محطم الذرات من ويستنجهاوس

كان مسرع ويستنجهاوس الذري ( Westinghouse Atom Smasher) مسرعًا نوويًا كهروستاتيكيًا من نوع فان دي غراف، يعمل بجهد 5 ملايين فولت، وتشغله شركة ويستنجهاوس إلكتريك في مختبراتها البحثية في فورست هيلز، بنسلفانيا. [1] وقد كان له دورٌ محوري في تطوير التطبيقات العملية للعلوم النووية في إنتاج الطاقة. [2] [3] [4] وعلى وجه الخصوص، استُخدم في عام 1940 لاكتشاف الانشطار الضوئي لليورانيوم والثوريوم ، [ 5 ] ^{[ 6 ]} وكان ^{الأكثر استشهادًا به في بعض قياسات الفيزياء النووية .} [ 7 ] وكان الهدف ^{من مسرع ويستنجهاوس الذري هو إجراء} قياسات ^{للتفاعلات النووية لأغراض} البحث في مجال الطاقة النووية. [ ^{8 ] وكان} أول مولد فان دي غراف صناعي في العالم ^{[ 9 ]} وشكّل بداية البحث النووي للتطبيقات المدنية. ^{[ 10 ] [ 11 ]} بُني عام 1937، وكان عبارة عن برج كمثري الشكل يبلغ ارتفاعه 20 مترًا (65 قدمًا) . ^{[ 9 ] [ 12 ]} ظل المبنى مهجورًا بشكل أساسي بعد الحرب العالمية الثانية، وتم وضع هيكله الرئيسي على جانبه في عام 2015. ^{[ 12 ]} في عام 1985، تم تصنيفه كمعلم بارز في الهندسة الكهربائية من قبل معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . ^{[ 6 ]}  

تم ابتكار مصادم ويستنجهاوس الذري نتيجةً للاهتمام المتزايد بعلم الفيزياء وتطوره في أوائل القرن العشرين. ^{[ 13 ]} وفي عام 1932، شهدت أبحاث الفيزياء النووية تطوراتٍ هامة. وقد صُنفت تقنية مسرعات الجسيمات إلى ثلاثة محاور بحثية. بدأ المحور الأول بدراسات إرنست رذرفورد حول خصائص الجسيمات الذرية في عشرينيات القرن العشرين. ^{[ 14 ]} ثم مع جون د. كوكروفت وإرنست والتون اللذين أجريا أولى عمليات التفكك النووي باستخدام جسيمات مُسرّعة اصطناعياً. ^{[ 14 ]} وركز المحور الثاني على مسرعات الطاقة العالية وتطوير التسريع الرنيني. ^{[ 14 ]} أما المحور الثالث، فكان اختراع البيتاثرون على يد رولف وايدرو عام 1923. ^{[ 14 ]} ومع حداثة اكتشاف النواة، أُجريت أبحاثٌ مكثفة حول كيفية تسويقها تجارياً. أتاح استخدام مُسرِّع الجسيمات للعلماء فهمًا أفضل لكيفية ترابط الذرات ونوى الذرات والنيوكليونات. ^{[ 15 ]} وكان مُسرِّع ويستنجهاوس الذري أول مُسرِّع جسيمات يُبنى للاستخدامات الصناعية. ^{[ 16 ]} وشهد مُسرِّع ويستنجهاوس الذري استخدامًا محدودًا بعد نهاية الحرب العالمية الثانية . ^{[ 17 ]}

في مولد فان دي غراف ، الذي اخترعه روبرت ج. فان دي غراف عام 1929 ، يحمل حزام مطاطي أو قماشي لا نهاية له شحنات كهربائية من بكرة في قاعدة الجهاز ويودعها داخل قطب معدني مجوف في الأعلى. وهذا يؤدي إلى توليد جهد عالٍ بين الأقطاب الكهربائية في أعلى وأسفل الجهاز. ^{[ 18 ]}

في جهاز وستنجهاوس، تحرك حزامان عاليان السرعة صعودًا عبر عمود طوله 47 قدمًا إلى قطب كهربائي على شكل فطر بالقرب من أعلى الغلاف ذي الشكل البصلي، حيث تراكمت الشحنات الكهربائية (انظر الرسم التخطيطي المقطعي) . ^{[ 19 ]} حُقنت أيونات مختلفة، مثل تلك المتولدة من غاز الهيدروجين ( البروتونات ) أو غاز الهيليوم ( جسيمات ألفا )، في الجزء العلوي من أنبوب التسريع . تسبب الجهد الكهروستاتيكي العالي بين أعلى الأنبوب وأسفله في تسارع هذه الجسيمات دون الذرية إلى سرعات عالية للغاية أثناء تحركها أسفل أسطوانة مفرغة قطرها 17 بوصة وارتفاعها 40 قدمًا، والتي كانت عبارة عن مجموعة محكمة الإغلاق من العديد من القطع الزجاجية الفردية التي شكلت مجتمعة أكبر أنبوب مفرغ في العالم وقت بنائه. ^{[ 6 ]} امتد أنبوب التسريع بين الحزامين الدوارين وبموازاتهما إلى قاعدة الجهاز، حيث قصفت الجسيمات المتسارعة أهدافًا تجريبية موضوعة داخل الأنبوب، مما أدى إلى حدوث تفاعلات نووية مختلفة . ^{[ 18 ] [ 20 ]}

تم قياس طاقة الجسيمات من خلال أشعة جاما التي ينتجها الشعاع عندما تصطدم جسيماته بهدف من الفلور ، والتي كانت مرتبطة مباشرة بفرق الجهد بين أقطاب الجهاز. ^{[ 20 ]}

يُحدَّد الحد الأقصى للجهد الذي يُمكن أن يُنتجه مولد فان دي غراف بتسرب الشحنة من القطب العلوي نتيجةً للتفريغ الإكليلي والتقوس الكهربائي . عند الضغط الجوي، يقتصر جهد جهاز فان دي غراف عمومًا على حوالي 1 ميغا فولت. ولذلك، تم تركيب هذا الجهاز داخل خزان هواء على شكل كمثرى، يبلغ ارتفاعه 65 قدمًا وقطره 30 قدمًا، وكان يُضغط أثناء التشغيل إلى 120 رطلًا لكل بوصة مربعة. ^{[ 19 ]} حسّن الضغط العالي من خصائص عزل الهواء وقلل من تسرب الشحنة ، مما سمح للجهاز بتحقيق جهد كهربائي قدره 5 ميغا فولت. وقد أتاح ذلك طاقة شعاع تبلغ 5 ميغا إلكترون فولت ، على الرغم من أنه كان يُؤمل في الأصل الوصول إلى 10 ميغا إلكترون فولت .

خلال الحرب العالمية الثانية، علّقت شركة وستنجهاوس جهودها البحثية الأساسية، وركّزت بدلاً من ذلك على أبحاث رادار الموجات الدقيقة. ^{[ 21 ]} وهذا مشابه لما فعله معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد عندما أنشأتا منظماتهما الخاصة لدراسة الإشعاع والراديو خلال الحرب. تم إيقاف تشغيل مصادم الذرات لكي تتمكن وستنجهاوس من التركيز على قسم الإلكترونيات. ^{[ 21 ]} انتقل العديد من المساهمين في مشروع وستنجهاوس إلى وظائف أخرى خلال فترة التوقف هذه، لكنهم ظلوا على صلة وثيقة بالبحوث النووية التي كانت تُجرى آنذاك. ^{[ 21 ]}

بدأ قسم المصابيح في شركة وستنجهاوس في بلومفيلد، نيوجيرسي، إنتاج معدن اليورانيوم الذي استُخدم في أول مفاعل نووي. قبل أن يصبح هارفي رينتشلر مديرًا للأبحاث في قسم المصابيح، طوّر طريقةً لاختزال أملاح اليورانيوم إلى معدن لدراسة إمكانية استخدامه كفتيلة للمصباح. وجد أن درجة انصهاره منخفضة جدًا بحيث لا يمكن استخدامه، فقرر إيقاف المشروع مؤقتًا إلى حين بدء تشغيل المفاعل النووي في شيكاغو. كان المصدر الفوري الوحيد لمعادن اليورانيوم هو منشأة بلومفيلد. طُلب من رينتشلر استئناف إنتاج هذه المعادن لهذا المشروع الجديد. بدأ بخط إنتاج بدائي منخفض المستوى باستخدام أحواض غسيل مجلفنة كأوعية، قبل توسيع المشروع لزيادة الإنتاج. ^{[ 21 ]} أُرسل إي يو كوندون ، بالإضافة إلى بعض العاملين الآخرين في مصادم الذرات، للعمل عن كثب في مشروع مانهاتن لتطوير تقنيات فصل نظائر اليورانيوم. استُخدم مصادم الذرات نفسه كخزان هواء مضغوط لتطوير المحركات النفاثة خلال الحرب. ^{[ 21 ]}

مع انتهاء الحرب، عادت شركة وستنجهاوس إلى أنشطتها البحثية المعتادة، وأعادت معها العديد من العاملين وجهاز تكسير الذرات المُجدد. إلا أنه تبيّن أن الحديد المستخدم في جهاز تكسير الذرات أصبح هشًا في درجات الحرارة المنخفضة، وأن الجهاز ربما يكون قد تضرر خلال الحرب. وقد تأكدت هذه الحقيقة عندما أبحرت عدة سفن من طراز ليبرتي عبر مياه ألاسكا المتجمدة، حيث بدأت هياكلها الخارجية بالتشقق والتفتت، مما أدى إلى غرقها نتيجةً لتلف المعدن.

في عام ٢٠١٢، اشترت شركة P&L Investments, LLC العقار المحيط بمحطم الذرات. ^{[ ١ ]} كان يدير الشركة غاري سيلفرسميث، وهو مطور عقاري كان ينوي بناء شقق سكنية وأبدى اهتمامًا بإنقاذ المحطم. ^{[ ٢٢ ]} في عام ٢٠١٣، صنّفت جمعية الحفاظ على التراث الشبابية في بيتسبرغ الموقع ضمن أفضل ١٠ فرص للحفاظ على التراث في المدينة. ^{[ ٢٢ ]} خلال عام ٢٠١٣، نوقشت خططٌ لإنشاء منطقة مدارس وودلاند هيلز مرفقًا تعليميًا للعلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) يكون فيه المحطم محورًا رئيسيًا، إلا أن التكلفة الباهظة التي تراوحت بين ٤ و٥ ملايين دولار حالت دون إتمام المشروع. ^{[ ٢٢ ]}

بحلول عام ٢٠١٥، كان الهيكل في حالة سيئة للغاية، وقد انفصل عن دعاماته بسبب التخريب والتقادم. ^{[ ٢٢ ]} في ٢٠ يناير ٢٠١٥، قام سيلفرسميث بإزالة جهاز تحطيم الذرات من دعاماته ووضعه على جانبه. ^{[ ٢ ]} وضع العمال الطوب لتثبيته ومنع سقوطه، ثم قلبوه. ^{[ ١٢ ]} في رسالة بريد إلكتروني إلى صحيفة بيتسبرغ بوست غازيت ، أكد سيلفرسميث التزامه المستمر بترميم جهاز تحطيم الذرات، قائلاً: "لا يزال مصباح جهاز تحطيم الذرات الشهير قائماً". ^{[ ٢٢ ]} وحتى عام ٢٠٢٦، لا يزال جهاز تحطيم الذرات موجوداً في موقع الهدم، معرضاً لعوامل الطبيعة.

• قائمة المعالم التاريخية لولاية بنسلفانيا في مقاطعة أليغيني

• الوسائط المتعلقة بمحطم الذرات من وستنجهاوس على ويكيميديا ​​كومنز
• محطم ذرات وستنجهاوس في موقع مهجور