Reaktor Grafit X-10

Reaktor Grafit X-10 adalah reaktor nuklir yang telah dinonaktifkan di Laboratorium Nasional Oak Ridge di Oak Ridge, Tennessee. Sebelumnya dikenal sebagai Clinton Pile dan X-10 Pile. Reaktor ini adalah reaktor nuklir buatan kedua di dunia (setelah Chicago Pile-1 yang dikembangkan Enrico Fermi) dan reaktor pertama yang ditujukan untuk operasi yang berkelanjutan. Clinton Pile dibangun selama Perang Dunia II, sebagai bagian dari sebuah proyek riset dan pengembangan nuklir di Proyek Manhattan.

Chicago Pile-1 dimaksudkan untuk menunjukkan kelayakan sebuah reaktor, sementara Proyek Manhattan ditargetkan untuk memproduksi cukup plutonium bagi bom atom yang diperlukan reaktor, seribu kali lebih kuat, bersamaan dengan fasilitas untuk memisahkan plutonium secara kimia, yang dihasilkan dalam reaktor dari bahan uranium dan produk fisi. Sebuah langkah perantara yang telah dianggap hati-hati. Langkah berikutnya dari proyek plutonium ini diberi nama sandi "X-10", merupakan pembangunan semi pabrik yang seluruh teknik dan prosedurnya dapat dikembangkan, termasuk melakukan pelatihannya. Inti dari proyek ini adalah Reaktor Grafit X-10, yang berpendingin udara, menggunakan grafit nuklir sebagai moderator neutron dan uranium alam murni yang berbentuk logam sebagai bahan bakarnya.

Pada 2 Februari 1943, pembangunan pabrik plutonium mulai dikerjakan oleh DuPont di Clinton Engineer Works, Oak Ridge, berdasarkan rancangan dari Laboratorium Metalurgi. Reaktor tersebut mencapai status kekritisan pada 4 November 1943 dan memproduksi plutonium pertamanya, awal tahun 1944. Pabrik pemisahan kimia dan reaktor ini memberikan pengalaman yang sangat berharga bagi para insinyur, teknisi, operator reaktor dan pejabat keselamatan yang kelak pindah ke Situs Harford. Pabrik tersebut memasok plutonium pertamanya dengan jumlah yang signifikan dan produk pertama hasil rekayasa reaktornya ke Laboratorium Los Alamos. Kajian dari sampel-sampel dalam perbandingan dengan sampel yang berasal dari siklotron, terungkap bahwa kadar kandungan plutonium-240 yang dihasilkan dari pabrik tersebut lebih tinggi, hal ini membuat rancangan jenis senjata Thin Man, menjadi tidak mungkin, yang mengarah pada pembuatan bom berjenis delakan, yakni "The Gadget" dan Fat Man.

X-10 beroperasi sebagai pabrik yang memproduksi plutonium hingga Januari 1945, ketika pabrik tersebut diserahterimakan sebagai aktivitas penelitan dan produksi isotop radioaktif untuk pemberdayaan ilmiah, keperluan medis, industri dan agrikultur. Pada Agustus 1948, pabrik tersebut menjadi reaktor nuklir pertama yang memproduksi listrik dengan menghidupkan sebuah bola lampu. Tempat tersebut dinonaktifkan pada 1963 dan ditetapkan sebagai Tempat Bersejarah Nasional pada 1965.

Pada 1938, fisi nuklir ditemukan oleh kimiawan Jerman Otto Hahn dan Fritz Strassman,^[1] yang diikuti dengan penjelasan teoretis (dan penamaannya) oleh fisikawan Lise Meitner dan Otto Frisch. Hal ini membuka kemungkinan reaksi berantai nuklir terkendali, dengan bahan uranium. Penelitian tentang bagaimana hal ini dapat dilakukan, mulai dikaji oleh Enrico Fermi dan Leó Szilárd di Universitas Columbia.^[1] Szilárd menyusun surat rahasia yang ditujukan kepada Presiden Amerika Serikat, Franklin D. Roosevelt, mengingatkan akan bahayanya proyek senjata nuklir Jerman. Ia meyakinkan kawan lama dan kolaboratornya sekaligus mengandalkan popularitas Albert Einstein, untuk turut serta menandatangani surat tersebut.^[2] Hal ini menghasilkan dukungan dari pemerintah Amerika Serikat terhadap penelitian fisi nuklir,^[3] yang kelak menjadi Proyek Manhattan.^[4]

Pada April 1941, Komite Penelitian Pertahanan Nasional, meminta seorang profesor fisika pemenang Nobel di Universitas Chicago, bernama Arthur Compton, guna memberikan laporan tentang program uranium. Laporan tersebut disampaikan pada Mei 1941, yang meramalkan tentang prospek pengembangan senjata radiologi, propulsi nuklir untuk kapal laut dan senjata nuklir, dengan menggunakan uranium-235 atau yang baru ditemukan, plutonium.^[5] Pada Oktober 1941, ia menulis laporan lainnya tentang penggunaan sebuah bom atom.^[6] Niels Bohr dan John Wheeler memiliki teori bahwa isotop-isotop berat dengan nomor atom genap dan jumlah neutron ganjil, maka akan bersifat fisil. Bila demikian, maka plutonium-239, kemungkinan besar akan bersifat fisil.^[7]

Pada Mei 1941, Emilio Segrè dan Glenn Seaborg memproduksi 28 μg plutonium dalam siklotron 60 inci di Universitas California. Mereka menemukan bahwa terdapat 1,7 kali penampang penangkap neutron termal uranium-235. Pada saat itu, plutonium-239 diproduksi dalam jumlah kecil menggunakan siklotron, sehingga tidak memungkinkan untuk memproduksinya dalam jumlah besar dengan cara tersebut.^[8] Compton berdiskusi dengan Eugene Wigner dari Universitas Princeton, tentang bagaimana plutonium dapat diproduksi dalam reaktor nuklir. Ia juga berdiskusi dengan Robert Serber tentang plutonium yang diproduksi dalam reaktor dapat dipisahkan dari uranium.^[6]

Draf akhir laporan Compton yang dibuat pada November 1941, tidak menyebutkan pemberdayaan plutonium, tetapi setelah berdiskusi tentang penelitian terbaru dengan Ernest Lawrence, Compton merasa yakin bahwa bom plutonium juga layak untuk dilakukan. Pada Desember 1941, Compton ditugaskan untuk mengepalai proyek plutonium,^[9] yang diberi nama sandi "X-10".^[10] Tujuan utamanya adalah untuk membuat reaktor-reaktor yang mengubah uranium menjadi plutonium dan merancang serta membangun sebuah bom atom.^[7] Compton harus memutuskan jenis rancangan-rancangan reaktor berbeda, yang harus dikembangkan oleh para ilmuwan, meskipun sebuah reaktor belum akan dibangun.^[11] Compton merasa bahwa keberadaan tim di Universitas Columbia, Universitas Chicago dan Universitas California, membuat terlalu banyak duplikasi dan kolaborasinya belumlah cukup dan ia berfokus pada pekerjaannya di Laboratorium Metalurgi di Universitas Chicago.^[12]

Pada 25 Juni 1942, Komite Eksekutif S-1 dari Kantor Pengembangan dan Penelitian Ilmiah, berunding tentang lokasi penempatan dimana Proyek Manhattan seharusnya berada.^[13] Pindah secara langsung ke fasilitas produksi megawatt, tampak seperti langkah besar, mengingat banyak proses-proses dalam peningkatan industri yang tidak mudah dari ukuran laboratorium ke skala produksi. Langkah peralihan berupa pembangunan pabrik percontohan, telah dianggap sebagai upaya yang bijaksana.^[14] Lokasi pabrik yang diinginkan bagi fasilitas percontohan yang memisahkan plutonium, adalah dekat dengan tempat penelitian dilakukan, yakni dekat Laboratorium Metalurgi. Namun, guna alasan keamanan dan keselamatan, pabrik percontohan tersebut tidak dikehendaki berada dalam lingkungan yang padat penduduk, seperti di Chicago.^[13]

Compton memilih lokasi di Hutan Argonne, yang merupakan bagian dari Distrik Cagar Hutan di Cook County yang berjarak sekitar 32 km barat daya Chicago. Lokasi fasilitas produksi skala penuh akan bersamaan dengan lokasi proyek Manhattan lainnya di lokasi yang lebih terpencil, di Tennessee.^[13] Sekitar 400 Ha lahan, telah disewa dari Cook County yang diperuntukkan bagi fasilitas percontohan, sementara area untuk fasilitas produksi seluas 34,000 Ha, telah ditentukan di Oak Ridge, Tennessee. Berdasarkan pertemuan Komite Eksekutif S-1 pada 13 dan 14 September, jelas lokasi di Argonne akan terlalu luas, oleh karenanya reaktor penelitian akan dibangun di sana, sementara fasilitas percontohan plutonium, akan dibangun di Clinton Engineer Works, di Tennessee.^[15]

Penentuan lokasi di Oak Ridge telah dipilih berdasarkan beberapa kriteria. Proyek percontohan pengolahan plutonium harus berada dalam jarak antara 3,2 hingga 6,4 Km dari batas lokasi proyek ke instalasi proyek lainnya, untuk mengantisipasi terjadinya kebocoran produk fisi radioaktif. Meskipun isu terkait keamanan dan keselamatan menyarankan agar lokasi fasilitas tersebut berada di daerah yang terpencil, lokasi tersebut haruslah dekat dengan sumber tenaga kerja dan dapat diakses melalui transportasi jalan raya dan kereta api. Seperti yang dikehendaki, wilayah dengan iklim sejuk memungkinkannya untuk pengerjaan pembangunan yang dapat berlangsung sepanjang tahun. Medan yang dipisahkan oleh punggung bukit, akan mengurangi dampak ledakan yang disebabkan karena ketidaksengajaan, tetapi tidak boleh terlalu curam, agar tidak menyulitkan proses konstruksi. Substratum haruslah cukup padat sebagai fondasi yang baik, tetapi tidak terlalu berbatu, sehingga tidak menjadi kendala terhadap pekerjaan penggalian. Dibutuhkan sejumlah besar tenaga listrik (disediakan oleh Otoritas Tennessee Valley) dan air pendingin.^[13] Pada akhirnya, kebijakan Kementerian Perang menyatakan bahwa, sebagai sebuah aturan, fasilitas amunisi tidak boleh terletak atau berada di sebelah barat Pegunungan Sierra atau Cascade, sebelah timur Pegunungan Appalachian, atau dalam jarak 200 mil (320 km) dari perbatasan Kanada atau Meksiko.^[16]

Pada bulan Desember, diputuskan bahwa fasilitas produksi plutonium tidak akan dibangun di Oak Ridge, tetapi lebih ke daerah terpencil di Hanford Site, Washington. Kemudian, Compton dan para staff di Laboratorium Metalurgi membuka kembali pertanyaan tentang fasilitas produksi plutonium di Argonne, tetapi manajemen dan para insinyur di DuPont, khususnya Roger Williams, kepala divisi TNX yang bertanggung jawab atas peran perusahaan di Proyek Manhattan, tidak mendukung usulan tersebut. Mereka beralasan bahwa areanya tidak cukup luas bagi fasilitas tersebut di Argonne. Di samping itu, mereka khawatir nantinya para staff riset di Laboratorium Metalurgi akan turut campur dalam perancangan dan konstruksi, yang menurut mereka, hal tersebut adalah hak prerogatifnya.^[17] Menurut mereka, lokasi yang lebih baik untuk fasilitas produksi adalah lokasi yang lebih terpencil di Hanford, hingga pada akhirnya kompromi tentang pemilihan lokasi ini dapat tercapai.^[18] Pada 12 Januari 1943, Compton, Williams dan direktur Proyek Manhattan, Leslie R. Groves, Jr., sepakat bahwa fasilitas produksi akan dibangun di Clinton Engineer Works.^[19]

Keputusan-keputusan fundamental terhadap rancangan dalam membangun sebuah reaktor, adalah pilihan mengenai bahan bakar yang akan digunakan, masalah pendinginan dan moderator neutron. Pemilihan bahan bakar jelas hanya memberdayakan uranium alam yang tersedia. Terdapat sedikit perdebatan dalam menentukan keputusan tentang penggunaan bahan grafit sebagai moderator neutron. Meskipun penggunaan air berat sebagai moderator neutron dapat menghasilkan 10 persen lebih banyak neutron atas setiap satu neutron yang diserap (dikenal sebagai faktor k), alih-alih menggunakan bahan grafit yang paling murni sekalipun. Air berat tidak akan tersedia dalam jumlah yang cukup, setidaknya dalam jangka waktu satu tahun.^[20] Dari pembahasan mengenai keputusan-keputusan yang akan diambil, hanya menyisakan tentang pembahasan mengenai pilihan pendingin reaktor. Faktor pembatasnya adalah fuel slug (bagian dari batang bahan bakar nuklir) yang akan dilapisi dengan aluminium, sehingga suhu operasional reaktor tidak dapat melebihi 200 °C (392 °F).^[14] Para fisikawan dalam kelompok Wigner di Laboratorium Metalurgi mengembangkan beberapa rancangan. Pada November 1942, para insinyur di DuPont memilih gas helium sebagai pendingin untuk fasilitas produksi, karena helium tidak menyerap neutron, tetapi juga bersifat non-reaktif (lembam) yang akan menanggulangi masalah terkait korosi.^[21]

Tidak semua pihak setuju dengan keputusan DuPont menggunakan helium sebagai pendingin, khususnya Szilard, yang pada awalnya mendukung penggunaan bismut cair, tetapi ia ditentang oleh Wigner yang dengan tegas mendukung rancangan reaktor berpendingin air. Ia menyadari bahwa ketika air menyerap neutron, faktor k akan berkurang sekitar 3 persen dan ia cukup yakin dalam kalkulasinya bahwa reaktor berpendingin air masih dapat mencapai kekritisan. Dari perspektif rekayasa teknis, disain reaktor berpendingin air mudah untuk dirancang dan dibangun, sementara reaktor berpendingin helium akan menimbulkan masalah-masalah teknis. Pada April 1942, Wigner dan timnya menghasilkan laporan awal tentang reaktor berpendingin air, yang diberi kode CE-140, kemudian disusul dengan laporan terperinci pada Juli 1942 yang diberi kode CE-197, dengan laporan berjudul "On A Plant with Water Cooling".^[22]

Reaktor Chicago Pile-1 yang dikembangkan oleh Fermi, dibangun di sebuah lapangan yang dinamakan Stagg Field di Universitas Chicago. Reaktor tersebut mencapai kondisi kekritisan pada 2 Desember 1942. Reaktor dengan moderator grafit tersebut hanya mampu menghasilkan daya hingga 200W, tetapi menunjukkan bahwa nilai k lebih tinggi dari yang telah diantisipasi. Hal ini menghilangkan sebagian besar kekurangan terhadap rancangan reaktor berpendingin udara dan air, serta sangat menyederhanakan aspek-aspek lain dari rancangan tersebut. Pada Januari 1943, Wigner menyerahkan rancangan cetak biru atas reaktor berpendingin air kepada DuPont. Pada saat itu, kekhawatiran para insinyur di DuPont tentang air yang besifat korosif, telah teratasi seiring dengan tingkat kesulitan yang meningkat dalam penggunaan bahan helium dan oleh karenanya, seluruh pekerjaan terkait helium dihentikan pada Februari 1943. Pada saat yang bersamaan, reaktor berpendingin air telah dipilih sebagai fasilitas percontohan.^[23] Karena rancangannya sedikit berbeda dari reaktor produksi, reaktor grafit X-10 tidak lagi dinilai sebagai sebuah prototipe, tetapi tetap diartikan sebagai sebuah fasilitas percontohan yang menyediakan kebutuhan plutonium untuk sarana penelitian.^[24]

Pada 2 Februari 1943, meskipun rancangan reaktor belumlah selesai, pihak DuPont telah memulai pembangunan fasilitas produksi plutonium, di sebuah lahan terisolasi seluas 45,3 Ha di Bethel Valley yang berjarak sekitar 16 Km barat daya Oak Ridge.^[25] Fasilitas produksi tersebut secara resmi dikenal dengan nama area X-10. Lokasi tersebut terdiri dari laboratorium penelitian, fasilitas pemisahan bahan kimia, tempat penyimpanan limbah, fasilitas pelatihan bagi staf Hanford dan fasilitas pendukung serta administrasi yang mencakup tempat penatu, kafetaria, pusat pertolongan pertama dan stasiun pemadam kebakaran. Hanya fasilitas pemisahan bahan kimia yang benar-benar beroperasi sebagai proyek percontohan di tempat tersebut, karena keputusan selanjutnya adalah membangun reaktor berpendingin air di Hanford.^[26] Fasilitas produksi tersebut akhirnya dikenal dengan nama Laboratorium Clinton dan dioperasikan oleh Universitas Chicago sebagai bagian dari Proyek Metalurginya.^[27]

Pengerjaan konstruksi reaktor mesti menunggu pihak DuPont menyelesaikan rancangannya. Ekskavasi mulai dilakukan pada 27 April 1943, yang pada prosesnya, ditemukan sebidang kantong tanah liat yang besar di area pembangunan, sehingga diperlukan fondasi tambahan.^[28] Proses pekerjaan selanjutnya tertunda karena kesulitan memperoleh bahan-bahan bangunan pada masa perang. Di samping itu, proyek konstruksi tersebut sangat kekurangan tenaga kerja terampil. Pihak kontraktor hanya memiliki tiga perempat dari tenaga kerja yang dibutuhkan, sementara masalah ketidakhadiran dan tenaga kerja yang silih berganti juga tinggi, karena masalah ketidaklayakan akomodasi dan kesulitan para pekerja bepergian dari dan ke lokasi proyek. Kota Oak Ridge masih dalam tahap pembangunan dan barak-barak dibangun untuk menampung para pekerja. Pengaturan-pengaturan kelayakan secara khusus terhadap individu pekerja, meningkatkan moral mereka dan mengurangi pergantian tenaga kerja. Selain itu, terdapat curah hujan yang tidak biasa di lokasi proyek, lebih dua kali lipat dari rata-rata 110 mm dalam setahun yang tercatat sebesar 240 mm pada Juli 1943.^[26]

National Carbon memasok sekitar 700 ton pendek (640 t) blok-blok grafit. Blok tersebut mulai ditumpuk oleh para pekerja konstruksi pada September 1943. Bilet cetakan uranium berasal dari pemasok Metal Hydrides, Mallinckrodt dan pemasok lainnya. Bilet tersebut kemudian diekstrusi menjadi slug silinder, lalu dikalengkan.^[29] Pengalengan slug bahan bakar tersebut dimaksudkan untuk melindungi uranium dari korosi apabila terdapat kontak dengan air, serta mencegah pelepasan produk fisi gas radioaktif yang mungkin akan terbentuk, ketika bahan bakar tersebut diradiasi. Pemilihan bahan aluminium karena aluminium sebagai penghantar panas yang baik, tetapi tidak menyerap terlalu banyak neutron.^[30] Proses pengalengan dilakukan oleh pihak Alcoa yang dimulai pada 14 Juni 1943. General Electric dan Laboratorium Metalurgi mengembangkan teknik pengelasan baru untuk menyegel kaleng yang kedap udara dan peralatan untuk pengerjaan tersebut terpasang di bagian produksi Alcoa pada Oktober 1943.^[29]

Konstruksi dimulai pada proyek fasilitas percontohan sebelum pemilihan fasilitas pemisahan plutonium dari uranium secara proses kimia. Pada Mei 1943, alih-alih menggunakan lantanum fluorida,^[31] para manajer di DuPont memutuskan untuk menggunakan proses bismut fosfat yang dirancang oleh Stanley G. Thompson di Universitas California.^[32] Plutonium memiliki dua kondisi oksidasi, yakni tetravalen (+4) dan heksavalen (+6) dengan sifat-sifat kimia yang berbeda.^[33] Bismut fosfat (BiPO₄) memiliki struktur kristal yang serupa dengan plutonium fosfat^[34] dan plutonium, akan terbawa bersama bismut fosfat dalam sebuah larutan, sementara elemen-elemen lainnya, termasuk uranium akan mengendap. Pengendapan plutonium dari larutan, dengan mengubah kondisi oksidasinya.^[35] Pabrik tersebut terdiri dari enam bagian yang terpisah satu sama lain dan ruang kendali dilindungi dengan dinding beton yang tebal. Perangkat-perangkat dioperasikan melalui kendali jarak jauh dari ruang kendali, karena masalah terkait radioaktivitas yang dihasilkan dari produk-produk fisi.^[27] Pekerjaan konstruksi selesai pada 26 November 1943,^[36] tetapi pabrik belum dapat beroperasi hingga reaktor mulai menghasilkan slug uranium yang diradiasi.^[26]

Reaktor Grafit X-10 adalah reaktor nuklir buatan kedua di dunia setelah reaktor Chicago Pile-1 dan merupakan reaktor pertama yang dirancang dan dibangun untuk operasi yang berkelanjutan.^[37] Reaktor tersebut memiliki panjang 7,3 meter di setiap sisi dengan kubus grafit nuklir seberat 1,400 ton yang berperan sebagai moderator. Pelindung reaktor terbuat dari beton padat dengan ketebalan 2,1 meter sebagai pelindung radiasi.^[26] Secara keseluruhan, reaktor Grafit X-10 berukuran lebar 12 meter dengan kedalaman 14 meter dan tinggi 9,8 meter.^[38] Terdapat 36 baris-baris horizontal dengan masing-masing baris terdiri dari 35 lubang. Di belakang setiap lubang terdapat saluran logam untuk memasukkan slug uranium.^[39] Secara keseluruhan, hanya 800 atau sekitar 64% saluran yang pernah digunakan.^[38]

Reaktor X-10 menggunakan batang kendali yang dilapisi baja kadmium, terbuat dari kadmium yang menyerap neutron. Batang kendali ini dapat membatasi atau menghentikan reaksi. Tiga batang kendali sepanjang 2,4 meter masuk ke dalam reaktor secara vertikal, kemudian ditahan oleh semacam kopling untuk membentuk sistem scram, yakni suatu sistem darurat yang dapat segera menghentikan reaksi fisi. Batang tersebut digantung pada kabel-kabel baja yang dililitkan di sekitar dram dan ditahan oleh kopling elektromagnetik. Bila terjadi kehilangan daya, batang-batang tersebut akan 'jatuh' ke dalam reaktor dan akan menghentikan reaksinya. Empat batang lainnya terbuat dari baja boron dan menembus reaktor secara horizontal dari sisi utara. Dua di antaranya dikendalikan secara hidrolik, diketahui sebagai batang "shim" dan dua batang lainnya, digerakkan oleh motor listrik. Akumulator hidrolik yang berisi pasir dapat digunakan bila terjadi pemadaman listrik.^[40]

Sistem pendingin reaktor terdiri dari kipas elektrik yang bekerja pada putaran 1,600 m³ per menit. Reaktor dapat beroperasi pada tingkat daya yang lebih tinggi pada hari-hari yang dingin, karena proses pendinginan menggunakan udara yang berasal dari luar.^[41][42] Udara yang telah melewati reaktor, difiltrasi untuk menghilangkan partikel radioaktif berdiameter lebih besar dari 0,00004 inci (0,0010 mm). Proses filtrasi udara ini menangani lebih dari 99 persen partikel radioaktif. Udara yang telah melalui proses filtrasi ini kemudian dialirkan melalui cerobong setinggi 61 m.^[41]

Pada September 1942, Compton meminta fisikawan Martin D. Whitaker untuk membentuk struktur kerja operasional untuk proyek X-10^[43] dan ia yang menjabat sebagai Direktur pertama di Laboratorium Clinton,^[28] hingga fasilitas tersebut dikenal secara resmi pada April 1943.^[44] Pada April 1943, staff operasi permanen perdana, tiba dari Laboratorium Metalurgi, Chicago, ketika DuPont mulai memindahkan para teknisi ke lokasi tersebut, ditambah dengan 100 teknisi tentara dari Detasemen Zeni Khusus Angkatan Darat Amerika Serikat. Pada Maret 1944, terdapat sekitar 1,500 orang yang bekerja di fasilitas X-10 tersebut.^[45]

Pada 4 November 1943, di bawah pengawasan Compton, Whitaker dan Fermi, reaktor tersebut mencapai kondisi kekritisan dengan 27 ton uranium. Seminggu kemudian, muatan uranium ditambah menjadi 30 ton yang meningkatkan daya pembangkit listriknya menjadi 500 kW dan menghasilkan 500 mg plutonium pada akhir bulan.^[46] Biasanya, reaktor beroperasi sepanjang waktu dengan 10 jam penghentian (shutdown) setiap minggu untuk pengisian ulang bahan bakar. Selama proses pengaktifan kembali (startup), batang pengaman dan satu batang shim dilepas seluruhnya. Batang shim lainnya dimasukkan pada posisi yang telah ditentukan. Ketika tingkat daya yang diinginkan telah tercapai, reaktor tersebut dikendalikan dengan menyesuaikan batang shim yang dimasukkan secara parsial.^[47]

Pada 20 Desember 1943, setumpuk slug kalengan perdana yang akan diradiasi telah diterima oleh fasiltas produksi, yang memungkinkan untuk produksi pertama plutonium dilakukan pada awal 1944.^[48] Slug kedap udara tersebut menggunakan uranium alam metalik murni yang berukuran panjang 100 mm dengan diameter 25 mm. Setiap saluran diisi antara 24 hingga 54 slug bahan bakar. Kelak dikemudian hari, reaktor tersebut beroperasi menggunakan bahan hingga 49 ton. Untuk proses pengisian saluran, sumbat penyerap radiasi dilepas dan memasukkan slug secara manual ke ujung depan dengan batang panjang. Proses pelepasan slug dengan mendorongnya hingga ke ujung terjauh, hingga slug tersebut jatuh ke lempeng neoprena dan meluncur ke kolam sedalam 6,1 m yang berfungsi sebagai pelindung radiasi.^[49] Setelah berminggu-minggu di dalam air yang memungkinkan terjadinya peluruhan radioaktif, slug tersebut dikirim ke bagian pemisahan kimia di gedung lain.^[50]

Pada Februari 1944, reaktor tersebut meradiasikan satu ton uranium setiap tiga hari. Dalam lima bulan berikutnya, efisiensi dalam proses pemisahan tersebut meningkat, dengan plutonium yang diperoleh naik dari 40 ke 90 persen. Modifikasi-modifikasi yang dilakukan seiiring berjalannya waktu, menaikkan daya reaktor hingga 4,000 kW pada Juli 1944.^[43] Salah satu dampak dari produk fisi yang dihasilkan dari bahan bakar uranium adalah racun neutron xenon-135 yang tidak terdeteksi selama operasional awal dari reaktor Grafit X-10. Xenon-135 ini kelak menyebabkan masalah terkait pengaktifan awal (startup) Reaktor Hanford B hingga proyek plutoniumnya nyaris dihentikan.^[51]

Fasilitas produksi plutonium X-10 beroperasi hingga Januari 1945, ketika fasilitas tersebut dialihfungsikan untuk aktivitas penelitian. Pada saat itu, X-10 telah memproses slug sejumlah 299 tumpuk.^[43] Pada April 1946, guna mendukung misi penelitian pada masa damai, bangunan dan gedung-gedung baru ditambahkan, termasuk gedung radioisotop dan bangunan lainnya dengan dana tambahan senilai $1,009,000 (setara $12 juta pada 2023^[52]) untuk seluruh biaya konstruksi Reaktor X-10, sehingga total biaya konstruksi reaktor secara keseluruhan adalah sebesar $13,041,000 (setara $155 juta pada 2023^[52]). Ditambah beban biaya operasional sebesar $22,250,000 (setara $265 juta pada 2023^[52]).^[39]

Reaktor X-10 memasok sampel plutonium pertamanya dalam jumlah yang signifikan ke Laboratorium Los Alamos. Studi tentang plutonium ini dilakukan oleh Emilio Segrè dan Kelompok P-5 di Los Alamos yang mengungkap bahwa sampel tersebut mengandung pengotoran dalam bentuk isotop plutonium-240. Sampel tersebut memiliki laju fisi spontan yang lebih tinggi daripada plutonium-239. Artinya, jenis plutonium senjata fisi nuklir akan sangat memungkinkan untuk pra-detonasi dan meledak dengan sendirinya dalam pembentukan awal massa kritis.^[53] Dengan demikian, Laboratorium Los Alamos terpaksa mengalihkan upaya pengembangannya untuk menciptakan senjata nuklir berjenis delakan yang jauh lebih sulit.^[54]

Pabrik pemisahan kimia X-10 juga memverifikasi proses bismut-fosfat yang digunakan dalam fasilitas pemisahan skala penuh di Hanford. Reaktor dan pabrik pemisahan kimia tersebut memberikan pengalaman berharga bagi para insinyur, teknisi, operator reaktor dan pejabat keselamatan yang kelak pindah ke Lokasi Hanford.^[55]