historia atómica los pioneros científicos el mega proyecto

HISTORIA ATÓMICA
LOS PIONEROS CIENTÍFICOS
EL MEGA PROYECTO ATÓMICO
LOS PROTAGONISTAS Y SUS DECISIONES
Niels Bohr y Max Planck
Oppenheimer y Groves
Proyecto Ciencia y Sociedad / Facultad de
Quimica UNAM / M.C. Jorge Núñez Alba
Noviembre 2011
Los pioneros atómicos
Marie y Pierre Curie
Los pioneros atómicos
Instituto de Copenhague: De izquierda a derecha por filas: Bohr, Niels ; Dirac, Paul ;
Heisenberg, Werner; Ehrenfest, Paul; Delbruck, Max; Meitner, Lise; Weizsacker, Carl Friedrich von;
Teller, Edward; Jensen, Homer; Heitler, Walter; Frisch, Otto
Los pioneros atómicos
Conferencia en Como, Italia 1927: De izquierda a derecha por filas: Erwin Schrodinger, Irene
Joliot-Curie, Niels Bohr, ?, Marie Curie, ?, ?, Ernest Rutherford, ?, ?, Louis de Broglie, Lise Meitner,
James Chadwick; De pie Izq-Der: ?, ?, Frederic Joliot-Curie, Werner Heisenberg, Hendrik Kramers,
?, Enrico Fermi, ?, Paul Dirac, Peter Debye, ?, ?, C.T.R. Wilson, ?, Patrick Blackett, ?, ?, ?,
Wolfgang Pauli, siguientes seis sin identificar, Ernest Lawrence, ?.
Las mentes maestras
Bohr y Einstein
Grandes amigos y
brillantes adversarios
Albert Einstein en
1930, con Niels
Bohr, en la
Convención Solvay.
La disyuntiva fatal:
Bohr y Heisenberg
Alumno y maestro en el Instituto de Copenhague
PROYECTO MANHATTAN 1942-44
CONSTRUCCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA ATÓMICA
LA LLAVE DEL APOCALIPSIS
"El Proyecto Manhattan no tenía relación con la vida
industrial y social de nuestro país, sino que era un
estado independiente con ... sus miles de secretos.
Tenía una peculiar soberanía, tal que podría
provocar el fin, pacífica o violentamente, de todas
las otras soberanías. "-Herbert S. Marks
Presentación desarrollada para el proyecto Ciencia y Sociedad de la FQ de la UNAM, basada
en una presentación de la Universidad de Berkeley, California de 2005
PROYECTO MANHATTAN
Nombres oficiales de los sitios principales: Columbia University en Nueva York,
Universidad de Chicago, Clinton Laboratory en Oak Ridge, Tennessee, Hanford
Engineer Works cerca de Pasco, Washington, y la instalación de Los Alamos en Nuevo
Mexico.
Los científicos del Proyecto Manhattan:
Soldados de uniforme
Su participación en el Proyecto Manhattan-La experiencia
más profunda en la historia de la comunidad científica
americana
Columbia University in New York City, University of Chicago in
Chicago, the Clinton Laboratory at Oak Ridge, Tennessee, the
Hanford Engineer Works near Pasco, Washington, and the
Los Alamos installation in New Mexico
De vuelta en los EE.UU. ...
Vannevar Bush y el Consejo de Investigación para la Defensa Nacional
(National Defense Research Council - NRDC) se hacen cargo del trabajo con
uranio. James Conant (químico y presidente de la Universidad de Harvard es
nombrado como responsable a cargo)
Proyecto Manhattan
• 1940-41: El dinero comienza a fluir-Julio de 1940
- $40,000 USD más asignados al proyecto
• Los esfuerzos no se dirigen a una bomba inicialmente,
sino a los estudios de Enrico Fermi sobre el reactor de
uranio.
El Proyecto Manhattan se expande
En el otoño de 1941, Compton, Conant, Lawrence, y Vannebar Bush,
alentados por el informe MAUD -urgieron al presidente Frankin
Delano Roosevelt (FDR) para llevar a cabo el proyecto de una bomba
de gran tamaño.
• FDR separa a los científicos de las decisiones de política.• FDR
(informalmente) autoriza $ 1.2 millones USD y urge el lanzamiento de
un programa de relámpago.
• 5 de diciembre 1941: Japón bombardea Pearl Harbor
• 6 de diciembre 1941: Franklin Delano Roosevelt autoriza el
proyecto secreto llamándolo Manhattan Engineering District.
• Lo puso bajo el control del Ejército de EE.UU. en 1942
.-¿Por qué el Ejército?
Preguntas para el Proyecto Manhattan y
la definición de una Misión
¿Es una reacción en cadena posible en la
práctica?
•¿Cómo producir uranio y plutonio con la pureza
necesaria para desarrollar una bomba atómica?
• Un proyecto exitoso para fabricar una bomba
requiere
recursos
a
escala
industrial,
administración de muy alto nivel, y una voluntad
de hierro para tener éxito.
El Met Lab
• El Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago
fue fundado a principios de 1942:
-Dirigido por el premio Nobel Arthur Compton
-Fermi se mueve de la Universidad de Columbia a
Chicago
• Algunas de las metas del Laboratorio de Metalurgia:
-Demostrar que una reacción en cadena es posible
-Desarrollar formas para extraer (separar) el Plutonio (Pu)
del Uranio (U)
Fermi y la Pila-1 de Chicago
Los primeros estudios resultaron alentadores,
probablemente se requería una menor cantidad de
U-235 para obtener una masa crítica.
• Enrico Fermi es el líder del grupo que estudia la
reacción en cadena.
• Fermi efectúa el escalamiento de los estudios del
reactor hacia una escala industrial (técnicas
desarrolladas en plantas piloto industriales)
• En diciembre de 1942, Fermi & Co. construyen
una "pila"atómica de prueba a base de U.
El mapa de la alquimia nuclear
Las tres etapas de transformación de los isótopos
nucleares
Fermi y la Pila-1 de Chicago
Proyecto Manhattan
• James Conant recibe el mensaje
codificado de Arthur Compton:
- "El
navegante
italiano
ha
desembarcado en el Nuevo
Mundo.“
- • La primera reacción nuclear (en
cadena) controlada en la historia.
- • Produjo un minúsculo medio watt
de energía.
Proyecto Manhattan
Mensaje de Szilard a Fermi: "Este será recordado como
un día negro en la historia de la humanidad ... "
Dos semanas después del debut de la CP-1 ...
• FDR aprueba otros $ 250 millones USD (equivalentes
aproximadamente a $ 3,000 millones de dólares en la
actualidad(2005)) para escalar la producción de uranio a
un nivel industrial.
• Se aprovecha la experiencia estadounidense en
producción industrial para fabricar U-235 y Pu-239.
-Esta es un área en la que Estados Unidos tiene un
liderazgo.
• El Proyecto Manhattan se transforma de un
emprendimiento científico a un esfuerzo masivo de
ingeniería .
Construyendo una infraestructura atómica
masiva
• Niels Bohr declaró en 1939: La construcción de una bomba
atómica "no se puede hacer a menos que los Estados Unidos
se conviertan en una gigantesca fábrica".
• Esta declaración (del físico con mas peso en la comunidad
científica nuclear) se convirtió en un medio para alcanzar una
meta.
Administrando el Proyecto Manhattan: Jefes
militares-obreros científicos
• El Proyecto Manhattan requiere de un
organizador maestro. Se trata del General Brig.
Leslie Groves.
• Groves fue puesto a cargo del Proyecto
Manhattan en septiembre de 1942.
• ¿Quién es Leslie Groves?
El general Leslie Groves, R. ... "el oficial más
enojado en el ejército."
Nació 1896 - Murió 1970
• Educación universitaria básica;
Cuerpo de Ingenieros del Ejército;
Estuvo a cargo de la construcción del
Pentágono.
• Su tarea para el P. Manhattan"Elaborar planes para la organización,
construcción, operación y seguridad
del proyecto, y después de la
aprobación, tomar las medidas
necesarias para su puesta en marcha."
Construcción del Pentágono
Retos de Groves
• Elegir sitios industriales para la
producción de plutonio y uranio
• Seleccionar a los contratistas
industriales
• Mantener el programa sin retrasos
• Mantener
amenazas
la
seguridad
sin
• Fomentar la relación con los
científicos- Groves y J. Robert
Oppenheimer en equipo
Habilidades “geniales” de Groves
• Capacidad para comprender los factores esenciales•
Disposición para asumir riesgos críticos
• Capacidad para reunir y aplicar los recursos
• Manejar la tensión entre científicos y militares
• Mantener la seguridad del proyecto
-”Compartimentación” (manejo separado de información
estratégica), manejo del engaño (véase la carta de
Oppenheimer a Groves)
Construyendo una infraestructura atómica
masiva
• Groves, con su increíble actitud y recursos de
organización para completar sus tareas definió
personalmente el curso de la historia atómica:
• Una de las tareas más importantes -arrancar la
producción a escala industrial de uranio y plutonio
• ¿Cual meta perseguir-una bomba de uranio o de
plutonio?
-Groves: "Ambas".
Construyendo una infraestructura atómica
masiva
• Groves selecciona tres sitios
principales para la construcción de la
bomba atómica
-Oak.Ridge,Tennessee,
procesamiento de uranio
-Hanford, Washington, producción de
plutonio
-Los Alamos, Nuevo Méxicoinvestigación científica, diseño,
construcción y pruebas de las armas
atómicas
(operado
por
la
Universidad de California)
Construyendo una infraestructura atómica
masiva: Oak Ridge, TN
• Ubicado cerca de Knoxville, TN; extenso complejo
de 59,000 hectáreas rurales el cual fue adquirido
por Groves
• Las "tropas" de Groves erigieron una pequeña
ciudad con cientos de edificios en los que se
emplea a unos 22,000 hombres y mujeres, y cuenta
con su propia planta de energía eléctrica.
Vista inicial de Oak Ridge
Planta de difusión gaseosa de Oak Ridge: Costo $ 500 millones
de dólares (de 1942), 12,000 trabajadores
Produciendo U-235 en Oak Ridge
• Se probaron dos métodos en conjunto: difusión
gaseosa y separación electromagnética.
• Como Groves, dijo: "Si hay una elección entre
dos métodos, uno de los cuales es bueno y el otro
se ve prometedor, entonces construyan los dos."
(Sin límite para los gastos)
• Ambos métodos estaban basados ​en los
diferentes tamaños / pesos del U-235 vs U-238. La
meta era obtener unas cuantas onzas de U-235 al
día.
Proyecto Manhattan: Oak Ridge
1. Proceso de Difusión gaseosa: se construyó primero
-Planta (nombre en clave K-25), construida a un costo de $
10,700 millones de dólares [dólares de 2003]
2. El producto enriquecido se alimentó luego a una segunda
etapa en la se enriqueció aún más
3. Separación electromagnética (una variación de lo que
hace un ciclotrón)-Planta con nombre codificado "Y-12"
construida a un costo de $ 10 mil millones [dólares de 2003]
Proyecto Manhattan: Oak Ridge
Oak Ridge: Separación Electromagnética
Operadoras del “Calutron” en Oak Ridge
(Las mujeres militarizadas atómicas)
La “pista de carreras” para separar el U-235
El producto deseado
Construyendo una infraestructura atómica
masiva : Hanford, Washington
Situado en el valle desértico de Washington, cerca
del Río Columbia
-El río cercano fue clave para la refrigeración de los
reactores y el suministro de energía
• Hanford se convirtió en una próspera ciudad en
expansión atómica, construida y operada por
DuPont Chemical Corporation por $ 1 dólar.
La vida en la ciudad secreta de Hanford
• Una historia de superlativos-Hanford se convierte
en la cuarta ciudad del estado de Washington,
mientras se construyen los reactores.
Tiene la oficina de correos más grande del mundo
-Jornada de trabajo a la semana -54 horas durante
6 días
-Comidas -50 toneladas diarias -costo: 69 centavos
de dólar por todo lo que quisieras comer.
• Ciencia vs. Ingeniería en Hanford: Carrera
continua
Construyendo una infraestructura atómica
masiva : Hanford, WA
Uno de los tres reactores atómicos construidos en Hanford
Construyendo una infraestructura atómica
masiva : Hanford, WA
Planta T, Edificio de separación química, Hanford, Washington
Construyendo una infraestructura atómica
masiva : Hanford, WA
• El plutonio "criado" en Hanford:
-U-238 bombardeado con neutrones
-Poco a poco decae radiactivamente para formar
Pu-239 (con algo de Pu-240 como impureza)
• En 1944, los reactores de Hanford estaban
produciendo unos 250 megavatios de potencia
(frente a medio watt dos años antes en Chicago)
Construyendo una infraestructura
atómica masiva
• A finales de 1944: el uranio y el plutonio
apropiados para fabricar bombas se están
produciendo en instalaciones de escala industrial.
•El escenario principal... a finales de 1944,
Alemania parece casi derrotada ... Pregunta: ¿Por
qué continuar con el Proyecto Manhattan?
-Nota: la flota japonesa considerada un posible
objetivo ya en 1943.
Construyendo una infraestructura
atómica masiva
• La visión macro: la inversión de varios cientos de
millones de dólares en fábricas con capacidad de
producir grandes cantidades de uranio y plutonio
indica un factor clave:
• Los EE.UU. se estaban comprometiendo en
forma permanente a fabricar armas atómicas.
Desarrollos de guerra
• Bombardeo incendiario de
Hamburgo (julio 1943): 45,000
civiles muertos.-Meta establecida:
"Destruir Hamburgo"¿Por qué?
"Acortamiento y ganar la guerra.“
• Una atrocidad en la escalada de
las atrocidades de guerra en todos
los frentes-Bataan, los campos de
concentración, el frente soviético.
• Dresden, Berlín, Tokio, etc., todas
bombardeadas
con
bombas
incendiarias.
Mientras, en una meseta desértica de
Nuevo México…
Proyecto Manhattan: El núcleo dirigente
De izquierda a derecha: James B. Conant, Vannevar Bush, General Leslie
Groves
Proyecto Manhattan: Actores clave
Los cerebros de Los Álamos
Enrico Fermi
Edward Teller
Hans Bethe
Ulam, Feynman y von Neumann
Stanislaw Ulam
Proyecto Manhattan: Sitio Los Álamos
En el laboratorio de Los Alamos, las horas eran largas, y el trabajo
duro. Los coloquios semanales, uno de los cuales se muestra en
esta foto, eran muy estimulantes e intensos y aún se recuerdan
hoy en día.
Proyecto Manhattan: Los Álamos
La ENIAC en funcionamiento en la Universidad de Pennsylvania. Esta primera computadora
electrónica a gran escala fue probada en 1945 con el "problema de Los Álamos", cálculos
fundamentales para el diseño de las armas termonucleares. La fotografía inferior muestra
cómo la ENIAC era programada interconectando los registros de los bulbos con los cables
insertados en tablillas electrónicas de contactos.
Proyecto Manhattan: Los Álamos
La computadora MANIAC I de Los Álamos durante la construcción (fotografía izquierda) y en 1952 después de su
terminación. Los bancos de tubos de vacío en los cuatro paneles del centro conformaban al procesador aritmético; los
paneles laterales y la parte posterior contenían los controles; la fila de interruptores de la extrema izquierda es la
consola del usuario; las cajas en la parte superior, cada una con un tubo electrostático de rayos catódicos de
almacenamiento de 2 pulgadas constituyen la memoria. Las luces de neón conectada a cada tubo permitían ver los
dígitos binarios contenidos en los registros en forma directa, y, como resultado, el contenido de un registro podía ser
cambiado por un cortocircuito en uno de los lados de un flipflop del tubo de vacío con guías de clip.
Proyecto Manhattan: Sitio Los Álamos
Preparativos para la 1ª prueba atómica
Proyecto Manhattan: Sitio Los Álamos
1ª prueba atómica:
16 de julio de 1945 @ 4:00 AM
La bola de fuego en el sitio Trinity.
Oppenheimer y Groves, inmediatamente después de
la Operación Trinity, Agosto 16, 1945 ~9:00 AM
Proyecto Manhattan: La dupla estratégica
El bombardero y la bomba lanzada sobre
Hiroshima (uranio)
“Little boy”
Carrera armamentista: Operación Crossroads
En 1946, dos bombas de implosión, idénticas a la prueba efectuada en el Sitio
Trinity (Base uranio) y a la que destruyó Nagasaki (Base plutonio), se pusieron
a prueba como parte de la Operación Crossroads en el Pacífico.
Proyecto Manhattan: ¿Y luego qué?
Los militares testificando las pruebas de las armas con la capacidad de aniquilar
a la humanidad.
La Guerra Fría
Andrei Sakharov
Nikita Khrushchev
Cuando Sajarov y otros científicos nucleares soviéticos se reunieron con
Nikita Khrushchev en 1961, Sajarov trató de persuadir al primer ministro
para poner fin a las pruebas de armas nucleares. "Deja la política para
nosotros - que somos los especialistas", espetó Jruschov. "Sería una
medusa y no el Presidente del Consejo de Ministros si escuchara a gente
como Sajarov!" Pero en sus memorias, Khrushchev reconoció que Sajarov
"estaba guiado obviamente, por consideraciones morales y humanitarias.
Yo lo conocía y estaba profundamente impresionado por él. Todo el mundo
lo estaba. Era, como dicen, un cristal de la moral entre nuestros
científicos".Citas de las Memorias de Sakharov y del libro “Habla
Khrushchev” (Thomas Whitney, ed.)
La Guerra Fría: El archipiélago nuclear soviético
REF: Soviet nuclear archipelago -R.S. Norris -Army Control Today Jan 1993
La Guerra Fría: El archipiélago nuclear soviético
Código de instalaciones