Reactor de grafito X-10

El reactor de grafito X-10 es un reactor nuclear fuera de servicio ubicado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en Oak Ridge, Tennessee . Anteriormente conocido como Clinton Pile y X-10 Pile , fue el segundo reactor nuclear artificial del mundo (después del Chicago Pile-1 de Enrico Fermi ) y el primero diseñado para operación continua. Fue construido durante la Segunda Guerra Mundial como parte del Proyecto Manhattan .

Si bien el proyecto Chicago Pile-1 demostró la viabilidad de los reactores nucleares, el objetivo del Proyecto Manhattan de producir suficiente plutonio para bombas atómicas requería reactores mil veces más potentes, junto con instalaciones para separar químicamente el plutonio generado en los reactores del uranio y los productos de fisión . Se consideró prudente un paso intermedio. El siguiente paso para el proyecto de plutonio, con nombre en clave X-10, fue la construcción de una planta semipresencial donde se pudieran desarrollar técnicas y procedimientos y realizar capacitaciones. La pieza central de esta planta fue el reactor de grafito X-10. Era refrigerado por aire, utilizaba grafito nuclear como moderador de neutrones y uranio natural puro en forma metálica como combustible.

Utilizando diseños del Laboratorio Metalúrgico , DuPont inició la construcción de la planta semi-industrial de plutonio en Clinton Engineer Works en Oak Ridge el 2 de febrero de 1943. El reactor alcanzó la criticidad el 4 de noviembre de 1943 y produjo su primer plutonio a principios de 1944. El reactor y la planta de separación química proporcionaron una experiencia invaluable para ingenieros, técnicos, operadores de reactores y funcionarios de seguridad que luego se trasladaron al Sitio de Hanford . Suministró al Laboratorio de Los Alamos sus primeras cantidades significativas de plutonio y su primer producto generado en reactor. Los estudios de estas muestras en comparación con las de los ciclotrones revelaron un mayor contenido de plutonio-240 , lo que imposibilitó el diseño de la bomba Thin Man , de tipo cañón , y condujo a las bombas Gadget y Fat Man, del ahora omnipresente tipo implosión.

La central nuclear X-10 funcionó como planta de producción de plutonio hasta enero de 1945, cuando se destinó a actividades de investigación y a la producción de isótopos radiactivos para usos científicos, médicos, industriales y agrícolas. En agosto de 1948, se convirtió en el primer reactor nuclear en producir electricidad, iluminando una sola bombilla. Fue clausurada en 1963 y declarada Monumento Histórico Nacional en 1965.

El descubrimiento de la fisión nuclear por los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann en 1938, ^{[ 2 ]} seguido de su explicación teórica (y denominación) por Lise Meitner y Otto Frisch , ^{[ 3 ]} abrió la posibilidad de una reacción nuclear en cadena controlada con uranio . En la Universidad de Columbia , Enrico Fermi y Leo Szilard comenzaron a explorar cómo podría hacerse esto. ^{[ 4 ]} Szilard redactó una carta confidencial al presidente de los Estados Unidos , Franklin D. Roosevelt , explicando la posibilidad de las bombas atómicas y advirtiendo del peligro de un proyecto alemán de armas nucleares . Convenció a su viejo amigo y colaborador Albert Einstein para que la firmara conjuntamente, prestando su fama a la propuesta. ^{[ 5 ]} Esto resultó en el apoyo del gobierno de los Estados Unidos a la investigación sobre la fisión nuclear, ^{[ 6 ]} que se convirtió en el Proyecto Manhattan . ^{[ 7 ]}

En abril de 1941, el Comité Nacional de Investigación para la Defensa solicitó a Arthur Compton , profesor de física de la Universidad de Chicago y ganador del Premio Nobel , que elaborara un informe sobre el programa del uranio. Su informe, presentado en mayo de 1941, preveía las perspectivas de desarrollar armas radiológicas , propulsión nuclear para barcos y armas nucleares que utilizaran uranio-235 o el plutonio recientemente descubierto . ^{[ 8 ]} En octubre, escribió otro informe sobre la viabilidad de una bomba atómica. ^{[ 9 ]} Niels Bohr y John Wheeler habían teorizado que los isótopos pesados ​​con números atómicos pares e impares de neutrones eran fisionables . De ser así, era probable que el plutonio-239 también lo fuera. ^{[ 10 ]}

Emilio Segrè y Glenn Seaborg, de la Universidad de California, produjeron 28 μg de plutonio en el ciclotrón de 60 pulgadas de dicha universidad en mayo de 1941 y descubrieron que tenía 1,7 veces la sección transversal de captura de neutrones térmicos del uranio-235. En aquel entonces, el plutonio-239 se había producido en cantidades minúsculas utilizando ciclotrones, pero no era posible producir grandes cantidades de esa manera. ^{[ 11 ]} Compton discutió con Eugene Wigner, de la Universidad de Princeton , cómo se podría producir plutonio en un reactor nuclear , y con Robert Serber cómo se podría separar el plutonio producido en un reactor del uranio. ^{[ 9 ]}

El borrador final del informe de Compton de noviembre de 1941 no mencionaba el uso de plutonio, pero después de discutir las últimas investigaciones con Ernest Lawrence , Compton se convenció de que una bomba de plutonio también era factible. En diciembre, Compton fue puesto a cargo del proyecto de plutonio, ^{[ 12 ]} que recibió el nombre en clave X-10. ^{[ 13 ]} Sus objetivos eran producir reactores para convertir uranio en plutonio, encontrar formas de separar químicamente el plutonio del uranio y diseñar y construir una bomba atómica. ^{[ 10 ] [ 14 ]} A Compton le correspondió decidir qué tipo de diseño de reactor debían seguir los científicos, aunque aún no se había construido un reactor exitoso. ^{[ 15 ]} Consideraba que tener equipos en Columbia, Princeton, la Universidad de Chicago y la Universidad de California estaba generando demasiada duplicación y poca colaboración, por lo que concentró el trabajo en el Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago. ^{[ 16 ]}

En junio de 1942, el Proyecto Manhattan había alcanzado la etapa en la que se podía contemplar la construcción de instalaciones de producción. El 25 de junio de 1942, el Comité Ejecutivo S-1 de la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico deliberó sobre su ubicación. ^{[ 17 ]} Pasar directamente a una planta de producción de megavatios parecía un gran paso, dado que muchos procesos industriales no se adaptan fácilmente del laboratorio a la producción a gran escala. Se consideró prudente un paso intermedio de construcción de una planta piloto. ^{[ 18 ]} Para la planta piloto de separación de plutonio, se buscaba un emplazamiento cercano al Laboratorio Metalúrgico, donde se llevaba a cabo la investigación, pero por razones de seguridad, no era conveniente ubicar las instalaciones en una zona densamente poblada como Chicago . ^{[ 17 ]}

Compton seleccionó un sitio en el Bosque de Argonne , parte del Distrito de Reservas Forestales del Condado de Cook , a unos 32 km al suroeste de Chicago. Las instalaciones de producción a gran escala se ubicarían junto con otras instalaciones del Proyecto Manhattan en un lugar aún más remoto en Tennessee. ^{[ 17 ]} Se arrendaron unas 400 hectáreas de terreno al Condado de Cook para las instalaciones piloto, mientras que se seleccionó un sitio de 34 000 hectáreas para las instalaciones de producción en Oak Ridge, Tennessee . Para la reunión del Comité Ejecutivo S-1 del 13 y 14 de septiembre, se hizo evidente que las instalaciones piloto serían demasiado extensas para el sitio de Argonne, por lo que en su lugar se construiría un reactor de investigación en Argonne, mientras que las instalaciones piloto de plutonio (una planta semiprocesora ) se construirían en Clinton Engineer Works en Tennessee. ^{[ 19 ]}   

El emplazamiento de Oak Ridge se seleccionó en función de varios criterios. Las instalaciones piloto de plutonio debían estar a una distancia de entre dos y cuatro millas (3,2 a 6,4 km) del perímetro del emplazamiento y de cualquier otra instalación, en caso de fuga de productos de fisión radiactivos . Si bien las preocupaciones de seguridad sugerían un emplazamiento remoto, este debía estar cerca de fuentes de mano de obra y ser accesible por carretera y ferrocarril. Era deseable un clima templado que permitiera la construcción durante todo el año. Un terreno con crestas reduciría el impacto de explosiones accidentales, pero estas no debían ser tan escarpadas como para dificultar la construcción. El subsuelo debía ser lo suficientemente firme para proporcionar buenos cimientos, pero no tan rocoso como para obstaculizar las excavaciones. Requería grandes cantidades de energía eléctrica (suministrada por la Autoridad del Valle de Tennessee ) y agua de refrigeración. ^{[ 17 ] [ 20 ]} Finalmente, una política del Departamento de Guerra sostenía que, como regla general, las instalaciones de municiones no debían ubicarse al oeste de las cordilleras de Sierra Nevada o Cascade , al este de los montes Apalaches , ni a menos de 200 millas (320 km) de las fronteras canadienses o mexicanas. ^{[ 21 ]}  

En diciembre, se decidió que las instalaciones de producción de plutonio no se construirían en Oak Ridge, sino en el sitio aún más remoto de Hanford, en el estado de Washington . Compton y el personal del Laboratorio Metalúrgico retomaron entonces la cuestión de construir la planta semi-industrial de plutonio en Argonne, pero los ingenieros y la gerencia de DuPont , en particular Roger Williams (el jefe de su División TNX, responsable del papel de la compañía en el Proyecto Manhattan), no apoyaron esta propuesta. Consideraban que no habría suficiente espacio en Argonne y que un sitio tan accesible presentaba desventajas, ya que temían que permitiera al personal de investigación del Laboratorio Metalúrgico interferir indebidamente en el diseño y la construcción, lo cual consideraban su prerrogativa. ^{[ 22 ]} Una mejor ubicación, según ellos, serían las remotas instalaciones de producción en Hanford. Finalmente, se llegó a un compromiso. ^{[ 23 ]} El 12 de enero de 1943, Compton, Williams y el general de brigada Leslie R. Groves, Jr. , director del Proyecto Manhattan, acordaron que las semi-obras se construirían en Clinton Engineer Works. ^{[ 24 ]}

Tanto Compton como Groves propusieron que DuPont operara la planta semi-industrial. Williams contrapropuso que la planta semi-industrial fuera operada por el Laboratorio Metalúrgico. Argumentó que sería principalmente un centro de investigación y educación, y que la experiencia se encontraría en el Laboratorio Metalúrgico. Compton se sorprendió; ^{[ 24 ]} el Laboratorio Metalúrgico era parte de la Universidad de Chicago, y por lo tanto la universidad estaría operando una instalación industrial a 800 km (500 millas ) de su campus principal. James B. Conant le dijo que la Universidad de Harvard "no la tocaría ni con un palo de diez pies", ^{[ 25 ]} pero el vicepresidente de la Universidad de Chicago, Emery T. Filbey, tenía una opinión diferente e instruyó a Compton para que aceptara. ^{[ 26 ]} Cuando el presidente de la universidad, Robert Hutchins , regresó, saludó a Compton diciendo: "Veo, Arthur, que mientras no estaba, duplicaste el tamaño de mi universidad". ^{[ 27 ]} 

Las decisiones de diseño fundamentales en la construcción de un reactor son la elección del combustible, el refrigerante y el moderador de neutrones . La elección del combustible fue sencilla; solo se disponía de uranio natural . La decisión de que el reactor utilizaría grafito como moderador de neutrones generó poco debate. Aunque con agua pesada como moderador el número de neutrones producidos por cada uno absorbido (conocido como factor k ) era un 10 por ciento mayor que en el grafito más puro, el agua pesada no estaría disponible en cantidades suficientes durante al menos un año. ^{[ 28 ]} Esto dejó pendiente la elección del refrigerante, sobre la cual hubo mucha discusión. Un factor limitante era que los bloques de combustible estarían revestidos de aluminio , por lo que la temperatura de funcionamiento del reactor no podía superar los 200 °C (392 °F) . ^{[ 18 ]} Los físicos teóricos del grupo de Wigner en el Laboratorio Metalúrgico desarrollaron varios diseños. En noviembre de 1942, los ingenieros de DuPont eligieron el gas helio como refrigerante para la planta de producción, principalmente porque no absorbía neutrones, pero también porque era inerte, lo que eliminaba el problema de la corrosión. ^{[ 29 ]}  

No todos estuvieron de acuerdo con la decisión de usar helio. Szilard, en particular, fue uno de los primeros defensores del uso de bismuto líquido ; pero el principal opositor fue Wigner, quien argumentó enérgicamente a favor de un diseño de reactor refrigerado por agua. Comprendió que, dado que el agua absorbía neutrones, k se reduciría en aproximadamente un 3 por ciento, pero tenía suficiente confianza en sus cálculos como para creer que el reactor refrigerado por agua aún podría alcanzar la criticidad . Desde una perspectiva de ingeniería, un diseño refrigerado por agua era sencillo de diseñar y construir, mientras que el helio planteaba problemas tecnológicos. El equipo de Wigner elaboró ​​un informe preliminar sobre refrigeración por agua, designado CE-140 en abril de 1942, seguido de uno más detallado, CE-197, titulado "Sobre una planta con refrigeración por agua", en julio de 1942. ^{[ 30 ]}

El reactor Chicago Pile-1 de Fermi , construido bajo las tribunas de observación oeste del Stagg Field original en la Universidad de Chicago, alcanzó la criticidad el 2 de diciembre de 1942. Este reactor moderado por grafito solo generaba hasta 200 W, pero demostró que k era mayor de lo previsto. Esto eliminó la mayoría de las objeciones a los diseños de reactores refrigerados por aire y por agua, y simplificó enormemente otros aspectos del diseño. El equipo de Wigner presentó los planos de un reactor refrigerado por agua a DuPont en enero de 1943. Para entonces, las preocupaciones de los ingenieros de DuPont sobre la corrosividad del agua se habían superado debido a las crecientes dificultades del uso del helio, y todo el trabajo con helio se interrumpió en febrero. Al mismo tiempo, se optó por la refrigeración por aire para el reactor en la planta piloto. ^{[ 31 ]} Dado que su diseño sería bastante diferente al de los reactores de producción, el reactor de grafito X-10 perdió su valor como prototipo, pero su valor como instalación piloto operativa se mantuvo, proporcionando el plutonio necesario para la investigación. ^{[ 32 ]} Se esperaba que los problemas se detectaran a tiempo para abordarlos en las plantas de producción. Las instalaciones semiprofesionales también se utilizarían para la capacitación y el desarrollo de procedimientos. ^{[ 18 ]}

Aunque el diseño del reactor aún no estaba completo, DuPont comenzó la construcción de la semiplanta de plutonio el 2 de febrero de 1943, ^{[ 33 ]} en un sitio aislado de 45,3 hectáreas (112 acres) en Bethel Valley, a unos 16 km (10 millas) al suroeste de Oak Ridge, conocido oficialmente como el área X-10. El sitio incluía laboratorios de investigación, una planta de separación química, un área de almacenamiento de residuos, un centro de capacitación para el personal de Hanford e instalaciones administrativas y de apoyo que incluían una lavandería, una cafetería, un centro de primeros auxilios y una estación de bomberos. Debido a la decisión posterior de construir reactores refrigerados por agua en Hanford, solo la planta de separación química funcionó como un verdadero proyecto piloto. ^{[ 34 ] [ 35 ]} La semiplanta finalmente se conoció como los Laboratorios Clinton y fue operada por la Universidad de Chicago como parte del Proyecto Metalúrgico. ^{[ 36 ]}  

La construcción del reactor tuvo que esperar hasta que DuPont completara el diseño. La excavación comenzó el 27 de abril de 1943. Pronto se descubrió una gran bolsa de arcilla blanda, lo que hizo necesarias cimentaciones adicionales. ^{[ 37 ]} Se produjeron más retrasos debido a las dificultades de la guerra para conseguir materiales de construcción. Había una grave escasez de mano de obra, tanto común como especializada; el contratista solo contaba con tres cuartas partes de la plantilla requerida, y había una alta rotación y absentismo, principalmente como resultado de alojamientos deficientes y dificultades para desplazarse al trabajo. El pueblo de Oak Ridge aún estaba en construcción, y se construyeron barracones para alojar a los trabajadores. Los acuerdos especiales con los trabajadores individuales aumentaron su moral y redujeron la rotación. Además, hubo lluvias inusualmente intensas, con 9,3 pulgadas (240 mm) en julio de 1943, más del doble del promedio de 4,3 pulgadas (110 mm) . ^{[ 34 ] [ 38 ]}  

Se compraron unas 700 toneladas cortas (640 t) de bloques de grafito a National Carbon . Los equipos de construcción comenzaron a apilarlos en septiembre de 1943. Los lingotes de uranio fundido provenían de Metal Hydrides, Mallinckrodt y otros proveedores. Estos se extruyeron en cilindros y luego se enlataron. ^{[ 39 ]} Los cilindros de combustible se enlataron para proteger el uranio de la corrosión que se produciría si entraba en contacto con el agua y para evitar la liberación de productos de fisión radiactivos gaseosos que podrían formarse al ser irradiados. Se eligió el aluminio porque transmitía bien el calor pero no absorbía demasiados neutrones. ^{[ 40 ]} Alcoa comenzó el enlatado el 14 de junio de 1943. General Electric y el Laboratorio Metalúrgico desarrollaron una nueva técnica de soldadura para sellar los contenedores herméticamente, y el equipo para ello se instaló en la línea de producción de Alcoa en octubre de 1943. ^{[ 39 ]} 

La construcción de la planta piloto de separación comenzó antes de que se seleccionara un proceso químico para separar el plutonio del uranio. No fue hasta mayo de 1943 que los gerentes de DuPont decidieron utilizar el proceso de fosfato de bismuto en lugar del que utilizaba fluoruro de lantano . ^{[ 41 ]} El proceso de fosfato de bismuto fue ideado por Stanley G. Thompson en la Universidad de California . ^{[ 42 ]} El plutonio tenía dos estados de oxidación: un estado tetravalente (+4) y un estado hexavalente (+6), con diferentes propiedades químicas. ^{[ 43 ]} El fosfato de bismuto ( BiPO₄ ) era similar en su estructura cristalina al fosfato de plutonio, ^{[ 44 ]} y el plutonio se transportaría con fosfato de bismuto en una solución mientras que otros elementos, incluido el uranio, precipitarían. El plutonio podría precipitarse de la solución cambiando su estado de oxidación. ^{[ 45 ]} La planta constaba de seis celdas, separadas entre sí y de la sala de control por gruesos muros de hormigón. El equipo se operaba desde la sala de control por control remoto debido a la radiactividad producida por los productos de fisión. ^{[ 36 ]} El trabajo se completó el 26 de noviembre de 1943, ^{[ 46 ]} pero la planta no pudo operar hasta que el reactor comenzó a producir lingotes de uranio irradiado. ^{[ 34 ]}

El reactor de grafito X-10 fue el segundo reactor nuclear artificial del mundo después del Chicago Pile-1 y el primero diseñado y construido para operación continua. ^{[ 47 ]} Consistía en un enorme bloque, de 7,3 m (24 pies) de largo por cada lado, de cubos de grafito nuclear , con un peso aproximado de 1400 t (1500 toneladas cortas ) , que actuaba como moderador. Estaban rodeados por 2,1 m (7 pies) de hormigón de alta densidad como escudo contra la radiación. ^{[ 34 ]} En total, el reactor tenía 12 m (38 pies) de ancho, 14 m (47 pies) de profundidad y 9,8 m (32 pies ) de alto. ^{[ 1 ]} Había 36 filas horizontales de 35 orificios. Detrás de cada uno había un canal metálico en el que se podían insertar los lingotes de combustible de uranio. ^{[ 48 ]} Un ascensor proporcionaba acceso a los que estaban más arriba. Solo se utilizaron 800 (~64%) de los canales. ^{[ 1 ]}      

El reactor utilizaba barras de control de acero revestido de cadmio . Fabricadas con cadmio, un material que absorbe neutrones, estas barras podían restringir o detener la reacción. Tres barras de 2,4 m (8 pies) penetraban verticalmente en el reactor, sujetas por un embrague para formar el sistema de parada de emergencia . Estaban suspendidas de cables de acero enrollados alrededor de un tambor y sujetas por un embrague electromagnético . Si se perdía la energía, caían dentro del reactor, deteniéndolo. Las otras cuatro barras eran de acero al boro y penetraban horizontalmente en el reactor desde el lado norte. Dos de ellas, conocidas como barras de compensación, se controlaban hidráulicamente. En caso de fallo eléctrico, se podían utilizar acumuladores hidráulicos llenos de arena . Las otras dos barras eran accionadas por motores eléctricos. ^{[ 1 ]} 

El sistema de refrigeración consistía en tres ventiladores eléctricos que funcionaban a 55 000 pies cúbicos por minuto (1600 ^m³ / min) . Debido a que se enfriaba con aire exterior, el reactor podía funcionar a un nivel de potencia más alto en días fríos. ^{[ 1 ] [ 49 ]} Después de pasar por el reactor, el aire se filtraba para eliminar las partículas radiactivas de más de 0,00004 pulgadas (0,0010 mm) de diámetro. Esto eliminaba más del 99 por ciento de las partículas radiactivas. Luego se ventilaba a través de una chimenea de 200 pies (61 m) . ^{[ 1 ]} El reactor se operaba desde una sala de control en la esquina sureste del segundo piso. ^{[ 1 ]}   

En septiembre de 1942, Compton le pidió al físico Martin D. Whitaker que formara un equipo operativo básico para X-10. ^{[ 50 ]} Whitaker se convirtió en el director inaugural de los Laboratorios Clinton, ^{[ 37 ]} nombre con el que se conoció oficialmente a la planta semipreparada en abril de 1943. ^{[ 51 ]} El primer equipo operativo permanente llegó del Laboratorio Metalúrgico de Chicago en abril de 1943, momento en el que DuPont comenzó a trasladar a sus técnicos al sitio. A ellos se unieron 100 técnicos uniformados del Destacamento Especial de Ingenieros del Ejército . Para marzo de 1944, había unas 1500 personas trabajando en X-10. ^{[ 52 ]}

Supervisado por Compton, Whitaker y Fermi, el reactor alcanzó la criticidad el 4 de noviembre de 1943, con aproximadamente 30 toneladas cortas (27 t) de uranio. Una semana después, la carga se incrementó a 36 toneladas cortas (33 t) , elevando su generación de energía a 500 kW, y a finales de mes se crearon los primeros 500 mg de plutonio. ^{[ 53 ]} El reactor normalmente operaba las 24 horas del día, con paradas semanales de 10 horas para recarga de combustible. Durante el arranque, las barras de seguridad y una barra de calce se retiraban por completo. La otra barra de calce se insertaba en una posición predeterminada. Cuando se alcanzaba el nivel de potencia deseado, el reactor se controlaba ajustando la barra de calce parcialmente insertada. ^{[ 1 ]}    

El primer lote de barras enlatadas para ser irradiadas se recibió el 20 de diciembre de 1943, lo que permitió producir el primer plutonio a principios de 1944. ^{[ 54 ]} Las barras utilizaban uranio natural metálico puro, en latas de aluminio herméticas de 4,1 pulgadas (100 mm) de largo y 1 pulgada (25 mm) de diámetro. Cada canal se cargaba con entre 24 y 54 barras de combustible. En su vida posterior, el reactor operó con hasta 54 toneladas cortas (49 t) . Para cargar un canal, se retiraba el tapón de protección absorbente de radiación y las barras se insertaban manualmente en el extremo frontal (este) con varillas largas. Para descargarlas, se empujaban hasta el extremo opuesto (oeste), donde caían sobre una losa de neopreno y descendían por una rampa hasta una piscina de agua de 20 pies (6,1 m) de profundidad que actuaba como escudo de radiación. ^{[ 1 ]} Después de semanas de almacenamiento bajo el agua para permitir la desintegración de la radiactividad , los lingotes fueron entregados al edificio de separación química. ^{[ 55 ]}    

En febrero de 1944, el reactor irradiaba una tonelada de uranio cada tres días. Durante los cinco meses siguientes, se mejoró la eficiencia del proceso de separación, aumentando el porcentaje de plutonio recuperado del 40 al 90 por ciento. Las modificaciones realizadas con el tiempo elevaron la potencia del reactor a 4000  kW en julio de 1944. ^{[ 50 ]} El efecto del veneno neutrónico xenón-135 , uno de los muchos productos de fisión producidos a partir del combustible de uranio, no se detectó durante la operación inicial del reactor de grafito X-10. Posteriormente, el xenón-135 causó problemas con la puesta en marcha del reactor Hanford B que casi paralizaron el proyecto de plutonio. ^{[ 56 ]}

La planta semi-industrial X-10 funcionó como planta de producción de plutonio hasta enero de 1945, cuando se transfirió a actividades de investigación. Para entonces, se habían procesado 299 lotes de lingotes irradiados. ^{[ 50 ]} En abril de 1946 se añadieron un edificio de radioisótopos, una planta de vapor y otras estructuras para apoyar las misiones educativas y de investigación del laboratorio en tiempos de paz. Todo el trabajo se completó en diciembre de 1946, lo que añadió otros 1.009.000 dólares (equivalentes a 12,3 millones de dólares en 2024 ^{[ 57 ]} ) al costo de construcción en X-10, y elevó el costo total a 13.041.000 dólares (equivalentes a 159 millones de dólares en 2024 ^{[ 57 ]} ). ^{[ 36 ]} Los costos operativos añadieron otros 22.250.000 dólares (equivalentes a 272 millones de dólares en 2024 ^{[ 57 ]} ). ^{[ 48 ]}   

El reactor X-10 proporcionó al Laboratorio de Los Alamos las primeras muestras significativas de plutonio. Los estudios realizados por Emilio G. Segrè y su Grupo P-5 en Los Alamos revelaron que contenía impurezas del isótopo plutonio-240 , que tiene una tasa de fisión espontánea mucho mayor que el plutonio-239. Esto significaba que era muy probable que un arma nuclear de plutonio de tipo cañón detonara prematuramente y se autodestruyera durante la formación inicial de una masa crítica. ^{[ 58 ]} Por lo tanto, el Laboratorio de Los Alamos se vio obligado a centrar sus esfuerzos de desarrollo en la creación de un arma nuclear de implosión , una hazaña mucho más difícil. ^{[ 59 ]}

La planta de separación química X-10 también verificó el proceso de fosfato de bismuto que se utilizó en las instalaciones de separación a gran escala en Hanford. El reactor y la planta de separación química proporcionaron una experiencia invaluable para ingenieros, técnicos, operadores de reactores y funcionarios de seguridad que luego se trasladaron al sitio de Hanford. ^{[ 55 ]}

Tras el fin de la guerra, el reactor de grafito se convirtió en la primera instalación del mundo en producir isótopos radiactivos para uso en tiempos de paz. ^{[ 1 ] [ 60 ]} El 2 de agosto de 1946, el director del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Eugene Wigner, entregó un pequeño contenedor de carbono-14 al director del Hospital Barnard Free de Piel y Cáncer, para uso médico en el hospital de San Luis, Misuri . Los envíos posteriores de radioisótopos, principalmente yodo-131 , fósforo-32 , carbono-14 y molibdeno-99/ tecnecio-99m , se destinaron a usos científicos, médicos, industriales y agrícolas. ^{[ 61 ]}

En agosto de 1948, el reactor se utilizó para producir la primera electricidad derivada de la energía nuclear. Se irradiaron lingotes de uranio dentro de un tubo de aluminio en el núcleo del reactor. Se hizo circular agua a través del tubo mediante un sistema automático de alimentación para generar vapor. Este vapor se alimentó a una máquina de vapor modelo , una Jensen Steam Engines n.° 50, que accionaba un pequeño generador que alimentaba una sola bombilla. La máquina y el generador se exhiben en la zona de carga del reactor, justo debajo de la escalera que conduce a la plataforma de carga. ^{[ 62 ]}

El reactor de grafito X-10 se cerró el 4 de noviembre de 1963, después de 20 años de uso. ^{[ 63 ]} Fue declarado Monumento Histórico Nacional el 21 de diciembre de 1965, ^{[ 1 ] [ 64 ]} y añadido al Registro Nacional de Lugares Históricos el 15 de octubre de 1966. ^{[ 64 ]} En 1969, la Sociedad Americana de Metales lo incluyó como monumento por sus contribuciones al avance de la ciencia y la tecnología de los materiales, ^{[ 47 ]} y en 2008 fue designado Monumento Químico Histórico Nacional por la Sociedad Química Americana . ^{[ 61 ]} La sala de control y la cara del reactor son accesibles al público durante las visitas guiadas programadas que ofrece el Museo Americano de Ciencia y Energía . ^{[ 65 ]}

El reactor de investigación de grafito del Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL) fue el primer reactor nuclear construido en los Estados Unidos después de la Segunda Guerra Mundial. ^{[ 66 ]} Dirigido por Lyle Benjamin Borst , la construcción del reactor comenzó en 1947 y alcanzó la criticidad el 22 de agosto de 1950. El reactor consistía en un cubo de grafito de 700 toneladas cortas (640 t) y 25 pies (7,6 m) alimentado con uranio natural. ^{[ 67 ]} Su misión principal era la investigación nuclear aplicada en medicina, biología, química, física e ingeniería nuclear. ^{[ 68 ]} Uno de los descubrimientos más significativos en esta instalación fue el desarrollo de la producción de molibdeno-99 /tecnecio-99m, utilizado hoy en decenas de millones de procedimientos de diagnóstico médico anualmente, lo que lo convierte en el radioisótopo médico más comúnmente utilizado. El reactor de investigación de grafito BNL se cerró en 1969 y se desmanteló por completo en 2012. ^{[ 69 ]}  

Cuando Gran Bretaña comenzó a planificar la construcción de reactores nucleares para producir plutonio para armas en 1946, se decidió construir un par de reactores de grafito refrigerados por aire similares al reactor de grafito X-10 en Windscale . Se utilizó uranio natural ya que no se disponía de uranio enriquecido , y de manera similar se eligió el grafito como moderador de neutrones porque la berilia era tóxica y difícil de fabricar, mientras que el agua pesada no estaba disponible. ^{[ 70 ]} Se consideró el uso de agua como refrigerante, pero existía preocupación por la posibilidad de una fusión nuclear catastrófica en las densamente pobladas Islas Británicas si fallaba el sistema de refrigeración. ^{[ 71 ]} El helio fue nuevamente la opción preferida como gas refrigerante, pero la principal fuente era Estados Unidos, y bajo la Ley McMahon de 1946 , Estados Unidos no lo suministraría para la producción de armas nucleares, ^{[ 72 ]} por lo que finalmente se optó por la refrigeración por aire. ^{[ 73 ]} La construcción comenzó en septiembre de 1947, y los dos reactores entraron en funcionamiento en octubre de 1950 y junio de 1951. ^{[ 74 ]} Ambos fueron desmantelados tras el desastroso incendio de Windscale en octubre de 1957. ^{[ 75 ]} Fueron los últimos reactores importantes de producción de plutonio refrigerados por aire; los diseños posteriores del Reino Unido, Magnox y AGR, utilizaron dióxido de carbono en su lugar. ^{[ 76 ]}

A partir de 2016Otro reactor de diseño similar al reactor de grafito X-10 sigue en funcionamiento: el reactor belga BR-1 del SCK•CEN , ubicado en Mol, Bélgica . ^{[ 77 ]} Financiado mediante el impuesto belga a la exportación de uranio y construido con la ayuda de expertos británicos, ^{[ 78 ]} el reactor de investigación de 4 MW alcanzó la criticidad el 11 de mayo de 1956. ^{[ 79 ] [ 80 ]} Se utiliza con fines científicos, como el análisis por activación neutrónica , experimentos de física de neutrones, calibración de dispositivos de medición nuclear y producción de silicio dopado por transmutación neutrónica . ^{[ 81 ] [ 82 ]}

• Página web del ORNL sobre el reactor de grafito . Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Archivado del original el 12 de enero de 2010.
• "Visitas guiadas al público" . Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Consultado el 12 de diciembre de 2015 .
• Sistema de Información del Registro Nacional  –  Reactor X-10, Laboratorio Nacional de Oak Ridge  ( n.º 66000720) . Registro Nacional de Lugares Históricos . Servicio de Parques Nacionales . 15 de abril de 2008.

 Este artículo incorpora material de dominio público del reactor de grafito X-10 . Departamento de Energía de los Estados Unidos . Consultado el 13 de diciembre de 2015 .