35°54′58″N 84°24′43″O / 35.91611°N 84.41194°W / 35.91611; -84.41194
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El Proyecto S-50 fue el esfuerzo del Proyecto Manhattan para producir uranio enriquecido mediante difusión térmica líquida durante la Segunda Guerra Mundial . Fue una de las tres tecnologías para el enriquecimiento de uranio implementadas por el Proyecto Manhattan.
El proceso de difusión térmica líquida no fue una de las tecnologías de enriquecimiento seleccionadas inicialmente para su uso en el Proyecto Manhattan, y fue desarrollado de forma independiente por Philip H. Abelson y otros científicos del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos . Esto se debió principalmente a dudas sobre la viabilidad técnica del proceso, pero la rivalidad entre servicios entre el Ejército de los Estados Unidos y la Armada de los Estados Unidos también influyó.
Se construyeron plantas piloto en la Estación Aérea Naval de Anacostia y en el Navy Yard de Filadelfia , y una instalación de producción en Clinton Engineer Works en Oak Ridge, Tennessee . Esta fue la única planta de difusión térmica líquida a escala de producción jamás construida. No podía enriquecer uranio lo suficiente para su uso en una bomba atómica , pero podía proporcionar alimentación ligeramente enriquecida para los calutrones Y-12 y las plantas de difusión gaseosa K-25 . Se estimaba que la planta S-50 había acelerado en una semana la producción de uranio enriquecido utilizado en la bomba Little Boy empleada en el bombardeo atómico de Hiroshima .
La planta S-50 cesó su producción en septiembre de 1945, pero fue reabierta en mayo de 1946 y utilizada por el proyecto de Energía Nuclear para la Propulsión de Aeronaves (NEPA) de las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos . La planta fue demolida a finales de los años 1940.
El descubrimiento del neutrón por James Chadwick en 1932, [1] seguido del de la fisión nuclear en uranio por los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann en 1938, [2] y su explicación teórica (y denominación) por Lise Meitner y Otto Poco después, Robert Frisch [3] abrió la posibilidad de una reacción nuclear en cadena con uranio. [1] Los temores de que un proyecto alemán de bomba atómica desarrollaría armas nucleares , especialmente entre los científicos que eran refugiados de la Alemania nazi y otros países fascistas, se expresaron en la carta de Einstein-Szilard . Esto impulsó una investigación preliminar en los Estados Unidos a finales de 1939. [4]
Niels Bohr y John Archibald Wheeler aplicaron el modelo de gota de líquido del núcleo atómico para explicar el mecanismo de la fisión nuclear. [5] Cuando los físicos experimentales estudiaron la fisión, descubrieron resultados desconcertantes. George Placzek preguntó a Bohr por qué el uranio parecía fisionarse tanto con neutrones rápidos como con neutrones lentos. Mientras caminaba hacia una reunión con Wheeler, Bohr tuvo la idea de que la fisión a bajas energías se debía al isótopo de uranio-235 , mientras que a altas energías se debía principalmente al isótopo de uranio-238, mucho más abundante . [6] El primero constituye el 0,714 por ciento de los átomos de uranio del uranio natural, aproximadamente uno de cada 140; El uranio natural es 99,28 por ciento de uranio-238. También hay una pequeña cantidad de uranio-234 , 0,006 por ciento. [7]
En la Universidad de Birmingham en Gran Bretaña, el físico australiano Mark Oliphant asignó a dos físicos refugiados, Frisch y Rudolf Peierls , la tarea de investigar la viabilidad de una bomba atómica, irónicamente porque su condición de enemigos alienígenas les impedía trabajar en proyectos secretos como el radar . [8] Su memorando Frisch-Peierls de marzo de 1940 indicaba que la masa crítica de uranio-235 estaba dentro del orden de magnitud de 10 kg, que era lo suficientemente pequeña como para ser transportada por un bombardero de la época. [9] La investigación sobre cómo se podría lograr la separación de isótopos de uranio ( enriquecimiento de uranio ) adquirió una enorme importancia. [10] El primer pensamiento de Frisch sobre cómo se podría lograr esto fue con difusión térmica líquida. [11]
El proceso de difusión térmica líquida se basó en el descubrimiento de Carl Ludwig en 1856 y posteriormente Charles Soret en 1879, de que cuando se mantiene un gradiente de temperatura en una solución salina originalmente homogénea , después de un tiempo, también existirá un gradiente de concentración en la solución. Esto se conoce como efecto Soret . [12] David Enskog en 1911 y Sydney Chapman en 1916 desarrollaron de forma independiente la teoría de Chapman-Enskog , que explicaba que cuando una mezcla de dos gases pasa a través de un gradiente de temperatura, el gas más pesado tiende a concentrarse en el extremo frío y el gas más ligero en el extremo frío. el final cálido. Esto fue confirmado experimentalmente por Chapman y FW Dootson en 1916. [13] [14] [15]
Dado que los gases calientes tienden a subir y los fríos tienden a bajar, esto se puede utilizar como medio de separación de isótopos . Este proceso fue demostrado por primera vez por Klaus Clusius y Gerhard Dickel en Alemania en 1938, quienes lo utilizaron para separar isótopos de neón . Usaron un aparato llamado "columna", que consiste en un tubo vertical con un alambre caliente en el centro. [16] [17] En los Estados Unidos, Arthur Bramley del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos mejoró este diseño mediante el uso de tubos concéntricos con diferentes temperaturas. [18]
Philip H. Abelson era un joven físico que había obtenido su doctorado en la Universidad de California el 8 de mayo de 1939. [18] Fue uno de los primeros científicos estadounidenses en verificar la fisión nuclear, [19] informando sus resultados en un artículo enviado a Physical Review en febrero de 1939, [20] y colaboró con Edwin McMillan en el descubrimiento del neptunio . [21] [22] Al regresar a la Institución Carnegie en Washington, DC, donde tenía un puesto, se interesó en la separación de isótopos. En julio de 1940, Ross Gunn del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos (NRL) le mostró un artículo de 1939 sobre el tema escrito por Harold Urey , y Abelson quedó intrigado por la posibilidad de utilizar el proceso de difusión térmica líquida. [18] Comenzó experimentos con el proceso en el Departamento de Magnetismo Terrestre de la Institución Carnegie. Utilizando cloruro de potasio (KCl), bromuro de potasio (KBr), sulfato de potasio ( K
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4) y dicromato de potasio ( K
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7), pudo lograr un factor de separación de 1,2 (20 por ciento) de los isótopos de potasio-39 y potasio-41 . [23]
El siguiente paso fue repetir los experimentos con uranio. Estudió el proceso con soluciones acuosas de sales de uranio, pero descubrió que tendían a hidrolizarse en la columna. Sólo hexafluoruro de uranio ( UF
6) parecía adecuado. En septiembre de 1940, Abelson se acercó a Ross Gunn y Lyman J. Briggs , director de la Oficina Nacional de Estándares , ambos miembros del Comité de Uranio del Comité de Investigación de Defensa Nacional (NDRC) . La NRL acordó poner 2.500 dólares a disposición de la Institución Carnegie para permitir que Abelson continuara su trabajo, y en octubre de 1940, Briggs dispuso que se trasladara a la Oficina de Normas, donde había mejores instalaciones. [23]
El hexafluoruro de uranio no estaba disponible, por lo que Abelson ideó su propio método para producirlo en cantidad en el NRL, mediante la fluoración del tetrafluoruro de uranio, que se produce más fácilmente , a 350 °C (662 °F). [24] [23] Inicialmente, esta pequeña planta suministró hexafluoruro de uranio para la investigación en la Universidad de Columbia , la Universidad de Virginia y el NRL. En 1941, Gunn y Abelson hicieron un pedido de hexafluoruro de uranio a Harshaw Chemical Company en Cleveland, Ohio , utilizando el proceso de Abelson. A principios de 1942, la NDRC otorgó a Harshaw un contrato para construir una planta piloto para producir 10 libras (4,5 kg) de hexafluoruro de uranio por día. En la primavera de 1942, la planta piloto de hexafluoruro de uranio de Harshaw estaba operativa y DuPont también comenzó a experimentar con el uso del proceso. La demanda de hexafluoruro de uranio pronto aumentó considerablemente y Harshaw y DuPont aumentaron la producción para satisfacerla. [25]
Abelson erigió once columnas en la Oficina de Normas, todas de aproximadamente 1,5 pulgadas (38 mm) de diámetro, pero con una altura de 2 a 12 pies (0,61 a 3,66 m). Las pruebas se llevaron a cabo con sales de potasio y luego, en abril de 1941, con hexafluoruro de uranio. El 1 de junio de 1941, Abelson se convirtió en empleado de la NRL y se trasladó a la Estación Aérea Naval de Anacostia . En septiembre de 1941, se le unió John I. Hoover, quien se convirtió en su adjunto. Allí construyeron una planta experimental con columnas de 36 pies (11 m). [24] [23] El vapor era proporcionado por una caldera de gas de 20 caballos de fuerza (15 kW). [26] Pudieron separar isótopos de cloro , pero el aparato se estropeó en noviembre por los productos de descomposición del tetracloruro de carbono . [24] [23] La siguiente ejecución indicó una separación del 2,5% y se descubrió que el espaciado óptimo de las columnas estaba entre 0,21 y 0,38 milímetros (0,0083 y 0,0150 pulgadas). [24] Abelson consideró una prueba del 22 de junio con un resultado del 9,6% como la primera prueba exitosa de difusión térmica líquida con hexafluoruro de uranio. En julio logró alcanzar el 21%. [27]
La NRL autorizó una planta piloto en julio de 1942, que comenzó a funcionar el 15 de noviembre. [23] Esta vez utilizaron catorce columnas de 48 pies (15 m), con una separación de 25 milímetros (0,98 pulgadas) entre ellas. La planta piloto funcionó sin interrupción del 3 al 17 de diciembre de 1942. [28] El coronel Leslie R. Groves, Jr. , que había sido designado para hacerse cargo de lo que se conocería como el Proyecto Manhattan (pero no lo haría durante otros dos años). días), visitó la planta piloto con el ingeniero de distrito adjunto del distrito de Manhattan, el teniente coronel Kenneth D. Nichols , el 21 de septiembre, y habló con Gunn y el contraalmirante Harold G. Bowen, Sr. , director del NRL. Groves se fue con la impresión de que el proyecto no se estaba llevando a cabo con suficiente urgencia. [29] [30] El proyecto se amplió y Nathan Rosen se unió al proyecto como físico teórico. [23] Groves visitó la planta piloto nuevamente el 10 de diciembre de 1942, esta vez con Warren K. Lewis , profesor de ingeniería química del MIT , y tres empleados de DuPont. En su informe, Lewis recomendó que se continuara el trabajo. [28]
El Comité Ejecutivo del S-1 reemplazó al Comité del Uranio el 19 de junio de 1942, eliminando a Gunn de su membresía en el proceso. [31] Consideró el informe de Lewis y pasó su recomendación a Vannevar Bush , director de la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico (OSRD), de la cual formaba parte el Comité Ejecutivo del S-1. [32] La relación entre la OSRD y la NRL no era buena; Bowen lo criticó por desviar fondos de la NRL. [33] Bush tenía en cuenta una directiva del presidente Franklin D. Roosevelt del 17 de marzo de 1942 , [32] aunque siguiendo su consejo, [33] de que la marina debía ser excluida del Proyecto Manhattan. [32] Prefería trabajar con el más agradable Secretario de Guerra , Henry Stimson , sobre quien tenía más influencia. [33]
James B. Conant , presidente de la NDRC y del Comité Ejecutivo del S-1, estaba preocupado de que la marina estuviera ejecutando su propio proyecto nuclear, pero Bush consideró que no causaba ningún daño. Se reunió con Gunn en Anacostia el 14 de enero de 1943 y le explicó la situación. Gunn respondió que la marina estaba interesada en la propulsión marina nuclear para submarinos nucleares . La difusión térmica líquida era un medio viable para producir uranio enriquecido, y todo lo que necesitaba eran detalles sobre el diseño del reactor nuclear , que sabía que estaba siendo llevado a cabo por el Laboratorio Metalúrgico de Chicago. No sabía que ya había construido Chicago Pile-1 , un reactor nuclear en funcionamiento. Bush no estaba dispuesto a proporcionar los datos solicitados, pero acordó con el contralmirante William R. Purnell , miembro del Comité de Política Militar que dirigió el Proyecto Manhattan, que los esfuerzos de Abelson recibieran apoyo adicional. [32]
La semana siguiente, Briggs, Urey y Eger V. Murphree del Comité Ejecutivo de S-1, junto con Karl Cohen y WI Thompson de Standard Oil , visitaron la planta piloto en Anacostia. Quedaron impresionados por la simplicidad del proceso, pero decepcionados porque no se había retirado de la planta ningún producto de uranio enriquecido; La producción se había calculado midiendo la diferencia de concentración. Calcularon que una planta de difusión térmica líquida capaz de producir 1 kg por día de uranio enriquecido al 90% de uranio-235 requeriría 21.800 columnas de 36 pies (11 m), cada una con un factor de separación del 30,7%. La construcción tomaría 18 meses, suponiendo que se utilizara la prioridad absoluta de materiales del Proyecto Manhattan. Esto incluía 1.700 toneladas cortas (1.500 t) de cobre escaso para los tubos exteriores y níquel para los interiores, que serían necesarios para resistir la corrosión del vapor y el hexafluoruro de uranio, respectivamente. [34] [35]
El costo estimado de una planta de este tipo fue de alrededor de 32,6 millones de dólares para su construcción y 62.600 dólares por día para su funcionamiento. Lo que acabó con la propuesta fue que la planta necesitaría 600 días para alcanzar el equilibrio, momento en el cual se habrían gastado 72 millones de dólares, cifra que el Comité Ejecutivo del S-1 redondeó a 75 millones de dólares. Suponiendo que el trabajo comenzara de inmediato y que la planta funcionara según lo diseñado, no se podría producir uranio enriquecido antes de 1946. Murphree sugirió que una planta de difusión térmica líquida que produjera uranio enriquecido al 10% de uranio-235 podría ser un sustituto de las etapas inferiores de una planta gaseosa . planta de difusión , pero el Comité Ejecutivo de S-1 decidió no hacerlo. [34] [35] Entre febrero y julio de 1943, la planta piloto de Anacostia produjo 236 libras (107 kg) de hexafluoruro de uranio ligeramente enriquecido, que se envió al Laboratorio Metalúrgico. [36] En septiembre de 1943, el Comité Ejecutivo de la S-1 decidió que no se asignaría más hexafluoruro de uranio al NRL, aunque cambiaría hexafluoruro de uranio enriquecido por hexafluoruro de uranio regular. Groves rechazó un pedido de la NRL de hexafluoruro de uranio adicional en octubre de 1943. Cuando se señaló que la marina había desarrollado el proceso de producción de hexafluoruro de uranio en primer lugar, el ejército aceptó a regañadientes cumplir el pedido. [35]
Los estudios de Abelson indicaron que para reducir el tiempo de equilibrio, necesitaba tener un gradiente de temperatura mucho mayor. [24] La NRL consideró construirlo en la Estación Experimental de Ingeniería Naval en Annapolis, Maryland , pero se estimó que costaría 2,5 millones de dólares, lo que la NRL consideró demasiado caro. Se exploraron otros sitios y se decidió construir una nueva planta piloto en el Laboratorio Naval de Calderas y Turbinas (NBTL) en el Navy Yard de Filadelfia , [37] donde había espacio, vapor y agua de refrigeración y, quizás lo más importante, de todos, ingenieros con experiencia con vapor a alta presión. [38] El costo se estimó en 500.000 dólares. [37] La planta piloto fue autorizada por el contralmirante Earle W. Mills, subjefe de la Oficina de Buques el 17 de noviembre de 1943. [38] La construcción comenzó el 1 de enero de 1944 y se completó en julio. [39] La NBTL era responsable del diseño, construcción y operación de los sistemas de vapor y agua de refrigeración, mientras que la NRL se ocupaba de las columnas y el equipo subsidiario. El capitán Thorvald A. Solberg de la Oficina de Buques fue el oficial del proyecto. [38]
La planta piloto de Filadelfia ocupaba 13.000 pies cuadrados (1.200 m 2 ) de espacio en un sitio a una cuadra al oeste de Broad Street , cerca del río Delaware . La planta constaba de 102 columnas de 15 m (48 pies), conocidas como "rack", dispuestas en una cascada de siete etapas. Se pretendía que la planta pudiera producir un gramo por día de uranio enriquecido al 6% de uranio-235. Los tubos de cobre exteriores se enfriaron con agua a 68 °C (155 °F) que fluía entre ellos y los tubos de acero externos de 4 pulgadas. Los tubos internos de níquel se calentaron con vapor de alta presión a 545 °F (285 °C) y 1000 libras por pulgada cuadrada (6900 kPa). Por tanto, cada columna contenía aproximadamente 1,6 kilogramos (3,5 libras) de hexafluoruro de uranio. Esto fue impulsado por la presión de vapor; las únicas piezas que funcionaban eran las bombas de agua. En funcionamiento, el rack consumió 11,6 MW de potencia. Cada columna estaba conectada a un depósito de 3 a 170 kilogramos (6,6 a 374,8 libras) de hexafluoruro de uranio. Debido a los peligros que implica la manipulación de hexafluoruro de uranio, todo el trabajo con él, como reponer los depósitos de los cilindros de envío, se realizó en una sala de transferencia. [40] Las columnas de la planta de Filadelfia se operaron en paralelo en lugar de en serie, por lo que la planta piloto de Filadelfia finalmente produjo más de 5.000 libras (2.300 kg) de hexafluoruro de uranio enriquecido al 0,86 por ciento de uranio-235, que fue entregado a la planta de Manhattan. Proyecto. [41] La planta piloto de Filadelfia fue eliminada en septiembre de 1946, y el equipo recuperable se devolvió al NRL, mientras que el resto se arrojó al mar. [42]
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A principios de 1944, la noticia de la planta piloto de Filadelfia llegó a Robert Oppenheimer , director del Laboratorio de Los Álamos . [43] Oppenheimer escribió a Conant el 4 de marzo de 1944 y le pidió los informes sobre el proyecto de difusión térmica líquida, que Conant le envió. [44] Como casi todos los demás, Oppenheimer había estado pensando en el enriquecimiento de uranio en términos de un proceso para producir uranio apto para armas apto para su uso en una bomba atómica , [45] pero ahora consideró otra opción. Si las columnas de la planta de Filadelfia funcionaran en paralelo en lugar de en serie, se podrían producir 12 kg por día de uranio enriquecido al 1 por ciento. [43] Esto podría ser valioso porque un proceso de enriquecimiento electromagnético que podría producir un gramo de uranio enriquecido al 40 por ciento de uranio-235 a partir de uranio natural, podría producir dos gramos por día de uranio enriquecido al 80 por ciento de uranio-235 si la alimentación estuviera enriquecida. a 1,4 por ciento de uranio-235, el doble del 0,7 por ciento del uranio natural. [46] El 28 de abril, escribió a Groves, señalando que "la producción de la planta Y-12 podría incrementarse en un 30 o 40 por ciento, y su mejora en cierta medida, muchos meses antes de la fecha prevista para K- 25 producción." [47]
Groves obtuvo permiso del Comité de Política Militar para renovar el contacto con la marina, [35] y el 31 de mayo de 1944 nombró un comité de revisión formado por Murphree, Lewis y su asesor científico, Richard Tolman , para investigar. [47] El comité de revisión visitó la planta piloto de Filadelfia al día siguiente. Informaron que, si bien Oppenheimer tenía razón en lo fundamental, sus estimaciones eran optimistas. Agregar dos bastidores adicionales a la planta piloto tomaría dos meses, pero no produciría suficiente alimento para cumplir con los requisitos de la planta electromagnética Y-12 en Clinton Engineer Works . Por lo tanto, recomendaron que se construyera una planta de difusión térmica líquida a gran escala. [35] Por lo tanto, Groves pidió a Murphree el 12 de junio el coste de una planta de producción capaz de producir 50 kg de uranio enriquecido entre 0,9 y 3,0 por ciento de uranio-235 por día. Murphree, Tolman, Cohen y Thompson estimaron que una planta con 1.600 columnas costaría 3,5 millones de dólares. Groves aprobó su construcción el 24 de junio de 1944, [48] e informó al Comité de Política Militar que estaría operativo el 1 de enero de 1945. [35]
Se consideraron sitios en Watts Bar Dam , Muscle Shoals y Detroit , pero se decidió construirlo en Clinton Engineer Works, donde se podía obtener agua del río Clinch y vapor de la central eléctrica K-25. [49] El proyecto de difusión térmica recibió el nombre en código S-50. [15] En junio se creó una División S-50 en la sede del Distrito de Manhattan bajo el mando del Teniente Coronel Mark C. Fox, con el Mayor Thomas J. Evans, Jr., como su asistente con autoridad especial para la construcción de plantas. Groves seleccionó a HK Ferguson Company de Cleveland , Ohio, como contratista de construcción principal por su historial de finalización de trabajos a tiempo, [50] en particular la Gulf Ordnance Plant en Mississippi, [51] con un contrato de costo más tarifa fija . HA Jones Construction Company construiría la planta de vapor, con HK Ferguson como ingeniero-arquitecto. [49] Aunque sus asesores habían estimado que se necesitarían seis meses para construir la planta, Groves le dio a HK Ferguson sólo cuatro, [50] y quería que las operaciones comenzaran en sólo 75 días. [52]
Groves, Tolman, Fox y Wells N. Thompson de HK Ferguson recogieron allí planos del piloto de Filadelfia el 26 de junio. [51] La planta de producción constaría de veintiún racks de 102 columnas, dispuestos en tres grupos de siete, un total de 2.142 columnas de 48 pies (15 m). Cada bastidor era una copia de la planta piloto de Filadelfia. [53] Las columnas tuvieron que fabricarse con tolerancias finas; ±0,0003 pulgadas (0,0076 mm) para el diámetro de los tubos interiores de níquel y ±0,002 pulgadas (0,051 mm) entre los tubos interiores de níquel y los tubos exteriores de cobre. [51] Los primeros pedidos de columnas se realizaron el 5 de julio. [52] Se contactó a veintitrés empresas, y Grinnell Company de Providence, Rhode Island , y Mehring and Hanson Company de Washington, DC, aceptaron el desafío. [53]
Se inició la construcción en el lugar el 9 de julio de 1944. El 16 de septiembre, con aproximadamente un tercio de la planta terminada, el primer bastidor había comenzado a funcionar. [52] Las pruebas realizadas en septiembre y octubre revelaron problemas con tuberías con fugas que requirieron mayor soldadura. No obstante, todos los bastidores se instalaron y estuvieron listos para funcionar en enero de 1945. El contrato de construcción se rescindió el 15 de febrero y el trabajo eléctrico y de aislamiento restante se asignó a otras empresas en el área de Oak Ridge. También completaron los edificios auxiliares, incluida la nueva planta de vapor. La planta entró en pleno funcionamiento en marzo de 1945. [54] La construcción de la nueva planta de calderas se aprobó el 16 de febrero de 1945. La primera caldera se puso en marcha el 5 de julio de 1945 y las operaciones comenzaron el 13 de julio. Las obras se completaron el 15 de agosto de 1945. [52]
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El Edificio del Proceso de Difusión Térmica (F01) era una estructura negra de 522 pies (159 m) de largo, 82 pies (25 m) de ancho y 75 pies (23 m) de alto. Existía una sala de control y una sala de transferencia para cada par de racks, excepto el último, que contaba con sus propias salas de control y transferencia para fines de entrenamiento. [54] Cuatro bombas extrajeron 15.000 galones estadounidenses (57.000 L) por minuto de agua de refrigeración del río Clinch. Las bombas de vapor fueron diseñadas especialmente por Pacific Pumps Inc. La planta fue diseñada para utilizar toda la producción de la central eléctrica K-25, pero cuando las etapas K-25 entraron en funcionamiento hubo competencia por esto. Se decidió construir una nueva planta de calderas. Se adquirieron de la marina doce calderas sobrantes de 450 libras por pulgada cuadrada (3100 kPa) originalmente destinadas a escoltas de destructores . La temperatura más baja de la pared caliente debido a la presión reducida del vapor (450 libras por pulgada cuadrada (3100 kPa) en lugar de las 1000 libras por pulgada cuadrada (6900 kPa) de la planta piloto) se compensó con la facilidad de operación. Debido a que funcionaban con petróleo, se agregó un parque de tanques de petróleo de 6.000.000 de galones estadounidenses (23.000.000 L), con almacenamiento suficiente para operar la planta durante 60 días. [53] Además de los edificios del Proceso de Difusión Térmica (F01) y la nueva planta de vapor (F06), las estructuras en el área S-50 incluían la estación de bombeo (F02), laboratorios, una cafetería, un taller de máquinas (F10), almacenes, gasolinera y planta potabilizadora (F03). [53] [55]
Por razones de seguridad, Groves quería que HK Ferguson operara la nueva planta, pero era un taller cerrado y las normas de seguridad en Clinton Engineer Works no permitían sindicatos . Para solucionar esto, HK Ferguson creó una subsidiaria de propiedad absoluta , Fercleve Corporation (de Ferguson de Cleveland), y el distrito de Manhattan la contrató para operar la planta por 11.000 dólares al mes. [45] [56] El personal operativo de la nueva planta fue capacitado inicialmente en la planta piloto de Filadelfia. En agosto de 1944, Groves, Conant y Fox pidieron voluntarios a diez soldados del Destacamento de Ingenieros Especiales (SED) en Oak Ridge, advirtiendo que el trabajo sería peligroso. Los diez se ofrecieron como voluntarios. [57] Junto con cuatro empleados de Fercleve, fueron enviados a Filadelfia para conocer el funcionamiento de la planta. [54]
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El 2 de septiembre de 1944, el soldado del SED Arnold Kramish y dos civiles, Peter N. Bragg, Jr., un ingeniero químico del NRL, y Douglas P. Meigs, un empleado de Fercleve, estaban trabajando en una sala de transferencia cuando un peso de 600 libras (270 kg) un cilindro de hexafluoruro de uranio explotó, rompiendo las tuberías de vapor cercanas. [57] [58] El vapor reaccionó con el hexafluoruro de uranio para crear ácido fluorhídrico y los tres hombres sufrieron graves quemaduras. El soldado John D. Hoffman corrió a través de la nube tóxica para rescatarlos, pero Bragg y Meigs murieron a causa de sus heridas. Otros once hombres, entre ellos Kramish y otros cuatro soldados, resultaron heridos pero se recuperaron. Hoffman, que sufrió quemaduras, recibió la Medalla del Soldado , la máxima condecoración del ejército de los Estados Unidos por un acto de valor en una situación fuera de combate, y la única concedida a un miembro del Distrito de Manhattan. [57] [58] [59] Bragg recibió póstumamente el Premio al Servicio Civil Meritorio de la Marina el 21 de junio de 1993. [60]
El coronel Stafford L. Warren , jefe de la Sección Médica del Distrito de Manhattan, extrajo los órganos internos de los muertos y los envió de regreso a Oak Ridge para su análisis. Fueron enterrados sin ellos. [57] Una investigación encontró que el accidente fue causado por el uso de cilindros de acero con revestimientos de níquel en lugar de cilindros de níquel sin costura porque el ejército se había adelantado a la producción de níquel. [59] El Hospital de la Marina no tenía procedimientos para el tratamiento de personas expuestas al hexafluoruro de uranio, por lo que la Sección Médica de Warren los desarrolló. Groves ordenó suspender la capacitación en la planta piloto de Filadelfia, por lo que Abelson y 15 miembros de su personal se trasladaron a Oak Ridge para capacitar al personal allí. [61]
No hubo accidentes mortales en la planta de producción, [57] aunque tuvo una tasa de accidentes más alta que otras instalaciones de producción del Proyecto Manhattan debido a las prisas por ponerla en funcionamiento. Cuando las cuadrillas intentaron poner en marcha el primer bastidor, se escuchó un fuerte ruido y una nube de vapor debido al vapor que se escapaba. Normalmente, esto habría dado lugar a un cierre, pero bajo la presión de poner la planta en funcionamiento, el director de la planta de Fercleve no tuvo más remedio que seguir adelante. [61] La planta produjo sólo 10,5 libras (4,8 kg) de 0,852% uranio-235 en octubre. Las fugas limitaron la producción y forzaron paradas durante los meses siguientes, pero en junio de 1945 produjo 12,730 libras (5,770 kg). [61] En funcionamiento normal, se extraía 1 libra (0,45 kg) de producto de cada circuito cada 285 minutos. Con cuatro circuitos por bastidor, cada bastidor podría producir 20 libras (9,1 kg) por día. [62] En marzo de 1945, los 21 bastidores de producción estaban en funcionamiento. Inicialmente, la producción del S-50 se introducía en el Y-12, pero a partir de marzo de 1945 los tres procesos de enriquecimiento se ejecutaron en serie. La primera etapa se convirtió en S-50, enriqueciéndose del 0,71% al 0,89%. Este material se introdujo en el proceso de difusión gaseosa en la planta K-25, que produjo un producto enriquecido hasta aproximadamente un 23%. Esto, a su vez, se incorporó al Y-12, que lo incrementó a aproximadamente el 89%, suficiente para armas nucleares. [63] La producción total del S-50 fue de 56.504 libras (25.630 kg). [62] Se estimó que la planta S-50 había acelerado en una semana la producción de uranio enriquecido utilizado en la bomba Little Boy empleada en el bombardeo atómico de Hiroshima . [64] "Si hubiera apreciado las posibilidades de la difusión térmica", escribió Groves más tarde, "lo habríamos seguido adelante mucho antes, habríamos tomado un poco más de tiempo en el diseño de la planta y la habríamos hecho mucho más grande y mejor. El efecto sobre nuestra producción del U-235 en junio y julio de 1945 habría sido apreciable". [45]
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Poco después de que terminara la guerra en agosto de 1945, el teniente coronel Arthur V. Peterson , [64] el oficial del distrito de Manhattan con responsabilidad general de la producción de material fisionable , [65] recomendó que la planta S-50 se pusiera en espera. El distrito de Manhattan ordenó el cierre de la planta el 4 de septiembre de 1945. [64] Fue la única planta de difusión térmica líquida a escala de producción jamás construida, pero su eficiencia no podía competir con la de una planta de difusión gaseosa. [66] Las columnas fueron drenadas y limpiadas, y todos los empleados recibieron un aviso de dos semanas de antelación sobre el inminente despido . [42] Toda la producción había cesado el 9 de septiembre y la última alimentación de hexafluoruro de uranio se envió a K-25 para su procesamiento. [64] Los despidos comenzaron el 18 de septiembre. Para entonces, las renuncias voluntarias habían reducido la nómina de Fercleve desde su máximo de tiempos de guerra de 1.600 trabajadores a alrededor de 900. A finales de septiembre sólo quedaban 241. El contrato de Fercleve se rescindió el 31 de octubre y la responsabilidad de los edificios de la planta S-50 se transfirió a la oficina K-25. Fercleve despidió a los últimos empleados el 16 de febrero de 1946. [42]
A partir de mayo de 1946, los edificios de la planta S-50 fueron utilizados, no como instalaciones de producción, sino por el proyecto de Energía Nuclear para la Propulsión de Aeronaves (NEPA) de las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos . Fairchild Aircraft llevó a cabo allí una serie de experimentos con berilio . [67] Los trabajadores también fabricaron bloques de uranio enriquecido y grafito . [66] NEPA funcionó hasta mayo de 1951, cuando fue reemplazada por el proyecto conjunto de Propulsión Nuclear de Aeronaves de la Comisión de Energía Atómica y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos . [68] La planta S-50 fue desmantelada a finales de la década de 1940. El equipo fue llevado al área de la central eléctrica K-25, donde fue almacenado antes de ser rescatado o enterrado. [66]
