El reactor de grafito X-10 es un reactor nuclear fuera de servicio en el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Oak Ridge, Tennessee . Anteriormente conocido como Pila Clinton y Pila X-10 , fue el segundo reactor nuclear artificial del mundo (después del Pila-1 Chicago de Enrico Fermi ), y el primero diseñado y construido para funcionamiento continuo. Fue construido durante la Segunda Guerra Mundial como parte del Proyecto Manhattan .
Mientras que Chicago Pile-1 demostró la viabilidad de los reactores nucleares, el objetivo del Proyecto Manhattan de producir suficiente plutonio para bombas atómicas requería reactores mil veces más potentes, junto con instalaciones para separar químicamente el plutonio generado en los reactores del uranio y los productos de fisión . Se consideró prudente dar un paso intermedio. El siguiente paso del proyecto de plutonio, cuyo nombre en clave es X-10, fue la construcción de una semifábrica donde se podrían desarrollar técnicas y procedimientos y realizar capacitación. La pieza central de esto fue el reactor de grafito X-10. Estaba refrigerado por aire, utilizaba grafito nuclear como moderador de neutrones y uranio natural puro en forma metálica como combustible.
DuPont comenzó la construcción de la semifábrica de plutonio en Clinton Engineer Works en Oak Ridge el 2 de febrero de 1943. El reactor entró en estado crítico el 4 de noviembre de 1943 y produjo su primer plutonio a principios de 1944. Suministró al Laboratorio de Los Álamos su primera producción importante. cantidades de plutonio y su primer producto generado en un reactor. Los estudios de estas muestras influyeron mucho en el diseño de las bombas. El reactor y la planta de separación química proporcionaron una experiencia invaluable a los ingenieros, técnicos, operadores de reactores y funcionarios de seguridad que luego se trasladaron al sitio de Hanford . X-10 funcionó como planta de producción de plutonio hasta enero de 1945, cuando se dedicó a actividades de investigación y producción de isótopos radiactivos para usos científicos, médicos, industriales y agrícolas. Fue cerrado en 1963 y fue designado Monumento Histórico Nacional en 1965.
El descubrimiento de la fisión nuclear por los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann en 1938, [2] seguido de su explicación teórica (y denominación) por Lise Meitner y Otto Frisch , [3] abrió la posibilidad de una reacción nuclear en cadena controlada con uranio . . En la Universidad de Columbia , Enrico Fermi y Leo Szilard comenzaron a explorar cómo se podría hacer esto. [4] Szilard redactó una carta confidencial dirigida al presidente de los Estados Unidos , Franklin D. Roosevelt , explicando la posibilidad de bombas atómicas y advirtiendo del peligro de un proyecto alemán de armas nucleares . Convenció a su viejo amigo y colaborador Albert Einstein para que lo firmara conjuntamente, lo que le dio fama a la propuesta. [5] Esto resultó en el apoyo del gobierno de Estados Unidos a la investigación sobre la fisión nuclear, [6] que se convirtió en el Proyecto Manhattan . [7]
En abril de 1941, el Comité de Investigación de la Defensa Nacional (NDRC) pidió a Arthur Compton , profesor de física de la Universidad de Chicago , ganador del Premio Nobel , que informara sobre el programa del uranio. Su informe, presentado en mayo de 1941, preveía las perspectivas de desarrollo de armas radiológicas , de propulsión nuclear para barcos y de armas nucleares utilizando uranio-235 o el recientemente descubierto plutonio . [8] En octubre escribió otro informe sobre la viabilidad de una bomba atómica. [9] Niels Bohr y John Wheeler habían teorizado que los isótopos pesados con números atómicos pares y números impares de neutrones eran fisibles . De ser así, entonces probablemente lo sería el plutonio-239 . [10]
Emilio Segrè y Glenn Seaborg de la Universidad de California produjeron 28 μg de plutonio en el ciclotrón de 60 pulgadas allí en mayo de 1941, y descubrieron que tenía 1,7 veces la sección transversal de captura de neutrones térmicos del uranio-235. En aquel momento, el plutonio-239 se producía en cantidades mínimas utilizando ciclotrones, pero no era posible producir grandes cantidades de esa manera. [11] Compton discutió con Eugene Wigner de la Universidad de Princeton cómo se podría producir plutonio en un reactor nuclear , y con Robert Serber cómo se podría separar el plutonio producido en un reactor del uranio. [9]
El borrador final del informe de Compton de noviembre de 1941 no mencionaba el uso de plutonio, pero después de discutir las últimas investigaciones con Ernest Lawrence , Compton se convenció de que una bomba de plutonio también era factible. En diciembre, Compton fue puesto a cargo del proyecto de plutonio, [12] cuyo nombre en código fue X-10. [13] Sus objetivos eran producir reactores para convertir uranio en plutonio, encontrar formas de separar químicamente el plutonio del uranio y diseñar y construir una bomba atómica. [10] [14] Le correspondió a Compton decidir cuál de los diferentes tipos de diseños de reactores deberían seguir los científicos, a pesar de que aún no se había construido un reactor exitoso. [15] Sintió que tener equipos en Columbia, Princeton, la Universidad de Chicago y la Universidad de California estaba creando demasiada duplicación y poca colaboración, y concentró el trabajo en el Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago. [dieciséis]
En junio de 1942, el Proyecto Manhattan había llegado a la etapa en la que se podía contemplar la construcción de instalaciones de producción. El 25 de junio de 1942, el Comité Ejecutivo S-1 de la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico (OSRD) deliberó sobre dónde deberían ubicarse. [17] Pasar directamente a una planta de producción de megavatios parecía un gran paso, dado que muchos procesos industriales no se escalan fácilmente desde el laboratorio hasta el tamaño de producción. Se consideró prudente un paso intermedio: la construcción de una planta piloto. [18] Para la planta piloto de separación de plutonio, se quería un sitio cerca del Laboratorio Metalúrgico, donde se llevaban a cabo las investigaciones, pero por razones de seguridad, no era deseable ubicar las instalaciones en una zona densamente poblada como Chicago . [17]
Compton seleccionó un sitio en el bosque de Argonne , parte del distrito de reserva forestal del condado de Cook , a unas 20 millas (32 km) al suroeste de Chicago. Las instalaciones de producción a gran escala se ubicarían junto con otras instalaciones del Proyecto Manhattan en una ubicación aún más remota en Tennessee. [17] Se alquilaron unas 1.000 acres (400 ha) de tierra al condado de Cook para las instalaciones piloto, mientras que se seleccionó un sitio de 83.000 acres (34.000 ha) para las instalaciones de producción en Oak Ridge, Tennessee . En la reunión del Comité Ejecutivo de S-1 del 13 y 14 de septiembre, se hizo evidente que las instalaciones piloto serían demasiado extensas para el sitio de Argonne, por lo que en su lugar se construiría un reactor de investigación en Argonne, mientras que las instalaciones piloto de plutonio (una semifábrica ) se construiría en Clinton Engineer Works en Tennessee. [19]
Este sitio fue seleccionado sobre la base de varios criterios. Las instalaciones piloto de plutonio debían estar a una distancia de entre 3,2 y 6,4 km (de dos a cuatro millas) del límite del sitio y de cualquier otra instalación, en caso de que se escaparan productos de fisión radiactiva . Si bien las preocupaciones por la seguridad sugerían un sitio remoto, aún tenía que estar cerca de fuentes de mano de obra y ser accesible por transporte por carretera y ferrocarril. Era deseable un clima templado que permitiera la construcción durante todo el año. El terreno separado por crestas reduciría el impacto de explosiones accidentales, pero no podrían ser tan empinados como para complicar la construcción. El sustrato debía ser lo suficientemente firme como para proporcionar buenos cimientos, pero no tan rocoso como para dificultar los trabajos de excavación. Necesitaba grandes cantidades de energía eléctrica (disponible en la Autoridad del Valle de Tennessee ) y agua de refrigeración. [17] [20] Finalmente, una política del Departamento de Guerra sostenía que, como regla general, las instalaciones de municiones no deberían ubicarse al oeste de la Sierra o Cascade Ranges , al este de las Montañas Apalaches , o dentro de 200 millas (320 km) de la costa canadiense. o las fronteras mexicanas. [21]
En diciembre se decidió que, después de todo, las instalaciones de producción de plutonio no se construirían en Oak Ridge, sino en el sitio aún más remoto de Hanford, en el estado de Washington . Compton y el personal del Laboratorio Metalúrgico reabrieron entonces la cuestión de la construcción de la semifábrica de plutonio en Argonne, pero los ingenieros y la dirección de DuPont , en particular Roger Williams, jefe de su división TNX, responsable del papel de la empresa en el Proyecto Manhattan , no apoyó esta propuesta. Consideraron que no habría suficiente espacio en Argonne, y que tener un sitio tan accesible tenía desventajas, ya que temían que esto permitiría al personal de investigación del Laboratorio Metalúrgico interferir indebidamente con el diseño y la construcción, lo que consideraban su prerrogativa. [22] Consideraron que una mejor ubicación sería las instalaciones de producción remotas en Hanford. Al final se llegó a un acuerdo. [23] El 12 de enero de 1943, Compton, Williams y el general de brigada Leslie R. Groves, Jr. , director del Proyecto Manhattan, acordaron que las semiobras se construirían en Clinton Engineer Works. [24]
Tanto Compton como Groves propusieron que DuPont operara las semifábricas. Williams contrapropuso que las semifábricas fueran operadas por el Laboratorio Metalúrgico. Razonó que sería principalmente una instalación de investigación y educación, y que la experiencia se encontraría en el Laboratorio Metalúrgico. Compton se sorprendió; [24] el Laboratorio Metalúrgico era parte de la Universidad de Chicago y, por lo tanto, la universidad estaría operando una instalación industrial a 500 millas (800 km) de su campus principal. James B. Conant le dijo que la Universidad de Harvard "no lo tocaría ni con un palo de tres metros", [25] pero el vicepresidente de la Universidad de Chicago, Emery T. Filbey, adoptó una opinión diferente e indicó a Compton que aceptara. [26] Cuando el presidente de la universidad, Robert Hutchins, regresó, saludó a Compton con "Ya veo, Arthur, que mientras yo no estaba, duplicaste el tamaño de mi universidad". [27]
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Las decisiones de diseño fundamentales en la construcción de un reactor son la elección del combustible, el refrigerante y el moderador de neutrones . La elección del combustible fue sencilla; sólo se disponía de uranio natural. La decisión de que el reactor utilizaría grafito como moderador de neutrones provocó poco debate. Aunque con agua pesada como moderador el número de neutrones producidos por cada uno absorbido (conocido como factor k ) era un 10 por ciento mayor que en el grafito más puro, el agua pesada no estaría disponible en cantidades suficientes durante al menos un año. [28] Esto dejó la elección del refrigerante, sobre el cual hubo mucha discusión. Un factor limitante fue que las pastillas de combustible estarían revestidas de aluminio, por lo que la temperatura de funcionamiento del reactor no podía exceder los 200 °C (392 °F). [18] Los físicos teóricos del grupo de Wigner en el Laboratorio Metalúrgico desarrollaron varios diseños. En noviembre de 1942, los ingenieros de DuPont eligieron gas helio como refrigerante para la planta de producción, principalmente porque no absorbía neutrones, pero también porque era inerte, lo que eliminaba el problema de la corrosión. [29]
No todos estuvieron de acuerdo con la decisión de utilizar helio. Szilard, en particular, fue uno de los primeros defensores del uso de bismuto líquido ; pero el principal oponente fue Wigner, quien argumentó enérgicamente a favor de un diseño de reactor refrigerado por agua. Se dio cuenta de que, dado que el agua absorbía neutrones, k se reduciría en aproximadamente un 3 por ciento, pero tenía suficiente confianza en sus cálculos de que el reactor refrigerado por agua aún sería capaz de alcanzar la criticidad. Desde una perspectiva de ingeniería, un diseño refrigerado por agua era sencillo de diseñar y construir, mientras que el helio planteaba problemas tecnológicos. El equipo de Wigner produjo un informe preliminar sobre refrigeración por agua, denominado CE-140 en abril de 1942, seguido de uno más detallado, CE-197, titulado "Sobre una planta con refrigeración por agua", en julio de 1942. [30 ]
El reactor Chicago Pile-1 de Fermi , construido bajo los miradores occidentales del Stagg Field original de la Universidad de Chicago, "se volvió crítico" el 2 de diciembre de 1942. Este reactor moderado por grafito solo generó hasta 200 W, pero demostró que k fue mayor de lo previsto. Esto no sólo eliminó la mayoría de las objeciones a los diseños de reactores enfriados por aire y por agua, sino que simplificó enormemente otros aspectos del diseño. El equipo de Wigner presentó a DuPont los planos de un reactor refrigerado por agua en enero de 1943. En ese momento, las preocupaciones de los ingenieros de DuPont sobre la corrosividad del agua habían sido superadas por las crecientes dificultades del uso de helio, y todos los trabajos con helio finalizaron en febrero. . Al mismo tiempo, se optó por la refrigeración por aire para el reactor de la planta piloto. [31] Dado que tendría un diseño bastante diferente al de los reactores de producción, el reactor de grafito X-10 perdió su valor como prototipo, pero se mantuvo su valor como instalación piloto en funcionamiento, proporcionando el plutonio necesario para la investigación. [32] Se esperaba que los problemas se encontrarían a tiempo para poder solucionarlos en las plantas de producción. Las semifábricas también se utilizarían para capacitación y desarrollo de procedimientos. [18]
Aunque el diseño del reactor aún no estaba completo, DuPont comenzó la construcción de la semifábrica de plutonio el 2 de febrero de 1943, [33] en un sitio aislado de 112 acres (45,3 ha) en el valle de Bethel, a unas 10 millas (16 km) al suroeste. de Oak Ridge oficialmente conocida como el área X-10. El sitio incluía laboratorios de investigación, una planta de separación de químicos, un área de almacenamiento de desechos, un centro de capacitación para el personal de Hanford e instalaciones administrativas y de apoyo que incluían una lavandería, una cafetería, un centro de primeros auxilios y una estación de bomberos. Debido a la decisión posterior de construir reactores refrigerados por agua en Hanford, sólo la planta de separación química funcionó como verdadero piloto. [34] [35] Las semifábricas finalmente se conocieron como Laboratorios Clinton y fueron operadas por la Universidad de Chicago como parte del Proyecto Metalúrgico. [36]
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Los trabajos de construcción del reactor tuvieron que esperar hasta que DuPont hubiera completado el diseño. La excavación comenzó el 27 de abril de 1943. Pronto se descubrió una gran bolsa de arcilla blanda, que requirió cimientos adicionales. [37] Se produjeron más retrasos debido a las dificultades en tiempos de guerra para adquirir materiales de construcción. Había una grave escasez de mano de obra común y calificada; el contratista contaba sólo con las tres cuartas partes de la mano de obra necesaria y había una gran rotación y ausentismo, principalmente como resultado de malas condiciones de alojamiento y dificultades para desplazarse. El municipio de Oak Ridge todavía estaba en construcción y se construyeron cuarteles para albergar a los trabajadores. Los acuerdos especiales con trabajadores individuales aumentaron su moral y redujeron la rotación. Finalmente, hubo lluvias inusualmente intensas, con 9,3 pulgadas (240 mm) cayendo en julio de 1943, más del doble del promedio de 4,3 pulgadas (110 mm). [34] [38]
Se compraron a National Carbon unas 700 toneladas cortas (640 t) de bloques de grafito . Los equipos de construcción comenzaron a apilarlos en septiembre de 1943. Las palanquillas de uranio fundido procedían de Metal Hydrides, Mallinckrodt y otros proveedores. Estos fueron extruidos en trozos cilíndricos y luego enlatados. [39] Las pastillas de combustible se enlataron para proteger el uranio metálico de la corrosión que se produciría si entrara en contacto con el agua y para evitar la ventilación de productos de fisión radiactivos gaseosos que podrían formarse cuando se irradiaran. Se eligió el aluminio porque transmitía bien el calor pero no absorbía demasiados neutrones. [40] Alcoa comenzó a enlatar el 14 de junio de 1943. General Electric y el Laboratorio Metalúrgico desarrollaron una nueva técnica de soldadura para sellar las latas herméticamente, y el equipo para ello se instaló en la línea de producción de Alcoa en octubre de 1943. [39]
La construcción de la planta piloto de separación comenzó antes de que se seleccionara un proceso químico para separar el plutonio del uranio. No fue hasta mayo de 1943 que los directivos de DuPont decidieron utilizar el proceso de fosfato de bismuto con preferencia al que utilizaba fluoruro de lantano. [41] El proceso del fosfato de bismuto fue ideado por Stanley G. Thompson en la Universidad de California . [42] El plutonio tenía dos estados de oxidación; un estado tetravalente (+4) y un estado hexavalente (+6), con diferentes propiedades químicas. [43] Fosfato de bismuto ( BiPO
4) era similar en su estructura cristalina al fosfato de plutonio, [44] y el plutonio sería transportado con fosfato de bismuto en una solución mientras que otros elementos, incluido el uranio, precipitarían. El plutonio podría pasar de estar en solución a precipitarse cambiando su estado de oxidación. [45] La planta constaba de seis celdas, separadas entre sí y de la sala de control por gruesos muros de hormigón. El equipo fue operado desde la sala de control mediante control remoto debido a la radiactividad producida por los productos de fisión . [36] El trabajo se completó el 26 de noviembre de 1943, [46] pero la planta no pudo funcionar hasta que el reactor comenzó a producir pastillas de uranio irradiado. [34]
El reactor de grafito X-10 fue el segundo reactor nuclear artificial del mundo después del Chicago Pile-1, y fue el primer reactor diseñado y construido para funcionamiento continuo. [47] Consistía en un enorme bloque, de 24 pies (7,3 m) de largo por cada lado, de cubos de grafito nuclear , que pesaba alrededor de 1.500 toneladas cortas (1.400 t), que actuaba como moderador. Estaban rodeados por 2,1 m (siete pies) de hormigón de alta densidad como escudo contra la radiación. [34] En total, el reactor tenía 38 pies (12 m) de ancho, 47 pies (14 m) de profundidad y 32 pies (9,8 m) de alto. [1] Había 36 filas horizontales de 35 agujeros. Detrás de cada uno había un canal de metal en el que se podían insertar pastillas de combustible de uranio. [48] Un ascensor proporcionaba acceso a los que estaban más arriba. Sólo se utilizaron 800 (~64%) de los canales. [1]
El reactor utilizaba barras de control de acero revestidas de cadmio . Hechos de cadmio que absorbe neutrones, podrían restringir o detener la reacción. Tres varillas de 2,4 m (8 pies) penetraron verticalmente en el reactor y se mantuvieron en su lugar mediante un embrague para formar el sistema de parada . Estaban suspendidos de cables de acero enrollados alrededor de un tambor y mantenidos en su lugar mediante un embrague electromagnético . Si se cortaba la energía, caerían dentro del reactor y lo detendrían. Las otras cuatro varillas estaban hechas de acero al boro y penetraban horizontalmente en el reactor desde el lado norte. Dos de ellas, conocidas como varillas "calzas", estaban controladas hidráulicamente. En caso de corte de energía se podrían utilizar acumuladores hidráulicos rellenos de arena . Las otras dos varillas eran accionadas por motores eléctricos. [1]
El sistema de refrigeración constaba de tres ventiladores eléctricos que funcionaban a 55.000 pies cúbicos por minuto (1.600 m 3 /min). Debido a que se enfriaba con aire exterior, el reactor podía funcionar a un nivel de potencia más alto en los días fríos. [1] [49] Después de pasar por el reactor, el aire se filtró para eliminar partículas radiactivas de más de 0,00004 pulgadas (0,0010 mm) de diámetro. Esto se hizo cargo de más del 99 por ciento de las partículas radiactivas. Luego se ventiló a través de una chimenea de 61 m (200 pies). [1] El reactor fue operado desde una sala de control en la esquina sureste del segundo piso. [1]
En septiembre de 1942, Compton pidió a un físico, Martin D. Whitaker , que formara un equipo operativo básico para el X-10. [50] Whitaker se convirtió en el director inaugural de los Laboratorios Clinton, [37] como se conoció oficialmente la semifábrica en abril de 1943. [51] El primer personal operativo permanente llegó del Laboratorio Metalúrgico de Chicago en abril de 1943, momento en el que DuPont comenzó trasladando sus técnicos al lugar. A ellos se sumaron cien técnicos uniformados del Destacamento Especial de Ingenieros del Ejército . En marzo de 1944, había unas 1.500 personas trabajando en X-10. [52]
Supervisado por Compton, Whitaker y Fermi, el reactor entró en estado crítico el 4 de noviembre de 1943, con aproximadamente 30 toneladas cortas (27 t) de uranio. Una semana más tarde, la carga se incrementó a 36 toneladas cortas (33 t), elevando su generación de energía a 500 kW, y a finales de mes se crearon los primeros 500 mg de plutonio. [53] El reactor normalmente funcionaba las 24 horas del día, con paradas semanales de 10 horas para reabastecimiento de combustible. Durante el arranque, se quitaron por completo las varillas de seguridad y una varilla de cuña. La otra varilla de cuña se insertó en una posición predeterminada. Cuando se alcanzó el nivel de potencia deseado, el reactor se controló ajustando la varilla de ajuste parcialmente insertada. [1]
El primer lote de balas enlatadas que se irradiaron se recibió el 20 de diciembre de 1943, lo que permitió producir el primer plutonio a principios de 1944. [54] Las balas utilizaban uranio natural metálico puro , en latas de aluminio herméticas de 4,1 pulgadas (100 mm). ) de largo y 1 pulgada (25 mm) de diámetro. Cada canal estaba cargado con entre 24 y 54 pastillas de combustible. El reactor llegó a un estado crítico con 30 toneladas cortas (27 t) de proyectiles, pero en su vida posterior funcionó con hasta 54 toneladas cortas (49 t). Para cargar un canal, se retiraba el tapón protector que absorbe la radiación y los trozos se insertaban manualmente en el extremo frontal (este) con varillas largas. Para descargarlos, los empujaron hasta el extremo más alejado (oeste), donde cayeron sobre una losa de neopreno y cayeron por un tobogán a un charco de agua de 20 pies (6,1 m) de profundidad que actuaba como un generador de radiación. blindaje. [1] Después de semanas de almacenamiento bajo el agua para permitir la desintegración de la radiactividad , las babosas fueron entregadas al edificio de separación química. [55]
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En febrero de 1944, el reactor irradiaba una tonelada de uranio cada tres días. Durante los siguientes cinco meses, la eficiencia del proceso de separación mejoró y el porcentaje de plutonio recuperado aumentó del 40 al 90 por ciento. Las modificaciones realizadas con el tiempo elevaron la potencia del reactor a 4.000 kW en julio de 1944. [50] El efecto del veneno de neutrones xenón-135 , uno de los muchos productos de fisión producidos a partir del combustible de uranio, no se detectó durante las primeras operaciones del X-10. Reactor de grafito. Posteriormente, el xenón-135 causó problemas con la puesta en marcha del reactor Hanford B que casi detuvo el proyecto de plutonio. [56]
La semifábrica X-10 funcionó como planta de producción de plutonio hasta enero de 1945, cuando fue dedicada a actividades de investigación. Hasta entonces se habían procesado 299 lotes de babosas irradiadas. [50] En abril de 1946 se agregaron un edificio de radioisótopos, una planta de vapor y otras estructuras para apoyar las misiones educativas y de investigación del laboratorio en tiempos de paz. Todo el trabajo se completó en diciembre de 1946, lo que agregó otros $1.009.000 (equivalente a $11,6 millones en 2022 [57] ) al costo de construcción en X-10, y elevó el costo total a $13.041.000 (equivalente a $150 millones en 2022 [57] ). . [36] Los costos operativos agregaron otros $22.250.000 (equivalentes a $256 millones en 2022 [57] ). [48]
X-10 suministró al Laboratorio de Los Álamos las primeras muestras significativas de plutonio. Los estudios de estos realizados por Emilio G. Segrè y su Grupo P-5 en Los Álamos revelaron que contenía impurezas en forma del isótopo plutonio-240 , que tiene una tasa de fisión espontánea mucho mayor que el plutonio-239. Esto significaba que sería muy probable que un arma nuclear tipo cañón de plutonio predetonara y explotara durante la formación inicial de una masa crítica. [58] Por lo tanto, el Laboratorio de Los Álamos se vio obligado a centrar sus esfuerzos de desarrollo en la creación de un arma nuclear de tipo implosión , una hazaña mucho más difícil. [59]
La planta de separación química X-10 también verificó el proceso de fosfato de bismuto que se utilizó en las instalaciones de separación a gran escala en Hanford. Finalmente, el reactor y la planta de separación química proporcionaron una experiencia invaluable a los ingenieros, técnicos, operadores de reactores y funcionarios de seguridad que luego se trasladaron al sitio de Hanford . [55]
Después de que terminó la guerra, el reactor de grafito se convirtió en la primera instalación del mundo en producir isótopos radiactivos para uso en tiempos de paz. [1] [60] El 2 de agosto de 1946, el director del Laboratorio Nacional de Oak Ridge , Eugene Wigner, presentó un pequeño contenedor de carbono-14 al director del Barnard Free Skin and Cancer Hospital, para uso médico en el hospital de St. Louis. Misuri . Los envíos posteriores de radioisótopos, principalmente yodo-131 , fósforo-32 , carbono-14 y molibdeno-99/ tecnecio-99m , fueron para usos científicos, médicos, industriales y agrícolas. [61]
En agosto de 1948, el reactor se utilizó para producir la primera electricidad derivada de la energía nuclear. Se irradiaron pastillas de uranio dentro de un tubo de aluminio dentro del núcleo del reactor. El agua se hizo circular a través del tubo mediante un sistema de alimentación de agua automático para generar vapor. Este vapor se alimentó a un modelo de máquina de vapor , una Jensen Steam Engines #50, que accionaba un pequeño generador que alimentaba una sola bombilla. El motor y el generador se exhiben en la zona de carga del reactor, justo debajo de la escalera que conduce a la plataforma de carga. [62]
El reactor de grafito X-10 se cerró el 4 de noviembre de 1963, después de veinte años de uso. [63] Fue designado Monumento Histórico Nacional el 21 de diciembre de 1965, [1] [64] y agregado al Registro Nacional de Lugares Históricos el 15 de octubre de 1966. [64] En 1969, la Sociedad Estadounidense de Metales lo incluyó como un hito por sus contribuciones al avance de la ciencia y la tecnología de los materiales, [47] y en 2008 fue designado Monumento Químico Histórico Nacional por la Sociedad Química Estadounidense . [61] La sala de control y la fachada del reactor son accesibles al público durante recorridos programados que se ofrecen a través del Museo Americano de Ciencia y Energía . [sesenta y cinco]
El reactor de investigación de grafito del Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL) fue el primer reactor nuclear construido en los Estados Unidos después de la Segunda Guerra Mundial. [66] Dirigida por Lyle Benjamin Borst , la construcción del reactor comenzó en 1947 y alcanzó la criticidad por primera vez el 22 de agosto de 1950. El reactor constaba de 700 toneladas cortas (640 t) y 25 pies (7,6 m). cubo de grafito alimentado con uranio natural. [67] Su misión principal era la investigación nuclear aplicada en medicina, biología, química, física e ingeniería nuclear. [68] Uno de los descubrimientos más importantes en esta instalación fue el desarrollo de la producción de molibdeno-99 /tecnecio-99m, utilizado hoy en día en decenas de millones de procedimientos de diagnóstico médico anualmente, lo que lo convierte en el radioisótopo médico más utilizado. El reactor de investigación de grafito BNL se cerró en 1969 y se desmanteló por completo en 2012. [69]
Cuando Gran Bretaña comenzó a planear la construcción de reactores nucleares para producir plutonio para armas en 1946, se decidió construir un par de reactores de grafito refrigerados por aire similares al reactor de grafito X-10 en Windscale . Se utilizó uranio natural ya que no estaba disponible enriquecido y, de manera similar, se eligió el grafito como moderador de neutrones porque la berilio era tóxica y difícil de fabricar, mientras que el agua pesada no estaba disponible. [70] Se consideró el uso de agua como refrigerante, pero había preocupaciones sobre la posibilidad de una fusión nuclear catastrófica en las densamente pobladas Islas Británicas si fallaba el sistema de refrigeración. [71] El helio volvió a ser la opción preferida como gas refrigerante, pero su principal fuente eran los Estados Unidos, y según la Ley McMahon de 1946 , Estados Unidos no lo suministraría para la producción de armas nucleares, [72] por lo que, en Al final se optó por la refrigeración por aire. [73] La construcción comenzó en septiembre de 1947 y los dos reactores entraron en funcionamiento en octubre de 1950 y junio de 1951. [74] Ambos fueron desmantelados después del desastroso incendio de Windscale en octubre de 1957. [75] Serían los últimos grandes reactores de plutonio refrigerados por aire. -reactores productores; Los siguientes diseños de Magnox y AGR del Reino Unido utilizaron dióxido de carbono en su lugar. [76]
A partir de 2016 [actualizar], todavía está en funcionamiento otro reactor de diseño similar al Reactor de Grafito X-10, el reactor belga BR-1 del SCK•CEN , ubicado en Mol, Bélgica . [77] Financiado mediante el impuesto belga a la exportación de uranio y construido con la ayuda de expertos británicos, [78] el reactor de investigación de 4 MW entró en estado crítico por primera vez el 11 de mayo de 1956. [79] [80] Se utiliza para fines científicos, como análisis de activación de neutrones , experimentos de física de neutrones, calibración de dispositivos de medición nuclear y producción de silicio dopado por transmutación de neutrones . [81] [82]
Este artículo incorpora material de dominio público de Reactor de grafito X-10. Departamento de Energía de Estados Unidos . Consultado el 13 de diciembre de 2015 .
