El Proyecto Manhattan

El Proyecto Manhattan
Antecedentes
Desde 1933, año de la subida al poder de A. Hitler, hasta el comienzo
de la II Guerra Mundial en 1939, como consecuencia de la presión agobiante
del régimen nazi, muchos científicos, en su mayoría de origen judío y de gran
renombre, se vieron obligados a abandonar Alemania y una buena parte de
ellos fueron acogidos en instituciones académicas de los EEUU. Tal es el
caso de Albert Einstein, Leo Szilard, Edward Teller, Hans Bethe, John
von Neumann y algunos más. Otro físico eminente, Enrico Fermi, tras
recibir el Nobel de física en 1938, marchó a los EEUU huyendo de su Italia
natal, bajo el poder del dictador B. Musolini.
En esos años, las investigaciones en torno a la
estructura del átomo y sus posibles
implicaciones teóricas y tecnológicas estuvieron
de plena actualidad. A finales de 1938, en el
Kaiser Wilhem Institut, un equipo de
investigadores alemanes, integrado por
Otto Hahn, Fritz Strassmann, Lisa
Meitner y Otto Frisch, llevó a cabo los
primeros experimentos de fisión de átomos
de uranio. Se preveía que podrían obtenerse
grandes cantidades de energía, tanto para aplicaciones civiles como
militares.
La fisión nuclear
El uranio es el elementos químico más pesado que encontramos en la
naturaleza (aproximadamente un 70% más pesado que el plomo). Esta
propiedad macroscópica se debe al elevado número de protones y neutrones
que componen el átomo de U. Cuando átomos de U son bombardeados con
neutrones lentos, hay cierta probabilidad de que algunos de ellos se
desestabilicen escindiéndose en dos átomos más ligeros y otras partículas,
entre ellas algunos neutrones. Cada vez que ocurre esta reacción, llamada
fisión nuclear, se desprende energía. Además, los neutrones desprendidos
en cada fisión pueden producir nuevas fisiones y, en determinadas
condiciones, se puede producir una reacción en cadena de forma explosiva,
si no moderamos el flujo de neutrones, o de forma controlada, y siempre con
producción de una gran cantidad de energía, tal como predice la relatividad
especial. Si se modera el flujo de neutrones, como se hace en los reactores
de las centrales nucleares, la fisión nuclear se aprovecha para producir
energía eléctrica. Si la reacción se produce de forma incontrolada,
tendríamos la bomba atómica, de mayor poder destructor que el de cualquier
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otra arma conocida hasta entonces.
Sin embargo, se vio que el U natural contiene una mezcla de tres
variedades (isótopos) químicamente idénticas, pero con un comportamiento
muy diferente respecto a la probabilidad de fisionarse. Una de las variedades
es el U-238, que se fisiona muy difícilmente y otra es el U-235 que se fisiona
con mayor facilidad. Tanto el U-238 como el U-235 tienen 92 protones en sus
núcleos. La diferencia entre ambos reside en el número de neutrones: el
U-238 tiene 146 y el U-235 tiene 143. La proporción de la tercera variedad, el
U-234, es insignificante y no se considera.
Para que la fisión sea productiva, el isótopo útil es el U-235, pero en el
U natural, el 99,284 % de la masa es U-238, el 0,711%, U-235, y el 0,0085%,
U-234. Por ello, una vez obtenido el uranio natural, el siguiente problema es
conseguir aumentar la proporción del U-235 en un proceso que separación
física de los isótopos en el que se obtiene el llamado uranio enriquecido.
Para aplicaciones civiles, es suficiente una proporción de entre el 2 y el 20%
de U-235, para las bombas atómicas se necesita como mínimo 85% de
U-235. Veremos más adelante que hay otro elemento fisionable: el plutonio,
Pu-239.
Fisión de un átomo
El proceso de enriquecimiento de uranio se realizó principalmente en
Oak Ridge, donde se construyó de nueva planta una ciudad donde residían
trabajadoras y trabajadores de la enorme factoría de enriquecimiento aneja.
Las condiciones de trabajo debieron ser durísimas y se sabe que se violaron
los más elementales derechos humanos. Hubo discriminación racial y sexual;
las mujeres realizaron el trabajo más penoso sometidas a un régimen
autoritario y al peligro de las radiaciones, sin que se en ningún momento se
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les informara de la naturaleza y peligrosidad del trabajo que debían realizar.
En el transcurso de las investigaciones se comprobó que irradiando
U-238 con neutrones se producía un elemento nuevo, no existente en la
naturaleza, denominado plutonio, de símbolo Pu-239 (94 protones y 145
neutrones), que se fisiona como el U-235. Esto abrió una nueva línea de
trabajo y, de hecho, de las tres bombas que finalmente se fabricaron,
bautizadas como Trinity, Fat Man y Little Boy, las dos primeras eran de
plutonio, mientras la tercera era de uranio.
Los físicos se involucran en la política
El temor a las consecuencias del triunfo del nazismo y el conocimiento
de los intentos de Alemania de utilizar la energía atómica en la guerra han de
tenerse en cuenta a la hora de juzgar la actitud de algunos científicos en
aquellas circunstancias. Uno de los primeros en tomar partido fue Leo
Szilard. Este físico húngaro, creía necesario que EEUU comenzara a
desarrollar armas atómicas, a partir del conocimiento ya existente sobre el
proceso de fisión del uranio, para contrarrestar el peligro nazi. Szilard,
consciente de que no era una personalidad suficientemente influyente para
poder presionar al gobierno federal, decidió recurrir a la influencia de otro
físico que sí era ampliamente conocido, incluso popular. Así que decidió
visitar a Albert Einstein y trató de convencerle de la necesidad de exponer
al presidente Franklin Delano
Roosevelt sus temores y
recomendaciones. No se conoce con
seguridad quién redacto el texto,
pero lo cierto es que Albert Einstein
firmó una carta que se envió al
presidente el día 2 de agosto de
1939. En la imagen inferior vemos la
copia del original.
Albert Einstein
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A continuación ponemos la traducción:
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Albert Einstein
Old Grove Rd.
Nassau Point
Peconie Long Island
August 2nd, 1939
F.D. Roossevelt,
President of the United States,
White House
Washington, D.C.
Señor:
Algunos trabajos recientes de E. Fermi y L. Szilard,
cuyos manuscritos me han remitido, me llevan a pensar que
el elemento uranio puede convertirse en una nueva e importante fuente de energía en un futuro inmediato. Ciertos aspectos de la situación que se ha producido parecen requerir mucha atención y, si fuera preciso, una acción inmediata por parte de la administración. Creo por
ello que es mi deber llamar su atención sobre los siguientes hechos y recomendaciones:
En el transcurso de los últimos cuatro meses, se ha demostrado probable ­ a partir de los trabajos de Joliot en Francia así como los de Fermi Szilard en América – que
se puede producir una reacción nuclear en cadena en una masa grande de uranio, con la cual se generaría una enorme cantidad de energía y una gran cantidad de nuevos elementos similares al radium. En este momento parece seguro que esto podría llevarse a la práctica en un futuro inmediato.
Este nuevo fenómeno podría también conducirnos a la fabricación de bombas y podemos pensar – con menos certidumbre – que podría construirse un nuevo tipo de bomba extremadamente potente. Una sola bomba de este tipo, transportada en barco y hecha estallar en un puerto, podría destruir el puerto entero junto con parte del espacio circundante. Sin embargo es probable que esta
bomba fuese demasiado pesada para ser transportada por aire.
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Los EEUU sólo cuentan con yacimientos de uranio muy pobres y en cantidad moderada. Hay algún buen yacimiento en Canadá y en la antigua Checoeslovaquia, pero los yacimientos de uranio más importantes están en el Congo Belga.
A la vista de esta situación quizá considere deseable tener contactos permanentes con el grupo de físicos que en América trabajan en reacciones en cadena. Una forma de llevarlo a cabo sería encomendar la tarea a una persona de su confianza que lo hiciese de forma extraoficial. Su misión debería incluir lo siguiente:
a) contactar con los departamentos del gobierno informándoles de los próximos avances, y transmitirles recomendaciones para las acciones de gobierno, prestando especial atención al problema de asegurar el suministro de uranio para los EEUU.
b) acelerar los trabajos experimentales que se están
llevando a cabo con las limitaciones de financiación de los laboratorios universitarios, aportando fondos, si fuera necesario, a través de sus contactos con personas privadas que estuvieran dispuestas a hacer donaciones para este fin, y también, acaso, consiguiendo la cooperación de laboratorios industriales que dispongan del equipamiento necesario.
Creo que en estos momentos Alemania ha detenido la venta de uranio de las minas checoeslovacas, de las que se ha apoderado. El que hayan tomado tan temprana decisión puede quizás explicarse por el hecho de que el hijo del Subsecretario de Estado alemán, von Weizäcker, está asignado al Kaiser Wilhelm Institut en Berlín, donde
algunos de los trabajos con uranio que se realizan en EEUU están siendo replicados.
Sinceramente suyo
(Albert Einstein)
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Podemos considerar que cuando Roosevelt leyó la carta, unos días
después, arrancó el Proyecto Manhattan, que se aceleró sustancialmente
cuando, como consecuencia del ataque japonés a Pearl Harbor el 7 de
diciembre de 1941, EEUU entró en la guerra.
Desarrollo del proyecto y protagonistas
El proyecto se desarrolló en varias localizaciones siendo las
principales:
• Universidad de Chicago, donde se hicieron los primeros ensayos de
reacción en cadena, bajo la dirección de E. Fermi.
• Laboratorio Nacional de Los Álamos, Nuevo Méjico, dentro de la
Universidad de California.
• Oak ridge, Tennessee, donde se desarrolló el programa de
enriquecimiento de uranio.
• Hanford, Washington, donde se produjo plutonio-239.
Tras muchas vacilaciones iniciales, se encargó la dirección general del
proyecto a un militar, el Coronel Leslie Groves, que reorganizó el equipo de
científicos y les dotó del equipamiento necesario. También se ocupó de la
provisión de suficiente uranio natural procedente del Congo Belga.
El equipo de científicos que lideraron el proyecto tenía entre sus
integrantes a:
• Robert Oppenheimer; se puede considerar el director general
del proyecto.
• Enrico Fermi; italiano, construyó el primer reactor nuclear para
la experimentación.
• Leo Szilárd,
• Hans Bethe; teórico del proyecto.
• Richard Feynman; otro gran teórico, encargado de los cáculos.
• John von Neumann; húngaro, uno de los grandes matemáticos del s.
XX.
y muchos otros. Albert Einstein, presunto autor y firmante de la carta que
desencadenó el proyecto, nunca participó en el mismo y es célebre el
comentario que hizo al respecto, después del bombardeo de Hiroshima y
Nagasaki: "debería quemarme los dedos con los que escribí aquella
primera carta a Roosevelt.". La mayoría de los científicos participantes en
el proyecto fueron, después de la guerra, fervientes defensores de la
prohibición y control de las armas nucleares.
Final del proyecto
En 1945 la guerra estaba decidida a favor de los aliados. Japón resistía
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a duras penas, probablemente esperando conseguir unas condiciones de
rendición aceptables. Por eso muchos se cuestionan la razón y la moralidad
del lanzamiento de las bombas atómicas sobre Hiroshima y Nagasaki. En
todo caso los objetivos del proyecto se habían cumplido con la fabricación de
tres bombas: Trinity, que fue la única bomba de prueba y que se hizo
estallar en el desierto en Alamogordo, Nuevo Méjico, colocándola sobre una
torre metálica de 20 m, el 16 de julio de 1945; Little Boy, fue lanzada desde
un bombardero B-29, bautizado como Enola Gay, el 6 de agosto de 1945
sobre Hiroshima y se hizo explotar a 600 m de altura; y Fat Man que fue
arrojada sobre Nagasaki tres días después.
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Galería de imágenes (Fuente: Wikiedia)
Leslie Groves
Enrico Fermi
Leo Szilárd
Edward Teller
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Robert Oppenheimer
Albert Einstein
Trabajadoras en la factoría de
enriquecimiento de U de Oak
Ridge
Memorial construido en Oak Ridge
tras la II guerra mundial
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Little Boy, bomba arrojada sobre
Hiroshima
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Hiroshima arrasada