אוק רידג' (אתר גרעיני)
מפעלים ומתקנים > מפעל הדיפוזיה התרמית S-50

תהליך הדיפוזיה התרמית התבסס על התאוריה של סידני צ'פמן ודייוויד אנסקוג (Chapman–Enskog theory), שעל פיה כאשר תערובת של גזים עוברת דרך מפל טמפרטורה, הגז הכבד יותר נוטה להתרכז בקצה הקר והגז הקל יותר בקצה החם. מכיוון שגזים חמים נוטים לעלות וגזים קרים נוטים לרדת, הדבר יכול לשמש כאמצעי להפרדת איזוטופים. תהליך זה הודגם לראשונה על ידי קלוסיוס ודיקל בגרמניה בשנת 1938. השיטה פותחה על ידי מדעני חיל הים האמריקני, אך לא הייתה אחת מטכנולוגיות ההעשרה שנבחרו בתחילה לשימוש בפרויקט מנהטן. הסיבה לכך הייתה בעיקר בשל ספקות לגבי היתכנותו הטכנית של התהליך, אך גם היריבות בין צבא היבשה לחיל הים מילאה תפקיד.
מעבדת המחקר של חיל הים המשיכה במחקר בניהולו של פיליפ אייבלסון, אך הקשר בינה לבין פרויקט מנהטן היה זניח עד אפריל 1944. אז הביא ויליאם פרסונס, קצין חיל הים שהיה אחראי על פיתוח תחמושת בלוס אלמוס, לרוברט אופנהיימר ראש המעבדה, חדשות מעודדות על התקדמות הניסויים של חיל הים בשיטת הדיפוזיה התרמית. אופנהיימר כתב לגרובס והציע להשתמש בתפוקתו של מפעל הדיפוזיה התרמית כדי להזין בה את מפעל Y-12. גרובס הקים ועדה שכללה את וורן לואיס, אגר מרפרי וריצ'רד טולמן, כדי לבדוק את הרעיון, והם העריכו כי מפעל דיפוזיה תרמית שיוקם בעלות של 3.5 מיליון דולר יוכל להעשיר 50 ק"ג אורניום בשבוע לכמעט 0.9 אחוז אורניום-235. גרובס אישר את הקמת המפעל ב-24 ביוני 1944.
גרובס חתם הסכם עם חברת פרגוסון מקליבלנד להקמת מפעל הדיפוזיה התרמית, שנקרא מפעל S-50. יועציו של גרובס מחברת סטנדרט-אויל העריכו כי הבנייה תארך חצי שנה, אך גרובס העניק לפרגוסון ארבעה חודשים בלבד. על פי התוכניות נבנו 2,142 עמודי דיפוזיה בגובה של 15 מטר כל אחד, כשהם מסודרים ב-21 מתקני ייצור (102 עמודים בכל מתקן). בתוך כל עמוד היו שלושה צינורות קונצנטריים. קיטור, שסופק מתחנת הכוח הסמוכה, זרם כלפי מטה בלחץ של 6.9 בר ובטמפרטורה של 285 מעלות צלזיוס, דרך הצינור הפנימי ביותר בגודל 32 מ"מ, שנבנה מניקל. מים בטמפרטורה של 68 מעלות צלזיוס, זרמו כלפי מעלה דרך צינור הברזל החיצוני ביותר. גז אורניום שש-פלואורי זרם בצינור הנחושת האמצעי. הפרדת האיזוטופים התרחשה בין צינורות הניקל והנחושת.
הבנייה החלה ב-9 ביולי 1944, ומפעל S-50 החל לפעול חלקית בספטמבר. באוקטובר ייצר המפעל רק 4.8 ק"ג של אורניום-235 ברמת העשרה של 0.852 אחוז. הדלפות הגבילו את הייצור ואף אילצו את כיבוי המפעל במהלך מספר חודשי העבודה הראשונים, אך ביוני 1945 הוא כבר ייצר 5,770 ק"ג אורניום-235 ברמת העשרה קרובה ל-0.9 אחוז. במרץ 1945 פעלו כל 21 מתקני הייצור. בתחילה הוזנה תפוקת S-50 למפעל Y-12, אך החל ממרץ 1945 התנהלו כל שלושת תהליכי ההעשרה בסדרות. S-50 היה השלב הראשון, והעשיר מ-0.71 אחוז ל-0.89 אחוז. חומר זה הוזן לתהליך הדיפוזיה הגזית במפעל K-25, שהעשיר את האורניום לכ-23 אחוז. זה הוזן ל-Y-12.
האופטימיזציה של סדר השלבים נקבעה בתחילת ספטמבר 1944. ניקולס מינה ועדת בקרת ייצור בראשות מייג'ור פיט פטרסון, שחישבה שילובים שונים באמצעות מכונות חישוב מכניות, והחליטה שכדאי להזין את תפוקת S-50 לתוך K-25 (דיפוזיה גזית), ולא כפי שנקבע תחילה ל-Y-12 (הפרדה אלקטרומגנטית). סדרת העשרות זו החלה לפעול באפריל 1945. תרשימי הוועדה גם הראו שיש לזנוח את השלבים הנוספים המוצעים עבור K-25, וגם את המלצתו של לורנס להוסיף עוד מסלולי אלפא למפעל Y-12. גרובס גם קיבל את ההצעה להוסיף יחידות נוספות למפעל הדיפוזיה הגזית K-27, ומסלול בטא נוסף ל-Y-12. ההערכה הייתה שתוספות אלה יעלו 100 מיליון דולר עם השלמתן בפברואר 1946.
זמן קצר לאחר כניעתה של יפן באוגוסט 1945, המליץ פיטרסון לסגור את S-50. מחוז מנהטן הורה הסגירה ב-4 בספטמבר. האורניום השש-פלואורי האחרון נשלח ל-K-25, והמפעל הפסיק לפעול ב-9 בספטמבר. S-50 נהרס לחלוטין ב-1946.