La Operación Sandstone fue una serie de pruebas de armas nucleares en 1948. Fue la tercera serie de pruebas estadounidenses, después de Trinity en 1945 y Crossroads en 1946, y anterior a Ranger . Al igual que las pruebas de Crossroads, las pruebas de Sandstone se llevaron a cabo en Pacific Proving Grounds , aunque en el atolón de Enewetak en lugar del atolón de Bikini . Se diferenciaron de Crossroads en que fueron dirigidos por la Comisión de Energía Atómica , teniendo las fuerzas armadas sólo un papel de apoyo. El propósito de las pruebas de Sandstone también fue diferente: fueron principalmente pruebas de nuevos diseños de bombas más que de los efectos de las armas nucleares. La Fuerza de Tarea Conjunta 7 llevó a cabo tres pruebas en abril y mayo de 1948, con una fuerza laboral de 10.366 personas, de las cuales 9.890 eran militares.
Las pruebas exitosas de los nuevos núcleos en las pruebas de la Operación Sandstone dejaron obsoletos todos los componentes de las armas antiguas. 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 masa. Un 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 pistola 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 listos para la producción. También hubo muchas mejoras en su desempeño sugeridas o recomendadas durante la guerra que no habían sido posibles bajo la presión del desarrollo en tiempos de guerra. Norris Bradbury , que reemplazó a Robert Oppenheimer como director en Los Alamos, consideró que "teníamos, para decirlo sin rodeos, bombas pésimas". [3]
El plutonio se produjo irradiando uranio-238 en tres reactores nucleares de 250 MW en el sitio de Hanford . En teoría, podrían producir 0,91 gramos (0,032 oz) de plutonio por megavatio-día, o unos 20 kilogramos (44 libras) por mes. En la práctica, la producción nunca alcanzó tal nivel en 1945, cuando sólo se producían entre 4 y 6 kilogramos (8,8 y 13,2 libras) por mes. Un núcleo de Fat Man requirió alrededor de 6,2 kilogramos (14 libras) de plutonio, de los cuales el 21% se fisionó. La producción de plutonio cayó durante 1946 debido al hinchamiento de los moderadores de neutrones de grafito de los reactores . Esto se conoce como efecto Wigner , en honor a su descubridor, el científico del Proyecto Manhattan Eugene Wigner . [4]
Estos reactores también eran necesarios para la producción (mediante irradiación de bismuto-209 ) de polonio-210 , que se utilizaba en los iniciadores , un componente crítico de las armas nucleares. Fue necesario irradiar unos 62 kilogramos (137 libras) de bismuto-209 durante 100 días para producir 600 curios de polonio-210, un poco más de 132 miligramos (2,04 gr). Como el polonio-210 tiene una vida media de sólo 138 días, fue necesario mantener en funcionamiento al menos un reactor. Por lo tanto, se cerró la unidad más antigua, la pila B, para que estuviera disponible en el futuro. La investigación del problema llevó la mayor parte de 1946 antes de encontrar una solución. [5]
El uranio-235 se obtuvo 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 de la producción a alrededor de 69 kilogramos (152 libras) de uranio-235 por mes, que sólo era suficiente para uno de los más derrochadores. Niños pequeños. 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 por gramo, el plutonio costaba entre cuatro y ocho veces más que el plutonio. producir como uranio-235, [6] que en este momento cuesta alrededor de 26 dólares 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 colocar el cabezal del martillo directamente sobre el clavo y empujarlo lo más fuerte posible. Para que esto funcionara fuera del laboratorio, los cables tenían que ser lo suficientemente fuertes como para soportar una caída desde un avión, pero lo suficientemente delgados como para no alterar la simetría esférica de la implosión. [9] La División Teórica de Los Álamos, conocida como División T, había realizado cálculos por computadora 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 En su lugar, se decidió utilizar el diseño "Christy" de núcleo sólido existente. [11] Este lleva el nombre de su diseñador, Robert Christy . [12] Para Sandstone, sin embargo, 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 arma tipo Little Boy fue un avance obvio. Sin embargo, si bien 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 la acumulación de masas supercríticas, lo que hace teóricamente posible producir armas con alto rendimiento. [13] En julio de 1945, Oppenheimer y Groves estaban considerando utilizar 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 fue entonces el desarrollo de un núcleo totalmente de uranio-235. [14] En enero de 1948, la reserva nacional contenía 50 núcleos, de los cuales 36 eran núcleos Christy compuestos, nueve eran núcleos Christy de plutonio y cinco eran núcleos compuestos levitados. [15] Probar los nuevos núcleos levitados, compuestos y de uranio-235 requeriría al menos tres disparos de prueba. [14]
Armas más eficientes requerirían iniciadores menos eficientes. Esto significaba que se necesitaría menos polonio. En el momento de Sandstone, la reserva nacional de iniciadores de polonio-berilio consistía en 50 iniciadores de Clase A, con más de 25 curies de polonio, y 13 iniciadores de Clase B con entre 12 y 25 curies. Durante Sandstone, se realizaría al menos una prueba con un iniciador Clase B. [dieciséis]
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 Alamos el 9 de julio para hacer los arreglos para las pruebas. Estuvieron de acuerdo en que serían de naturaleza científica, con Los Álamos proporcionando la dirección técnica y las fuerzas armadas proporcionando suministros y apoyo logístico. El coste de las pruebas, alrededor de 20 millones de dólares, se dividió entre el Departamento de Defensa y la Comisión de Energía Atómica. El teniente general John E. Hull fue designado comandante de la prueba. [17] El contraalmirante William S. Parsons y el general de división William E. Kepner retomaron sus funciones de Operación Crossroads como subcomandantes. [18] La Fuerza de Tarea Conjunta 7 se activó formalmente el 18 de octubre de 1947. Como su comandante, Hull respondía tanto ante el Estado Mayor Conjunto como ante la Comisión de Energía Atómica. [19]
La Fuerza de Tarea Conjunta 7 estaba formada 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 alojó en los USS Albemarle , Curtiss y Bairoko . [21] Se creó una división especial del Laboratorio Nacional de Los Álamos, conocida como División J, específicamente para gestionar las pruebas nucleares. Un grupo de la Comisión de Energía Atómica (Grupo de Trabajo 7.1) fue responsable de preparar y detonar las armas nucleares y realizar 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 Argonne , el Campo de Pruebas de Aberdeen , la Comisión de Energía Atómica, Edgerton, Germeshausen. & Grier , y otras agencias. [21]
Cada uno abordó 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 realizó los experimentos de medición de radiación y el Laboratorio Nacional Argonne realizó 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 barco de ensamblaje de armas USS Curtiss , en febrero de 1948, pero la Comisión de Energía Atómica sólo dio permiso para el gasto de tres núcleos en las pruebas. [22]
Las fuerzas navales se organizaron como Grupo de Trabajo 7.3. Constaba de:
Fuente: Berkhouse et al , Operación Sandstone , p. 40
En septiembre de 1947, Hull, Russell, quien fue designado director de pruebas el 14 de octubre, y el director científico de la Joint Task Force 7, Darol K. Froman de Los Alamos Laboratories, partieron con un grupo de científicos y oficiales militares para examinar varias propuestas de prueba. sitios en el Pacífico. [17] El atolón de Enewetak fue elegido como lugar 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 lluvia radiactiva al mar, una consideración importante en vista de lo 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 Consejo de Seguridad de las Naciones Unidas fue notificado de las próximas pruebas el 2 de diciembre. El atolón estaba habitado por los dri-Enewetak, que vivían en Aomon, y los dri-Enjebi, que vivían en Bijire. Sus hogares originales estaban en Enewetak y Enjebi, pero fueron trasladados durante la guerra para dar paso a bases militares. La población, unas 140 personas, había sido reubicada temporalmente en la isla Meck durante la Operación Crossroads. Esta vez, se seleccionó como lugar de reubicación el atolón de Ujelang , un atolón deshabitado a 124 millas náuticas (230 km; 143 millas) 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 fue necesario. [25]
A diferencia de las pruebas de Crossroads, que se llevaron a cabo bajo la atención de los medios, las pruebas de Sandstone se llevaron a cabo con una publicidad mínima. El 15 de abril todavía se discutía en Washington si debería hacerse o no algún anuncio público de las pruebas. Hull se opuso a hacer cualquier anuncio hasta que se completara la serie, pero los comisionados de la AEC sintieron que la noticia se filtraría y Estados Unidos se mostraría reservado. Por tanto, se decidió hacer un anuncio de última hora. No hubo ningún anuncio sobre el propósito de las pruebas y sólo breves comunicados de prensa. El 18 de mayo, una vez terminada la serie, Hull celebró una conferencia de prensa en Hawaii, pero solo permitió a los medios citar declaraciones escritas. [26]
Se limpiaron de vegetación las islas Enjebi, Aomon y Runit y se nivelaron para facilitar la instalación de la instrumentación requerida, y se construyó una calzada entre Aomon y Bijire para que los cables de instrumentos pudieran tenderse desde la torre de pruebas en Aomon hasta la estación de control. en Bijire. Las detonaciones se ordenaron para que las áreas de prueba posteriores sufrieran las consecuencias mínimas de los disparos anteriores. [27] El componente del Ejército, Grupo de Trabajo 7.2, fue responsable de los trabajos de construcción. Consistía en el 1220.º Batallón Provisional de Ingenieros, con los Pelotones de Servicio Compuesto 1217.º y 1218.º, la 18.º Compañía de Construcción de Ingenieros y el 1219.º Pelotón de Servicio de Señales; Compañías D y E del 532.º Regimiento de Barcos y Costa de Ingenieros de la 2.ª Brigada Especial de Ingenieros ; la 461ª Compañía de Camiones Anfibios de Transporte; 854ª Compañía Portuaria de Transporte; 401º Destacamento CIC; y el Destacamento de la Base Naval de Costa. [28]
Al igual que en la Operación Crossroads, a cada detonación se le dio su propio nombre en clave, tomado del Alfabeto Fonético Conjunto Ejército/Marina . Todos utilizaron conjuntos Mark III modificados y fueron detonados 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 requirieron oscuridad, pero los drones Boeing B-17 Flying Fortress que tomarían muestras de las nubes necesitaban luz del día para controlarlas. Como solución de compromiso, todas las detonaciones de Sandstone se produjeron poco antes del amanecer. [30]
Las detonaciones de la serie Sandstone de Estados Unidos se enumeran a continuación:
El dispositivo nuclear de rayos X utilizó un núcleo compuesto levitado. [29] Fue detonado en Enjebi justo antes del amanecer a las 06:17 del 15 de abril de 1948, [35] con una potencia de 37 kilotones. [36] La eficiencia de utilización del plutonio fue de aproximadamente el 35%; la del uranio-235 era del 25% o más. Esto fue algo mayor que la predicción de Los Álamos. [29] Los observadores que observaban desde 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 millas) de diámetro envolvió rápidamente la bola de fuego, que brillaba dentro de la nube. Fueron necesarios entre 45 y 50 segundos para que el atronador rugido de la explosión llegara a los observadores. [35]
Unos 20 minutos más tarde, Bairoko lanzó un helicóptero para comprobar el cabrestante que debía recoger muestras. También bajó embarcaciones para probar los niveles de radiactividad en la laguna. Se volaron aviones no tripulados B-17 sin piloto a través de las nubes y se utilizó un tanque ligero de drones 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 totalmente de uranio-235. [29] Fue detonado en Aomon justo antes del amanecer del 1 de mayo de 1948, a las 06:09, un día 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 millas) de ancho era más grande y el sonido de la explosión más contundente. 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 fisionable. [29]
Zebra, la tercera prueba y la última de la serie Sandstone, fue detonada en Runit justo antes del amanecer a las 06:04 del 15 de mayo de 1948. [39] Esta prueba fue caracterizada por el presidente de la AEC, David Lilienthal, como la "más difícil e importante". "prueba de los tres. Al utilizar uno de los iniciadores de clase B, se demostró que aún 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 2000 pies (610 m), lo que les dio a los observadores una vista sin obstáculos de la bola de fuego, que por lo tanto apareció ser más brillante y durar más que los otros dos. [39] Las apariencias engañaban: su núcleo de uranio-235 levitado producía un rendimiento de 18 kilotones. [36]
Se repitieron los procedimientos utilizados en las pruebas anteriores, pero esta vez el cable del cabrestante se enganchó y las muestras de prueba tuvieron que ser recuperadas en un jeep, exponiendo a su tripulación a más radiación. El personal de Los Álamos asignado para retirar los filtros de los drones B-17 aparentemente había realizado el procedimiento en X-Ray y Yoke sin problemas, pero esta vez tres de ellos sufrieron quemaduras por radiación en las manos lo suficientemente graves como para ser hospitalizados y necesitar piel. injerto . Uno de los hombres que había realizado el procedimiento de Yoke también sufrió quemaduras en las manos y también fue hospitalizado, 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. Posteriormente, ambos tanques fueron 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 ordenó 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, nuevas Las plantas de producción estaban entrando en funcionamiento y el problema del efecto Wigner se había resuelto. En mayo de 1951, la producción de plutonio era doce veces mayor que la de 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 , General de División 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]
