" Thin Man " era el nombre en clave de una bomba nuclear de tipo cañón alimentada con plutonio que Estados Unidos estaba desarrollando durante el Proyecto Manhattan . Su desarrollo se abandonó en 1944 después de que se descubriera que la tasa de fisión espontánea del plutonio generado en un reactor nuclear era demasiado alta para su uso en un diseño de tipo cañón debido a la alta concentración del isótopo plutonio-240 .
En 1942, antes de que el ejército de los Estados Unidos asumiera el control de la investigación atómica en tiempos de guerra en lo que se conocería como el Proyecto Manhattan , Robert Oppenheimer celebró conferencias en Chicago en junio y en Berkeley, California en julio, en las que los físicos discutieron cuestiones de diseño de bombas nucleares. Se eligió un diseño tipo cañón , en el que dos masas subcríticas de plutonio se unirían disparando una "bala" a un "objetivo". [1] La idea alternativa de un arma nuclear de tipo implosión fue sugerida por Richard Tolman , pero atrajo poca atención, por ser mucho más compleja. [2]
Oppenheimer revisó sus opciones a principios de 1943 y dio prioridad al arma de tipo cañón, [2] pero como protección contra la amenaza de predetonación , creó el Grupo E-5 en el Laboratorio de Los Álamos bajo la dirección de Seth Neddermeyer para investigar la implosión. Se determinó que las bombas de tipo implosión eran significativamente más eficientes en términos de rendimiento explosivo por unidad de masa de material fisible en la bomba, porque los materiales fisibles comprimidos reaccionan más rápidamente y, por lo tanto, de manera más completa. Pero se decidió que la bomba de tipo cañón de plutonio recibiría la mayor parte del esfuerzo de investigación, ya que era el proyecto con la menor cantidad de incertidumbre involucrada. Se asumió que la bomba de tipo cañón de uranio podría adaptarse más fácilmente a partir de ella. [3]
Los diseños de tipo cañón y de tipo implosión recibieron los nombres en código "Thin Man" y " Fat Man ", respectivamente. Estos nombres en código fueron creados por Robert Serber , un ex alumno de Oppenheimer, que trabajó en el Proyecto Manhattan. Los eligió en función de sus formas de diseño; el Thin Man sería un dispositivo muy largo, y el nombre provenía de la novela policial de Dashiell Hammett, The Thin Man , y de la serie de películas con el mismo nombre. El Fat Man sería redondo y gordo y recibió el nombre del personaje de Sydney Greenstreet en El halcón maltés . El diseño de tipo cañón de uranio Little Boy llegó más tarde y se le dio ese nombre solo para contrastar con el Thin Man. [4] Los nombres en código Thin Man y Fat Man de Los Álamos fueron adoptados por las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos (USAAF). Se ideó una historia de portada sobre que Silverplate trataba sobre la modificación de un vagón Pullman para que lo usaran el presidente Franklin Roosevelt (Thin Man) y el primer ministro del Reino Unido Winston Churchill (Fat Man) en una gira secreta por los Estados Unidos. [5] El personal de las Fuerzas Aéreas utilizó los nombres en clave por teléfono para que pareciera que estaban modificando un avión para Roosevelt y Churchill. [6]
Para trabajar en el diseño del cañón de plutonio, Oppenheimer reunió a un equipo en el Laboratorio de Los Álamos que incluía al ingeniero senior Edwin McMillan y a los físicos senior Charles Critchfield y Joseph Hirschfelder . Critchfield había estado trabajando con sabots , que Oppenheimer creía que serían necesarios para que el Thin Man alcanzara las altas velocidades iniciales que requeriría el ensamblaje crítico ; Hirschfelder había estado trabajando en balística interna . Oppenheimer dirigió el esfuerzo de diseño él mismo hasta junio de 1943, cuando el capitán de la Armada de los Estados Unidos William Sterling Parsons llegó y se hizo cargo de la División de Artillería e Ingeniería y la gestión directa del proyecto Thin Man. [7]
Estos cuatro crearon y probaron todos los elementos del diseño de Thin Man entre abril de 1943 y agosto de 1944. Parsons, que había desarrollado la espoleta de proximidad para la Armada, dirigía la división y se ocupaba de la relación con otras agencias. Como jefe del Grupo de Proyectiles, Objetivos y Fuentes E-6, Critchfield calculó las masas críticas e instituyó un sistema de pruebas en vivo con modelos a escala utilizando cañones de 20 mm y de 3 pulgadas . Estos se obtuvieron con facilidad, mientras que los tubos Thin Man a escala real tardaban meses en producirse. [8] No era posible realizar pruebas con plutonio, ya que aún no estaba disponible. De hecho, las características físicas reales del metal eran poco más que conjeturas fundamentadas en ese momento. [9]
Hirschfelder dirigió el Grupo de Balística Interior E-8. Su grupo realizó cálculos matemáticos, pero también tuvo que identificar una pólvora , un detonador y un cebador adecuados . Su grupo realizó pruebas a escala real con sus selecciones. [10] Fijar el tamaño físico de la bomba resultó importante a la hora de seleccionar un avión adecuado para transportarla. [9] El grupo E-8 estimó la velocidad inicial del cañón en alrededor de 3000 pies por segundo (910 m/s), cerca del máximo alcanzable en 1944, [11] y calculó que la presión en el cañón sería de hasta 75 000 libras por pulgada cuadrada (520 000 kPa). [9]
Aunque los diseñadores del arma pensaron que simplemente juntar una masa crítica sería suficiente, Serber sugirió que el diseño también debería incluir un iniciador . Se eligió un iniciador de polonio-210 - berilio porque el polonio 210 tiene una vida media de 140 días , lo que permitía almacenarlo, y podía obtenerse de minerales naturales de Port Hope, Ontario . Oppenheimer solicitó que también se fabricara en el reactor de grafito X-10 en Clinton Engineer Works en Oak Ridge, Tennessee , o cuando estuvieran disponibles, en los reactores de Hanford Engineer Works en el estado de Washington . [12]
El diseño del "hombre delgado" fue uno de los primeros diseños de armas nucleares propuestos antes de que se hubiera logrado producir plutonio en un reactor nuclear a partir de la irradiación de uranio-238 . Se suponía que el plutonio, al igual que el uranio-235 , podía ensamblarse hasta alcanzar una masa crítica mediante un método de tipo cañón , que implicaba disparar una pieza subcrítica contra otra. Para evitar la predetonación o el " estallido ", la "bala" de plutonio tendría que acelerarse a una velocidad de al menos 3000 pies por segundo (910 m/s), o de lo contrario la reacción de fisión comenzaría antes de que se completara el ensamblaje, haciendo estallar el dispositivo prematuramente. [11]
El Thin Man medía 5,2 m de largo, con conjuntos de cola y morro de 97 cm de ancho y una sección media de 58 cm. La longitud era necesaria para que la "bala" de plutonio alcanzara la velocidad adecuada antes de alcanzar el "objetivo". El peso era de aproximadamente 3600 kg para el modelo de arma final. [13] No había aviones en el inventario de la USAAF que pudieran llevar un Thin Man sin ser modificados, y en 1943, Norman Ramsey sugirió al Avro Lancaster británico como el único avión que podía llevar al Thin Man internamente debido a su bahía de bombas de 10 m de largo. [14] Sin embargo, el Boeing B-29 Superfortress estadounidense podía modificarse para llevarlo quitando parte del mamparo debajo del larguero del ala principal y algunos tanques de oxígeno ubicados entre sus dos bahías de bombas. [15] Esta modificación se llevó a cabo en el ejemplar de producción número 58 de la línea de producción de Boeing en Wichita, AAF número de serie 42-6259. [16]
Aunque Ramsey había sugerido el Lancaster, el jefe de la USAAF, el teniente general Henry H. Arnold , rechazó la sugerencia, prefiriendo un modelo estadounidense, específicamente el B-29. Antes de lanzar pruebas de las bombas de prueba Thin Man y Fat Man, el general de brigada Leslie Groves , director del Proyecto Manhattan, sugirió el uso del Lancaster para pruebas, ya que el B-29, aunque en producción, todavía era escaso. [17] Una vez más, Arnold rechazó la sugerencia, ya que había invertido mucho tiempo y dinero en el desarrollo del B-29. [18]
La gran longitud de la bomba Thin Man provocó inestabilidades aerodinámicas. A partir de agosto de 1943 se lanzaron modelos a escala de la bomba desde un Grumman TBF Avenger en el campo de pruebas de la Marina de los EE. UU. en Dahlgren, Virginia. [19] Las bombas giraban de lado después de ser lanzadas y se rompían al tocar el suelo. [20] Se llevaron a cabo veinticuatro lanzamientos en marzo de 1944 antes de que se discontinuaran para poder realizar mejoras en Thin Man. Las bombas no se lanzaron de inmediato, lo que frustró las pruebas de calibración . En lo que resultó ser el último vuelo de prueba de la serie el 16 de marzo de 1944, una Thin Man se lanzó prematuramente mientras el B-29 todavía estaba en camino al campo de pruebas y cayó sobre las puertas de la bodega de bombas, dañando gravemente el avión de prueba. [13] Los mecanismos modificados del gancho de remolque del planeador utilizados para suspender la bomba en la bodega de bombas habían causado las cuatro fallas, debido al gran peso de las bombas. Fueron reemplazados por accesorios de un solo punto Tipo G británicos y liberaciones Tipo F como las utilizadas en el Lancaster para transportar la bomba Tallboy de 12.000 libras (5.400 kg) . [21]
La viabilidad de una bomba de plutonio había sido cuestionada en 1942. El 14 de noviembre, James Conant escuchó de boca de Wallace Akers , el director del proyecto British Tube Alloys , que James Chadwick había "concluido que el plutonio podría no ser un material fisionable práctico para armas debido a las impurezas". [22] Conant consultó a Ernest Lawrence y Arthur Compton , quienes reconocieron que sus científicos en Berkeley y Chicago respectivamente conocían el problema, pero no podían ofrecer una solución inmediata. Conant informó al director del Proyecto Manhattan, el general de brigada Leslie R. Groves Jr. , quien a su vez reunió un comité especial formado por Lawrence, Compton, Oppenheimer y McMillan para examinar el asunto. El comité concluyó que cualquier problema podría superarse exigiendo una mayor pureza. [23]
En abril de 1944, los experimentos de Emilio G. Segrè y su grupo P-5 en Los Álamos sobre el plutonio producido en el reactor del reactor de grafito X-10 mostraron que el plutonio contenía impurezas en forma del isótopo plutonio-240 . Este tiene una tasa de fisión espontánea mucho mayor que el plutonio-239 . El material producido por ciclotrón en el que se habían realizado las mediciones originales tenía trazas mucho menores de plutonio-240. Su inclusión en el plutonio generado en el reactor parecía inevitable. Esto significaba que la tasa de fisión espontánea del plutonio del reactor era tan alta que sería muy probable que predetonase y se desintegrase durante la formación inicial de una masa crítica. [24] La distancia necesaria para acelerar el plutonio a velocidades en las que la predetonación sería menos probable exigiría un cañón demasiado largo para cualquier bombardero existente o planeado. La única manera de utilizar plutonio en una bomba viable era la implosión, una tarea de ingeniería mucho más difícil. [25]
En una reunión celebrada el 17 de julio de 1944 se acordó que era impracticable construir una bomba de tipo cañón que utilizara plutonio. Todo el trabajo sobre cañones en el Proyecto Manhattan se dirigió al diseño del cañón de uranio enriquecido Little Boy , y casi toda la investigación en el Laboratorio de Los Álamos se reorientó en torno a los problemas de implosión de la bomba Fat Man. [25] [26]
