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 de Argonne de 1946 a 1956. Trabajó en el Laboratorio Metalúrgico del Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial y supervisó la construcción de 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 en producir energía eléctrica, que entró en funcionamiento el 20 de diciembre de 1951.
Walter Henry Zinn nació en Berlín (hoy Kitchener), Ontario , el 10 de diciembre de 1906, hijo de John Zinn, que trabajaba en una fábrica de neumáticos, y de 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 Doctor en Filosofía sobre "Estudio de dos cristales de la estructura y el ancho de los límites de absorción de rayos X de 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 la Columbia de 1931 a 1932. En 1932 se convirtió en profesor en el City College de Nueva York. Mientras estaba en la Queen's, conoció a Jennie A. (Jean) Smith, una compañera de estudios. Se casaron en 1933 y tuvieron dos hijos, John Eric y Robert James. En 1938, Zinn se convirtió en ciudadano naturalizado de los Estados Unidos. [1]
En 1939, los Laboratorios de Física Pupin de Columbia, donde trabajaba Zinn, eran el centro de una intensa investigación 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 solo con el isótopo uranio-235 , como sostenía Niels Bohr . Como no se disponía de uranio-235 puro, Fermi y Szilard decidieron trabajar con uranio natural. Estaban particularmente interesados en si se podía 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 se emitían aproximadamente dos por fisión en promedio. El retraso entre la absorción de un neutrón por parte de un átomo y el momento en que se produce la fisión sería la clave para controlar una reacción en cadena. [4]
En ese momento, Zinn comenzó a trabajar para Fermi, construyendo redes experimentales de uranio . [1] Para ralentizar los neutrones se necesita un moderador de neutrones . El agua fue la primera opción de Fermi, pero tendía a absorber neutrones además de ralentizarlos. En julio, Szilard sugirió utilizar carbono , en forma de grafito . [4] Se calculó que el radio crítico de un reactor esférico era: [5]
Para que se produjera una reacción nuclear en cadena autosostenida , necesitaban un valor k > 1. Para una configuración de reactor práctica, debía ser al menos un 3 o 4 por ciento mayor; [5] pero en agosto de 1941 los experimentos iniciales de Zinn indicaron un valor decepcionante de 0,87. Fermi depositó sus esperanzas de obtener un mejor resultado en una configuración mejorada y en uranio y grafito más puros. [1]
A principios de 1942, cuando Estados Unidos estaba inmerso en la Segunda Guerra Mundial , Arthur Compton concentró a los distintos equipos del Proyecto Manhattan que trabajaban con plutonio en el Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago . [6] Zinn utilizó atletas para construir las configuraciones experimentales cada vez más grandes de Fermi bajo las gradas del Stagg Field en desuso . [1] En julio de 1942, Fermi midió ak = 1,007 a partir de una red de óxido de uranio . Esto generó esperanzas de que el uranio puro produciría un valor adecuado de k. [7]
En diciembre de 1942, Zinn y Anderson tenían lista la nueva configuración en Stagg Field. De unos 7,3 m de largo, 7,3 m de ancho y 5,8 m de alto, contenía 391,7 t de grafito y 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] Como el reactor no tenía escudo de radiación , funcionó a una potencia máxima de solo 200 W, suficiente para alimentar una bombilla, y funcionó solo durante tres meses. Se apagó el 28 de febrero de 1943 porque el ejército estadounidense no quería correr el riesgo de un accidente cerca del densamente poblado centro de Chicago. [8]
El ejército alquiló 400 hectáreas (1000 acres) de la reserva forestal del condado de Cook conocida como " Sitio A " al Proyecto Manhattan, y "el Country Club" al centenar de científicos, guardias y otras personas que trabajaban allí. Zinn fue puesto a cargo del Sitio A, bajo la supervisión de Fermi. Chicago Pile-1 fue desmontado y reconstruido, esta vez con un escudo de radiación, en el Sitio A. El reactor, ahora conocido como Chicago Pile-2, volvió a estar operativo el 20 de marzo de 1943. En pocos meses, Fermi comenzó a diseñar un nuevo reactor, que se conocería como Chicago Pile-3 . Este era un tipo de reactor muy diferente. Era mucho más pequeño, con solo 1,8 m (6 pies) de diámetro y 2,7 m (9 pies) de altura. Estaba alimentado por 120 barras de metal de uranio y moderado por 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 operar 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 la potencia máxima, 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 unas 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 de Oak Ridge, Tennessee . Zinn llevó rápidamente el Chicago Pile-3 a la máxima potencia y, en doce horas, había realizado una serie de mediciones que confirmaron los resultados de Hanford. [10]
Durante los meses siguientes, unos 175 técnicos fueron transferidos del Laboratorio Metalúrgico a Hanford y Los Álamos . El Laboratorio de Argonne de Zinn quedó reducido a un personal mínimo, pero Compton no aceptó 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 laboratorios nacionales entonces emergentes: sensible a las aspiraciones tanto del contratista como del proveedor de fondos, pero lo suficientemente seguro como para prevalecer cuando esto fuera necesario". [1]
Uno de los primeros problemas a los que se enfrentó Zinn fue el del alojamiento. El gobierno federal había prometido devolver 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 a lo que accedió la Comisión de Reservas Forestales del Condado de Cook fue a que el Laboratorio Nacional Argonne pudiera 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 el hogar permanente del laboratorio a unas 5 millas (8,0 km) de distancia en el Condado de DuPage, Illinois , [12] que se conoció como Sitio D. [8]
Bajo la dirección de 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, fueron empleados en investigaciones en Argonne en una época en la que el Laboratorio Nacional de Los Álamos no contaba con científicos afroamericanos. Argonne también nombró a 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 al Proyecto Manhattan el 1 de enero de 1947, [14] y el 1 de enero de 1948 anunció que el Laboratorio Nacional de Argonne se "enfocaría principalmente en problemas de desarrollo de reactores". [15] Zinn no buscó la responsabilidad adicional, ya que se dio cuenta de que desviaría al Laboratorio de la investigación y lo desviaría de otras responsabilidades, como el diseño de un reactor reproductor rápido . Incluso obtuvo una garantía escrita de Carroll L. Wilson , el gerente 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 de reactores. [16] No obstante, la investigación de 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 Armada de los EE. UU ., pero no obstante 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 presurizada STR (Reactor Térmico Submarino) 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 reactores reproductores estaban diseñados para crear más material fisible del que consumían. [1] En 1948, se había convencido de que no sería prudente construir grandes reactores experimentales cerca de Chicago, y la AEC adquirió tierras en los alrededores de Arco, Idaho , que se convirtió en un puesto avanzado de Argonne. [17] El reactor reproductor experimental I (EBR-I, pero conocido en Argonne como "ZIP", la pila infernal de Zinn) fue el primer reactor en ser enfriado por metal líquido, [22] y el primero en producir electricidad. [23] Probó el concepto de reactor reproductor. [22] El presidente de la AEC, Gordon Dean, lo describió como un hito importante en la historia nuclear. [24]
Los experimentos BORAX 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 que se quitaran las barras de control para demostrar que el reactor se apagaría sin problemas, y de inmediato explotó con un fuerte estruendo y una gran columna de humo oscuro, un giro de los 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]
Tras dejar el Laboratorio Nacional de Argonne en 1956, Zinn se trasladó a Florida, donde fundó su propia empresa de consultoría, General Nuclear Engineering, [26] con sede en Dunedin, Florida . La empresa se dedicaba al 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] Dejó este puesto en 1970, pero siguió siendo 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, incluyendo una distinción 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 del Instituto Franklin en 1970. [30] En 1955 fue elegido como el primer presidente de la Sociedad Nuclear Americana (ANS). [31]
La esposa de Zinn, Jean, murió en 1964. [26] Se casó con Mary Teresa Pratt en 1966, y de ese modo tuvo dos hijastros, Warren y Robert Johnson. [1] Murió en el 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 Operaciones y Energía de la Sociedad Nuclear Estadounidense ha entregado 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]
