Alvin Martin Weinberg ( 20 de abril de 1915 - 18 de octubre de 2006) fue un físico nuclear estadounidense que fue administrador del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) durante y después del Proyecto Manhattan . Llegó a Oak Ridge, Tennessee , en 1945 y permaneció allí hasta su muerte en 2006. Fue el primero en utilizar el término " pacto fáustico " para describir la energía nuclear.
Graduado de la Universidad de Chicago , que le otorgó su doctorado en biofísica matemática en 1939, Weinberg se unió al Laboratorio Metalúrgico del Proyecto Manhattan en septiembre de 1941. Al año siguiente pasó a formar parte del Grupo Teórico de Eugene Wigner , cuya tarea era diseñar los reactores nucleares que convertirían el uranio en plutonio.
Weinberg reemplazó a Wigner como director de investigación en ORNL en 1948, y se convirtió en director del laboratorio en 1955. Bajo su dirección trabajó en el programa de Propulsión Nuclear de Aeronaves , y fue pionero en muchos diseños de reactores innovadores, incluyendo los reactores de agua presurizada (PWR) y los reactores de agua en ebullición (BWR) que desde entonces se han convertido en los tipos de reactores dominantes en plantas de energía nuclear comerciales , y diseños de reactores homogéneos acuosos .
En 1960, Weinberg fue nombrado miembro del Comité Asesor Científico del Presidente en la administración de Eisenhower y más tarde sirvió en él en la administración de Kennedy . Después de dejar el ORNL en 1973, fue nombrado director de la Oficina de Investigación y Desarrollo Energético en Washington, DC, en 1974. Al año siguiente fundó y se convirtió en el primer director del Instituto de Análisis Energético en Oak Ridge Associated Universities (ORAU).
Alvin Martin Weinberg nació el 20 de abril de 1915 en Chicago, Illinois, [1] hijo de Jacob Weinberg y Emma Levinson Weinberg, [2] dos emigrantes judíos rusos que se conocieron en 1905 a bordo del barco que los transportaba a los Estados Unidos. [1] Tenía una hermana mayor, Fay Goleman, que nació el 30 de noviembre de 1910. Más tarde se convirtió en profesora de sociología en la Universidad del Pacífico , [3] [4] y fue la madre de Daniel Goleman . Asistió a la escuela secundaria Theodore Roosevelt en Chicago. [5]
Weinberg ingresó a la Universidad de Chicago , donde recibió su licenciatura en Ciencias (BS) en física en 1935, y su maestría en Ciencias (MS) en física al año siguiente. [6] Recibió su doctorado de la Universidad de Chicago en biofísica matemática en 1939, escribiendo su tesis sobre Fundamentos matemáticos para una teoría de la periodicidad biofísica , [7] bajo la supervisión de Carl Eckart . [8] Weinberg más tarde lamentó que, al restringir su tesis a sistemas lineales , había pasado por alto sistemas no lineales interesantes por los que Ilya Prigogine más tarde recibió el Premio Nobel de Química por estudiar. [9]
Mientras estaba en Chicago, Weinberg fue contratado por la familia de Margaret Despres, una estudiante de la Universidad de Chicago, para que le diera clases particulares de matemáticas. [8] Se casaron el 14 de junio de 1940. [4] Tuvieron dos hijos, David Robert Weinberg y Richard J. Weinberg. [10] [11]
Weinberg impartió clases en el Wright Junior College . Solicitó y recibió una beca del Consejo Nacional de Investigación para estudiar con Kenneth S. Cole en la Universidad de Columbia , pero nunca la aceptó, ya que Cole vino a Chicago para trabajar en el Proyecto Manhattan como biólogo de radiación. Weinberg fue reclutado para trabajar en su Laboratorio Metalúrgico en la Universidad de Chicago en septiembre de 1941 por Eckart y Samuel Allison , quienes necesitaban a alguien que trabajara en los cálculos de captura de neutrones de este último . [12]
A principios de 1942, Arthur Compton concentró los diversos equipos del Proyecto Manhattan que trabajaban con plutonio en la Universidad de Chicago. Esto atrajo a muchos científicos de primer nivel, entre ellos Herbert Anderson , Bernard Feld , Enrico Fermi , Leó Szilárd y Walter Zinn de Columbia, y Edward Creutz , Gilbert Plass , Eugene Wigner y John Wheeler de la Universidad de Princeton . Weinberg se convirtió en un protegido de Wigner. [13]
Wigner dirigió el Grupo Teórico del Laboratorio Metalúrgico que incluía a Alvin Weinberg, Katharine Way , Gale Young y Edward Creutz. La tarea del grupo era diseñar los reactores nucleares de producción que convertirían el uranio en plutonio. En ese momento, los reactores existían solo en el papel, y ninguno había alcanzado aún su estado crítico. En julio de 1942, Wigner eligió un diseño conservador de 100 MW, con un moderador de neutrones de grafito y refrigeración por agua. [14] La elección del agua como refrigerante fue controvertida en ese momento. Se sabía que el agua absorbía neutrones , lo que reducía la eficiencia del reactor, pero Wigner confiaba en que los cálculos de su grupo eran correctos y que el agua funcionaría, mientras que las dificultades técnicas implicadas en el uso de helio o metal líquido como refrigerantes retrasarían el proyecto. [15]
Después de que el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos se hiciera cargo del Proyecto Manhattan, le dio la responsabilidad del diseño detallado y la construcción de los reactores a DuPont . Hubo fricción entre la empresa y Wigner y su equipo. Las principales diferencias entre el diseño del reactor de Wigner y el de DuPont incluían aumentar el número de tubos de proceso de 1.500 en una disposición circular a 2.004 en una disposición cuadrada, y reducir la potencia de 500 MW a 250 MW. Al final resultó que, la decisión de diseño de DuPont de dar al reactor tubos adicionales resultó útil cuando el envenenamiento por neutrones se convirtió en un problema para el reactor B en el sitio de Hanford . Los tubos adicionales permitieron una mayor carga de combustible para superar el envenenamiento. Sin ellos, el reactor habría tenido que funcionar a baja potencia hasta que se hubieran quemado suficientes impurezas de boro en el grafito para permitirle alcanzar la potencia máxima, lo que habría retrasado el funcionamiento completo hasta un año. [16] [17]
Cuando los reactores de Hanford entraron en funcionamiento, el Laboratorio Metalúrgico volvió a centrarse en los diseños teóricos. El descubrimiento de la fisión espontánea en el plutonio generado en el reactor debido a la contaminación por plutonio-240 llevó a Wigner a proponer cambiar el torio por uranio-233 , pero el Laboratorio de Los Álamos afrontó el desafío desarrollando un diseño de arma nuclear de tipo implosión . [18] Wigner también estaba intrigado por la posibilidad de eliminar gran parte de las complejidades de un reactor al tener el uranio en solución o en una suspensión en agua pesada . El Laboratorio Metalúrgico intentó encontrar una forma de hacerlo. [19]
Entre los diseños en competencia, Weinberg propuso el reactor de agua a presión , que finalmente se convirtió en el diseño más común. [20] Esta fue solo una de las muchas posibilidades discutidas por Weinberg y sus colegas en Chicago y Oak Ridge. Más tarde, escribió:
En aquellos primeros tiempos, se exploraron todo tipo de reactores de potencia, comparando las ventajas y desventajas de cada uno de ellos. El número de posibilidades era enorme, ya que existen muchas posibilidades para cada componente de un reactor: combustible, refrigerante, moderador. El material fisible puede ser 233 U, 235 U o 239 Pu; el refrigerante puede ser: agua, agua pesada, gas o metal líquido; el moderador puede ser: agua, agua pesada, berilio, grafito o, en un reactor de neutrones rápidos, ningún moderador. He calculado que, si se contaran todas las combinaciones de combustible, refrigerante y moderador, se podrían identificar alrededor de mil reactores distintos. Así, en los comienzos de la energía nuclear, tuvimos que elegir qué posibilidades seguir y cuáles ignorar. [21]
El éxito final del reactor de agua a presión, escribió, se debió menos a las características superiores del agua, sino más bien a la decisión de alimentar el prototipo del reactor térmico del submarino Mark I con una versión presurizada del reactor de prueba de materiales de Oak Ridge. Una vez que se estableció el agua a presión, otras posibilidades se volvieron demasiado caras de seguir, [22] pero Weinberg siguió interesado en otras posibilidades. Según Freeman Dyson , fue el único pionero nuclear que apoyó el amplio universo de diseños de reactores. [23]
En 1945, Wigner aceptó un puesto como director de investigación en los Laboratorios Clinton en Oak Ridge, Tennessee , que entonces contaban con una plantilla de unas 800 personas. Se llevó consigo a sus protegidas Gale Young , Katherine Way y Weinberg. Weinberg, que fue el primero en llegar a Oak Ridge en mayo de 1945, [24] se convirtió en jefe de la División de Física en 1946. [25] Pero después de que la Comisión de Energía Atómica asumiera la responsabilidad de las operaciones del laboratorio del Proyecto Manhattan a principios de 1947, Wigner, sintiéndose inadecuado para un papel directivo en el nuevo entorno, abandonó Oak Ridge a finales del verano de 1947 y regresó a la Universidad de Princeton. [26]
La administración de los Laboratorios Clinton pasó de Monsanto a la Universidad de Chicago en mayo de 1947, y luego a Union Carbide en diciembre de 1947. [27] El influyente Comité Asesor General de la Comisión de Energía Atómica, presidido por J. Robert Oppenheimer , recomendó que todo el trabajo sobre reactores se concentrara en el Laboratorio Nacional de Argonne , el sucesor del Laboratorio Metalúrgico, cerca de Chicago. También hubo competencia por el personal y los recursos del recién establecido Laboratorio Nacional de Brookhaven cerca de Nueva York. La moral estaba baja y no se pudo encontrar a nadie que asumiera el trabajo de director de investigación en el laboratorio, rebautizado como Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) en enero de 1948. Al menos seis personas rechazaron el trabajo antes de que el director interino de Union Carbide, Nelson (Bunny) Rucker, le pidiera a Weinberg que se convirtiera en Director de Investigación en marzo de 1948. [28] [29]
Weinberg fue nombrado director en 1955. A menudo se sentaba en primera fila en las reuniones de información de la división ORNL y hacía la primera pregunta, a menudo muy penetrante, después de cada charla científica. Para los científicos jóvenes que daban su primera presentación, la experiencia podía ser aterradora, pero también emocionante y estimulante. Cuando se le preguntó cómo encontraba tiempo para asistir a cada reunión, Weinberg respondió en tono de broma: " En aquella época no teníamos un DOE ". [25]
El proyecto de Propulsión Nuclear de Aeronaves (ANP) fue el programa más grande de ORNL, utilizando el 25% de su presupuesto. El objetivo militar del proyecto ANP era producir un avión de propulsión nuclear (un bombardero) para superar las limitaciones de alcance de los aviones propulsados por reactores en ese momento. No se pasó por alto que el proyecto tenía pocas posibilidades de éxito, pero proporcionó empleo y permitió a ORNL permanecer en el negocio del desarrollo de reactores. ORNL construyó y operó con éxito un prototipo de una planta de energía de reactor de aeronave al crear el primer reactor del mundo alimentado y refrigerado con sales fundidas llamado Experimento de Reactor de Aeronaves (ARE) en 1954, que estableció un récord de temperatura de operación de 1.600 °F (870 °C). Debido al peligro de radiación que representaba para la tripulación y las personas en tierra en caso de un accidente, los nuevos desarrollos en tecnología de misiles balísticos , reabastecimiento aéreo y bombarderos a reacción de mayor alcance, el presidente Kennedy canceló el programa en junio de 1961. [30] [31]
Weinberg convirtió el reactor de prueba de materiales en una maqueta de un reactor real llamado reactor de prueba de baja intensidad (LITR) o "pila del pobre". Los experimentos en el LITR condujeron al diseño de reactores de agua a presión (PWR) y reactores de agua en ebullición (BWR), que desde entonces se han convertido en los tipos de reactores dominantes en las plantas de energía nuclear comerciales . [32] Weinberg se sintió atraído por la simplicidad y las características de autocontrol de los reactores nucleares que usaban combustibles fluidos, como el reactor homogéneo acuoso propuesto por Harold Urey y Eugene Wigner . Por lo tanto, para apoyar el proyecto de la aeronave nuclear a fines de la década de 1940, Weinberg pidió a los ingenieros de reactores de ORNL que diseñaran un reactor que usara combustible líquido en lugar de sólido. [33]
Este experimento de reactor homogéneo (HRE, por sus siglas en inglés) fue apodado cariñosamente "el reactor 3P de Alvin" porque requería una olla, una tubería y una bomba. El HRE entró en funcionamiento en 1950 y, en la fiesta de criticidad , Weinberg trajo los licores apropiados: "Cuando las pilas se ponen críticas en Chicago, celebramos con vino. Cuando las pilas se ponen críticas en Tennessee, celebramos con Jack Daniel's ". [25] El HRE funcionó durante 105 días antes de ser cerrado. A pesar de sus fugas y corrosión, se obtuvo información valiosa de su funcionamiento y demostró ser un reactor simple y seguro de controlar. [34] Durante el tiempo que el HRE estuvo en funcionamiento, los senadores John F. Kennedy y Albert Gore, Sr. visitaron ORNL y fueron invitados por Weinberg. [25]
Bajo la dirección de Weinberg, ORNL cambió su enfoque hacia una versión civil del reactor de sales fundidas (MSR) a prueba de fusión, alejándose de la idea "tonta" [35] de los militares de aviones de propulsión nuclear. El experimento del reactor de sales fundidas (MSRE) estableció un récord de operación continua y fue el primero en utilizar torio irradiado para producir uranio-233 como combustible. También utilizó plutonio-239 y el uranio-235 , el estándar que se produce de forma natural . El MSR era conocido como el "reactor del químico" porque fue propuesto principalmente por químicos (Ray Briant y Ed Bettis (un ingeniero) de ORNL y Vince Calkins de NEPA), [34] y porque utilizaba una solución química de sales fundidas que contenían los actínidos (uranio, torio y/o plutonio) en una sal portadora, compuesta con mayor frecuencia de berilio (BeF 2 ) y litio (LiF) (agotado isotópicamente en litio-6 para evitar la captura excesiva de neutrones o la producción de tritio) – FLiBe . [36] El MSR también brindaba la oportunidad de cambiar la química de la sal fundida mientras el reactor estaba en funcionamiento para eliminar los productos de fisión y agregar nuevo combustible o cambiar el combustible, todo lo cual se llama "procesamiento en línea". [37]
Bajo el mandato de Weinberg como director, la División de Biología del ORNL creció hasta alcanzar un tamaño cinco veces mayor que la siguiente división más grande. Esta división se encargó de comprender cómo interactúa la radiación ionizante con los seres vivos y de tratar de encontrar formas de ayudarlos a sobrevivir al daño por radiación, como los trasplantes de médula ósea . En la década de 1960, Weinberg también emprendió nuevas misiones para el ORNL, como el uso de energía nuclear para desalinizar el agua de mar. Reclutó a Philip Hammond del Laboratorio Nacional de Los Álamos para impulsar esta misión y en 1970 comenzó el primer gran proyecto de ecología en los Estados Unidos: el Programa Ambiental de Investigación Aplicada a las Necesidades Nacionales de la Fundación Nacional de Ciencias . [38]
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En 1958, Weinberg fue coautor del primer libro de texto sobre reactores nucleares, The Physical Theory of Neutron Chain Reactors , junto con Wigner. Al año siguiente, en 1959, fue elegido presidente de la American Nuclear Society y, en 1960, comenzó a prestar servicio en el Comité Asesor Científico del Presidente durante las administraciones de Eisenhower y Kennedy . [39] A partir de 1945, con la patente n.° 2 736 696, Weinberg, generalmente junto con Wigner, presentó numerosas patentes sobre la tecnología de reactores de agua ligera (LWR) que ha proporcionado los principales reactores nucleares de los Estados Unidos. Los principales tipos de LWR son los reactores de agua a presión (PWR) y los reactores de agua en ebullición (BWR), que se utilizan en la propulsión naval y la energía nuclear comercial. [40] En 1965 fue nombrado vicepresidente de la División Nuclear de Union Carbide. [41]
En un artículo de 1971, Weinberg utilizó por primera vez el término " pacto fáustico " para describir la energía nuclear:
Nosotros, los que nos dedicamos a la energía nuclear, hemos hecho un pacto fáustico con la sociedad. Por un lado, ofrecemos –en el quemador nuclear catalítico (es decir, el generador)– una fuente inagotable de energía. Incluso a corto plazo, cuando utilizamos reactores ordinarios, ofrecemos energía que es más barata que la energía procedente de combustibles fósiles. Además, esta fuente de energía, cuando se maneja adecuadamente, es casi no contaminante. Mientras que los quemadores de combustibles fósiles emiten óxidos de carbono, nitrógeno y azufre... no hay ninguna razón intrínseca por la que los sistemas nucleares deban emitir algún contaminante, salvo calor y trazas de radiactividad. Pero el precio que exigimos a la sociedad por esta fuente mágica es tanto la vigilancia como la longevidad de nuestras instituciones sociales, a las que no estamos acostumbrados. [42]
Weinberg fue despedido por la administración Nixon del ORNL en 1973 después de 18 años como director del laboratorio, porque continuó abogando por una mayor seguridad nuclear y reactores de sales fundidas (MSR), en lugar del reactor reproductor rápido de metal líquido (LMFBR) elegido por la administración, cuyo desarrollo se había encomendado al director de la División de Reactores de la AEC, Milton Shaw. El despido de Weinberg detuvo efectivamente el desarrollo del MSR, ya que era prácticamente desconocido por otros laboratorios nucleares y especialistas. [43] Hubo un breve resurgimiento de la investigación sobre MSR en el ORNL como parte de los intereses de no proliferación de la administración Carter , que culminó en ORNL-TM-7207, "Características de diseño conceptual de un reactor de sales fundidas desnaturalizado con combustible de paso único", de Engel, et al. , que todavía es considerado por muchos como el "diseño de referencia" para los reactores de sales fundidas comerciales. [44] [45]
Weinberg fue nombrado director de la Oficina de Investigación y Desarrollo Energético en Washington, DC, en 1974. Al año siguiente fundó y se convirtió en el primer director del Instituto de Análisis Energético en Oak Ridge Associated Universities (ORAU). Este instituto se centró en evaluar alternativas para satisfacer las necesidades energéticas futuras. De 1976 a 1984, el Instituto de Análisis Energético fue un centro de estudio de diversas cuestiones relacionadas con el dióxido de carbono y el calentamiento global . [46] Trabajó en ORAU hasta jubilarse para convertirse en miembro distinguido de ORAU en 1985. [25]
En 1972 Weinberg publicó un artículo histórico en Minerva titulado Ciencia y transciencia , en el que se centró en la interfaz entre la ciencia y las cuestiones políticas, especialmente las decisiones políticas gubernamentales:
Muchas de las cuestiones que surgen en el curso de la interacción entre la ciencia o la tecnología y la sociedad (por ejemplo, los efectos secundarios nocivos de la tecnología o los intentos de abordar los problemas sociales mediante los procedimientos de la ciencia) dependen de las respuestas a preguntas que se pueden plantear a la ciencia y que, sin embargo, la ciencia no puede responder. Propongo el término transcientíficas para estas preguntas, ya que, aunque epistemológicamente hablando, son cuestiones de hecho y pueden formularse en el lenguaje de la ciencia, no pueden ser respondidas por la ciencia; trascienden la ciencia. En la medida en que las políticas públicas involucran cuestiones transcientíficas más que científicas, el papel del científico al contribuir a la promulgación de tales políticas debe ser diferente de su papel cuando las cuestiones pueden ser respondidas inequívocamente por la ciencia. [47]
En junio de 1977, Weinberg testificó en una audiencia del Subcomité de Medio Ambiente y Atmósfera de la Cámara de Representantes sobre el impacto del aumento de las emisiones de dióxido de carbono en las temperaturas medias globales. Afirmó que una duplicación de las emisiones globales de dióxido de carbono para 2025, como algunos científicos habían predicho que ocurriría, conduciría a un aumento de dos grados Celsius en la temperatura media global. [48]
Weinberg siguió activo en su retiro. En 1992 fue nombrado presidente del Comité Internacional de la Campana de la Amistad, que organizó la instalación de una campana japonesa en Oak Ridge. También pidió el fortalecimiento de la Agencia Internacional de Energía Atómica y los sistemas de defensa contra las armas nucleares . [49] Su primera esposa, Margaret, murió en 1969. Más tarde se casó con una corredora de bolsa, Genevieve DePersio, quien murió en 2004. [8] [10] Su hijo David murió en 2003. [11] Weinberg murió en su casa en Oak Ridge el 18 de octubre de 2006. Le sobrevivieron su otro hijo, Richard, y su hermana Fay Goleman. [10]
La Fundación Alvin Weinberg lleva su nombre. [50]
