. تم تفكيك وإعادة بناء Chicago Pile-1، هذه المرة بدرع إشعاعي، في الموقع أ. عاد المفاعل، المعروف الآن باسم Chicago Pile-2، إلى العمل مرة أخرى في 20 مارس 1943. في غضون بضعة أشهر، بدأ فيرمي في تصميم مفاعل جديد، أصبح يُعرف باسم Chicago Pile-3 . كان هذا نوعًا مختلفًا تمامًا من المفاعلات. كان أصغر بكثير، حيث يبلغ قطره 6 أقدام (1.8 متر) فقط وارتفاعه 9 أقدام (2.7 متر). كانت تعمل بواسطة 120 قضيبًا معدنيًا من اليورانيوم، وتم تعديلها بواسطة 1200 جالون أمريكي (4500 لتر؛ 1000 جالون إمبراطوري) من الماء الثقيل . ^[8] مرة أخرى، تولى زين مسؤولية البناء، الذي بدأ في يوم رأس السنة الجديدة عام 1944. وصل مفاعل شيكاغو بايل 3 إلى مرحلة حرجة في 15 مايو 1944، وبدأ التشغيل في 23 يونيو بكامل قوته البالغة 300 كيلو وات. ^{[9] [10]} عندما غادر فيرمي إلى موقع هانفورد ، أصبح زين السلطة الوحيدة في الموقع أ. ^[8]

في 29 سبتمبر 1944، تلقى زين مكالمة عاجلة من صامويل أليسون ، مدير المختبر المعدني. كان المفاعل B في هانفورد قد أغلق بعد فترة وجيزة من وصوله إلى الطاقة الكاملة، فقط ليعود إلى الحياة مرة أخرى بعد بضع ساعات. اشتبه نورمان هيلبيري في أن السم النيوتروني كان مسؤولاً. إذا كان الأمر كذلك، فقد كان له نصف عمر حوالي 9.7 ساعة. كان لزينون 135 نصف عمر قريب من ذلك، ولكن لم يتم اكتشافه في أرجون أو بواسطة مفاعل الجرافيت X-10 في أوك ريدج، تينيسي . قام زين بسرعة برفع شيكاغو بايل 3 إلى الطاقة الكاملة، وفي غضون اثنتي عشرة ساعة، أجرى سلسلة من القياسات التي أكدت نتائج هانفورد. ^[10]

على مدار الأشهر التالية، تم نقل حوالي 175 موظفًا فنيًا من المختبر المعدني إلى هانفورد ولوس ألاموس . تم تقليص مختبر زين في أرجون إلى طاقم هيكلي، لكن كومبتون لم يوافق على إغلاقه. ^[11]

في الحادي عشر من يوليو عام 1946، أصبح مختبر أرجون رسميًا مختبر أرجون الوطني ، وكان زين أول مدير له. ^{[8] وصف} ألفين وينبرج زين بأنه "نموذج لما يجب أن يكون عليه مدير المختبرات الوطنية الناشئة آنذاك: حساس لتطلعات كل من المقاول ومقدم التمويل، ولكنه واثق بما يكفي للنجاح عندما كان ذلك ضروريًا". ^[1]

كانت إحدى المشاكل الأولى التي واجهت زين هي مشكلة الإقامة. فقد وعدت الحكومة الفيدرالية بإعادة الموقع أ إلى محميات غابات مقاطعة كوك بعد الحرب، وعلى الرغم من تدخل وزير الحرب روبرت ب. باترسون ، فإن أقصى ما وافقت عليه لجنة محميات غابات مقاطعة كوك هو أن يستمر مختبر أرجون الوطني في احتلال جزء من عقد الإيجار حتى يتم العثور على موقع جديد. رفض زين المواقع البديلة خارج منطقة شيكاغو، ووجد الجيش موقعًا جديدًا للمقر الدائم للمختبر على بعد حوالي 5 أميال (8.0 كم) في مقاطعة دوبيج، إلينوي ، ^[12] والتي أصبحت تُعرف باسم الموقع د. ^[8]

في عهد زين، تبنى مختبر أرجون الوطني ممارسات توظيف أكثر تقدمية إلى حد ما من المؤسسات المعاصرة الأخرى. تم توظيف ثلاث نساء أمريكيات من أصل أفريقي وسبعة رجال، عمل ستة منهم في مشروع مانهاتن، في الأبحاث في أرجون في وقت لم يكن فيه مختبر لوس ألاموس الوطني يضم علماء أمريكيين من أصل أفريقي. كما عينت أرجون نساء في مناصب السلطة، مع ماريا جوبيرت ماير كقائدة قسم في قسم الفيزياء النظرية، وهويلاند يونج كمديرة لقسم المعلومات الفنية. ^[13]

حلت لجنة الطاقة الذرية محل مشروع مانهاتن في الأول من يناير عام 1947، ^[14] وفي الأول من يناير عام 1948 أعلنت أن مختبر أرجون الوطني سوف "يركز بشكل أساسي على مشاكل تطوير المفاعلات". ^[15] لم يسع زين إلى تحمل المسؤولية الإضافية، التي أدرك أنها ستحول المختبر بعيدًا عن البحث، وتحوله عن مسؤوليات أخرى، مثل تصميم مفاعل مولد سريع . حتى أنه حصل على تأكيد مكتوب من كارول إل ويلسون ، المدير العام للجنة الطاقة الذرية، بأنها لن تفعل ذلك. لذلك كان على استعداد للتعاون مع ألفين وينبرج للسماح لمختبر أوك ريدج الوطني بالبقاء مشاركًا في تصميم المفاعل. ^[16] ومع ذلك، شكلت أبحاث المفاعلات ما يقرب من نصف ميزانية المختبر في عام 1949، وكان 84 في المائة من أبحاثه سرية. ^[17]

لم يكن زين على وفاق مع الكابتن هيمان جي ريكوفر ، مدير المفاعلات البحرية في البحرية الأمريكية ، ولكن على الرغم من ذلك، ساعد أرجون في تطوير الدفع البحري النووي ، ^[18] وأنتجت في النهاية مفاعلين، نموذج أولي أرضي مارك 1 ومفاعل دفع، مارك 2. ^[19] مفاعل الماء المضغوط STR (المفاعل الحراري للغواصات) المصمم في أرجون كان يغذي أول غواصة تعمل بالطاقة النووية ، يو إس إس  نوتيلوس ، وأصبح الأساس لجميع المفاعلات المثبتة في السفن الحربية تقريبًا. ^{[20] [21]}

كان الفرع الآخر لتطوير المفاعلات في مختبر أرجون الوطني، والأقرب إلى قلب زين، هو مفاعل التوليد السريع. في ذلك الوقت، كان يُعتقد أن اليورانيوم مورد نادر، لذا سيكون من الحكمة الاستفادة منه على أفضل وجه. صُممت المفاعلات المولدة لإنتاج المزيد من المواد الانشطارية أكثر مما تستهلكه. ^[1] بحلول عام 1948، أصبح مقتنعًا بأنه سيكون من غير الحكمة بناء مفاعلات تجريبية كبيرة بالقرب من شيكاغو، واستحوذت هيئة الطاقة الذرية على أرض حول أركو، أيداهو ، والتي أصبحت موقعًا متقدمًا لأرجون. ^[17] كان مفاعل التوليد التجريبي الأول (EBR-I، ولكن يُعرف في أرجون باسم "ZIP" - كومة زين الجهنمية) أول مفاعل يتم تبريده بالمعدن السائل، ^[22] وأول مفاعل ينتج الكهرباء. ^[23] أثبت مفهوم المولد. ^[22] وصفه رئيس هيئة الطاقة الذرية جوردون دين بأنه معلم رئيسي في تاريخ الطاقة النووية. ^[24]

كانت تجارب البوراكس عبارة عن سلسلة من الاختبارات التدميرية لمفاعلات الماء المغلي التي أجراها مختبر أرجون الوطني في أيداهو. تم إجراء اختبار البوراكس-1 تحت إشراف زين في عام 1954. لقد أزال قضبان التحكم لإثبات أن المفاعل سيغلق دون مشاكل، وانفجر على الفور بضجة عالية وعمود طويل من الدخان الداكن، وهو تحول في الأحداث لم يكن يتوقعه. ^[25] صاح على هارولد ليشتنبرج لإعادة قضبان التحكم مرة أخرى، لكن ليشتنبرج أشار إلى أن أحدها كان يطير بالفعل في الهواء. كان على زين لاحقًا أن يشهد على التجربة أمام اللجنة المشتركة للطاقة الذرية . ^[25]

بعد مغادرة مختبر أرجون الوطني في عام 1956، انتقل زين إلى فلوريدا، حيث أسس شركته الاستشارية الخاصة، General Nuclear Engineering، ^[26] ومقرها في دنيدن، فلوريدا . شاركت الشركة في تصميم وبناء مفاعلات الماء المضغوط. ^[1] استحوذت عليها شركة Combustion Engineering في عام 1964، وأصبح نائبًا للرئيس ورئيسًا لقسمها النووي. ^[27] تنحى عن هذا المنصب في عام 1970، لكنه ظل عضوًا في مجلس الإدارة حتى عام 1986. ^[28] عمل كعضو في اللجنة الاستشارية العلمية للرئيس من عام 1960 إلى عام 1962، وعضوًا في اللجنة الاستشارية العامة للجنة الطاقة الذرية وخليفتها، إدارة أبحاث وتطوير الطاقة ، من عام 1972 إلى عام 1975. ^[27]

على مر السنين، حصل زين على جوائز متعددة لعمله، بما في ذلك تقدير خاص من لجنة الطاقة الذرية الأمريكية في عام 1956، وجائزة الذرة من أجل السلام في عام 1960، ^[26] وجائزة إنريكو فيرمي في عام 1969، ^[29] وميدالية إليوت كريسون من معهد فرانكلين في عام 1970. ^[30] في عام 1955، انتُخب كأول رئيس للجمعية النووية الأمريكية (ANS). ^[31]

توفيت زوجة زين جين في عام 1964. ^[26] تزوج من ماري تيريزا برات في عام 1966، وبالتالي حصل على ابني زوجته، وارن وروبرت جونسون. ^[1] توفي في مستشفى ميس كانتريسايد في سيفتي هاربور، فلوريدا ، في 14 فبراير 2000، بعد إصابته بسكتة دماغية. خلفه زوجته ماري وابنيه جون وروبرت وابن زوجته وارن. أصبح روبرت أستاذًا في علم الفلك في جامعة ييل . ^{[26] [32]}

منذ عام 1976، يقدم قسم العمليات والطاقة في الجمعية النووية الأمريكية جائزة والتر إتش زين سنويًا لتكريم شخص "لإسهامه البارز والمستدام في صناعة الطاقة النووية والذي لم يتم الاعتراف به على نطاق واسع". ^{[33] [34]}

• هيويت، ريتشارد جي .؛ أندرسون، أوسكار إي. (1962). "العالم الجديد، 1939-1946" (PDF) . فيزياء اليوم . 15 (12): 62. رمز الكتاب : 1962PhT....15l..62H. doi : 10.1063/1.3057919. رقم ISBN 978-0-520-07186-5. OCLC  637004643 . تم الاسترجاع في 26 مارس 2013 .
• هول، جاك م.؛ هيويت، ريتشارد ج .؛ هاريس، روث ر. (1997). مختبر أرجون الوطني، 1946-1996 . شيكاغو: مطبعة جامعة إلينوي. ISBN 978-0-252-02341-5.
• وينبرج، ألفين (1994). "العصر النووي الأول: حياة وأوقات المصلح التكنولوجي". فيزياء اليوم . 48 (10): 63-64. رمز Bibcode :1995PhT....48j..63W. doi :10.1063/1.2808209. ISBN 978-1-56396-358-2.