Walter Henry Zinn (10 de diciembre de 1906 - 14 de febrero de 2000) fue un físico nuclear estadounidense nacido en Canadá que fue el primer director del Laboratorio Nacional Argonne de 1946 a 1956. Trabajó en el Laboratorio Metalúrgico del Proyecto Manhattan durante la Guerra Mundial. II , y supervisó la construcción del Chicago Pile-1 , el primer reactor nuclear del mundo , que entró en estado crítico el 2 de diciembre de 1942, en la Universidad de Chicago . En Argonne diseñó y construyó varios reactores nuevos, incluido el Reactor Reproductor Experimental I , el primer reactor nuclear para producir energía eléctrica, que entró en funcionamiento el 20 de diciembre de 1951.
Walter Henry Zinn nació en Berlín (ahora Kitchener), Ontario , el 10 de diciembre de 1906, hijo de John Zinn, que trabajaba en una fábrica de neumáticos, y Maria Anna Stoskopf. Tenía un hermano mayor, Albert, que también se convirtió en trabajador de una fábrica. [1]
Zinn ingresó a la Queen's University , donde obtuvo una licenciatura en matemáticas en 1927 y una maestría en 1930. Luego ingresó a la Universidad de Columbia en 1930, donde estudió física, [1] escribiendo su tesis de Doctorado en Filosofía sobre " Estudio con dos cristales de la estructura y anchura de los límites de absorción de rayos X K". [2] Esto se publicó posteriormente en Physical Review . [2] [3]
Para mantenerse, Zinn enseñó en la Queen's University de 1927 a 1928, y en Columbia de 1931 a 1932. Se convirtió en instructor en el City College de Nueva York en 1932. Mientras estaba en Queen's conoció a Jennie A. (Jean) Smith, una compañero de estudio. Se casaron en 1933 y tuvieron dos hijos, John Eric y Robert James. En 1938, Zinn se naturalizó como ciudadano estadounidense. [1]
En 1939, los Laboratorios de Física Pupin en Columbia, donde trabajaba Zinn, eran el centro de investigaciones intensivas sobre las propiedades del uranio y la fisión nuclear , que habían sido descubiertas recientemente por Lise Meitner , Otto Hahn y Fritz Strassmann . En Columbia, Zinn, Enrico Fermi , Herbert L. Anderson , John R. Dunning y Leo Szilard investigaron si el uranio-238 se fisionaba con neutrones lentos, como creía Fermi, o sólo con el isótopo de uranio-235 , como sostenía Niels Bohr . Como no se disponía de uranio-235 puro, Fermi y Szilard optaron por trabajar con uranio natural. Estaban particularmente interesados en saber si se podría iniciar una reacción nuclear en cadena . Esto requeriría que se emitiera más de un neutrón por fisión en promedio para mantener la reacción en cadena. En marzo de 1939, establecieron que en promedio se emitían alrededor de dos por fisión. El retraso entre que un átomo absorba un neutrón y que se produzca la fisión sería la clave para controlar una reacción en cadena. [4]
En este punto, Zinn comenzó a trabajar para Fermi, construyendo redes de uranio experimentales . [1] Para reducir la velocidad de los neutrones se requiere un moderador de neutrones . El agua fue la primera opción de Fermi, pero tendía a absorber neutrones y también a ralentizarlos. En julio, Szilard sugirió utilizar carbono , en forma de grafito . [4] El radio crítico de un reactor esférico se calculó como: [5]
Para que ocurriera una reacción nuclear en cadena autosostenida , necesitaban k > 1. Para una configuración práctica de reactor, necesitaba ser al menos un 3 o un 4 por ciento más; [5] pero en agosto de 1941 los experimentos iniciales de Zinn indicaron un valor decepcionante de 0,87. Fermi depositó sus esperanzas de un mejor resultado en una configuración mejorada y en uranio y grafito más puros. [1]
A principios de 1942, con Estados Unidos envuelto en la Segunda Guerra Mundial , Arthur Compton concentró los diversos equipos del Proyecto Manhattan que trabajaban con plutonio en el Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago . [6] Zinn utilizó atletas para construir las cada vez más grandes configuraciones experimentales de Fermi debajo de las gradas del Stagg Field en desuso . [1] En julio de 1942, Fermi midió ak = 1,007 en una red de óxido de uranio . Esto generó esperanzas de que el uranio puro arrojaría un valor adecuado de k. [7]
En diciembre de 1942, Zinn y Anderson tenían lista la nueva configuración en Stagg Field. Unos 24 pies (7,3 m) de largo, 24 pies (7,3 m) de ancho y 19 pies (5,8 m) de alto, contenía 385,5 toneladas largas (391,7 t) de grafito y 46,5 toneladas largas (47,2 t) de uranio metálico y óxido de uranio. . [8] Cuando se llevó a cabo el experimento en la tarde del 2 de diciembre de 1942, el reactor, conocido como Chicago Pile-1 , alcanzó la criticidad sin incidentes. [1] Dado que el reactor no tenía escudo contra la radiación , funcionó a una potencia máxima de sólo 200 W, suficiente para alimentar una bombilla, y funcionó durante sólo tres meses. Se cerró el 28 de febrero de 1943 porque el ejército estadounidense no quería correr el riesgo de sufrir un accidente cerca del densamente poblado centro de Chicago. [8]
El ejército arrendó 1.000 acres (400 ha) de las reservas forestales del condado de Cook conocidas como " Sitio A " al Proyecto Manhattan, y "el Country Club" a los aproximadamente cien científicos, guardias y otras personas que trabajaban allí. Zinn fue puesto a cargo del Sitio A, bajo la dirección de Fermi. Chicago Pile-1 fue desmontado y reconstruido, esta vez con un escudo contra la radiación, en el Sitio A. El reactor, ahora conocido como Chicago Pile-2, volvió a estar operativo el 20 de marzo de 1943. A los pocos meses, Fermi comenzó a diseñar un nuevo reactor, que pasó a ser conocido como Chicago Pile-3 . Este era un tipo de reactor muy diferente. Era mucho más pequeño, tenía sólo 1,8 m (6 pies) de diámetro y 2,7 m (9 pies) de alto. Estaba alimentado por 120 barras de uranio metálico y moderado por 1200 galones estadounidenses (4500 L; 1000 imp gal) de agua pesada . [8] Una vez más, Zinn estuvo a cargo de la construcción, que comenzó el día de Año Nuevo de 1944. Chicago Pile-3 entró en estado crítico el 15 de mayo de 1944 y comenzó a funcionar el 23 de junio a su máxima potencia de 300 KW. [9] [10] Cuando Fermi partió hacia el sitio de Hanford , Zinn se convirtió en la única autoridad en el sitio A. [8]
El 29 de septiembre de 1944, Zinn recibió una llamada urgente de Samuel Allison , el director del Laboratorio Metalúrgico. El reactor B de Hanford se había apagado poco después de alcanzar su máxima potencia, para volver a funcionar unas horas más tarde. Norman Hilberry sospechaba que el responsable era un veneno de neutrones . De ser así, tenía una vida media de alrededor de 9,7 horas. El xenón-135 tenía una vida media cercana a esa, pero no había sido detectado en Argonne ni en el reactor de grafito X-10 en Oak Ridge, Tennessee . Zinn rápidamente llevó Chicago Pile-3 a máxima potencia y, en doce horas, realizó una serie de mediciones que confirmaron los resultados de Hanford. [10]
Durante los meses siguientes, unos 175 técnicos fueron trasladados del Laboratorio Metalúrgico a Hanford y Los Alamos . El Laboratorio Argonne de Zinn quedó reducido a una plantilla mínima, pero Compton no toleraría su cierre. [11]
El 11 de julio de 1946, el laboratorio de Argonne se convirtió oficialmente en el Laboratorio Nacional de Argonne , con Zinn como su primer director. [8] Alvin Weinberg caracterizó a Zinn como "un modelo de lo que debería ser un director de los entonces emergentes laboratorios nacionales: sensible a las aspiraciones tanto del contratista como del proveedor de fondos, pero lo suficientemente seguro para prevalecer cuando fuera necesario". [1]
Uno de los primeros problemas que enfrentó Zinn fue el de la acomodación. El gobierno federal había prometido restaurar el Sitio A a las Reservas Forestales del Condado de Cook después de la guerra y, a pesar de la intervención del Secretario de Guerra , Robert P. Patterson , lo máximo que aceptaría la Comisión de Reservas Forestales del Condado de Cook era que el Laboratorio Nacional Argonne podría seguir ocupando una parte del contrato de arrendamiento hasta que se encontrara un nuevo sitio. Zinn rechazó sitios alternativos fuera del área de Chicago, y el Ejército encontró un nuevo sitio para la sede permanente del laboratorio a unas 5 millas (8,0 km) de distancia en el condado de DuPage, Illinois , [12] que pasó a ser conocido como Sitio D. [8]
Bajo Zinn, el Laboratorio Nacional Argonne adoptó prácticas de contratación ligeramente más progresistas que otras instituciones contemporáneas. Tres mujeres y siete hombres afroamericanos , seis de los cuales habían trabajado en el Proyecto Manhattan, trabajaban en investigaciones en Argonne en un momento en que el Laboratorio Nacional de Los Álamos no tenía científicos afroamericanos. Argonne también nombró mujeres para puestos de autoridad, con Maria Goeppert-Mayer como líder de sección en la división de física teórica y Hoylande Young como directora de la división de información técnica. [13]
La Comisión de Energía Atómica (AEC) reemplazó el Proyecto Manhattan el 1 de enero de 1947, [14] y el 1 de enero de 1948 anunció que el Laboratorio Nacional Argonne se "centraría principalmente en los problemas del desarrollo de reactores". [15] Zinn no buscó la responsabilidad adicional, que se dio cuenta de que desviaría al Laboratorio de la investigación y lo desviaría a él de otras responsabilidades, como el diseño de un reactor reproductor rápido . Incluso obtuvo una garantía por escrito de Carroll L. Wilson , director general de la AEC, de que no lo haría. Por lo tanto, estaba dispuesto a colaborar con Alvin Weinberg para permitir que el Laboratorio Nacional de Oak Ridge siguiera involucrado en el diseño del reactor. [16] No obstante, la investigación sobre reactores representó casi la mitad del presupuesto del laboratorio en 1949, y el 84 por ciento de su investigación fue clasificada. [17]
Zinn no se llevaba bien con el Capitán Hyman G. Rickover , Director de Reactores Navales de la Marina de los EE. UU. , pero aun así Argonne ayudó en el desarrollo de la propulsión marina nuclear , [18] produciendo finalmente dos reactores, un prototipo terrestre Mark I y un reactor de propulsión, el Mark II. [19] El reactor de agua a presión STR (Submarine Thermal Reactor) diseñado en Argonne impulsó el primer submarino de propulsión nuclear , el USS Nautilus , y se convirtió en la base de casi todos los reactores instalados en buques de guerra. [20] [21]
La otra rama del desarrollo de reactores en el Laboratorio Nacional de Argonne, y la que más le interesaba a Zinn, era el reactor reproductor rápido. En aquella época se creía que el uranio era un recurso escaso, por lo que sería prudente aprovecharlo al máximo. Los criadores fueron diseñados para crear más material fisionable del que consumían. [1] En 1948, se había convencido de que sería imprudente construir grandes reactores experimentales cerca de Chicago, y la AEC adquirió terrenos alrededor de Arco, Idaho , que se convirtió en un puesto de avanzada de Argonne. [17] El Reactor Reproductor Experimental I (EBR-I, pero conocido en Argonne como "ZIP" - Pila Infernal de Zinn) fue el primer reactor en ser enfriado por metal líquido, [22] y el primero en producir electricidad. [23] Demostró el concepto de criador. [22] El presidente de la AEC, Gordon Dean, lo describió como un hito importante en la historia nuclear. [24]
Los Experimentos BÓRAX fueron una serie de pruebas destructivas de reactores de agua en ebullición realizadas por el Laboratorio Nacional Argonne en Idaho. La prueba BORAX-1 se llevó a cabo bajo la supervisión de Zinn en 1954. Hizo retirar las barras de control para demostrar que el reactor se apagaría sin problemas, e inmediatamente explotó con un fuerte estallido y una alta columna de humo oscuro, una vuelta de tuerca. acontecimientos que no había previsto. [25] Le gritó a Harold Lichtenberg que volviera a colocar las barras de control, pero Lichtenberg señaló que una ya estaba volando por el aire. Más tarde, Zinn tuvo que testificar sobre el experimento ante el Comité Conjunto de Energía Atómica . [25]
Después de dejar el Laboratorio Nacional Argonne en 1956, Zinn se mudó a Florida, donde fundó su propia empresa de consultoría, General Nuclear Engineering, [26] con sede en Dunedin, Florida . La empresa participó en el diseño y construcción de reactores de agua a presión. [1] Fue adquirida por Combustion Engineering en 1964, y se convirtió en vicepresidente y jefe de su división nuclear. [27] Renunció a este puesto en 1970, pero permaneció como miembro de la junta hasta 1986. [28] Se desempeñó como miembro del Comité Asesor Científico del Presidente de 1960 a 1962, y miembro del Comité Asesor General de la AEC. y su sucesora, la Administración de Investigación y Desarrollo Energético , de 1972 a 1975. [27]
A lo largo de los años, Zinn recibió múltiples premios por su trabajo, incluida una mención especial de la AEC en 1956, el Premio Átomos para la Paz en 1960, [26] el Premio Enrico Fermi en 1969, [29] y la Medalla Elliott Cresson de The Franklin. Instituto en 1970. [30] En 1955 fue elegido primer presidente de la Sociedad Nuclear Estadounidense (ANS). [31]
La esposa de Zinn, Jean, murió en 1964. [26] Se casó con Mary Teresa Pratt en 1966 y, por lo tanto, tuvo dos hijastros, Warren y Robert Johnson. [1] Murió en Mease Countryside Hospital en Safety Harbor, Florida , el 14 de febrero de 2000, después de sufrir un derrame cerebral. Le sobrevivieron su esposa Mary, sus hijos John y Robert y su hijastro Warren. Robert se había convertido en profesor de astronomía en la Universidad de Yale . [26] [32]
Desde 1976, la División de Energía y Operaciones de la Sociedad Nuclear Estadounidense ha presentado anualmente el Premio Walter H. Zinn para reconocer a una persona "por una contribución notable y sostenida a la industria de la energía nuclear que no ha sido ampliamente reconocida". [33] [34]
