La Operación Sandstone fue una serie de pruebas de armas nucleares llevadas a cabo en 1948. Fue la tercera serie de pruebas estadounidenses, tras Trinity en 1945 y Crossroads en 1946, y precedió a Ranger . Al igual que las pruebas Crossroads, las pruebas Sandstone se llevaron a cabo en el Pacific Proving Grounds , aunque en el atolón Enewetak en lugar del atolón Bikini . Se diferenciaban de Crossroads en que las llevó a cabo la Comisión de Energía Atómica , y las fuerzas armadas solo tenían un papel de apoyo. El propósito de las pruebas Sandstone también era diferente: eran principalmente pruebas de nuevos diseños de bombas en lugar de los efectos de las armas nucleares. Se llevaron a cabo tres pruebas en abril y mayo de 1948 por la Fuerza de Tarea Conjunta 7, con una fuerza de trabajo de 10.366 personas, de las cuales 9.890 eran militares.
El éxito de las pruebas de los nuevos núcleos en la Operación Sandstone hizo que todos los componentes de las antiguas armas quedaran obsoletos. Incluso antes de que se llevara a cabo la tercera prueba, se detuvo la producción de los viejos núcleos y todos los esfuerzos se concentraron en la nueva bomba nuclear Mark 4 , que se convertiría en la primera arma nuclear producida en serie. El uso más eficiente del material fisionable como resultado de la Operación Sandstone aumentaría el arsenal nuclear estadounidense de 56 bombas en junio de 1948 a 169 en junio de 1949.
Las armas nucleares fueron desarrolladas durante la Segunda Guerra Mundial por el Proyecto Manhattan , que creó una red de instalaciones de producción, y el laboratorio de investigación y diseño de armas en el Laboratorio Nacional de Los Álamos . [1] Se desarrollaron dos tipos de bombas: la Mark 1 Little Boy , un arma de fisión tipo cañón que utiliza uranio-235 , y la Mark 3 Fat Man , un arma nuclear de tipo implosión que utiliza plutonio . [2]
Estas armas no estaban muy alejadas de sus orígenes en el laboratorio. Quedaba mucho trabajo por hacer para mejorar la facilidad de montaje, la seguridad, la fiabilidad y el almacenamiento antes de que estuvieran listas para la producción. También se habían sugerido o recomendado muchas mejoras en su rendimiento durante la guerra que no habían sido posibles bajo la presión del desarrollo en tiempos de guerra. Norris Bradbury , que sustituyó a Robert Oppenheimer como director de Los Alamos, opinaba que "teníamos, para decirlo sin rodeos, bombas pésimas". [3]
El plutonio se producía irradiando uranio-238 en tres reactores nucleares de 250 MW en el sitio de Hanford . En teoría, podían producir 0,91 gramos (0,032 oz) de plutonio por megavatio-día, o alrededor de 20 kilogramos (44 lb) por mes. En la práctica, la producción nunca se acercó a tal nivel en 1945, cuando solo se producían entre 4 y 6 kilogramos (8,8 y 13,2 lb) por mes. Un núcleo Fat Man requería alrededor de 6,2 kilogramos (14 lb) de plutonio, de los cuales el 21% se fisionaba. La producción de plutonio cayó durante 1946 debido al hinchamiento de los moderadores de neutrones de grafito de los reactores . Esto se conoce como el efecto Wigner , en honor a su descubridor, el científico del Proyecto Manhattan Eugene Wigner . [4]
Estos reactores también eran necesarios para la producción (mediante la irradiación de bismuto-209 ) de polonio-210 , que se utilizaba en los iniciadores , un componente crítico de las armas nucleares. Unos 62 kilogramos (137 libras) de bismuto-209 tuvieron que ser irradiados durante 100 días para producir 600 curios de polonio-210, un poco más de 132 miligramos (2,04 gr). Debido a que el polonio-210 tiene una vida media de sólo 138 días, al menos un reactor tuvo que mantenerse en funcionamiento. Por lo tanto, la unidad más antigua, la pila B, se cerró para que estuviera disponible en el futuro. La investigación del problema llevaría la mayor parte de 1946 antes de que se encontrara una solución. [5]
El uranio-235 se obtuvo a partir del enriquecimiento de uranio natural en la planta Y-12 y el sitio K-25 en Oak Ridge, Tennessee. Las mejoras en los procesos y procedimientos de separación de isótopos electromagnéticos y gaseosos entre octubre de 1945 y junio de 1946 condujeron a un aumento en la producción a alrededor de 69 kilogramos (152 libras) de uranio-235 por mes, lo que sólo era suficiente para uno de los muy derrochadores Little Boys. Un Fat Man era 17,5 veces más eficiente que un Little Boy, pero una tonelada de mineral de uranio podía producir ocho veces más uranio-235 que plutonio, y sobre una base por gramo, el plutonio costaba entre cuatro y ocho veces más producir que el uranio-235, [6] que en ese momento costaba alrededor de $ 26 por gramo. [7]
Los objetivos de la serie de pruebas Sandstone fueron:
La levitación significaba que en lugar de estar inmediatamente dentro del pisón, habría un espacio de aire entre el pisón y el núcleo, que estaría suspendido en el interior mediante cables. Esto permitiría que el pisón ganara más impulso antes de golpear el núcleo. El principio era similar a golpear un clavo con un martillo en lugar de poner la cabeza del martillo directamente sobre el clavo y empujar con toda la fuerza posible. Para que esto funcionara fuera del laboratorio, los cables tenían que ser lo suficientemente fuertes como para soportar ser arrojados desde un avión, pero lo suficientemente delgados para no alterar la simetría esférica de la implosión. [9] La División Teórica de Los Álamos, conocida como División T, había realizado cálculos informáticos sobre el núcleo levitado ya en marzo de 1945. [10] El uso del núcleo levitado se había propuesto durante la planificación de la Operación Crossroads, pero se había decidido en su lugar utilizar el diseño de núcleo sólido "Christy" existente. [11] Este recibió el nombre de su diseñador, Robert Christy . [12] Sin embargo, en el caso de Sandstone, se decidió que al menos dos de las tres pruebas utilizarían núcleos levitados. [8]
La motivación detrás del núcleo compuesto era hacer un mejor uso del material fisionable disponible. El uso de uranio-235 en un arma de implosión en lugar del ineficiente tipo cañón Little Boy fue un desarrollo obvio. Sin embargo, aunque el plutonio era más caro y más difícil de producir que el uranio-235, se fisiona más rápido, porque hace un mejor uso de los neutrones que produce su fisión. Por otro lado, la reacción más lenta del uranio-235 permite el ensamblaje de masas supercríticas, lo que hace teóricamente posible producir armas con altos rendimientos. [13] En julio de 1945, Oppenheimer y Groves estaban considerando el uso de ambos materiales en un núcleo compuesto que contenía 3,25 kilogramos (7,2 libras) de plutonio y 6,5 kilogramos (14 libras) de uranio-235. Los núcleos compuestos estuvieron disponibles en 1946. La prioridad de Los Álamos pasó entonces a ser el desarrollo de un núcleo de uranio-235. [14] En enero de 1948, el arsenal nacional contenía 50 núcleos, de los cuales 36 eran núcleos Christy compuestos, nueve eran núcleos Christy de plutonio y cinco eran núcleos levitados compuestos. [15] Para probar los nuevos núcleos levitados, compuestos y de uranio-235 se necesitarían al menos tres disparos de prueba. [14]
Para que las armas fueran más eficientes se necesitarían iniciadores menos eficientes, lo que significaba que se necesitaría menos polonio. En la época de Sandstone, el arsenal nacional de iniciadores de polonio-berilio estaba formado por 50 iniciadores de clase A, con más de 25 curios de polonio, y 13 iniciadores de clase B, con entre 12 y 25 curios. Durante Sandstone, se llevaría a cabo al menos una prueba con un iniciador de clase B. [16]
Las pruebas fueron autorizadas por el presidente Harry S. Truman el 27 de junio de 1947. El director de aplicaciones militares de la Comisión de Energía Atómica, el general de brigada James McCormack y su adjunto, el capitán James S. Russell , se reunieron con Bradbury y John Henry Manley en Los Álamos el 9 de julio para hacer los arreglos para las pruebas. Acordaron de inmediato que serían de naturaleza científica, con Los Álamos proporcionando la dirección técnica y las fuerzas armadas proporcionando suministros y apoyo logístico. El costo de las pruebas, alrededor de $ 20 millones, se dividió entre el Departamento de Defensa y la Comisión de Energía Atómica. El teniente general John E. Hull fue designado como comandante de pruebas. [17] El contralmirante William S. Parsons y el general de división William E. Kepner repitieron sus roles de la Operación Crossroads como comandantes adjuntos. [18] La Fuerza de Tarea Conjunta 7 se activó formalmente el 18 de octubre de 1947. Como su comandante, Hull era responsable tanto ante el Estado Mayor Conjunto como ante la Comisión de Energía Atómica. [19]
La Fuerza de Tarea Conjunta 7 estaba compuesta por 10.366 efectivos, 9.890 de ellos militares. [20] Su cuartel general estaba formado por unos 175 hombres, de los cuales 96 estaban a bordo del USS Mount McKinley . El resto se alojaba en el USS Albemarle , Curtiss y Bairoko . [21] Una división especial del Laboratorio Nacional de Los Álamos, conocida como División J, fue creada específicamente para gestionar las pruebas nucleares. Un grupo de la Comisión de Energía Atómica (Grupo de Tareas 7.1) era responsable de preparar y detonar las armas nucleares y de llevar a cabo los experimentos. Estaba formado por unos 283 científicos y técnicos responsables de las pruebas nucleares de la División J, el Proyecto de Armas Especiales de las Fuerzas Armadas , el Laboratorio de Investigación Naval , el Laboratorio de Artillería Naval , el Laboratorio Nacional de Argonne , el Campo de Pruebas de Aberdeen , la Comisión de Energía Atómica, Edgerton, Germeshausen & Grier y otras agencias. [21]
Cada uno se ocupó de un aspecto diferente de las pruebas. El Laboratorio de Artillería Naval se encargó de las pruebas de medición de explosiones, mientras que el Laboratorio de Investigación Naval llevó a cabo los experimentos de medición de radiación y el Laboratorio Nacional de Argonne hizo mediciones de rayos gamma . Edgerton, Germeshausen y Grier fueron contratistas contratados para diseñar e instalar los sistemas de sincronización y disparo. [21] Siete conjuntos de armas experimentales y seis núcleos fueron entregados a San Pedro, California , y cargados en el buque de ensamblaje de armas USS Curtiss , en febrero de 1948, pero la Comisión de Energía Atómica solo dio permiso para el gasto de tres núcleos en las pruebas. [22]
Las fuerzas navales se organizaron como Grupo de Tareas 7.3. Estaba integrado por:
Fuente: Berkhouse et al , Operation Sandstone , pág. 40
En septiembre de 1947, Hull, Russell, que fue designado director de pruebas el 14 de octubre, y el director científico de la Fuerza de Tarea Conjunta 7, Darol K. Froman de los Laboratorios de Los Álamos, partieron con un grupo de científicos y oficiales militares para examinar varios sitios de prueba propuestos en el Pacífico. [17] El atolón Enewetak fue elegido como el sitio de prueba el 11 de octubre. [23] La isla era remota, pero con un buen puerto y una pista de aterrizaje. También tenía corrientes oceánicas y vientos alisios que llevarían la radiación radiactiva al mar, una consideración importante en vista de lo que había sucedido en el atolón Bikini durante la Operación Crossroads. [17]
Como el Territorio en Fideicomiso de las Islas del Pacífico era un territorio en fideicomiso de las Naciones Unidas administrado por los Estados Unidos, el 2 de diciembre se notificó al Consejo de Seguridad de las Naciones Unidas sobre las próximas pruebas. El atolón estaba habitado por los dri-Enewetak, que vivían en Aomon, y los dri-Enjebi, que vivían en Bijire. Sus hogares originales habían estado en Enewetak y Enjebi, pero habían sido trasladados durante la guerra para dar paso a bases militares. La población, de unos 140 habitantes, había sido reubicada temporalmente en la isla Meck durante la Operación Crossroads. Esta vez, se seleccionó como lugar de reubicación el atolón Ujelang , un atolón deshabitado a 124 millas náuticas (230 km; 143 mi) al suroeste de Enewetak. Un grupo del Batallón de Construcción Naval llegó allí el 22 de noviembre para construir alojamiento y servicios. Las autoridades militares se reunieron con los jefes locales el 3 de diciembre, y acordaron la reubicación, que fue llevada a cabo por el USS King County el 20 de diciembre. [24] Un LST y cuatro aviones Douglas C-54 Skymaster fueron puestos en espera para evacuar Ujelan en caso de que se viera afectado por la lluvia radiactiva, pero no fueron necesarios. [25]
A diferencia de las pruebas Crossroads, que se llevaron a cabo bajo la lupa de los medios, las pruebas Sandstone se llevaron a cabo con una publicidad mínima. El 15 de abril, todavía se estaba debatiendo en Washington si debía o no hacerse un anuncio público de las pruebas. Hull se opuso a hacer cualquier anuncio hasta que se completara la serie, pero los comisionados de la AEC consideraron que la noticia se filtraría y Estados Unidos parecería reservado. Por lo tanto, se decidió hacer un anuncio de último momento. No se anunció el propósito de las pruebas, y solo se emitieron comunicados de prensa superficiales. El 18 de mayo, una vez finalizada la serie, Hull celebró una conferencia de prensa en Hawai, pero solo permitió a los medios de comunicación citar declaraciones escritas. [26]
Las islas Enjebi, Aomon y Runit fueron despejadas de vegetación y niveladas para facilitar la instalación de la instrumentación requerida, y se construyó una calzada entre Aomon y Bijire para que los cables de los instrumentos pudieran pasar desde la torre de pruebas en Aomon hasta la estación de control en Bijire. Las detonaciones fueron ordenadas para que las áreas de prueba posteriores sufrieran una lluvia radioactiva mínima de los disparos anteriores. [27] El componente del Ejército, el Grupo de Tareas 7.2, fue responsable del trabajo de construcción. Estaba formado por el 1220.º Batallón Provisional de Ingenieros, con los 1217.º y 1218.º Pelotones de Servicio Compuesto, la 18.ª Compañía de Construcción de Ingenieros y el 1219.º Pelotón de Servicio de Señales; las Compañías D y E del 532.º Regimiento de Ingenieros de lanchas y costa de la 2.ª Brigada Especial de Ingenieros ; la 461.ª Compañía de Camiones Anfibios de Transporte; la 854.ª Compañía Portuaria de Transporte; el 401.º Destacamento CIC; y el Destacamento de Base Naval Costera. [28]
Al igual que en la Operación Crossroads, cada detonación recibió su propio nombre en código, tomado del Alfabeto Fonético Conjunto del Ejército y la Marina . Todas utilizaron conjuntos Mark III modificados y fueron detonadas desde torres de 200 pies (61 m). [29] El momento de las detonaciones fue una cuestión de compromiso. Los experimentos de medición de rayos gamma requerían oscuridad, pero los drones Boeing B-17 Flying Fortress que tomarían muestras de las nubes necesitaban luz del día para controlarlos. Como compromiso, todas las detonaciones de Sandstone tuvieron lugar poco antes del amanecer. [30]
A continuación se enumeran las detonaciones de la serie Sandstone de Estados Unidos:
El dispositivo nuclear de rayos X utilizaba un núcleo compuesto levitado. [29] Fue detonado en Enjebi justo antes del amanecer a las 06:17 el 15 de abril de 1948, [35] con una potencia de 37 kilotones. [36] La eficiencia de utilización del plutonio fue de alrededor del 35%; la del uranio-235 fue del 25% o más. Esto fue algo más alto que la predicción de Los Alamos. [29] Los observadores que miraban desde los barcos en la laguna vieron un destello brillante y sintieron el calor radiante. Una nube de condensación de 5 millas náuticas (9,3 km; 5,8 mi) de diámetro envolvió rápidamente la bola de fuego, que brilló dentro de la nube. El estruendoso rugido de la explosión tardó entre 45 y 50 segundos en llegar a los observadores. [35]
Unos 20 minutos después, Bairoko lanzó un helicóptero para comprobar el cabrestante que debía recoger muestras. También hizo descender botes para comprobar los niveles de radiactividad en la laguna. Se volaron aviones no tripulados B-17 a través de las nubes y se utilizó un tanque ligero no tripulado para recuperar muestras de suelo del cráter. Desafortunadamente, se atascó y tuvo que ser remolcado diez días después. [37]
El dispositivo nuclear Yoke utilizaba un núcleo levitado de uranio-235. [29] Fue detonado en Aomon justo antes del amanecer del 1 de mayo de 1948, a las 06:09, un día más tarde debido a vientos desfavorables. [38] Los observadores vieron un destello similar y sintieron el mismo calor que la explosión de rayos X, pero la nube de condensación de 6 millas náuticas (11 km; 6,9 mi) de ancho era más grande y el sonido de la explosión más fuerte. Un observador lo comparó con el sonido de "una bolsa de papel que estalla con fuerza en una habitación pequeña". [38] Tenían razón: su rendimiento de 49 kilotones la convirtió en la mayor detonación nuclear hasta ese momento, [36] pero se consideró ineficiente y derrochadora de material fisible. [29]
Zebra, la tercera prueba y la última de la serie Sandstone, fue detonada en Runit justo antes del amanecer a las 06:04 el 15 de mayo de 1948. [39] Esta prueba fue caracterizada por el presidente de la AEC, David Lilienthal , como la prueba "más difícil e importante" de las tres. Al utilizar uno de los iniciadores de clase B, demostró que todavía se podían utilizar con confianza. [40] Los observadores percibieron el destello y la explosión como similares a las dos pruebas anteriores, pero esta vez la base de la nube de condensación estaba a 2.000 pies (610 m), lo que les dio a los observadores una vista sin obstáculos de la bola de fuego, que por lo tanto parecía ser más brillante y durar más que las otras dos. [39] Las apariencias engañaban: su núcleo de uranio-235 levitado produjo un rendimiento de 18 kilotones. [36]
Los procedimientos utilizados en las pruebas anteriores se repitieron, pero esta vez el cable del cabrestante se enganchó y las muestras de prueba tuvieron que ser recuperadas por un jeep, exponiendo a su tripulación a más radiación. El personal de Los Alamos asignado para quitar los filtros de los drones B-17 aparentemente había llevado a cabo el procedimiento en X-Ray y Yoke sin problemas, pero esta vez tres de ellos sufrieron quemaduras por radiación en sus manos lo suficientemente graves como para ser hospitalizados y necesitar un injerto de piel . A uno de los hombres que había llevado a cabo el procedimiento para Yoke también se le encontró quemaduras en las manos y fue hospitalizado también, pero fue dado de alta el 28 de mayo. Una vez más, el tanque del dron dio problemas y se atascó en el cráter, pero las muestras de suelo fueron recuperadas por el tanque del dron de respaldo. Ambos tanques fueron posteriormente arrojados al océano. [41]
El éxito de las pruebas de los nuevos núcleos en las pruebas de Sandstone tuvo un profundo efecto. Prácticamente todos los componentes de las antiguas armas quedaron obsoletos. [8] Incluso antes de que se llevara a cabo la tercera prueba, Bradbury había detenido la producción de los viejos núcleos y había ordenado que todos los esfuerzos se concentraran en la bomba nuclear Mark 4 , que se convertiría en la primera arma nuclear producida en masa. [42] El uso más eficiente del material fisionable aumentaría el arsenal nuclear de 56 bombas en junio de 1948 a 169 en junio de 1949. [43] Las bombas Mark III fueron retiradas del servicio en 1950. [44] Al mismo tiempo, se estaban poniendo en funcionamiento nuevas plantas de producción y se había resuelto el problema del efecto Wigner . En mayo de 1951, la producción de plutonio era doce veces mayor que en 1947, mientras que la producción de uranio-235 se había multiplicado por ocho. [45] El jefe del Proyecto de Armas Especiales de las Fuerzas Armadas , el mayor general Kenneth D. Nichols , vio claramente que la era de la escasez había terminado. Ahora "recomendó que pensáramos en términos de miles de armas en lugar de cientos". [46]
