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Articulo de referencia

Laboratorio metalúrgico

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Coordenadas : 41°47′25″N 87°35′56″O / 41.79028°N 87.59889°O / 41.79028; -87.59889

El Laboratorio Metalúrgico (o Met Lab ) fue un laboratorio científico que funcionó en la Universidad de Chicago entre 1942 y 1946. Se estableció en febrero de 1942 y se convirtió en el Laboratorio Nacional Argonne en julio de 1946.

El laboratorio se fundó en febrero de 1942 para estudiar y utilizar el plutonio, un elemento químico recién descubierto . Investigó la química y la metalurgia del plutonio, diseñó los primeros reactores nucleares del mundo para producirlo y desarrolló procesos químicos para separarlo de otros elementos. En agosto de 1942, la sección química del laboratorio fue la primera en separar químicamente una muestra de plutonio que podía pesarse, y el 2 de diciembre de 1942, el Laboratorio Met produjo la primera reacción nuclear en cadena controlada en el reactor Chicago Pile-1 , construido bajo las gradas del antiguo estadio de fútbol americano de la universidad , Stagg Field .

El Laboratorio Metalúrgico se estableció como parte del Proyecto Metalúrgico, bajo el Comité S-1 , y también conocido como el Proyecto "Pile" o "X-10", dirigido por el profesor de Chicago Arthur H. Compton , premio Nobel . A su vez, pasó a formar parte del Proyecto Manhattan , el esfuerzo aliado para desarrollar la bomba atómica durante la Segunda Guerra Mundial . El Laboratorio Metalúrgico fue dirigido sucesivamente por Richard L. Doan, Samuel K. Allison , Joyce C. Stearns y Farrington Daniels . Entre los científicos que trabajaron allí se encontraban Enrico Fermi , James Franck , Eugene Wigner , Glenn Seaborg y Leo Szilard . Compton asignó a Robert Oppenheimer la investigación sobre el diseño de la bomba en junio de 1942, lo que se convirtió en el Proyecto Y independiente en noviembre. En su apogeo, el 1 de julio de 1944, el Laboratorio Metalúrgico contaba con 2008 empleados.

El reactor Chicago Pile-1 fue trasladado poco después por el laboratorio al Sitio A , una ubicación más remota en las reservas del Bosque Argonne , donde los materiales originales se utilizaron para construir un Chicago Pile-2 mejorado que se emplearía en nuevas investigaciones sobre los productos de la fisión nuclear. Otro reactor, el Chicago Pile-3 , se construyó en el sitio de Argonne a principios de 1944. Este fue el primer reactor del mundo en utilizar agua pesada como moderador de neutrones . Alcanzó la criticidad en mayo de 1944 y se operó por primera vez a plena potencia en julio de 1944. El Laboratorio Metalúrgico también diseñó el reactor de grafito X-10 en Clinton Engineer Works en Oak Ridge, Tennessee , y el reactor B en Hanford Engineer Works en el estado de Washington .

Además del trabajo en el desarrollo de reactores, el Laboratorio Metalúrgico estudió la química y la metalurgia del plutonio y colaboró ​​con DuPont en el desarrollo del proceso de fosfato de bismuto utilizado para separar el plutonio del uranio. Cuando se confirmó que los reactores nucleares implicarían el uso de materiales radiactivos a gran escala, surgió una gran preocupación por la salud y la seguridad, y el estudio de los efectos biológicos de la radiación adquirió mayor importancia. Se descubrió que el plutonio, al igual que el radio, se acumulaba en los huesos , lo que lo hacía especialmente peligroso. El Laboratorio Metalúrgico se convirtió en el primero de los laboratorios nacionales , el Laboratorio Nacional Argonne , el 1 de julio de 1946. El trabajo del Laboratorio Metalúrgico también propició la creación del Instituto Enrico Fermi y el Instituto James Franck en la universidad.

Orígenes

El descubrimiento de la fisión nuclear en el uranio por los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann en diciembre de 1938, y su explicación teórica (y denominación) por Lise Meitner y Otto Frisch poco después, [ 1 ] abrió la posibilidad de que los neutrones producidos por la fisión pudieran crear una reacción nuclear en cadena controlada . En la Universidad de Columbia , Enrico Fermi y Leo Szilard comenzaron a explorar cómo podría lograrse esto. [ 2 ] En agosto de 1939, Szilard redactó una carta confidencial al presidente de los Estados Unidos , Franklin D. Roosevelt , advirtiendo sobre la posibilidad de un proyecto alemán de armas nucleares , y convenció a su viejo amigo y colaborador Albert Einstein para que la firmara conjuntamente. [ 3 ] Esto resultó en el apoyo del gobierno estadounidense a la investigación sobre la fisión nuclear. [ 4 ]

En abril de 1941, el Comité Nacional de Investigación de Defensa (NDRC) solicitó a Arthur Compton , profesor de física ganador del Premio Nobel en la Universidad de Chicago , que informara sobre el programa de uranio. [ 5 ] Niels Bohr y John Wheeler teorizaron que los isótopos pesados ​​con números atómicos impares , como el plutonio-239 , eran fisionables . [ 6 ] Emilio Segrè y Glenn Seaborg en 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. Si bien se podían crear cantidades minúsculas de plutonio-239 en ciclotrones, no era factible producir una gran cantidad de esa manera. [ 7 ] Compton consultó con Eugene Wigner de la Universidad de Princeton sobre cómo se podría producir plutonio en un reactor nuclear , y con Robert Serber de la Universidad de Illinois sobre cómo se podría separar químicamente el plutonio producido en un reactor del uranio del que se obtuvo. [ 8 ]

El 20 de diciembre, poco después del ataque japonés a Pearl Harbor que llevó a Estados Unidos a la guerra, Compton fue puesto a cargo del proyecto del plutonio. [ 9 ] [ 10 ] 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. [ 11 ] [ 6 ] Aunque aún no se había construido un reactor exitoso, los científicos ya habían producido varios conceptos de diseño diferentes pero prometedores. Le correspondió a Compton decidir cuál de ellos debía seguirse. [ 12 ] Propuso un ambicioso cronograma que tenía como objetivo lograr una reacción nuclear en cadena controlada para enero de 1943 y tener una bomba atómica lista para ser lanzada para enero de 1945. [ 11 ]

Compton consideraba que tener equipos en Columbia, Princeton, la Universidad de Chicago y la Universidad de California generaba demasiada duplicación y poca colaboración, por lo que decidió concentrar el trabajo en un solo lugar. Nadie quería mudarse y todos defendían su propia ubicación. En enero de 1942, poco después de que Estados Unidos entrara en la Segunda Guerra Mundial, Compton decidió concentrar el trabajo en su propia sede, la Universidad de Chicago, donde sabía que contaba con el apoyo incondicional de la administración universitaria, [ 13 ] mientras que Columbia estaba involucrada en esfuerzos de enriquecimiento de uranio y dudaba en añadir otro proyecto secreto. [ 14 ] Otros factores que contribuyeron a la decisión fueron la ubicación central de Chicago y la disponibilidad de científicos, técnicos e instalaciones en el Medio Oeste que aún no habían sido absorbidos por el trabajo bélico. [ 13 ] La vivienda era más accesible y una ciudad del interior era menos vulnerable a los ataques enemigos. [ 15 ]

Personal

Arthur H. Compton (izquierda), jefe del Proyecto Metalúrgico, junto a Martin D. Whitaker , director de los Laboratorios Clinton.

El nuevo centro de investigación se creó en febrero de 1942 y se denominó «Laboratorio Metalúrgico» o «Met Lab». Si bien se llevaron a cabo algunos trabajos de metalurgia reales, el nombre servía para encubrir sus actividades. La Universidad de Chicago había estado considerando la posibilidad de establecer un instituto de investigación sobre metales, y de hecho lo haría después de la guerra, por lo que su creación atrajo poca atención. El proyecto de plutonio de Compton pasó a conocerse como el Proyecto Metalúrgico. [ 16 ] El Laboratorio Metalúrgico fue administrado por la Universidad de Chicago bajo contrato con la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico (OSRD). [ 17 ]

Más de 5000 personas en 70 grupos de investigación participaron en el Proyecto Metalúrgico de Compton, [ 18 ] [ 19 ] también conocido como el Proyecto "Pile" o "X-10", [ 20 ] de los cuales unos 2000 trabajaron en el Laboratorio Metalúrgico de Chicago. [ 18 ] [ 19 ] A pesar de los buenos salarios que se ofrecían, la contratación era difícil. Había competencia por científicos e ingenieros de otros proyectos relacionados con la defensa, y Chicago era caro en comparación con las ciudades universitarias. [ 21 ]

Norman Hilberry era director asociado del Proyecto Metalúrgico, y Richard L. Doan fue nombrado Director del Laboratorio Metalúrgico. [ 18 ] Si bien Doan era un administrador capaz, tuvo dificultades para ser aceptado como jefe del laboratorio, ya que no era un académico. El 5 de mayo de 1943, Compton lo reemplazó con Samuel K. Allison y nombró a Henry D. Smyth como director asociado. [ 22 ] Inicialmente había tres grupos de física, dirigidos por Allison, Fermi y Martin D. Whitaker . Frank Spedding estaba a cargo de la División de Química. Posteriormente fue sucedido por Herbert McCoy , y luego por James Franck . [ 18 ] Compton puso a Robert Oppenheimer a cargo del esfuerzo de diseño de la bomba en junio de 1942. En noviembre de 1942, este se convirtió en un proyecto separado, conocido como Proyecto Y , que estaba ubicado en Los Álamos, Nuevo México . [ 23 ]

Después de que el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos se hiciera cargo del Proyecto Manhattan en agosto de 1942, el Distrito de Manhattan coordinó el trabajo. [ 24 ] Desde el 17 de febrero de 1943, Compton reportaba al director del Proyecto Manhattan, el general de brigada Leslie R. Groves, Jr. , en lugar de la Sección S-1 de la OSRD . [ 25 ] El Distrito de Manhattan asumió la responsabilidad total del contrato del Laboratorio Metalúrgico el 1 de mayo de 1943. [ 24 ] El capitán JF Grafton fue nombrado ingeniero del área de Chicago en agosto de 1942. Fue sucedido por el capitán Arthur V. Peterson en diciembre de 1942. Peterson permaneció hasta octubre de 1944. El capitán JF McKinley se convirtió en ingeniero del área de Chicago el 1 de julio de 1945. [ 26 ]

Edificios

Al principio, la mayoría de las instalaciones del Laboratorio fueron proporcionadas por la Universidad de Chicago. Los físicos ocuparon el espacio bajo las tribunas norte y oeste del Stagg Field y en el Edificio de Servicios, donde había un ciclotrón. Los químicos ocuparon el Laboratorio George Herbert Jones y el Laboratorio Químico Kent. El grupo de salud ocupó espacio en el Edificio de Anatomía, Drexel House, el Hospital Billings y el Laboratorio Killis, y las oficinas administrativas se ubicaron en Eckhart Hall . [ 27 ] Szilard escribió más tarde que "la moral de los científicos casi podría representarse en un gráfico contando la cantidad de luces encendidas después de la cena en las oficinas de Eckhart Hall". [ 28 ] Cuando el proyecto superó su espacio en Eckhart Hall, se trasladó al cercano Ryerson Hall. El Laboratorio Metalúrgico llegó a ocupar 205 000 pies cuadrados (19 000 m²) de espacio en el campus. Se realizaron modificaciones por un valor aproximado de 131.000 dólares en los edificios ocupados por el laboratorio, pero la Universidad de Chicago también tuvo que realizar modificaciones para los usuarios desplazados por este. [ 27 ] 

Laboratorio Argonne en el " Sitio A "

La Universidad de Chicago puso a disposición del Distrito de Manhattan un terreno de 0,73 acres (0,30 ha), ocupado por canchas de tenis, mediante un contrato de arrendamiento de un dólar, para la construcción de un nuevo edificio de química con 20 000 pies cuadrados (1900 m² ) de espacio. Stone y Webster comenzaron las obras en septiembre de 1942 y se completaron en diciembre. Pronto se comprobó que era demasiado pequeño, por lo que se añadió al contrato de arrendamiento una parcela adyacente de 0,85 acres (0,34 ha) , en la que se construyó un anexo de 30 000 pies cuadrados (2800 m² ) , que se terminó en noviembre de 1943. Posteriormente, se realizaron importantes trabajos en el sistema de ventilación para que el laboratorio pudiera trabajar con plutonio de forma más segura. Un terreno que contenía una fábrica de hielo y establos propiedad de la universidad de Chicago se puso a disposición en abril de 1943. Conocido como Sitio B, fue remodelado para proporcionar 5822 m² (62 670 pies cuadrados ) de laboratorios y talleres para los grupos de salud y metalurgia. El arsenal del 124.º Regimiento de Artillería de Campaña fue arrendado al estado de Illinois para proporcionar más espacio en marzo de 1944, y se arrendaron o construyeron aproximadamente 33 000 m² (360 000 pies cuadrados ) de espacio , a un costo de 2 millones de dólares. [ 29 ]      

Por razones de seguridad, no era conveniente ubicar las instalaciones para experimentos con reactores nucleares en la densamente poblada Chicago. [ 30 ] Compton seleccionó un sitio en el Bosque Argonne , parte del Distrito de Reservas Forestales del Condado de Cook , a unos 32 km (20 millas ) al suroeste del centro de Chicago, conocido como ' Sitio A '. [ 30 ] El Departamento de Guerra arrendó 440 hectáreas (1088 acres) de terreno al Condado de Cook por la duración de la guerra más un año por un dólar. La construcción de las instalaciones, incluidos laboratorios, edificios de servicio y una carretera de acceso, comenzó en septiembre de 1942 y se completó a principios de 1943. [ 31 ] Compton nombró a Fermi como el primer director del Laboratorio Argonne. [ 25 ]  

desarrollo de reactores

Pila de Chicago-1

El estadio Stagg Field de la Universidad de Chicago fue demolido en 1957.

Entre el 15 de septiembre y el 15 de noviembre de 1942, grupos dirigidos por Herbert L. Anderson y Walter Zinn construyeron dieciséis reactores experimentales (conocidos en ese entonces como "pilas") bajo las gradas de Stagg Field. [ 32 ] Fermi diseñó una nueva pila de uranio y grafito que podía alcanzar la criticidad en una reacción nuclear controlada y autosostenida . [ 33 ] La construcción en Argonne se retrasó debido a la dificultad de Stone & Webster para reclutar suficientes trabajadores calificados y obtener los materiales de construcción necesarios. Esto provocó un conflicto laboral, con trabajadores sindicalizados tomando medidas contra la contratación de mano de obra no sindicalizada. [ 34 ] Cuando quedó claro que los materiales para la nueva pila de Fermi estarían disponibles antes de que se completara la nueva estructura, Compton aprobó una propuesta de Fermi para construir la pila bajo las gradas de Stagg Field. [ 35 ]

La construcción del reactor, conocido como Chicago Pile-1 (CP-1), comenzó la mañana del 16 de noviembre de 1942. [ 36 ] El trabajo se llevó a cabo en turnos de doce horas, con un turno diurno a cargo de Zinn y un turno nocturno a cargo de Anderson. [ 37 ] Una vez completada, la estructura de madera sostenía una estructura de forma elíptica, de 6,1 m (20 pies ) de altura, 1,8 m (6 pies) de ancho en los extremos y 7,6 m (25 pies) de ancho en el centro. [ 38 ] Contenía 5,4 t (6 toneladas cortas) de uranio metálico, 45 t (50 toneladas cortas) de óxido de uranio y 360 t (400 toneladas cortas ) de grafito, con un costo estimado de 2,7 millones de dólares. [ 39 ] El 2 de diciembre de 1942, logró la primera reacción nuclear autosostenida controlada. [ 40 ] El 12 de diciembre de 1942, la potencia de salida del CP-1 se incrementó a 200 W, suficiente para alimentar una bombilla. Al carecer de cualquier tipo de blindaje, representaba un riesgo de radiación para todos los que se encontraban en las proximidades. Posteriormente, las pruebas continuaron con una potencia menor de 0,5 W. [ 41 ]        

Pila de Chicago-2

La operación de Chicago Pile-1 finalizó el 28 de febrero de 1943. Fue desmantelado y trasladado a Argonne, [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] donde los materiales originales se utilizaron para construir Chicago Pile-2 (CP-2). En lugar de ser esférico, el nuevo reactor se construyó en forma de cubo, de unos 25 pies (7,6 m) de altura con una base de aproximadamente 30 pies (9,1 m) cuadrados. Estaba rodeado por muros de hormigón de 5 pies (1,5 m) de espesor que actuaban como escudo contra la radiación , y con protección superior de 6 pulgadas (15 cm) de plomo y 50 pulgadas (130 cm) de madera. Se utilizó más uranio, por lo que contenía 52 toneladas cortas (47 t) de uranio y 472 toneladas cortas (428 t) de grafito. No se proporcionó un sistema de refrigeración ya que solo funcionaba a unos pocos kilovatios. [ 45 ] CP-2 entró en funcionamiento en marzo de 1943. [ 46 ] [ 47 ]       

Pila de Chicago-3

Pila de Chicago-3

Un segundo reactor, conocido como Chicago Pile-3 o CP-3, se construyó en el sitio de Argonne a principios de 1944. Este fue el primer reactor del mundo en utilizar agua pesada como moderador de neutrones . No había estado disponible cuando se construyó el CP-1, pero ahora estaba disponible en cantidad gracias al Proyecto P-9 del Proyecto Manhattan . [ 48 ] El reactor era un gran tanque de aluminio, de 1,8 m (6 pies) de diámetro, que estaba lleno de agua pesada, que pesaba aproximadamente 6,5 toneladas cortas (5,9 t) . La tapa estaba perforada por agujeros espaciados regularmente a través de los cuales 121 barras de uranio revestidas de aluminio se proyectaban hacia el agua pesada. El tanque estaba rodeado por un reflector de neutrones de grafito , que a su vez estaba rodeado por un blindaje de plomo y por hormigón. El blindaje en la parte superior del reactor consistía en capas de ladrillos removibles de 30 cm (1 pie ) cuadrados compuestos de capas de hierro y masonita . El agua pesada se enfriaba con un intercambiador de calor refrigerado por agua . Además de las barras de control, había un mecanismo de emergencia para descargar el agua pesada en un tanque inferior. [ 45 ] La construcción comenzó el 1 de enero de 1944. [ 49 ] El reactor alcanzó la criticidad en mayo de 1944 y se operó por primera vez a plena potencia de 300 kW en julio de 1944. [ 45 ]    

Durante la guerra, Zinn permitió que funcionara las 24 horas del día, y su diseño facilitó la realización de experimentos. [ 50 ] Esto incluyó pruebas para investigar las propiedades de isótopos como el tritio y determinar la sección transversal de captura de neutrones de elementos y compuestos que podrían usarse para construir reactores futuros o que se encuentran en impurezas. También se utilizaron para pruebas de instrumentación y en experimentos para determinar la estabilidad térmica de los materiales y para capacitar a los operadores. [ 45 ] [ 51 ]

pilas de producción

El diseño de los reactores para la producción de plutonio implicó varios problemas, no solo en física nuclear sino también en ingeniería y construcción. Cuestiones como el efecto a largo plazo de la radiación en los materiales recibieron considerable atención del Laboratorio Metalúrgico. [ 52 ] Se consideraron dos tipos de reactores: homogéneos, en los que el moderador y el combustible se mezclaban, y heterogéneos, en los que el moderador y el combustible se disponían en una configuración reticular. [ 53 ] A finales de 1941, el análisis matemático demostró que el diseño reticular tenía ventajas sobre el tipo homogéneo, por lo que se eligió para el CP-1 y también para los reactores de producción posteriores. Para el moderador de neutrones, se eligió el grafito en función de su disponibilidad en comparación con el berilio o el agua pesada. [ 54 ]

Nuevo edificio de Química en el campus de la Universidad de Chicago. La torre gótica de Stagg Field apenas se distingue al fondo a la izquierda.

La decisión sobre qué refrigerante utilizar generó un debate más amplio. La primera opción del laboratorio metalúrgico fue el helio , ya que podía funcionar tanto como refrigerante como moderador de neutrones. No se pasaron por alto las dificultades de su uso. Se requerirían grandes cantidades y tendría que ser muy puro, sin impurezas que absorbieran neutrones . Se necesitarían sopladores especiales para hacer circular el gas a través del reactor y habría que resolver el problema de las fugas de gases radiactivos. Ninguno de estos problemas se consideró insuperable. La decisión de utilizar helio se comunicó a DuPont , la empresa responsable de la construcción de los reactores de producción, y fue aceptada inicialmente. [ 55 ]

A principios de 1943, Wigner y su Grupo Teórico, integrado por Alvin Weinberg , Katharine Way , Leo Ohlinger, Gale Young y Edward Creutz, elaboraron un diseño para un reactor de producción con refrigeración por agua. [ 56 ] La elección del agua como refrigerante fue controvertida, ya que se sabía que absorbía neutrones, reduciendo así la eficiencia del reactor. Sin embargo, Wigner confiaba en que los cálculos de su grupo eran correctos y que, con el grafito y el uranio más puros disponibles en ese momento, el agua funcionaría, mientras que las dificultades técnicas que implicaba el uso de helio como refrigerante retrasarían el proyecto. [ 57 ]

El diseño empleaba una fina capa de aluminio para proteger el uranio de la corrosión causada por el agua de refrigeración. Cilindros de uranio con revestimiento de aluminio se introducían a través de canales en el reactor y caían por el otro lado a un estanque de refrigeración. Una vez que la radiactividad disminuía, se retiraban los cilindros y se extraía el plutonio. [ 58 ] Tras revisar ambos diseños, los ingenieros de DuPont eligieron el refrigerado por agua. [ 59 ] En 1959, se concedió una patente para el diseño del reactor a nombre de Creutz, Ohlinger, Weinberg, Wigner y Young. [ 60 ]

El uso de agua como refrigerante planteó el problema de la corrosión y oxidación de los tubos de aluminio. El Laboratorio Metalúrgico probó varios aditivos en el agua para determinar su efecto. Se encontró que la corrosión se minimizaba cuando el agua era ligeramente ácida, por lo que se añadió ácido sulfúrico diluido al agua para darle un pH de 6,5. También se introdujeron otros aditivos como silicato de sodio , dicromato de sodio y ácido oxálico en el agua para evitar la acumulación de una película que pudiera inhibir la circulación del agua de refrigeración. [ 61 ] Los bloques de combustible se recubrieron con una camisa de aluminio para proteger el metal de 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 pudieran formarse al ser irradiados. Se eligió el aluminio porque el revestimiento debía transmitir calor pero no absorber demasiados neutrones. [ 62 ] Se prestó especial atención al proceso de enlatado de aluminio, ya que los fragmentos rotos podían obstruir o dañar los canales del reactor, y los orificios más pequeños podían liberar gases radiactivos. El Laboratorio Metalúrgico investigó los regímenes de producción y prueba para el proceso de enlatado. [ 61 ]

Un área importante de investigación se centró en el efecto Wigner . [ 63 ] Bajo el bombardeo de neutrones, los átomos de carbono en el moderador de grafito pueden ser expulsados ​​de la estructura cristalina del grafito. Con el tiempo, esto provoca que el grafito se caliente y se hinche. [ 64 ] La investigación del problema ocupó la mayor parte de 1946 antes de que se encontrara una solución. [ 65 ]

Química y metalurgia

Laboratorio en el nuevo edificio de química de la Universidad de Chicago.

El trabajo metalúrgico se centró en el uranio y el plutonio. Aunque se había descubierto más de un siglo antes, se sabía poco sobre el uranio, como lo demuestra el hecho de que muchas referencias daban una cifra para su punto de fusión que difería en casi 500 °F (280 °C) . Edward Creutz lo investigó y descubrió que, en el rango de temperatura adecuado, el uranio podía ser martillado, laminado y estirado en las barras requeridas por el diseño del reactor de producción. Se descubrió que cuando se cortaba el uranio, las virutas estallaban en llamas. En colaboración con Alcoa y General Electric , el Laboratorio Metalúrgico ideó un método para soldar la cubierta de aluminio al lingote de uranio. [ 66 ]  

Presionados para encontrar una fuente de uranio procesado, en abril de 1942 Compton, Spedding y Hilberry se reunieron con Edward Mallinckrodt en la sede de su empresa química en San Luis, Misuri. La empresa ideó e implementó una novedosa técnica de procesamiento de uranio utilizando éter, presentó materiales de prueba exitosos a mediados de mayo, suministró el material para la primera reacción autosostenida en diciembre y había satisfecho la totalidad del pedido del proyecto de las primeras sesenta toneladas antes de la firma del contrato. [ 67 ]

La metalurgia del plutonio era completamente desconocida, ya que había sido descubierto recientemente. En agosto de 1942, el equipo de Seaborg aisló químicamente la primera cantidad significativa de plutonio a partir de uranio irradiado en el Laboratorio Jones. [ 68 ] [ 69 ] Hasta que se dispuso de reactores, se produjeron cantidades minúsculas de plutonio en el ciclotrón de la Universidad de Washington en San Luis . [ 70 ] La división de química trabajó con DuPont para desarrollar el proceso de fosfato de bismuto utilizado para separar el plutonio del uranio. [ 49 ]

Salud y seguridad

Los peligros del envenenamiento por radiación se habían hecho bien conocidos debido a la experiencia de los pintores de esferas de radio . Cuando se confirmó que los reactores nucleares implicarían materiales radiactivos a gran escala, surgió una considerable preocupación por los aspectos de salud y seguridad. Robert S. Stone, quien había trabajado con Ernest Lawrence en la Universidad de California, fue contratado para dirigir el programa de salud y seguridad del Proyecto Metalúrgico. Simeon Cutler, radiólogo, asumió la responsabilidad de la seguridad radiológica en Chicago, antes de pasar a dirigir el programa en el Sitio de Hanford . Groves nombró a Stafford L. Warren, de la Universidad de Rochester, como jefe de la Sección Médica del Proyecto Manhattan. Con el tiempo, el estudio de los efectos biológicos de la radiación adquirió mayor importancia. Se descubrió que el plutonio, al igual que el radio, se acumulaba en los huesos , lo que lo hacía especialmente peligroso. [ 71 ]

La División de Salud del Laboratorio Metalúrgico estableció estándares para la exposición a la radiación. Los trabajadores eran examinados rutinariamente en las clínicas de la Universidad de Chicago, pero esto podía ser demasiado tarde. Se adquirieron dosímetros personales de fibra de cuarzo , así como dosímetros de película , que registraban la dosis acumulada. [ 72 ] La División de Salud de Stone trabajó en estrecha colaboración con el Grupo de Instrumentación de William P. Jesse en la División de Física para desarrollar detectores, incluidos contadores Geiger portátiles . Herbert M. Parker creó una métrica para la exposición a la radiación que denominó equivalente roentgen hombre o rem. Después de la guerra, este reemplazó al roentgen como medida estándar de exposición a la radiación. [ 73 ] El trabajo para evaluar la toxicidad del plutonio comenzó cuando la planta semi-fábrica de plutonio en Clinton Engineer Works comenzó a producirlo en 1943. El proyecto estableció un límite de 5 microgramos (μg) en el cuerpo, y las prácticas laborales y los lugares de trabajo en Chicago y Clinton se modificaron para garantizar que se cumpliera este estándar. [ 74 ]

Actividades posteriores

Durante 1943 y 1944, el Laboratorio Metalúrgico se centró primero en poner en marcha el reactor de grafito X-10 en Clinton Engineer Works, y luego el reactor B en el sitio de Hanford. A finales de 1944, el enfoque cambió a la capacitación de operadores. Gran parte de la división de química se trasladó a Oak Ridge en octubre de 1943, [ 49 ] y muchos empleados fueron transferidos a otros sitios del Proyecto Manhattan en 1944, particularmente Hanford y Los Alamos. Fermi se convirtió en jefe de división en Los Alamos en septiembre de 1944, y Zinn se convirtió en director del Laboratorio Argonne. Allison lo siguió en noviembre de 1944, llevándose consigo a muchos de los empleados del Laboratorio Metalúrgico, incluyendo a la mayor parte de la sección de instrumentación. Fue reemplazado por Joyce C. Stearns . [ 75 ] Farrington Daniels , [ 76 ] quien se convirtió en director asociado el 1 de septiembre de 1944, [ 75 ] sucedió a Stearns como director el 1 de julio de 1945. [ 77 ]

El emplazamiento del arsenal del 124.º Regimiento de Artillería de Campaña en 2006.

En la medida de lo posible, la Universidad de Chicago intentó recontratar a los trabajadores que habían sido transferidos del Laboratorio Metalúrgico a otros proyectos una vez finalizado su trabajo. [ 22 ] Reemplazar al personal era casi imposible, ya que Groves había ordenado una congelación de personal. La única división que creció entre noviembre de 1944 y marzo de 1945 fue la división de salud; todas las demás perdieron el 20 por ciento o más de su personal. [ 75 ] De un máximo de 2008 empleados el 1 de julio de 1944, el número de personas que trabajaban en el Laboratorio Metalúrgico se redujo a 1444 el 1 de julio de 1945. [ 26 ]

El fin de la guerra no puso fin al flujo de salidas. Seaborg se marchó el 17 de mayo de 1946, llevándose consigo gran parte de lo que quedaba de la división de química. El 11 de febrero de 1946, el Ejército llegó a un acuerdo con el rector de la universidad, Robert Hutchins, para que el personal y el equipo del Proyecto Metalúrgico fueran asumidos por un laboratorio regional con sede en Argonne, que la universidad aún administra. [ 78 ] El 1 de julio de 1946, el Laboratorio Metalúrgico se convirtió en el Laboratorio Nacional de Argonne , el primer laboratorio nacional designado , [ 79 ] con Zinn como su primer director. [ 80 ] El nuevo laboratorio contaba con 1278 empleados el 31 de diciembre de 1946, [ 76 ] cuando finalizó el Proyecto Manhattan y la responsabilidad de los laboratorios nacionales pasó a la Comisión de Energía Atómica , [ 81 ] que reemplazó al Proyecto Manhattan el 1 de enero de 1947. [ 82 ] El trabajo del Laboratorio Metalúrgico también condujo a la fundación del Instituto Enrico Fermi , así como del Instituto James Franck , en la Universidad de Chicago. [ 79 ]

Los pagos realizados a la Universidad de Chicago en virtud del contrato original sin fines de lucro del 1 de mayo de 1943 ascendieron a un total de 27.933.134,83 ​​dólares, que incluían 647.671,80 dólares en costos de construcción y remodelación. El contrato expiró el 30 de junio de 1946 y fue reemplazado por un nuevo contrato, que finalizó el 31 de diciembre de 1946. Se pagaron otros 2.756.730,54 dólares en virtud de este contrato, de los cuales 161.636,10 dólares se destinaron a construcción y remodelación. Se pagaron 49.509,83 dólares adicionales a la Universidad de Chicago para la restauración de sus instalaciones. [ 83 ]

En 1974, el gobierno de los Estados Unidos comenzó a limpiar los antiguos sitios del Proyecto Manhattan bajo el Programa de Acción Correctiva de Sitios Anteriormente Utilizados (FUSRAP). Esto incluyó aquellos utilizados por el Laboratorio Metalúrgico. Stagg Field había sido demolido en 1957, pero 23 ubicaciones en el Laboratorio Kent fueron descontaminadas en 1977, y otras 99 en los Laboratorios Eckhart, Ryerson y Jones en 1984. Aproximadamente 600 pies cúbicos (17 m³ ) de residuos sólidos y tres bidones de 55 galones de residuos líquidos fueron recolectados y enviados a varios sitios para su eliminación. [ 84 ] La Comisión de Energía Atómica rescindió su contrato de arrendamiento en el sitio de Armory en 1951, y fue devuelto al estado de Illinois. Las pruebas realizadas en 1977, 1978 y 1987 indicaron niveles residuales de radiactividad que superaban las directrices del Departamento de Energía , por lo que se llevó a cabo la descontaminación en 1988 y 1989, tras lo cual el sitio fue declarado apto para su uso sin restricciones. [ 85 ] 

Notas

  1. ↑ Rhodes 1986 , págs. 256–263.
  2. ↑ Jones 1985 , págs. 8–10.
  3. ↑ The Atomic Heritage Foundation. "Carta de Einstein a Franklin D. Roosevelt" . Archivado del original el 27 de octubre de 2012. Consultado el 26 de mayo de 2007 .
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  • Instalaciones emblemáticas del Proyecto Manhattan
  • Vídeo de las gradas occidentales de Stagg Field, el Instituto para el Estudio de los Metales (Laboratorio Metalúrgico), Enrico Fermi y un experimento activo utilizando CP-1.