El Laboratorio de Los Álamos , también conocido como Proyecto Y , fue un laboratorio secreto establecido por el Proyecto Manhattan y operado por la Universidad de California durante la Segunda Guerra Mundial . Su misión era diseñar y construir las primeras bombas atómicas . Robert Oppenheimer fue su primer director, ejerciendo el cargo desde 1943 hasta diciembre de 1945, cuando fue sucedido por Norris Bradbury . Para permitir que los científicos discutieran libremente su trabajo mientras se preservaba la seguridad, el laboratorio estaba ubicado en la aislada meseta de Pajarito en el norte de Nuevo México . El laboratorio de tiempos de guerra ocupaba edificios que alguna vez habían sido parte de la Escuela Ranch de Los Álamos .
El esfuerzo de desarrollo se centró inicialmente en un arma de fisión tipo cañón que utilizaba plutonio y que se llamó Thin Man . En abril de 1944, el Laboratorio de Los Álamos determinó que la tasa de fisión espontánea del plutonio generado en un reactor nuclear era demasiado alta debido a la presencia de plutonio-240 y causaría una predetonación , una reacción nuclear en cadena antes de que el núcleo estuviera completamente ensamblado. Oppenheimer luego reorganizó el laboratorio y orquestó un esfuerzo total y finalmente exitoso en un diseño alternativo propuesto por John von Neumann , un arma nuclear de tipo implosión , que se llamó Fat Man . Una variante del diseño tipo cañón conocida como Little Boy se desarrolló utilizando uranio-235 .
Los químicos del Laboratorio de Los Álamos desarrollaron métodos para purificar uranio y plutonio, este último un metal que sólo existía en cantidades microscópicas cuando comenzó el Proyecto Y. Sus metalúrgicos descubrieron que el plutonio tenía propiedades inesperadas, pero aun así fueron capaces de fundirlo en esferas de metal. El laboratorio construyó la caldera de agua, un reactor acuoso homogéneo que fue el tercer reactor del mundo en entrar en funcionamiento. También investigó sobre la Super, una bomba de hidrógeno que utilizaría una bomba de fisión para encender una reacción de fusión nuclear en deuterio y tritio .
El diseño de Fat Man fue probado en la prueba nuclear Trinity en julio de 1945. El personal del Proyecto Y formó equipos de boxes y de ensamblaje para los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki y participó en el bombardeo como armadores y observadores. Después de que terminó la guerra, el laboratorio apoyó las pruebas nucleares de la Operación Crossroads en el atolón de Bikini . Se creó una nueva División Z para controlar las actividades de prueba, almacenamiento y ensamblaje de bombas, que se concentraron en la Base Sandia . El Laboratorio de Los Álamos se convirtió en el Laboratorio Científico de Los Álamos en 1947.
El descubrimiento del neutrón por James Chadwick en 1932, [2] seguido por el descubrimiento de la fisión nuclear por los químicos Otto Hahn y Fritz Strassmann en 1938, [3] [4] y su explicación (y denominación) por los físicos Lise Meitner y Otto Frisch poco después, [5] [6] abrieron la posibilidad de una reacción nuclear en cadena controlada utilizando uranio . En ese momento, pocos científicos en los Estados Unidos pensaban que una bomba atómica fuera práctica, [7] pero la posibilidad de que un proyecto alemán de bomba atómica desarrollara armas atómicas preocupó a los científicos refugiados de la Alemania nazi y otros países fascistas, lo que llevó a la redacción de la carta de Einstein-Szilard para advertir al presidente Franklin D. Roosevelt . Esto impulsó la investigación preliminar en los Estados Unidos, que comenzó a fines de 1939. [8]
En Estados Unidos, el progreso fue lento, pero en Gran Bretaña, Otto Frisch y Rudolf Peierls , dos físicos refugiados de Alemania en la Universidad de Birmingham , examinaron las cuestiones teóricas implicadas en el desarrollo, producción y uso de bombas atómicas. Consideraron lo que le sucedería a una esfera de uranio-235 puro y descubrieron que no solo podría ocurrir una reacción en cadena , sino que podría requerirse tan solo un kilogramo (2,2 libras) de uranio-235 para liberar la energía de cientos de toneladas de TNT . Su superior, Mark Oliphant , llevó el memorando de Frisch-Peierls a Sir Henry Tizard , presidente del Comité para el Estudio Científico de la Guerra Aérea (CSSAW), quien a su vez se lo pasó a George Paget Thomson , a quien el CSSAW había delegado la responsabilidad de la investigación del uranio. [9] El CSSAW creó el Comité MAUD para investigar. [10] En su informe final de julio de 1941, el Comité MAUD concluyó que una bomba atómica no sólo era factible, sino que podría producirse ya en 1943. [11] En respuesta, el gobierno británico creó un proyecto de armas nucleares conocido como Tube Alloys . [12]
En Estados Unidos, que a diferencia de Gran Bretaña no estaba todavía enfrascado en la Segunda Guerra Mundial , todavía había poca urgencia, por lo que Oliphant voló allí a finales de agosto de 1941, [13] y habló con científicos estadounidenses, incluido su amigo Ernest Lawrence en la Universidad de California . No solo logró convencerlos de que una bomba atómica era factible, sino que inspiró a Lawrence a convertir su ciclotrón de 37 pulgadas (94 cm) en un espectrómetro de masas gigante para la separación de isótopos , [14] una técnica que Oliphant había iniciado en 1934. [15] A su vez, Lawrence trajo a su amigo y colega Robert Oppenheimer para que revisara la física del informe del Comité MAUD, que se discutió en una reunión en el Laboratorio de Investigación General Electric en Schenectady, Nueva York , el 21 de octubre de 1941. [16]
En diciembre de 1941, la Sección S-1 de la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico (OSRD) puso a Arthur H. Compton a cargo de supervisar la investigación científica para la producción y el diseño de la bomba. [17] [18] Delegó el diseño de la bomba y la realización de cálculos de neutrones rápidos (la clave para los cálculos de masa crítica y detonación de armas) a Gregory Breit , a quien se le dio el título de "Coordinador de Ruptura Rápida", y a Oppenheimer como asistente. Pero Breit no estaba de acuerdo con otros científicos que trabajaban en el Laboratorio Metalúrgico , particularmente Enrico Fermi , sobre los acuerdos de seguridad, [19] y renunció el 18 de mayo de 1942. [20] Compton luego nombró a Oppenheimer para reemplazarlo. [21] John H. Manley , un físico del Laboratorio Metalúrgico, fue asignado para ayudar a Oppenheimer contactando y coordinando grupos de física experimental dispersos por todo el país. [20] Oppenheimer y Robert Serber de la Universidad de Illinois examinaron los problemas de la difusión de neutrones (cómo se mueven los neutrones en una reacción nuclear en cadena) y la hidrodinámica (cómo podría comportarse la explosión producida por una reacción en cadena). [22]
Para revisar este trabajo y la teoría general de las reacciones de fisión, Oppenheimer y Fermi convocaron reuniones en la Universidad de Chicago en junio y en la Universidad de California en Berkeley, en julio con los físicos teóricos Hans Bethe , John Van Vleck , Edward Teller , Emil Konopinski , Robert Serber, Stan Frankel y Eldred C. Nelson, los últimos tres ex alumnos de Oppenheimer, y los físicos experimentales Emilio Segrè , Felix Bloch , Franco Rasetti , John Manley y Edwin McMillan . Confirmaron tentativamente que una bomba de fisión era teóricamente posible. [23]
Todavía había muchos factores desconocidos. Las propiedades del uranio-235 puro eran relativamente desconocidas; más aún las del plutonio , un elemento químico que había sido descubierto recientemente por Glenn Seaborg y su equipo en febrero de 1941, pero que teóricamente era fisionable . Los científicos en la conferencia de Berkeley imaginaron la producción de plutonio en reactores nucleares a partir de átomos de uranio-238 que absorbieran neutrones de los átomos de uranio-235 en fisión. En ese momento no se había construido ningún reactor y solo se disponía de cantidades microscópicas de plutonio que se habían producido mediante ciclotrones . [24]
Había muchas maneras de disponer el material fisible en una masa crítica. La más simple era disparar un "tapón cilíndrico" en una esfera de "material activo" con un " apisonador ", un material denso que enfocaría los neutrones hacia adentro y mantendría la masa reactiva unida para aumentar su eficiencia. [25] También exploraron diseños que involucraban esferoides , una forma primitiva de "implosión" sugerida por Richard C. Tolman , y la posibilidad de métodos autocatalíticos , que aumentarían la eficiencia de la bomba al explotar. [26]
Considerando que la idea de la bomba de fisión estaba teóricamente establecida (al menos hasta que se dispusiera de más datos experimentales), la conferencia de Berkeley tomó un rumbo diferente. Edward Teller presionó para que se discutiera una bomba más poderosa: la "Super", generalmente conocida hoy como una " bomba de hidrógeno ", que usaría la fuerza explosiva de una bomba de fisión al detonar para encender una reacción de fusión nuclear entre deuterio y tritio . [27] Teller propuso un esquema tras otro, pero Bethe rechazó cada uno. La idea de la fusión se dejó de lado para concentrarse en la producción de bombas de fisión. [28] Teller también planteó la posibilidad especulativa de que una bomba atómica pudiera "encender" la atmósfera debido a una reacción de fusión hipotética de núcleos de nitrógeno, [29] pero Bethe calculó que esto no podría suceder, [30] y un informe escrito en coautoría con Teller mostró que "no es probable que se inicie una cadena de reacciones nucleares autopropagantes". [31]
La hábil gestión de Oppenheimer en la conferencia de julio impresionó a sus colegas; su perspicacia y capacidad para tratar incluso con las personas más difíciles fue una sorpresa incluso para quienes lo conocían bien. [32] Tras la conferencia, Oppenheimer se dio cuenta de que, si bien habían comprendido la física, aún quedaba mucho trabajo por hacer en los aspectos de ingeniería, química, metalurgia y armamento para construir una bomba atómica. Se convenció de que el diseño de la bomba requeriría un entorno en el que la gente pudiera discutir libremente los problemas y, de ese modo, reducir la duplicación inútil de esfuerzos. Razonó que esto se podría conciliar mejor con la seguridad creando un laboratorio central en un lugar aislado. [33] [34]
El general de brigada Leslie R. Groves Jr. se convirtió en director del Proyecto Manhattan el 23 de septiembre de 1942. [35] Visitó Berkeley para ver los calutrones de Lawrence y se reunió con Oppenheimer, quien le entregó un informe sobre el diseño de bombas el 8 de octubre. [36] Groves estaba interesado en la propuesta de Oppenheimer de establecer un laboratorio de diseño de bombas separado. Cuando se reunieron nuevamente en Chicago el 15 de octubre, invitó a Oppenheimer a discutir el tema. Groves tenía que tomar el tren 20th Century Limited de regreso a Nueva York, por lo que le pidió a Oppenheimer que lo acompañara para que pudieran continuar la discusión. Groves, Oppenheimer, el coronel James C. Marshall y el teniente coronel Kenneth Nichols se apretujaron en el compartimiento individual de Nichol para discutir cómo se podría crear un laboratorio de bombas y cómo funcionaría. [33] [37] Posteriormente, Groves hizo que Oppenheimer fuera a Washington, DC , donde se discutió el asunto con Vannevar Bush , el director de la OSRD, y James B. Conant , el presidente del Comité Nacional de Investigación de Defensa (NDRC). El 19 de octubre, Groves aprobó la creación de un laboratorio de bombas. [34]
Aunque Oppenheimer parecía la persona lógica para dirigir el nuevo laboratorio, que se conocería como Proyecto Y, tenía poca experiencia administrativa; Bush, Conant, Lawrence y Harold Urey expresaron reservas al respecto. [38] Además, a diferencia de sus otros líderes de proyecto (Lawrence en el Laboratorio de Radiación de Berkeley , Compton en el Proyecto Metalúrgico de Chicago y Urey en los Laboratorios SAM de Nueva York), Oppenheimer no tenía un Premio Nobel , lo que suscitó preocupaciones de que pudiera no tener el prestigio para tratar con científicos distinguidos. También había preocupaciones de seguridad; [39] muchos de los asociados más cercanos de Oppenheimer eran miembros activos del Partido Comunista , incluida su esposa Kitty , [40] su novia Jean Tatlock , [41] su hermano Frank y la esposa de Frank, Jackie. [42] Al final, Groves dio personalmente instrucciones para exonerar a Oppenheimer el 20 de julio de 1943. [39]
Se consideró la idea de ubicar el Proyecto Y en el Laboratorio Metalúrgico de Chicago o en Clinton Engineer Works en Oak Ridge, Tennessee , pero al final se decidió que una ubicación remota sería lo mejor. [43] Un sitio en las cercanías de Los Ángeles fue rechazado por razones de seguridad, y uno cerca de Reno, Nevada por ser demasiado inaccesible. Por recomendación de Oppenheimer, la búsqueda se redujo a las cercanías de Albuquerque, Nuevo México , donde Oppenheimer poseía un rancho en la cordillera Sangre de Cristo . [44] El clima era templado, había conexiones aéreas y ferroviarias con Albuquerque, estaba lo suficientemente lejos de la costa oeste de los Estados Unidos como para que un ataque japonés no fuera un problema y la densidad de población era baja. [43]
En octubre de 1942, el mayor John H. Dudley del Distrito de Manhattan (el componente militar del Proyecto Manhattan) inspeccionó los sitios alrededor de Gallup , Las Vegas , La Ventana, Jemez Springs y Otowi , [45] y recomendó el que estaba cerca de Jemez Springs. [43] El 16 de noviembre, Oppenheimer, Groves, Dudley y otros recorrieron el sitio. Oppenheimer temía que los altos acantilados que rodeaban el sitio hicieran que la gente se sintiera claustrofóbica, mientras que los ingenieros estaban preocupados por la posibilidad de inundaciones. Luego, el grupo se trasladó al sitio de Otowi, en las cercanías de la escuela Los Alamos Ranch . Oppenheimer quedó impresionado y expresó una fuerte preferencia por el sitio, citando su belleza natural y las vistas de las montañas Sangre de Cristo , que, esperaba, inspirarían a quienes trabajarían en el proyecto. [46] [47] Los ingenieros estaban preocupados por el mal camino de acceso y si el suministro de agua sería adecuado, pero por lo demás pensaban que era ideal. [48]
El subsecretario de Guerra de los Estados Unidos , Robert P. Patterson , aprobó la adquisición del sitio el 25 de noviembre de 1942, autorizando 440.000 dólares para la compra del sitio de 54.000 acres (22.000 ha), de los cuales todos menos 8.900 acres (3.600 ha) ya eran propiedad del Gobierno Federal. [49] El secretario de Agricultura Claude R. Wickard otorgó el uso de unas 45.100 acres (18.300 ha) de tierras del Servicio Forestal de los Estados Unidos al Departamento de Guerra "mientras continúe la necesidad militar". [50] La necesidad de tierras para una nueva carretera, y más tarde para un derecho de paso para una línea eléctrica de 25 millas (40 km), finalmente elevó las compras de tierras en tiempos de guerra a 45.737 acres (18.509,1 ha), pero finalmente solo se gastaron 414.971 dólares. [49] Los artículos más caros fueron la escuela, que costó $350,000, y el Anchor Ranch, que costó $25,000. [51] Ambos contrataron abogados para negociar acuerdos con el gobierno, pero a los colonos hispanos se les pagó tan solo $7 por acre (equivalente a $123 en 2023). [52] Se retiraron los permisos de pastoreo y se compraron o expropiaron tierras privadas bajo dominio eminente utilizando la autoridad de la Ley de Poderes de la Segunda Guerra . [53] Las peticiones de expropiación se redactaron para cubrir todos los derechos minerales, de agua, madera y otros, por lo que los particulares no tendrían motivo alguno para ingresar al área. [54] El sitio adquirió una forma irregular debido a que colindaba con el Monumento Nacional Bandelier y un cementerio sagrado de los nativos americanos. [53]
Un factor importante a considerar en la adquisición del sitio fue la existencia de la Escuela Los Alamos Ranch. Esta constaba de 54 edificios, de los cuales 27 eran casas, dormitorios u otros cuartos que proporcionaban 46.626 pies cuadrados (4.331,7 m2 ) de alojamiento. Los edificios restantes incluían un aserradero , una casa de hielo , graneros , una carpintería, establos y garajes , todos con un total de 29.560 pies cuadrados (2.746 m2 ) . En el cercano Anchor Ranch había cuatro casas y un granero. [55] El trabajo de construcción fue supervisado por el Distrito de Ingenieros de Albuquerque hasta el 15 de marzo de 1944, cuando el Distrito de Ingenieros de Manhattan asumió la responsabilidad. [53] Willard C. Kruger and Associates de Santa Fe, Nuevo México , fue contratado como arquitecto e ingeniero. En diciembre de 1945, se contrató a Black & Veatch para el diseño de los servicios públicos. Al primero se le pagaron 743.706,68 dólares y al segundo 164.116 dólares cuando el Proyecto Manhattan terminó a fines de 1946. [56] El Distrito de Albuquerque supervisó 9,3 millones de dólares de construcción en Los Álamos, y el Distrito de Manhattan, otros 30,4 millones. [53] El trabajo inicial fue contratado a la MM Sundt Company de Tucson, Arizona , y las obras comenzaron en diciembre de 1942. Groves inicialmente asignó 300.000 dólares para la construcción, tres veces la estimación de Oppenheimer, con una fecha de finalización planificada para el 15 de marzo de 1943. Pronto quedó claro que el alcance del Proyecto Y era mucho mayor de lo esperado, y cuando Sundt terminó el 30 de noviembre de 1943, se habían gastado más de 7 millones de dólares. [57] La Compañía Zia asumió la responsabilidad del mantenimiento en abril de 1946. [58]
Oppenheimer calculó inicialmente que el trabajo podría ser realizado por 50 científicos y 50 técnicos. Groves triplicó esta cifra hasta 300. [57] La población real, incluidos los miembros de las familias, era de unas 3.500 personas a finales de 1943, 5.700 a finales de 1944, 8.200 a finales de 1945 y 10.000 a finales de 1946. [59] Al principio, toda la población eran trabajadores, ya que eran los únicos a los que se les proporcionaba alojamiento, pero a medida que pasaba el tiempo y había más viviendas disponibles, el número de dependientes aumentó. Esta tendencia se aceleró con el fin de la guerra y la sustitución del personal militar por civiles con familias. Debido a la naturaleza altamente clasificada del trabajo, no se realizó ningún censo de la población de Los Álamos hasta abril de 1946. [60] Los certificados de nacimiento de los bebés nacidos en Los Álamos durante la guerra indicaban que su lugar de nacimiento era el apartado postal 1663 en Santa Fe. Todas las cartas y paquetes llegaban a través de esa dirección. [61]
El alojamiento más deseado eran las seis cabañas de piedra y troncos que alguna vez habían albergado al director y al personal docente de la Escuela Rancho Los Álamos. Eran las únicas viviendas en Los Álamos que tenían bañeras, y se las conoció como "Bathtub Row". [57] [62] Oppenheimer vivía en Bathtub Row; su vecino de al lado era el capitán W. S. "Deak" Parsons , el jefe de la División de Artillería e Ingeniería. [63] La casa de Parsons era un poco más grande, porque Parsons tenía dos hijos y Oppenheimer, en ese momento, tenía solo uno. [64] Después de Bathtub Row, el siguiente alojamiento más deseado eran los apartamentos construidos por Sundt. Un edificio típico de dos pisos albergaba a cuatro familias. Cada apartamento de Sundt tenía dos o tres dormitorios, una cocina con una estufa de carbón negra y un baño pequeño. JE Morgan and Sons suministró 56 viviendas prefabricadas que se conocieron como "Morganville". La compañía Robert E. McKee construyó una parte de la ciudad conocida como "McKeeville". [57] Entre junio y octubre de 1943, y nuevamente en junio y julio de 1944, la cantidad de personas superó las posibilidades de alojamiento y el personal se alojó temporalmente en Frijoles Canyon. [65] Las casas de Clinton Engineer Works en Oak Ridge, Tennessee y Hanford Engineer Works en el estado de Washington eran básicas pero de un estándar más alto (como especificó Nichols ) que las casas de Los Álamos (como especificó Groves ), pero Nichols dijo a los científicos de Los Álamos que la vivienda allí era un problema de Groves, no suyo. [66]
Los alquileres se fijaban en función de los ingresos del ocupante. [67] Los visitantes transitorios de Los Alamos se alojaban en el Fuller Lodge , la Guest Cottage o la Big House, que alguna vez había sido parte de la Los Alamos Ranch School. [68] Se estableció una escuela en 1943, que atendía tanto a la escuela primaria como a la secundaria, y se inscribieron 140 niños; 350 en 1946. La educación era gratuita, al igual que una guardería para madres trabajadoras. [69] Con 18 maestros de escuela primaria, 13 maestros de escuela secundaria y un superintendente, disfrutaba de una excelente relación maestro:alumno. [70] Se construyeron numerosos edificios técnicos. La mayoría eran de tipo semipermanente, utilizando placas de yeso . Se calentaban con una planta de calefacción central. Inicialmente, esta era la Sala de Calderas N.º 1, que tenía dos calderas de carbón . Esta fue reemplazada por la Sala de Calderas N.º 2, que tenía seis calderas de petróleo. Además del sitio principal en Los Álamos, se desarrollaron unos 25 sitios periféricos para trabajo experimental. [71]
El crecimiento de la ciudad superó al sistema de alcantarillado, [71] y a finales de 1945 hubo cortes de electricidad. Las luces tuvieron que apagarse durante el día, y entre las 7 y las 10 de la noche. El agua también escaseó. Durante el otoño de 1945, el consumo fue de 585.000 galones estadounidenses (2.210.000 L) por día, pero el suministro de agua solo podía proporcionar 475.000 galones estadounidenses (1.800.000 L). El 19 de diciembre, las tuberías que se habían colocado sobre el suelo para ahorrar tiempo en 1943 se congelaron, cortando el suministro por completo. Los residentes tuvieron que sacar agua de 15 camiones cisterna que transportaban 300.000 galones estadounidenses (1.100.000 L) por día. [72] Debido a que su nombre era secreto, Los Álamos se conocía como "Sitio Y"; para los residentes era conocido como "La Colina". [73] Debido a que vivían en tierras federales, el estado de Nuevo México no permitía a los residentes de Los Álamos votar en las elecciones, aunque sí les exigía que pagaran impuestos estatales sobre la renta. [74] [75] Una prolongada serie de batallas legales y legislativas se avecinaban antes de que los residentes de Los Álamos se convirtieran en ciudadanos de pleno derecho de Nuevo México el 10 de junio de 1949. [76]
Inicialmente, Los Álamos iba a ser un laboratorio militar con Oppenheimer y otros investigadores comisionados para el ejército. Oppenheimer llegó al extremo de ordenarse un uniforme de teniente coronel, pero dos físicos clave, Robert Bacher e Isidor Rabi , se opusieron a la idea. Conant, Groves y Oppenheimer idearon entonces un compromiso por el cual el laboratorio sería operado por la Universidad de California. [77] Las actividades financieras y de adquisiciones eran responsabilidad de la Universidad de California según una carta de intención del 1 de enero de 1943 de la OSRD. Esto fue reemplazado por un contrato formal con el Distrito de Manhattan el 20 de abril de 1943, que fue retroactivo al 1 de enero. Las operaciones financieras estaban dirigidas por el oficial comercial residente, JAD Muncy. [78] La intención era que se militarizara cuando llegara el momento de ensamblar finalmente la bomba, pero para ese momento el Laboratorio de Los Álamos había crecido tanto que esto se consideró poco práctico e innecesario, [38] ya que las dificultades anticipadas con respecto a los civiles trabajando en tareas peligrosas no se habían presentado. [78]
El coronel John M. Harman fue el primer comandante del puesto en Los Álamos. Se incorporó a la oficina de Santa Fe como teniente coronel el 19 de enero de 1943 y fue ascendido a coronel el 15 de febrero. [79] Los Álamos se convirtió oficialmente en un establecimiento militar el 1 de abril de 1943 y se trasladó a Los Álamos el 19 de abril. [79] [80] Fue sucedido por el teniente coronel C. Whitney Ashbridge, un graduado de la Escuela del Rancho de Los Álamos, [81] en mayo de 1943. A su vez, Ashbridge fue sucedido por el teniente coronel Gerald R. Tyler en octubre de 1944, [79] [82] el coronel Lyle E. Seaman en noviembre de 1945 y el coronel Herb C. Gee en septiembre de 1946. [79] El comandante del puesto respondía directamente ante Groves y era responsable del municipio, la propiedad del gobierno y el personal militar. [83]
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Cuatro unidades militares fueron asignadas al puesto. El Destacamento de la Policía Militar, 4817th Service Command Unit, llegó desde Fort Riley, Kansas , en abril de 1943. Su fuerza inicial era de 7 oficiales y 196 soldados; en diciembre de 1946 tenía 9 oficiales y 486 hombres, y estaba en 44 puestos de guardia las 24 horas del día. [84] El Destacamento Provisional de Ingenieros (PED), 4817th Service Command Unit, fue activado en Camp Claiborne, Luisiana , el 10 de abril de 1943. Estos hombres realizaban trabajos en el puesto, como trabajar en la planta de calderas, el parque de vehículos y los comedores. También mantenían los edificios y las carreteras. Alcanzó una fuerza máxima de 465 hombres y se disolvió el 1 de julio de 1946. [85]
El 1.er Destacamento Provisional del Cuerpo Auxiliar del Ejército Femenino (WAAC) se activó en Fort Sill, Oklahoma , el 17 de abril de 1943. Su fuerza inicial era de solo un oficial y siete auxiliares. El WAAC se convirtió en el Cuerpo de Mujeres del Ejército (WAC) el 24 de agosto de 1943, y el destacamento pasó a formar parte de la 4817.ª Unidad de Mando de Servicio, con una fuerza de dos oficiales y 43 mujeres alistadas. Fueron juramentadas en el Ejército de los Estados Unidos por Ashbridge. Alcanzó una fuerza máxima de aproximadamente 260 mujeres en agosto de 1945. Las WAC realizaban una variedad más amplia de trabajos que las PED; algunas eran cocineras, conductoras y operadoras telefónicas, mientras que otras servían como bibliotecarias, empleadas y técnicas de hospital. Algunas realizaban investigaciones científicas altamente especializadas dentro del Área Técnica. [85]
El Destacamento de Ingenieros Especiales (SED) se activó en octubre de 1943 como parte de la Unidad de Servicio Técnico 9812. Estaba formado por hombres con habilidades técnicas o educación avanzada, y en su mayoría provenían del extinto Programa de Entrenamiento Especializado del Ejército . [85] La política del Departamento de Guerra prohibía otorgar aplazamientos del reclutamiento a hombres menores de 22 años, por lo que fueron asignados al SED. [86] Alcanzó una fuerza máxima de 1.823 hombres en agosto de 1945. El personal del SED trabajó en todas las áreas del Laboratorio de Los Álamos. [85]
Como director del Laboratorio de Los Álamos, Oppenheimer ya no respondía ante Compton, sino que reportaba directamente a Groves. [80] Era responsable de los aspectos técnicos y científicos del Proyecto Y. [83] Reunió al núcleo de su personal de los grupos que habían estado trabajando para él en los cálculos de neutrones. [87] Estos incluían a su secretaria, Priscilla Greene , [88] Serber y McMillan de su propio grupo, y los grupos de Emilio Segrè y Joseph W. Kennedy de la Universidad de California, el grupo de JH Williams de la Universidad de Minnesota , el grupo de Joe McKibben de la Universidad de Wisconsin , el grupo de Felix Bloch de la Universidad de Stanford y el de Marshall Holloway de la Universidad de Purdue . También consiguió los servicios de Hans Bethe y Robert Bacher del Laboratorio de Radiación del MIT , Edward Teller , Robert F. Christy , Darol K. Froman , Alvin C. Graves y John H. Manley y su grupo del Laboratorio Metalúrgico del Proyecto Manhattan, y Robert R. Wilson y su grupo, que incluía a Richard Feynman , que había estado realizando investigaciones del Proyecto Manhattan en la Universidad de Princeton . Trajeron consigo una gran cantidad de equipo científico valioso. El grupo de Wilson desmanteló el ciclotrón en la Universidad de Harvard y lo envió a Los Álamos; el de McKibben trajo dos generadores Van de Graaff de Wisconsin; y el de Manley trajo el acelerador Cockcroft-Walton de la Universidad de Illinois . [87]
Las comunicaciones con el mundo exterior se hacían a través de una única línea del Servicio Forestal hasta abril de 1943, [89] cuando fue sustituida por cinco líneas telefónicas del Ejército. Esta cifra se aumentó a ocho en marzo de 1945. [90] También había tres teletipos con máquinas codificadoras. El primero se instaló en marzo de 1943 y se añadieron dos más en mayo de 1943. Uno se retiró en noviembre de 1945. [90] Había teléfonos en las oficinas, pero ninguno en las residencias privadas, ya que el Ejército consideraba que esto suponía un peligro para la seguridad. Había algunos teléfonos públicos en el municipio para emergencias. Como no había forma de evitar que las líneas fueran interceptadas, no se podía hablar de información clasificada a través de las líneas telefónicas. Al principio, las líneas telefónicas funcionaban solo durante el horario de oficina hasta que llegaran suficientes WAC para atender la centralita las 24 horas del día. [91]
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Las mujeres de Los Álamos fueron alentadas a trabajar, debido a la escasez de mano de obra y las preocupaciones de seguridad sobre traer trabajadores locales. Alrededor de 60 esposas de científicos estaban trabajando en el Área Técnica en septiembre de 1943. Alrededor de 200 de los 670 trabajadores del laboratorio, el hospital y la escuela eran mujeres en octubre de 1944. La mayoría trabajaba en la administración, pero muchas mujeres como Lilli Hornig , [92] Jane Hamilton Hall , [93] y Peggy Titterton trabajaban como científicas y técnicas. [94] Charlotte Serber encabezó el Grupo A-5 (Biblioteca). [95] Un gran grupo de mujeres trabajó en cálculos numéricos en el Grupo T-5 (Cálculos). [92] Dorothy McKibbin dirigió la oficina de Santa Fe, que abrió en 109 East Palace Avenue el 27 de marzo de 1943. [96] Los nuevos miembros del personal en el sitio secreto de Los Álamos no recibieron por adelantado ninguna dirección al sitio o credenciales de seguridad. Se les dijo que se presentaran en la oficina de Santa Fe, donde McKibbin les proporcionaba dichas cosas y así se convirtió en el guardián de Los Álamos. [97]
El Laboratorio de Los Álamos tenía una junta directiva, cuyos miembros eran Oppenheimer, Bacher, Bethe, Kennedy, DL Hughes (director de personal), DP Mitchell (director de adquisiciones) y Deak Parsons. McMillan, George Kistiakowsky y Kenneth Bainbridge se agregaron más tarde. [98] El laboratorio estaba organizado en cinco divisiones: Administración (A), Teórica (T) bajo Bethe, Física experimental (P) bajo Bacher, Química y metalurgia (CM) bajo Kennedy, y Artillería e ingeniería (E) bajo Parsons. [99] [100] Todas las divisiones se expandieron durante 1943 y 1944, pero la División T, a pesar de triplicar su tamaño, siguió siendo la más pequeña, mientras que la División E creció hasta ser la más grande. La autorización de seguridad era un problema. Los científicos (incluido, al principio, Oppenheimer) tenían que tener acceso al Área técnica sin la autorización adecuada. En aras de la eficiencia, Groves aprobó un proceso abreviado por el cual Oppenheimer avalaba a los científicos de mayor antigüedad y otros tres empleados eran suficientes para avalar a un científico o técnico junior. [101]
El Laboratorio de Los Álamos fue reforzado por una misión británica al mando de James Chadwick. Los primeros en llegar fueron Otto Frisch y Ernest Titterton ; los que llegaron después fueron Niels Bohr y su hijo Aage Bohr , y Sir Geoffrey Taylor , un experto en hidrodinámica que hizo una importante contribución a la comprensión de la inestabilidad de Rayleigh-Taylor . [102] Esta inestabilidad en la interfaz entre dos fluidos de diferentes densidades se produce cuando el fluido más ligero empuja al más pesado, [103] y fue vital para la interpretación de los experimentos con explosivos, la predicción de los efectos de una explosión, el diseño de los iniciadores de neutrones y el diseño de la propia bomba atómica. Chadwick permaneció sólo unos meses; fue sucedido como jefe de la misión británica por Rudolf Peierls. La idea original, favorecida por Groves, era que los científicos británicos trabajaran como un grupo bajo el mando de Chadwick, quien les subcontrataría el trabajo. Esta medida fue descartada rápidamente y se optó por integrar por completo la Misión Británica en el laboratorio. Trabajaron en la mayoría de sus divisiones, quedando únicamente excluidos los de química y metalurgia del plutonio. [104] [102] Con la aprobación de la Ley de Energía Atómica de 1946 , conocida como Ley McMahon, todos los empleados del gobierno británico tuvieron que marcharse. Todos se habían marchado a finales de 1946, excepto Titterton, a quien se le concedió una dispensa especial y permaneció hasta el 12 de abril de 1947. La Misión Británica terminó cuando él se marchó. [105] [106]
En 1943, los esfuerzos de desarrollo se dirigieron a un arma de fisión tipo cañón que usaba plutonio llamada Thin Man . [107] [108] Los nombres de los tres diseños de bombas atómicas —Fat Man , Thin Man y Little Boy— fueron elegidos por Serber en función de sus formas. Thin Man era un dispositivo largo, y su nombre provenía de la novela policial de Dashiell Hammett y la serie de películas del mismo nombre. Fat Man era redondo y gordo, y recibió su nombre en honor al personaje de "Kasper Gutman" de Sydney Greenstreet en El halcón maltés . Little Boy llegó al último, y recibió su nombre en honor al personaje de Elisha Cook, Jr. en la misma película, al que se refirió Humphrey Bogart . [109]
Una serie de conferencias en abril y mayo de 1943 expusieron el plan del laboratorio para el resto del año. Oppenheimer estimó la masa crítica de un aparato de uranio-235 con una fórmula basada en la teoría de la difusión derivada en Berkeley por Stan Frankel y EC Nelson. Esto dio un valor para un aparato de uranio-235 con un tamper perfecto de 25 kg; pero esto fue solo una aproximación. Se basó en suposiciones simplificadoras, en particular que todos los neutrones tenían la misma velocidad, que todas las colisiones eran elásticas , que se dispersaban isotrópicamente y que el camino libre medio de los neutrones en el núcleo y el tamper era el mismo. La División T de Bethe, en particular el Grupo T-2 (Teoría de la difusión) de Serber y los Grupos T-4 (Problemas de difusión) de Feynman, pasarían los siguientes meses trabajando en modelos mejorados. [110] [111] Bethe y Feynman también desarrollaron una fórmula para la eficiencia de la reacción. [112]
Ninguna fórmula podía ser más precisa que los valores introducidos en ella; los valores de las secciones eficaces eran dudosos y aún no se habían determinado para el plutonio. La medición de estos valores sería una prioridad, pero el laboratorio poseía sólo 1 gramo de uranio-235 y sólo unos pocos microgramos de plutonio. [110] Esta tarea recayó en la División P de Bacher. El Grupo P-2 (Generador Electrostático) de Williams llevó a cabo el primer experimento en julio de 1943, cuando utilizó el mayor de los dos generadores Van de Graaff para medir la relación de neutrones por fisión en el plutonio frente a la del uranio-235. [113] Esto implicó cierta negociación con el Laboratorio Metalúrgico para obtener 165 μg de plutonio, que se recibió en Los Álamos el 10 de julio de 1943. Bacher pudo informar que el número de neutrones por fisión del plutonio-239 era de 2,64 ± 0,2, aproximadamente 1,2 veces más que el uranio-235. [114] Titterton y Boyce McDaniel del Grupo P-1 (Ciclotrón) de Wilson intentaron medir el tiempo que tardaban los neutrones rápidos en emitirse desde un núcleo de uranio-235 cuando se fisiona. [115] Calcularon que la mayoría se emitían en menos de 1 nanosegundo . Experimentos posteriores demostraron que la fisión también tardaba menos de un nanosegundo. La confirmación de la afirmación de los teóricos de que el número de neutrones emitidos por fisión era el mismo para los neutrones rápidos y lentos tomó más tiempo y no se completó hasta el otoño de 1944. [113]
John von Neumann visitó el Laboratorio de Los Álamos en septiembre de 1943 y participó en debates sobre el daño que causaría una bomba atómica. Explicó que, si bien el daño causado por una pequeña explosión era proporcional al impulso (la presión promedio de la explosión multiplicada por su duración), el daño causado por explosiones grandes como una bomba atómica estaría determinado por la presión máxima, que depende de la raíz cúbica de su energía. Bethe calculó entonces que una explosión de 10 kilotones de TNT (42 TJ) produciría una sobrepresión de 0,1 atmósferas estándar (10 kPa) a 3,5 kilómetros (2,2 mi) y, por lo tanto, provocaría graves daños dentro de ese radio. Von Neumann también sugirió que, debido a que la presión aumenta cuando las ondas de choque rebotan en objetos sólidos, el daño podría aumentar si la bomba se detonara a una altitud comparable al radio del daño, aproximadamente de 1 a 2 kilómetros (3300 a 6600 pies). [112] [116]
Parsons fue nombrado jefe de la División de Artillería e Ingeniería en junio de 1943 por recomendación de Bush y Conant. [117] Para dotar de personal a la división, Tolman, que actuó como coordinador del esfuerzo de desarrollo del arma, trajo a John Streib, Charles Critchfield y Seth Neddermeyer de la Oficina Nacional de Normas . [118] La división se organizó inicialmente en cinco grupos, siendo los líderes originales del grupo McMillan del Grupo E-1 (Campo de Pruebas), Kenneth Bainbridge del Grupo E-2 (Instrumentación), Robert Brode del Grupo E-3 (Desarrollo de Espoletas), Critchfield del Grupo E-4 (Proyectil, Objetivo y Fuente) y Neddermeyer del Grupo E-5 (Implosión). Se añadieron dos grupos más en el otoño de 1943, el Grupo E-7 (Entrega) bajo el mando de Norman Ramsey y el Grupo E-8 (Balística Interior) bajo el mando de Joseph O. Hirschfelder . [117]
En Anchor Ranch se estableció un campo de pruebas. El cañón sería inusual y tuvo que ser diseñado en ausencia de datos cruciales sobre la masa crítica. Los criterios de diseño fueron que el cañón tendría una velocidad inicial de 3.000 pies por segundo (910 m/s); que el tubo pesaría solo 1 tonelada corta (0,91 t) en lugar de las 5 toneladas cortas (4,5 t) convencionales para un tubo con esa energía; que, como consecuencia, estaría hecho de acero aleado; que debería tener una presión máxima en la recámara de 75.000 libras por pulgada cuadrada (520.000 kPa ); y que debería tener tres cebadores independientes . Como necesitaría ser disparado solo una vez, el cañón podría ser más ligero que el del cañón convencional. [119] Tampoco requería estrías ni mecanismos de retroceso. Las curvas de presión se calcularon bajo la supervisión de Hirschfelder en el Laboratorio Geofísico antes de unirse al Laboratorio de Los Álamos. [120]
Mientras esperaban a que la Fábrica de Armas Navales fabricara los cañones , se probaron varios propulsores. Hirschfelder envió a John L. Magee a la Mina Experimental de la Oficina de Minas en Bruceton, Pensilvania , para probar el propulsor y el sistema de ignición. [121] Se realizaron disparos de prueba en Anchor Ranch con un cañón de 3 pulgadas (76 mm)/calibre 50. Esto permitió el ajuste fino de la instrumentación de prueba. Los dos primeros tubos llegaron a Los Álamos el 10 de marzo de 1944, y los disparos de prueba comenzaron en Anchor Ranch bajo la dirección de Thomas H. Olmstead, que tenía experiencia en ese tipo de trabajo en el Campo de Pruebas Navales en Dahlgren, Virginia . Se probaron los cebadores y se descubrió que funcionaban a presiones de hasta 80.000 libras por pulgada cuadrada (550.000 kPa). El grupo de Brode investigó los sistemas de detonación, probando altímetros de radar , espoletas de proximidad y espoletas de altímetro barométrico . [122]
Las pruebas se llevaron a cabo con un altímetro de radar de tipo modulado en frecuencia conocido como AYD y un tipo de pulso conocido como 718. Las modificaciones del AYD fueron realizadas por Norden Laboratories Corporation bajo un contrato OSRD. Cuando se contactó al fabricante del 718, RCA , se supo que un nuevo radar de advertencia de cola , AN/APS-13 , más tarde apodado Archie , estaba entrando en producción, que podría adaptarse para su uso como altímetro de radar. La tercera unidad que se fabricó fue entregada a Los Álamos en abril de 1944. En mayo se probó lanzando en picado un AT-11 . A esto le siguieron pruebas de caída a gran escala en junio y julio. Estas tuvieron mucho éxito, mientras que el AYD continuó sufriendo problemas. Por lo tanto, se adoptó el Archie, aunque la escasez de unidades en agosto de 1944 impidió pruebas destructivas a gran escala. [122] En marzo y junio de 1944 se llevaron a cabo pruebas de aviones Boeing B-29 Superfortress Silverplate con bombas tipo Thin Man en el aeródromo militar de Muroc. [123]
En una reunión del Comité Ejecutivo del S-1 el 14 de noviembre de 1942, Chadwick había expresado su temor de que las partículas alfa emitidas por el plutonio pudieran producir neutrones en elementos ligeros presentes como impurezas, lo que a su vez produciría fisión en el plutonio y causaría una predetonación , una reacción en cadena antes de que el núcleo estuviera completamente ensamblado. Oppenheimer y Seaborg habían considerado esto el mes anterior, y este último había calculado que los emisores de neutrones como el boro tenían que limitarse a una parte en cien mil millones. Había algunas dudas sobre si se podía desarrollar un proceso químico que pudiera garantizar este nivel de pureza, y Chadwick llevó el asunto a la atención del Comité Ejecutivo del S-1 para que se estudiara más a fondo. Sin embargo, cuatro días después, Lawrence, Oppenheimer, Compton y McMillan informaron a Conant que confiaban en que se pudiera cumplir el exigente requisito de pureza. [124]
Hasta que el reactor de grafito X-10 de Clinton Engineer Works entró en funcionamiento el 4 de noviembre de 1943, sólo se disponía de cantidades microscópicas de plutonio , [125] [126] pero ya había algunas señales preocupantes. Cuando se producía fluoruro de plutonio en el Laboratorio Metalúrgico, a veces era de color claro y a veces oscuro, aunque el proceso químico era el mismo. Cuando lograron reducirlo a plutonio metálico en noviembre de 1943, se midió su densidad en 15 g/cm 3 , y una medición con técnicas de dispersión de rayos X apuntó a una densidad de 13 g/cm 3 . Esto era malo; se había asumido que su densidad era la misma que la del uranio, unos 19 g/cm 3 . Si estas cifras eran correctas, se necesitaría mucho más plutonio para una bomba. A Kennedy no le gustaba la actitud ambiciosa y de búsqueda de atención de Seaborg, y con Arthur Wahl había ideado un procedimiento para la purificación del plutonio independiente del grupo de Seaborg. Cuando en febrero se consiguió una muestra, se puso a prueba este procedimiento. Ese mes, el Laboratorio Metalúrgico anunció que había determinado que existían dos fluoruros diferentes: el tetrafluoruro de plutonio (PuF 4 ), de color claro, y el trifluoruro de plutonio (PuF 3 ), de color oscuro. Los químicos pronto descubrieron cómo fabricarlos de forma selectiva, y el primero resultó ser más fácil de reducir a metal. Las mediciones realizadas en marzo de 1944 indicaron una densidad de entre 19 y 20 g/cm 3 . [127]
El grupo CM-8 (Metalurgia del Plutonio) de Eric Jette comenzó a experimentar con plutonio metálico después de recibir cantidades en gramos en el Laboratorio de Los Álamos en marzo de 1944. Al calentarlo, los metalúrgicos descubrieron cinco temperaturas entre 137 y 580 °C (279 y 1076 °F) en las que de repente comenzó a absorber calor sin aumentar la temperatura. Esto fue un fuerte indicio de múltiples alótropos del plutonio ; pero inicialmente se consideró demasiado extraño para ser verdad. Pruebas posteriores confirmaron un cambio de estado alrededor de los 135 °C (275 °F); entró en la fase δ, con una densidad de 16 g/cm 3 . Seaborg había afirmado que el punto de fusión del plutonio oscilaba entre 950 y 1000 °C (1740 y 1830 °F), aproximadamente el del uranio, pero los metalúrgicos del Laboratorio de Los Álamos pronto descubrieron que se fundía a unos 635 °C (1175 °F). Los químicos recurrieron entonces a técnicas para eliminar las impurezas de elementos ligeros del plutonio; pero el 14 de julio de 1944, Oppenheimer informó a Kennedy de que esto ya no sería necesario. [128]
La noción de fisión espontánea había sido planteada por Niels Bohr y John Archibald Wheeler en su tratamiento de 1939 del mecanismo de la fisión nuclear. [130] El primer intento de descubrir la fisión espontánea en el uranio fue realizado por Willard Libby , pero no logró detectarla. [131] Frisch y Titterton la habían observado en Gran Bretaña, e independientemente en la Unión Soviética por Georgy Flyorov y Konstantin Petrzhak en 1940; a estos últimos generalmente se les atribuye el descubrimiento. [132] [133] Compton también había escuchado del físico francés Pierre Auger que Frédéric Joliot-Curie había detectado lo que podría haber sido fisión espontánea en el polonio . Si es cierto, podría impedir el uso de polonio en los iniciadores de neutrones; si es cierto para el plutonio, podría significar que el diseño tipo cañón no funcionaría. El consenso en el Laboratorio de Los Álamos fue que no era cierto y que los resultados de Joliot-Curie habían sido distorsionados por impurezas. [134]
En el Laboratorio de Los Álamos, el Grupo P-5 (Radiactividad) de Emilio Segrè se propuso medirla en uranio-234 , −235 y −238, plutonio, polonio, protactinio y torio . [135] No estaban demasiado preocupados por el plutonio en sí; su principal preocupación era el problema que Chadwick había planteado sobre la interacción con impurezas de elementos ligeros. Segrè y su grupo de jóvenes físicos instalaron su experimento en una vieja cabaña de troncos del Servicio Forestal en Pajarito Canyon, a unas 14 millas (23 km) del Área Técnica, con el fin de minimizar la radiación de fondo que emanaba para otras investigaciones en el Laboratorio de Los Álamos. [136]
En agosto de 1943, tenían buenos valores para todos los elementos probados excepto para el plutonio, que no pudieron medir con suficiente precisión porque la única muestra que tenían eran cinco muestras de 20 μg creadas por el ciclotrón de 60 pulgadas en Berkeley. [137] Observaron que las mediciones tomadas en Los Álamos eran mayores que las realizadas en Berkeley, lo que atribuyeron a los rayos cósmicos , que son más numerosos en Los Álamos, que está a 7.300 pies (2.200 m) sobre el nivel del mar. [138 ] Si bien sus mediciones indicaron una tasa de fisión espontánea de 40 fisiones por gramo por hora, que era alta pero aceptable, el margen de error era inaceptablemente grande. En abril de 1944 recibieron una muestra del reactor de grafito X-10. Las pruebas pronto indicaron 180 fisiones por gramo por hora, lo que era inaceptablemente alto. Le correspondió a Bacher informar a Compton, quien estaba visiblemente conmocionado. [139] Las sospechas recayeron sobre el plutonio-240 , un isótopo que aún no había sido descubierto, pero cuya existencia se había sospechado, ya que simplemente se creaba por un núcleo de plutonio-239 que absorbía un neutrón. Lo que no se había sospechado era su alta tasa de fisión espontánea. El grupo de Segrè la midió en 1,6 millones de fisiones por gramo por hora, en comparación con solo 40 por gramo por hora para el plutonio-239. [140] Esto significaba que el plutonio generado en reactores no era adecuado para su uso en un arma tipo cañón. El plutonio-240 iniciaría la reacción en cadena demasiado rápido, causando una predetonación que liberaría suficiente energía para dispersar la masa crítica antes de que reaccionara suficiente plutonio. Se sugirió un cañón más rápido, pero se descubrió que era poco práctico. También existía la posibilidad de separar los isótopos, ya que el plutonio-240 es aún más difícil de separar del plutonio-239 que el uranio-235 del uranio-238. [141]
El grupo E-5 (Implosión) de Neddermeyer había comenzado a trabajar en un método alternativo de diseño de bombas, conocido como implosión. Serber y Tolman habían concebido la implosión durante las conferencias de abril de 1943 como un medio para ensamblar piezas de material fisionable para formar una masa crítica. Neddermeyer adoptó un enfoque diferente, intentando aplastar un cilindro hueco hasta convertirlo en una barra sólida. [142] La idea era utilizar explosivos para aplastar una cantidad subcrítica de material fisionable hasta convertirlo en una forma más pequeña y densa. Cuando los átomos fisionables se agrupan más juntos, aumenta la tasa de captura de neutrones y forman una masa crítica. El metal necesita viajar solo una distancia muy corta, por lo que la masa crítica se ensambla en mucho menos tiempo del que llevaría con el método del cañón. [143] En ese momento, la idea de utilizar explosivos de esta manera era bastante novedosa. Para facilitar el trabajo, se estableció una pequeña planta en Anchor Ranch para moldear formas explosivas. [142]
Durante 1943, la implosión se consideró un proyecto de respaldo en caso de que el tipo de cañón resultara poco práctico por alguna razón. [144] Los físicos teóricos como Bethe, Oppenheimer y Teller estaban intrigados por la idea de un diseño de una bomba atómica que hiciera un uso más eficiente del material fisionable y permitiera el uso de material de menor pureza. Estas eran ventajas que atrajeron especialmente a Groves. Pero aunque las investigaciones de Neddermeyer de 1943 y principios de 1944 sobre la implosión eran prometedoras, estaba claro que el problema sería mucho más difícil desde una perspectiva teórica y de ingeniería que el diseño del cañón. En julio de 1943, Oppenheimer le escribió a John von Neumann, pidiéndole ayuda y sugiriendo que visitara Los Álamos, donde podría obtener "una mejor idea de este proyecto un tanto Buck Rogers ". [145]
En ese momento, von Neumann trabajaba para la Oficina de Artillería de la Armada , la Universidad de Princeton, el Campo de Pruebas de Aberdeen del Ejército y la NDRC. Oppenheimer, Groves y Parsons pidieron a Tolman y al contralmirante William R. Purnell que liberaran a von Neumann. Visitó Los Álamos del 20 de septiembre al 4 de octubre de 1943. Basándose en su trabajo reciente con ondas explosivas y cargas huecas utilizadas en proyectiles perforantes, sugirió utilizar una carga hueca de alto explosivo para implosionar un núcleo esférico. Una reunión de la Junta de Gobierno el 23 de septiembre decidió acercarse a George Kistiakowsky, un reconocido experto en explosivos que trabajaba entonces para la OSRD, para que se uniera al Laboratorio de Los Álamos. [146] Aunque reacio, lo hizo en noviembre. Se convirtió en miembro del personal a tiempo completo el 16 de febrero de 1944, convirtiéndose en el adjunto de Parsons para la implosión; McMillan se convirtió en su adjunto para el tipo de cañón. El tamaño máximo de la bomba se determinó en ese momento a partir del tamaño del compartimiento de bombas de 5 por 12 pies (1,5 por 3,7 m) del B-29. [147]
En julio de 1944, Oppenheimer había llegado a la conclusión de que el plutonio no podía utilizarse en el diseño de un arma. El 18 de julio, escribió a Groves que "en la actualidad, el método al que se debe asignar una prioridad absoluta es el método de implosión". [148] El esfuerzo acelerado en un diseño de implosión, con nombre en código Fat Man , comenzó en agosto de 1944 cuando Oppenheimer implementó una reorganización radical del laboratorio de Los Álamos para centrarse en la implosión. [149] Se crearon dos nuevos grupos en Los Álamos para desarrollar el arma de implosión, la División X (para explosivos) encabezada por Kistiakowsky y la División G (para artilugios) bajo el mando de Robert Bacher. [150] [151] Aunque Teller era el jefe del Grupo T-1 (Implosión y Súper), Bethe consideró que Teller estaba dedicando demasiado tiempo al Súper, al que Bethe y Oppenheimer le habían dado una baja prioridad. En junio de 1944, Oppenheimer creó un Supergrupo dedicado bajo el mando de Teller, quien fue nombrado directamente responsable ante Oppenheimer, y Peierls se convirtió en jefe del Grupo T-1 (Implosión). [152] [153] En septiembre, el grupo de Teller se convirtió en el Grupo F-1 (Super y Teoría General), parte de la nueva División F (Fermi) de Enrico Fermi. [154]
El nuevo diseño que idearon von Neumann y la División T, en particular Rudolf Peierls, utilizaba lentes explosivas para enfocar la explosión sobre una forma esférica utilizando una combinación de explosivos de alta potencia, tanto rápidos como lentos. [155] Una visita de Sir Geoffrey Taylor en mayo de 1944 planteó dudas sobre la estabilidad de la interfaz entre el núcleo y el tamper de uranio empobrecido . Como resultado, el diseño se hizo más conservador. La máxima expresión de esto fue la adopción de la propuesta de Christy de que el núcleo fuera sólido en lugar de hueco. [156] El diseño de lentes que detonaran con la forma y velocidad adecuadas resultó ser lento, difícil y frustrante. [155] Se probaron varios explosivos antes de decidirse por la composición B como explosivo rápido y por el Baratol como explosivo lento. [157] El diseño final se parecía a un balón de fútbol, con 20 lentes hexagonales y 12 pentagonales, cada una de ellas con un peso de aproximadamente 80 libras (36 kg). Para conseguir la detonación adecuada se necesitaban detonadores eléctricos rápidos, fiables y seguros , de los que había dos para cada lente para garantizar su fiabilidad. [158] [159] Por tanto, se decidió utilizar detonadores de puente explosivo , un nuevo invento desarrollado en Los Álamos por un grupo dirigido por Luis Álvarez . Se le dio un contrato para su fabricación a Raytheon . [160]
Para estudiar el comportamiento de las ondas de choque convergentes , Robert Serber ideó el Experimento RaLa , que utilizó el radioisótopo de vida corta lantano-140 , una potente fuente de radiación gamma . La fuente de rayos gamma se colocó en el centro de una esfera de metal rodeada por las lentes explosivas, que a su vez estaban dentro de una cámara de ionización . Esto permitió la toma de una película de rayos X de la implosión. Las lentes fueron diseñadas principalmente utilizando esta serie de pruebas. [161] En su historia del proyecto Los Álamos, David Hawkins escribió: "RaLa se convirtió en el experimento individual más importante que afectó al diseño final de la bomba". [162]
Dentro de los explosivos se encontraba el empujador de aluminio de 110 mm de espesor, que proporcionaba una transición suave desde el explosivo de densidad relativamente baja a la siguiente capa, el tamper de 76 mm de espesor de uranio natural. Su función principal era mantener la masa crítica unida el mayor tiempo posible, pero también reflejaría neutrones de vuelta al núcleo. Una parte de este también podría fisionarse. Para evitar la predetonación por un neutrón externo, el tamper estaba recubierto de una fina capa de boro. [158]
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Un iniciador de neutrones modulado de polonio-berilio , conocido como "erizo" porque su forma se parecía a la concha interna de un erizo de mar , [163] fue desarrollado para iniciar la reacción en cadena en el momento preciso. [164] Este trabajo con la química y metalurgia del polonio radiactivo fue dirigido por Charles Allen Thomas de la Compañía Monsanto y se conoció como el Proyecto Dayton . [165] Las pruebas requerían hasta 500 curios por mes de polonio, que Monsanto pudo entregar. [166] Todo el conjunto estaba encerrado en una carcasa de bomba de duraluminio para protegerlo de las balas y el fuego antiaéreo. [158]
La tarea final de los metalúrgicos era determinar cómo moldear el plutonio en una esfera. La frágil fase α que existe a temperatura ambiente cambia a la fase β plástica a temperaturas más altas. Luego, la atención se desplazó a la fase δ aún más maleable que normalmente existe en el rango de 300 a 450 °C (572 a 842 °F). Se descubrió que era estable a temperatura ambiente cuando se aleaba con aluminio, pero el aluminio emite neutrones cuando se bombardea con partículas alfa , lo que agravaría el problema de preignición. Los metalúrgicos luego dieron con una aleación de plutonio y galio , que estabilizaba la fase δ y podía prensarse en caliente en la forma esférica deseada. Como se descubrió que el plutonio se corroía fácilmente, la esfera se cubrió con níquel. [167]
El trabajo resultó peligroso. Al final de la guerra, la mitad de los químicos y metalúrgicos experimentados tuvieron que ser retirados del trabajo con plutonio cuando aparecieron niveles inaceptablemente altos del elemento en su orina. [168] Un pequeño incendio en Los Álamos en enero de 1945 generó temor de que un incendio en el laboratorio de plutonio pudiera contaminar toda la ciudad, y Groves autorizó la construcción de una nueva instalación para la química y metalurgia del plutonio, que se conoció como el sitio DP. [169] Los hemisferios para el primer pozo (o núcleo) de plutonio se produjeron y entregaron el 2 de julio de 1945. Tres hemisferios más siguieron el 23 de julio y se entregaron tres días después. [170]
Tras la reorganización del Laboratorio de Los Álamos por parte de Oppenheimer en julio de 1944, el trabajo sobre el arma de tipo cañón de uranio se concentró en el Grupo O-1 (Cañón) de Francis Birch . [171] [172] El concepto se persiguió para que en caso de que no se pudiera desarrollar una bomba de implosión, al menos se pudiera utilizar uranio enriquecido. [173] A partir de entonces, el tipo cañón tuvo que funcionar solo con uranio enriquecido, y esto permitió simplificar enormemente el diseño de Thin Man. Ya no se necesitaba un cañón de alta velocidad, y se podía sustituir por un arma más sencilla, una lo suficientemente corta como para caber en el compartimento de bombas de un B-29. El nuevo diseño se llamó Little Boy . [174]
Después de repetidos retrasos, el primer envío de uranio ligeramente enriquecido (13 a 15 por ciento de uranio-235) llegó desde Oak Ridge en marzo de 1944. Los envíos de uranio altamente enriquecido comenzaron en junio de 1944. Los experimentos de criticidad y la caldera de agua tenían prioridad, por lo que los metalúrgicos no recibieron ninguno hasta agosto de 1944. [175] [176] Mientras tanto, la División CM experimentó con hidruro de uranio . [177] Esto fue considerado por la División T como un posible material activo. La idea era que la capacidad del hidrógeno como moderador de neutrones compensaría la pérdida de eficiencia, pero, como Bethe recordó más tarde, su eficiencia era "insignificante o menor, como diría Feynman", y la idea se abandonó en agosto de 1944. [178]
El Proyecto Ames de Frank Spedding había desarrollado el proceso Ames , un método para producir uranio metálico a escala industrial, pero Cyril Stanley Smith , [179] líder asociado de la División CM a cargo de la metalurgia, [180] estaba preocupado por usarlo con uranio altamente enriquecido debido al peligro de formar una masa crítica. El uranio altamente enriquecido también era mucho más valioso que el uranio natural, y quería evitar la pérdida de incluso un miligramo. Reclutó a Richard D. Baker, un químico que había trabajado con Spedding, y juntos adaptaron el Proceso Ames para su uso en el laboratorio de Los Álamos. [179] En febrero, Baker y su grupo realizaron veinte reducciones de 360 gramos y veintisiete reducciones de 500 gramos con tetrafluoruro de uranio altamente enriquecido . [181]
Se produjeron dos tipos de diseño de cañón: el Tipo A era de acero de alta aleación y el Tipo B de acero más ordinario. El Tipo B fue elegido para producción porque era más ligero. Los cebadores y el propulsor fueron los mismos que los elegidos previamente para Thin Man. [182] Se realizó un disparo de prueba a escala del proyectil hueco y el inserto de objetivo con el cañón de 3 pulgadas/calibre 50 y un cañón Hispano de 20 mm (0,79 pulgadas) . A partir de diciembre, se realizaron disparos de prueba a escala real. Sorprendentemente, el primer caso de prueba producido resultó ser el mejor jamás fabricado. Se utilizó en cuatro disparos de prueba en Anchor Ranch y, en última instancia, en el Little Boy utilizado en el bombardeo de Hiroshima . Las especificaciones de diseño se completaron en febrero de 1945 y se adjudicaron contratos para construir los componentes. Se utilizaron tres plantas diferentes para que nadie tuviera una copia del diseño completo. El cañón y la recámara fueron fabricados por la Naval Gun Factory en Washington, DC; El objetivo, la caja y algunos otros componentes fueron fabricados por la Planta de Artillería Naval en Center Line, Michigan ; y el carenado de cola y los soportes de montaje por la Expert Tool and Die Company en Detroit, Michigan . [183] [182]
El ordenado programa de Birch fue interrumpido en diciembre por Groves, quien ordenó a Oppenheimer dar prioridad al tipo cañón sobre el de implosión, para que el arma estuviera lista el 1 de julio de 1945. [184] La bomba, a excepción de la carga de uranio, estuvo lista a principios de mayo de 1945. [185] El proyectil de uranio-235 se completó el 15 de junio y el objetivo el 24 de julio. [186] Los preensamblajes del objetivo y la bomba (bombas parcialmente ensambladas sin los componentes fisionables) salieron del Astillero Naval de Hunters Point , California, el 16 de julio a bordo del crucero USS Indianapolis , y llegaron el 26 de julio. [187] Los insertos del objetivo fueron enviados por aire el 30 de julio. [186]
Aunque todos sus componentes habían sido probados en pruebas de tiro y caída, [186] no se había realizado ninguna prueba completa de un arma nuclear tipo cañón antes de Hiroshima. Hubo varias razones para no probar un dispositivo tipo Little Boy. Principalmente, no había suficiente uranio-235. [188] Además, el diseño del arma era lo suficientemente simple como para que solo se considerara necesario hacer pruebas de laboratorio con el conjunto tipo cañón. A diferencia del diseño de implosión, que requería una coordinación sofisticada de cargas explosivas con forma, se consideró que el diseño tipo cañón funcionaría casi con certeza. [189] Se realizaron treinta y dos pruebas de caída en Wendover , y solo una vez la bomba no se disparó. Se realizó una modificación de último momento para permitir que las bolsas de pólvora de propulsor que disparaban el arma se cargaran en el compartimiento de bombas. [182]
El peligro de una detonación accidental hizo que la seguridad fuera una preocupación. Little Boy incorporaba mecanismos de seguridad básicos, pero aún así podía ocurrir una detonación accidental. Se realizaron pruebas para ver si un choque podría hacer que la "bala" hueca se estrellara contra el cilindro "objetivo", lo que provocaría una liberación masiva de radiación o posiblemente una detonación nuclear. Las pruebas demostraron que esto requería un impacto de 500 veces la fuerza de la gravedad, lo que lo hacía muy improbable. [190] Todavía existía la preocupación de que un choque y un incendio pudieran activar los explosivos. [191] Si se sumergían en agua, las mitades de uranio estaban sujetas a un efecto moderador de neutrones . Si bien esto no habría causado una explosión, podría haber creado una contaminación radiactiva generalizada . Por esta razón, se recomendó a los pilotos que se estrellaran en tierra en lugar de en el mar. [190]
El Water Boiler era un reactor acuoso homogéneo , un tipo de reactor nuclear en el que el combustible nuclear en forma de sulfato de uranio soluble se disuelve en agua. [192] [193] Se eligió el sulfato de uranio en lugar del nitrato de uranio porque la sección eficaz de captura de neutrones del azufre es menor que la del nitrógeno. [194] El proyecto fue propuesto por Bacher en abril de 1943 como parte de un programa en curso de medición de masas críticas en sistemas de reacción en cadena. Lo vio también como un medio para probar varios materiales en sistemas de masa crítica. La División T se opuso al proyecto, que fue visto como una distracción de los estudios relacionados con la forma de reacciones en cadena que se encuentran en una bomba atómica, pero Bacher prevaleció en este punto. [195] Los cálculos relacionados con el Water Boiler ocuparon una cantidad excesiva del tiempo de la División T en 1943. [193] La teoría del reactor desarrollada por Fermi no se aplicó al Water Boiler. [196]
En 1943 se sabía poco sobre la construcción de reactores. Se creó un grupo en la División P de Bacher, el Grupo P-7 (Caldera de agua), bajo el liderazgo de Donald Kerst , [197] que incluía a Charles P. Baker, Gerhart Friedlander , Lindsay Helmholz , Marshall Holloway y Raemer Schreiber . Robert F. Christy, del Grupo T-1, brindó apoyo con los cálculos teóricos, en particular, un cálculo de la masa crítica. Calculó que 600 gramos de uranio-235 formarían una masa crítica en un apisonador de tamaño infinito. Inicialmente se planeó operar la caldera de agua a 10 kW, pero Fermi y Samuel K. Allison visitaron el lugar en septiembre de 1943 y revisaron el diseño propuesto. Señalaron el peligro de descomposición de la sal de uranio y recomendaron un blindaje más pesado. También se observó que se crearían productos de fisión radiactivos que tendrían que eliminarse químicamente. Como consecuencia de ello, se decidió que la caldera de agua sólo funcionaría a 1 kW hasta que se hubiera acumulado más experiencia operativa, y las características necesarias para el funcionamiento a alta potencia se dejaron de lado por el momento. [195]
Christy también calculó el área que se contaminaría si ocurriera una explosión accidental. Se seleccionó un sitio en el Cañón de Los Álamos que estaba a una distancia segura del municipio y aguas abajo del suministro de agua. Conocido como Omega, fue aprobado por la Junta de Gobierno el 19 de agosto de 1943. La caldera de agua no fue fácil de construir. Las dos mitades de la esfera de acero inoxidable de 12,0625 pulgadas (306,39 mm) que era la caldera tuvieron que ser soldadas con arco porque la soldadura se corroería por la sal de uranio. El Grupo CM-7 (Metalurgia Miscelánea) produjo ladrillos de berilio para el apisonador de la caldera de agua en diciembre de 1943 y enero de 1944. Fueron prensados en caliente en grafito a 1000 °C (1830 °F) a 100 libras por pulgada cuadrada (690 kPa) durante 5 a 20 minutos. Se fabricaron unos 53 ladrillos, a los que se les dio la forma adecuada para que encajaran alrededor de la caldera. El edificio de Omega Site estuvo listo, aunque incompleto, el 1 de febrero de 1944, y la caldera de agua estuvo completamente ensamblada el 1 de abril. En mayo había llegado suficiente uranio enriquecido para ponerla en marcha, y entró en estado crítico el 9 de mayo de 1944. [195] [198] Fue el tercer reactor del mundo en hacerlo, los dos primeros fueron el reactor Chicago Pile-1 en el Laboratorio Metalúrgico y el Reactor de Grafito X-10 en Clinton Engineer Works. [192] Las mediciones mejoradas de la sección transversal permitieron a Christy refinar su estimación de criticidad a 575 gramos. De hecho, solo se necesitaban 565 gramos. La precisión de su predicción sorprendió a Christy más que a nadie. [195]
En septiembre de 1944, el grupo P-7 (caldera de agua) se convirtió en el grupo F-2 (caldera de agua), parte de la división F de Fermi. [199] Al completarse la serie de experimentos planificada en junio de 1944, se decidió reconstruirlo como un reactor más potente. El objetivo original de 10 kW de potencia se descartó en favor de 5 kW, lo que mantendría simples los requisitos de refrigeración. Se estimó que tendría un flujo de neutrones de 5 x 10 10 neutrones por centímetro cuadrado por segundo. Se instaló refrigeración por agua, junto con barras de control adicionales. Esta vez se utilizó nitrato de uranio en lugar de sulfato de uranio porque el primero podía descontaminarse más fácilmente. El apisonador de los ladrillos de berilio estaba rodeado de bloques de grafito, ya que la berilio era difícil de conseguir, y para evitar la reacción (γ, n) en el berilio, [200] en la que los rayos gamma producidos por los neutrones generados por el reactor: [201]
El reactor comenzó a funcionar en diciembre de 1944. [200]
Desde el principio, la investigación sobre el Super estuvo dirigida por Teller, quien fue su defensor más entusiasta. Aunque este trabajo siempre se consideró secundario al objetivo de desarrollar una bomba de fisión, la perspectiva de crear bombas más poderosas fue suficiente para mantenerlo en marcha. La conferencia de verano de Berkeley había convencido a Teller de que el Super era tecnológicamente factible. Una contribución importante fue hecha por Emil Konopinski , quien sugirió que el deuterio podría encenderse más fácilmente si se mezclaba con tritio. Bethe señaló que una reacción tritio-deuterio (TD) libera cinco veces más energía que una reacción deuterio-deuterio (DD). Esto no fue seguido inmediatamente, porque el tritio era difícil de obtener, y había esperanzas de que el deuterio pudiera encenderse fácilmente con una bomba de fisión, pero las secciones eficaces de TD y DD fueron medidas por el grupo de Manley en Chicago y el de Holloway en Purdue. [202]
En septiembre de 1943, los valores de DD y TD habían sido revisados al alza, lo que generó esperanzas de que se pudiera iniciar una reacción de fusión a temperaturas más bajas. Teller era lo suficientemente optimista sobre el Super y lo suficientemente preocupado por los informes de que los alemanes estaban interesados en el deuterio, como para pedirle a la Junta de Gobierno que aumentara su prioridad. La junta estuvo de acuerdo hasta cierto punto, pero dictaminó que solo se podía prescindir de una persona para trabajar en él a tiempo completo. Oppenheimer designó a Konopinski, quien pasaría el resto de la guerra trabajando en él. No obstante, en febrero de 1944, Teller agregó a Stanislaw Ulam , Jane Roberg, Geoffrey Chew y Harold y Mary Argo a su Grupo T-1. Ulam calculó el enfriamiento Compton inverso , mientras que Roberg calculó la temperatura de ignición de las mezclas de TD. [202] [203] Maria Goeppert se unió al grupo en febrero de 1945. [204]
Teller abogó por un aumento de los recursos para la investigación de Super sobre la base de que parecía ser mucho más difícil de lo previsto. La junta se negó a hacerlo, con el argumento de que era poco probable que diera frutos antes de que terminara la guerra, pero no lo eliminó por completo. De hecho, Oppenheimer le pidió a Groves que generara algo de tritio a partir de deuterio en el reactor de grafito X-10. Durante algunos meses, Teller y Bethe discutieron sobre la prioridad de la investigación de Super. En junio de 1944, Oppenheimer retiró a Teller y su Super Group de la División T de Bethe y lo colocó directamente bajo su mando. En septiembre, se convirtió en el Grupo F-1 (Super) en la División F de Fermi. [202] [203] Durante los meses siguientes, la investigación de Super continuó sin cesar. Se calculó que la quema de 1 metro cúbico (35 pies cúbicos) de deuterio líquido liberaría la energía de 10 megatones de TNT (42 PJ), suficiente para devastar 1.000 millas cuadradas (2.600 km 2 ). [205] El Supergrupo fue transferido de nuevo a la División T el 14 de noviembre de 1945. [206]
En abril de 1946 se celebró un coloquio sobre el Super en el Laboratorio de Los Álamos para revisar el trabajo realizado durante la guerra. Teller presentó un resumen de su concepto de "Super clásico", y Nicholas Metropolis y Anthony L. Turkevich presentaron los resultados de los cálculos que se habían realizado sobre las reacciones termonucleares. El informe final sobre el Super, publicado en junio y preparado por Teller y su grupo, se mantuvo optimista sobre la posibilidad de que el Super se desarrollara con éxito, aunque esa impresión no fue universal entre los presentes en el coloquio. [207] El trabajo tuvo que ser interrumpido en junio de 1946 debido a la pérdida de personal. [208] En 1950, los cálculos demostrarían que el Super clásico no funcionaría; que no solo sería incapaz de mantener la combustión termonuclear en el combustible de deuterio, sino que sería incapaz de encenderlo en primer lugar. [207]
Debido a la complejidad de un arma de tipo implosión, se decidió que, a pesar del desperdicio de material fisible, sería necesaria una prueba inicial. Groves aprobó la prueba, sujeta a la recuperación del material activo. Por lo tanto, se consideró una prueba controlada, pero Oppenheimer optó en cambio por una prueba nuclear a gran escala , con el nombre en código "Trinity". [209] En marzo de 1944, la responsabilidad de planificar la prueba fue asignada a Kenneth Bainbridge, un profesor de física en Harvard, que trabajaba bajo las órdenes de Kistiakowsky. Bainbridge seleccionó el campo de bombardeo cerca del Aeródromo del Ejército de Alamogordo como el sitio para la prueba. [210] Bainbridge trabajó con el capitán Samuel P. Davalos en la construcción del Campo Base Trinity y sus instalaciones, que incluían cuarteles, almacenes, talleres, un polvorín de explosivos y un economato . [211]
A Groves no le hacía ninguna gracia la perspectiva de tener que explicar a un comité del Senado la pérdida de mil millones de dólares en plutonio, por lo que se construyó un recipiente de contención cilíndrico con el nombre en código "Jumbo" para recuperar el material activo en caso de fallo. Con unas medidas de 7,6 m de largo y 3,7 m de ancho, Babcock & Wilcox, en Barberton (Ohio), fabricó el recipiente con un gran gasto a partir de 214 toneladas largas (217 t) de hierro y acero. Se llevó en un vagón de ferrocarril especial hasta un ramal en Pope (Nuevo México) y se transportó los últimos 40 km hasta el lugar de pruebas en un remolque tirado por dos tractores. [212] Cuando llegó, la confianza en el método de implosión era lo suficientemente alta y la disponibilidad de plutonio era suficiente como para que Oppenheimer decidiera no utilizarlo. En cambio, se colocó encima de una torre de acero a 800 yardas (730 m) del arma como una medida aproximada de cuán poderosa sería la explosión. Al final, Jumbo sobrevivió, aunque su torre no, lo que agregó credibilidad a la creencia de que Jumbo habría contenido con éxito una explosión fallida. [213] [214]
El 7 de mayo de 1945 se llevó a cabo una explosión de prueba previa para calibrar los instrumentos. Se erigió una plataforma de prueba de madera a 730 m de la Zona Cero y se apilaron 108 toneladas cortas (98 t) de TNT mezclado con productos de fisión nuclear en forma de una bola de uranio irradiado del sitio Hanford , que se disolvió y se vertió en tubos dentro del explosivo. Esta explosión fue observada por Oppenheimer y el nuevo comandante adjunto de Groves, el general de brigada Thomas Farrell . La prueba previa produjo datos que resultaron vitales para la prueba Trinity. [214] [215]
Para la prueba real, el dispositivo, apodado "el gadget", fue izado hasta la parte superior de una torre de acero de 100 pies (30 m), ya que la detonación a esa altura daría una mejor indicación de cómo se comportaría el arma al ser lanzada desde un bombardero. La detonación en el aire maximizaba la energía aplicada directamente al objetivo y generaba menos lluvia radiactiva . El dispositivo fue ensamblado bajo la supervisión de Norris Bradbury en la cercana McDonald Ranch House el 13 de julio y precariamente fue izado hasta la torre al día siguiente. [216] Entre los observadores se encontraban Bush, Chadwick, Conant, Farrell, Fermi, Groves, Lawrence, Oppenheimer y Tolman. [217]
A las 05:30 del 16 de julio de 1945, el aparato explotó con una energía equivalente a unos 20 kilotones de TNT, dejando un cráter de trinitita (vidrio radiactivo) en el desierto de 76 m (250 pies) de ancho. La onda expansiva se sintió a más de 160 km (100 millas) de distancia y la nube en forma de hongo alcanzó los 12,1 km (7,5 millas) de altura. Se escuchó hasta en El Paso, Texas , por lo que Groves publicó una historia de portada sobre la explosión de un cargador de municiones en el Campo Alamogordo. [218] [217] William L. Laurence del New York Times , que se desempeñó como oficial de prensa del Proyecto Manhattan, ayudó a armar la historia de portada, incluido otro comunicado de prensa en caso de su propia muerte. El comunicado de prensa fue emitido por la Segunda Fuerza Aérea . Los medios de comunicación serían invitados más tarde al sitio en septiembre de 1945 después del bombardeo de Hiroshima y Nagasaki. [219]
El Proyecto Alberta, también conocido como Proyecto A, se formó en marzo de 1945, absorbiendo a los grupos existentes de la División O de Parsons que estaban trabajando en la preparación y lanzamiento de bombas. Estos incluían el Grupo O-2 (Entrega) de Ramsey, el Grupo O-1 (Cañón) de Birch, el Grupo X-2 (Desarrollo, Ingeniería y Pruebas) de Bainbridge, el Grupo O-3 (Desarrollo de Espoletas) de Brode y el Grupo O-4 (Ingeniería) de George Galloway. [220] [221] Su papel era apoyar el esfuerzo de lanzamiento de bombas. Parsons se convirtió en el jefe del Proyecto Alberta, con Ramsey como su adjunto científico y técnico, y Ashworth como su oficial de operaciones y suplente militar. [222] En total, el Proyecto Alberta estaba formado por 51 miembros del Ejército, la Marina y personal civil. [223] El 1.er Destacamento de Servicio Técnico, al que se asignó administrativamente al personal del Proyecto Alberta, estaba comandado por el teniente coronel Peer de Silva, [224] y proporcionaba servicios de seguridad y alojamiento en Tinian. [225] Había dos equipos de ensamblaje de bombas, un equipo de ensamblaje Fat Man bajo el mando del comandante Norris Bradbury y Roger Warner, y un equipo de ensamblaje Little Boy bajo el mando de Birch. Philip Morrison era el jefe del equipo de boxes, Bernard Waldman y Luis Alvarez lideraban el equipo de observación aérea, [222] [221] y Sheldon Dike estaba a cargo del equipo de artillería de aeronaves. [225] Los físicos Robert Serber y William Penney , y el capitán del ejército estadounidense James F. Nolan, un experto médico, eran consultores especiales. [226] Todos los miembros del Proyecto Alberta se habían ofrecido como voluntarios para la misión. [227]
El Proyecto Alberta prosiguió con el plan de tener listo al Little Boy para el 1 de agosto, y al primer Fat Man listo para su uso lo antes posible después de eso. [228] Mientras tanto, se volaron una serie de doce misiones de combate entre el 20 y el 29 de julio contra objetivos en Japón usando bombas calabaza de alto explosivo , versiones del Fat Man con los explosivos, pero sin el núcleo fisionable. [229] Sheldon Dike y Milo Bolstead del Proyecto Alberta volaron en algunas de estas misiones, al igual que el capitán del grupo de observadores británico Leonard Cheshire . [230] Cuatro preensamblajes Little Boy, L-1, L-2, L-5 y L-6, se gastaron en lanzamientos de prueba. [231] [232] El equipo Little Boy tenía la bomba viva completamente ensamblada y lista para su uso el 31 de julio. [233] El último punto de preparación para la operación llegó el 29 de julio de 1945. Las órdenes para el ataque fueron emitidas al general Carl Spaatz el 25 de julio bajo la firma del general Thomas T. Handy , el jefe del Estado Mayor interino del Ejército de los Estados Unidos , ya que el general del ejército George C. Marshall estaba en la Conferencia de Potsdam con el presidente Harry S. Truman . [234] La orden designaba cuatro objetivos: Hiroshima , Kokura , Niigata y Nagasaki , y ordenaba que el ataque se realizara "tan pronto como el clima lo permitiera después del 3 de agosto aproximadamente". [235]
El montaje de una unidad Fat Man era una operación compleja en la que participaba personal de los equipos de alto explosivo, foso, detonador y detonador. Para evitar que el edificio de montaje se abarrotara y provocara un accidente, Parsons limitó el número de personas que podían entrar en cualquier momento. El personal que esperaba para realizar una tarea específica tenía que esperar su turno fuera del edificio. El primer preensamblaje de Fat Man, conocido como F13, se montó el 31 de julio y se gastó en una prueba de caída al día siguiente. A este le siguió el F18 el 4 de agosto, que se lanzó al día siguiente. [236] Tres juegos de preensamblajes de Fat Man, designados F31, F32 y F33, llegaron en los B-29 del 509th Composite Group y la 216th Army Air Forces Base Unit el 2 de agosto. Al inspeccionarlos, se descubrió que los bloques de alto explosivo del F32 estaban muy agrietados y no funcionaban. Los otros dos se ensamblaron, y el F33 se destinó a un ensayo y el F31 a uso operativo. [237]
Parsons, como artillero, estaba al mando de la misión de Hiroshima. Con el segundo teniente Morris R. Jeppson del 1.er Escuadrón de Artillería, insertó las bolsas de pólvora del Little Boy en el compartimiento de bombas del Enola Gay en vuelo. Antes de ascender a la altitud en la aproximación al objetivo, Jeppson cambió los tres enchufes de seguridad entre los conectores eléctricos de la batería interna y el mecanismo de disparo de verde a rojo. La bomba estaba entonces completamente armada. Jeppson monitoreó sus circuitos. [238] Otros cuatro miembros del Proyecto Alberta volaron en la misión de Hiroshima. Luis Alvarez , Harold Agnew y Lawrence H. Johnston estaban en el avión de instrumentos The Great Artiste . Lanzaron botes "Bangometer" para medir la fuerza de la explosión, pero esto no se utilizó para calcular el rendimiento en ese momento. [239] Bernard Waldman era el operador de cámara en el avión de observación . Estaba equipado con una cámara de cine Fastax especial de alta velocidad con seis segundos de película para grabar la explosión. Waldman olvidó abrir el obturador de la cámara y no se expuso ninguna película. [240] [241] Otros miembros del equipo volaron a Iwo Jima en caso de que el Enola Gay se viera obligado a aterrizar allí, pero esto no fue necesario. [242]
Purnell, Parsons, Paul Tibbets , Spaatz y Curtis LeMay se reunieron en Guam el 7 de agosto, el día después del ataque a Hiroshima, para discutir lo que se debía hacer a continuación. Parsons dijo que el Proyecto Alberta tendría una bomba Fat Man lista para el 11 de agosto, como se había planeado originalmente, pero Tibbets señaló los informes meteorológicos que indicaban malas condiciones de vuelo ese día debido a una tormenta, y preguntó si podría estar lista para el 9 de agosto. Parsons aceptó hacerlo. [243] Para esta misión, Ashworth fue el artillero, con el teniente Philip M. Barnes, del 1.er Escuadrón de Artillería como asistente de armamento en el B-29 Bockscar . Walter Goodman y Lawrence H. Johnston estaban a bordo del avión de instrumentación, The Great Artiste . Leonard Cheshire y William Penney estaban en el avión de observación Big Stink . [244] Se suponía que Robert Serber estaría a bordo, pero el comandante del avión lo dejó atrás porque había olvidado su paracaídas. [245]
En Los Álamos se estableció un programa médico bajo la dirección del capitán James F. Nolan del Cuerpo Médico del Ejército de los Estados Unidos . [246] [247] Inicialmente, se estableció una pequeña enfermería de cinco camas para civiles y una enfermería de tres camas para personal militar. Los casos más graves fueron manejados por el Hospital General Bruns del Ejército en Santa Fe, pero pronto se consideró que esto no era satisfactorio debido a la pérdida de tiempo debido al largo viaje y los riesgos de seguridad. Nolan recomendó que las enfermerías se consolidaran y se expandieran hasta convertirse en un hospital de 60 camas. En 1944 se abrió un hospital de 54 camas, atendido por personal del Ejército. Un dentista llegó en marzo de 1944. [248] Un oficial del Cuerpo Veterinario , el capitán J. Stevenson, ya había sido asignado para cuidar de los perros guardianes. [246]
Las instalaciones de laboratorio para la investigación médica eran limitadas, pero se llevaron a cabo algunas investigaciones sobre los efectos de la radiación y la absorción y los efectos tóxicos de los metales, en particular el plutonio y el berilio, principalmente como resultado de accidentes. [249] El Grupo de Salud comenzó a realizar pruebas de orina de los trabajadores del laboratorio a principios de 1945, y muchas de ellas revelaron niveles peligrosos de plutonio. [250] El trabajo en la caldera de agua también expuso ocasionalmente a los trabajadores a productos de fisión peligrosos. [251] Hubo 24 accidentes fatales en Los Álamos entre su apertura en 1943 y septiembre de 1946. La mayoría involucraron a trabajadores de la construcción. Cuatro científicos murieron, incluidos Harry Daghlian y Louis Slotin en accidentes de criticidad que involucraron al núcleo demoníaco . [252]
El 10 de marzo de 1945, un globo incendiario japonés chocó contra una línea eléctrica y la sobrecarga de energía resultante provocó que los reactores del Proyecto Manhattan en el sitio de Hanford se apagaran temporalmente. [253] Esto generó gran preocupación en Los Álamos por la posibilidad de que el sitio pudiera ser atacado. Una noche, todos se quedaron mirando una luz extraña en el cielo. Oppenheimer recordó más tarde que esto demostró que "ni siquiera un grupo de científicos está a salvo de los errores de la sugestión y la histeria". [254]
Con tanta gente involucrada, la seguridad era una tarea difícil. Se formó un destacamento especial del Cuerpo de Contrainteligencia para manejar los problemas de seguridad del Proyecto Manhattan. [255] En 1943, estaba claro que la Unión Soviética estaba intentando penetrar en el proyecto. [256] El espía soviético más exitoso fue Klaus Fuchs de la Misión Británica. [257] La revelación de 1950 de sus actividades de espionaje dañó la cooperación nuclear de los Estados Unidos con Gran Bretaña y Canadá. [258] Posteriormente, se descubrieron otros casos de espionaje, lo que llevó al arresto de Harry Gold , David Greenglass y Ethel y Julius Rosenberg . [259] Otros espías como Theodore Hall permanecieron desconocidos durante décadas. [260]
Después de que la guerra terminara el 14 de agosto de 1945, Oppenheimer informó a Groves de su intención de renunciar como director del Laboratorio de Los Álamos, pero aceptó permanecer hasta que se pudiera encontrar un reemplazo adecuado. Groves quería a alguien con una sólida formación académica y una alta posición dentro del proyecto. Oppenheimer recomendó a Norris Bradbury. Esto fue aceptable para Groves, a quien le gustó el hecho de que, como oficial naval, Bradbury fuera a la vez militar y científico. Bradbury aceptó la oferta a modo de prueba de seis meses. Groves lo anunció en una reunión de líderes de división el 18 de septiembre. [261] Parsons dispuso que Bradbury fuera dado de baja rápidamente de la Armada, [262] lo que le otorgó la Legión al Mérito por sus servicios en tiempos de guerra. [263] Sin embargo, permaneció en la Reserva Naval, y finalmente se retiró en 1961 con el rango de capitán. [264] El 16 de octubre de 1945, se celebró una ceremonia en Los Álamos en la que Groves entregó al laboratorio el premio "E" del Ejército y la Marina , y le entregó a Oppenheimer un certificado de reconocimiento. Bradbury se convirtió en el segundo director del laboratorio al día siguiente. [265] [266]
Los primeros meses de Bradbury como director fueron especialmente difíciles. Tenía la esperanza de que la Ley de Energía Atómica de 1946 fuera aprobada rápidamente por el Congreso y que el Proyecto Manhattan en tiempos de guerra fuera reemplazado por una nueva organización permanente. Pronto quedó claro que esto llevaría más de seis meses. El presidente Harry S. Truman no firmó la ley que creaba la Comisión de Energía Atómica hasta el 1 de agosto de 1946, y esta no entró en vigor hasta el 1 de enero de 1947. Mientras tanto, la autoridad legal de Groves para actuar era limitada. [267]
La mayoría de los científicos de Los Álamos estaban ansiosos por regresar a sus laboratorios y universidades, y para febrero de 1946 todos los jefes de división de la guerra se habían ido, pero quedó un núcleo talentoso. Darol Froman se convirtió en jefe de la división G de Robert Bacher, ahora rebautizada como División M. Eric Jette se hizo responsable de Química y Metalurgia, John H. Manley de Física, George Placzek de Teoría, Max Roy de Explosivos y Roger Wagner de Artillería. [265] La División Z fue creada en julio de 1945 para controlar las actividades de prueba, almacenamiento y ensamblaje de bombas. Recibió el nombre de Jerrold R. Zacharias , su líder hasta el 17 de octubre de 1945, cuando regresó al MIT, y fue sucedido por Roger S. Warner. Se trasladó a la Base Sandia entre marzo y julio de 1946, a excepción de su Grupo Z-4 (Ingeniería Mecánica), que le siguió en febrero de 1947. [268]
El número de personal en el Laboratorio de Los Álamos se desplomó desde su pico en tiempos de guerra de más de 3.000 a alrededor de 1.000, pero muchos seguían viviendo en alojamientos temporales de guerra deficientes. [267] A pesar de la reducción del personal, Bradbury todavía tenía que proporcionar apoyo para la Operación Crossroads , las pruebas nucleares en el Pacífico. [269] Ralph A. Sawyer fue nombrado Director Técnico con Marshall Holloway de la División B y Roger Warner de la División Z como directores asociados. Se asignaron dos barcos para el personal del Laboratorio de Los Álamos, el USS Cumberland Sound y el Albemarle . La Operación Crossroads le costó al Laboratorio de Los Álamos más de un millón de dólares y los servicios de 150 personas (aproximadamente una octava parte de su personal) durante nueve meses. [270] Como Estados Unidos tenía solo unas diez bombas atómicas a mediados de 1946, se gastó aproximadamente una quinta parte del arsenal. [271]
El Laboratorio de Los Álamos se convirtió en el Laboratorio Científico de Los Álamos en enero de 1947. [272] El contrato con la Universidad de California que se había negociado en 1943 permitía a la universidad rescindirlo tres meses después del fin de las hostilidades, y notificó su rescisión. Existían preocupaciones sobre la posibilidad de que la universidad operara un laboratorio fuera del estado de California. Se convenció a la universidad de rescindir su notificación, [273] y el contrato operativo se extendió hasta julio de 1948. [274] Bradbury seguiría siendo director hasta 1970. [275] El costo total del Proyecto Y hasta fines de 1946 fue de $57,88 millones (equivalente a $900 millones en 2023). [68]
También se ha medido el número de neutrones emitidos por fisión espontánea del uranio-238 y se ha descubierto que es de 2,2 ± 0,3.
