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 2012 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 fundado por Bohr 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 sin 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 Vannevar Bush, alentados por el informe MAUD -urgieron al presidente Franklin 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 en proyectos atómicos) La “pista de carreras” para separar el U-235 El producto deseado U-235 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 (padre de la bomba de hidrógeno) Hans Bethe (Jefe de la División Teórica) Stanislaw Ulam Ulam, Feynman y John von Neumann (Responsable de la primera computadora elctrónica militar) Matemático Responsable de calcular la bomba de hidrógeno Proyecto Manhattan: Sitio Los Álamos En el laboratorio de Los Álamos, 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 Cuando Oppenheimer vió la bola de fuego atómica citó el poema hindú sagrado Bhagavad Gita: “Me he convertido en la muerte, destructor de mundos”. Proyecto Manhattan: La dupla estratégica El bombardero y la bomba lanzada sobre Hiroshima (uranio) “Little boy” HIROSHIMA UN DÍA DESPUÉS DEL BOMBARDEO ATÓMICO DEL 6 DE AGOSTO, 1945 HIROSHIMA 7 DE AGOSTO, 1945 ÚNICO EDIFICIO EN PIE, AHORA SÍMBOLO DE LA CIUDAD NAGASAKI UN DÍA DESPUÉS DEL BOMBARDEO ATÓMICO DEL 9 DE AGOSTO, 1945 NAGASAKI UN DÍA DESPUÉS DEL BOMBARDEO ATÓMICO DEL 9 DE AGOSTO, 1945 NAGASAKI UN DIA DESPUES:10 DE AGOSTO, 1945 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