El 2 de diciembre de 1942, el hombre inició una reacción en cadena nuclear automantenida .

Indice



Martin Klaproth y el desubrimiento del uranio.

El uranio fue descubierto en 1789 por el químico alemán Martin Klaproth mientras analizaba las muestras de minerales de las minas de plata Joachimsal en la actual República Checa. Además de su valor para los químicos, el único uso significativo para el uranio a lo largo de la década de 1800 fue colorear vidrio y cerámica. Se usaron compuestos de uranio para dar a los jarrones y cristalería decorativa un color amarillo verdoso. Los esmaltes de cerámica que van desde el naranja al rojo brillante se utilizaron en artículos tan variados como vajilla doméstica y decoraciones arquitectónicas.

Henri Becquerel y las propiedades radiactivas del uranio.

En 1896, Henri Becquerel estaba utilizando minerales naturalmente fluorescentes para estudiar las propiedades de los rayos X, que habían sido descubiertos en 1895 por Wilhelm Roentgen. Expuso el uranil sulfato de potasio a la luz solar y luego lo colocó en placas fotográficas envueltas en papel negro, creyendo que el uranio absorbía la energía del sol y luego la emitía como rayos X. Esta hipótesis fue refutada los días 26-27 de febrero, cuando su experimento "falló" porque estaba nublado en París. Por alguna razón, Becquerel decidió desarrollar sus placas fotográficas de todos modos. Para su sorpresa, las imágenes eran fuertes y claras, lo que demostraba que el uranio emitía radiación sin una fuente externa de energía como el sol. Becquerel descubrió la radioactividad.

En 1899, [1] Giesel mostró que los rayos de las sustancias radioactivas contienen una porción desviable por el imán. Y poco después Becquerel y los Curie demostraron que los rayos Becquerel son heterogéneos, una parte se desvia y el otro es no desviable. En la imagen que representa los rayos de radio que pasan a través de una rendija en un campo magnético se nota que mientras una porción continúa recta en, la otra parte se desvía hacia la derecha y se difunde. la última conclusión sobre el tema fue dada por el profesor Rutherford, de Montreal, durante el mismo año. El clasifica a los rayos de Becquerel, emitidos por el radio  y que demostraron ser compuesto, a partir de tres tipos; primero, los rayos alfa, que son muy débilmente penetrante y que, por lo tanto, son fácilmente absorbidos por capas de materia; constituyen por mucho la mayor parte de todos rayos radioactivos; segundo, los rayos beta, que están cargados negativamente partículas que se mueven con una alta velocidad y que son en todos los aspectos como los rayos de Crookes ordinarios y tercero, los rayos gamma, que son no desviado por un campo magnético y sin embargo, que son muy penetrantes. Mientras que, por ejemplo, los rayos alfa no penetren una placa de aluminio de 5x^10-5 centímetros de espesor, los rayos beta penetrarán una placa de 5x10^-2 centimetros y los rayos gamma pueden penetrar una placa de 8 centímetros de espesor; estos espesores se requieren en cada caso para reducir los rayos a la mitad de su intensidad original.

 

 

 

Becquerel utilizó un aparato similar al que se muestra como el indicado en el dibujo anterior, para mostrar que la radiación que descubrió no podía ser rayos X. Los rayos X son neutrales y no se pueden doblar en un campo magnético. La nueva radiación fue doblada por el campo magnético de modo que la radiación debe ser cargada y diferente a los rayos X. Cuando se colocaron diferentes sustancias radiactivas en el campo magnético, se desviaron en diferentes direcciones o no se desplegaron en absoluto, lo que demuestra que había tres clases de radioactividad: negativa, positiva y eléctricamente neutra.


En 1900, los Curie y Becquerel estaban estudiando la radioactividad (Rutherford estaba en Canadá, acababa de mudarse a la Universidad McGill en Montreal.) y tuvieron ocasión de determinar si los rayos alfa viajaban en linea recta. Tomó un poco de polonio, descubierto por Pierre y Marie Curie y lo convirtió en una fuente de línea recta. Luego usó este rayo largo y estrecho de rayos alfa para hacer una fotografía de un cable. Descubrió que las sombras tenían bordes filosos, incluso cuando los rayos alfa habían atravesado una delgada película de aluminio.

Marie Curie dio la interpretación del experimento. Ella dijo que esto mostraba que las partículas alfa no estaban dispersas.

En 1903 y Rutherford anuncia que ha logrado doblar partículas alfa con un campo magnético y eléctrico. Becquerel, usando sus diferentes técnicas, verifica y confirma los resultados de Rutherford.

Lo que hace Becquerel es apuntar su fuente radiactiva, radio,y también polonio a una rendija estrecha con una placa fotográfica en el otro lado. Por supuesto, sin campo magnético, obtiene una imagen nítida de la ranura estrecha, directamente en línea con la fuente de radio.

Cuando encendió el campo magnético, obtuvo el resultado de Rutherford, es decir, las partículas alfa dobladas en el campo magnético.

Becquerel también invirtió la dirección del campo magnético durante la exposición y obtuvo una imagen doble.





James Chadwick.

Rutherford había descubierto el núcleo atómico en 1911 y había observado el protón en 1919. Sin embargo, parecía que debía haber algo en el núcleo además de protones. Por ejemplo, se sabía que el helio tenía un número atómico de 2 pero un número de masa de 4. Algunos científicos pensaron que había protones adicionales en el núcleo, junto con una cantidad igual de electrones para anular la carga adicional. En 1920, Rutherford propuso que un electrón y un protón podrían combinarse para formar una nueva partícula neutra, pero no había evidencia real de esto, y la partícula neutral propuesta sería difícil de detectar.

Chadwick continuó trabajando en otros proyectos, pero siguió pensando sobre el problema. Alrededor de 1930, varios investigadores, incluido el físico alemán Walter Bothe y su estudiante Becker habían comenzado a bombardear el berilio con partículas alfa de una fuente de polonio y estudiar la radiación emitida por el berilio como resultado. Algunos científicos pensaron que esta radiación altamente penetrante emitida por el berilio consistía en fotones de alta energía. Chadwick había notado algunas características extrañas de esta radiación, y comenzó a pensar que podría consistir en partículas neutras como las que Rutherford había propuesto.

Un experimento en particular le llamó la atención: Frédéric e Irène Joliot-Curie habían estudiado la radiación no identificada entonces del berilio cuando alcanzaba un objetivo de cera de parafina. Ellos encontraron que esta radiación golpeaba protones que se soltaban de los átomos de hidrógeno en dicho objetivo y esos protones retrocedieron con velocidad muy alta.

Ver cámara de ionizacion[12]

Frederic e Irene Joliot descubrieron en 1932 que, aunque esta radiación podía pasar a través de gruesas láminas de plomo, se detenía con agua o cera de parafina. Descubrieron que se emitían grandes cantidades de protones muy energéticos de la parafina cuando absorbía la radiación. Los Joliot supusieron que la radiación debe ser una forma extremadamente energética de radiación gamma.En el mismo año, el físico inglés James Chadwick demostró teóricamente que los rayos gamma producidos por un bombardeo de Be no tendrían energía suficiente para expulsar a los protones de la parafina, y ese impulso no podría conservarse en una colisión entre rayos gamma. y un protón.

Chadwick repitió los experimentos de Joliot muchas veces. Midió la energía de la radiación emitida por el Be y las energías y por lo tanto las velocidades de los protones que provienen de la parafina. Sobre la base de su gran poder de penetración, Chadwick propuso que la radiación emitida por el Be era un nuevo tipo de partícula neutra: el neutrón, como propuso originalmente Rutherford. Luego aplicó la conservación de las leyes de energía y momento a sus resultados experimentales y mostró que las partículas emitidas por el Be tenían que ser partículas neutras con aproximadamente la misma masa que el protón. Chadwick había descubierto el neutrón.

Chadwick explicó el proceso que ocurre en el experimento como:


Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassmann.

En diciembre de 1938, los físicos Lise Meitner y Otto Frisch hicieron un descubrimiento sorprendente que revolucionaría inmediatamente la física nuclear y conduciría a la bomba atómica. Tratando de explicar un hallazgo desconcertante hecho por el químico nuclear Otto Hahn en Berlín, Meitner y Frisch se dieron cuenta de que algo que antes se creía imposible estaba sucediendo realmente: que un núcleo de uranio se había dividido en dos.

Después de que se descubrió el neutrón en 1932, los científicos se dieron cuenta de que sería una buena prueba del núcleo atómico. En 1934, Enrico Fermi bombardeó uranio con neutrones, produciendo lo que pensó que eran los primeros elementos más pesados ​​que el uranio. La mayoría de los científicos pensaban que golpear un núcleo grande como el uranio con un neutrón solo podía inducir pequeños cambios en la cantidad de neutrones o protones. Sin embargo, Ida Noddack, señaló que Fermi no había descartado la posibilidad de que, en sus reacciones, el uranio se hubiera dividido en elementos más ligeros, aunque no propuso ningún fundamento teórico sobre cómo podría suceder eso. Su trabajo fue ignorado en gran medida, y nadie, ni siquiera la propia Noddack, siguió con la idea.

Después del trabajo de Fermi, Meitner y Hahn, junto con el químico Fritz Strassmann, también comenzaron a bombardear uranio y otros elementos con neutrones e identificar la serie de productos de descomposición. Hahn llevó a cabo el análisis químico cuidadoso; Meitner, explicó los procesos nucleares involucrados.

En diciembre de 1938, Hahn y Strassmann, continuando sus experimentos bombardeando uranio con neutrones, encontraron lo que parecían ser isótopos del bario entre los productos de descomposición. No pudieron explicarlo, ya que se pensó que un pequeño neutrón no podría causar que el núcleo se agrietara en dos para producir elementos mucho más ligeros.

El experimento se extendió en tres salas; una sala de irradiación; un laboratorio de química; y una habitación de medición. En la sala de irradiación, una muestra de uranio fue irradiada por una fuente de neutrones (una mezcla de radio y berilio), que se selló en tubos de latón y se colocó en un bloque de parafina, que ralentizó los neutrones. Los neutrones de la época eran un descubrimiento relativamente nuevo y, como tienen carga neutra, pueden interactuar con el núcleo de un átomo con menos interferencia de sus electrones y protones. Cuando los neutrones bombardearon la muestra de uranio, se produjo la fisión nuclear.

Para medir la radiactividad y las cantidades extremadamente pequeñas de sustancias radiactivas producidas, la sala de medición estaba equipada con contadores de radiactividad Geiger-Müller hechos en casa para determinar la descomposición de las cantidades extremadamente pequeñas de sustancias radiactivas producidas. Los isótopos radiactivos inestables, como el uranio utilizado en el experimento, se transmutan a lo largo del tiempo en otros elementos en un proceso conocido como descomposición. Debido a que diferentes elementos decaen a diferentes velocidades y liberan diferentes tipos de radiación, trazar la descomposición de la muestra de uranio como una curva en un gráfico ayudó a revelar el tipo de átomos presentes, y fue esencial para determinar qué elementos se produjeron a partir de la fisión nuclear. Los contadores Geiger-Müller utilizados para detectar la radiación producida fueron alimentados por grandes baterías de alto voltaje, como las indicadas en los dibujos anteriores y los impulsos transferidos a contadores mecánicos a través de amplificadores y aparatos auxiliares.

La muestra de uranio irradiado se llevó luego al laboratorio de química donde los elementos radioactivos posteriores de la fisión nuclear se aislaron utilizando métodos químicos.

En 1938, debido a la situación política prevaleciente en Alemania, la ascendencia judía de Meitner hizo que no fuera seguro para ella vivir en Berlín y huyó a Suecia. Hahn y Strassman continuaron trabajando en el experimento en curso solo. Compartieron el resultado de sus pruebas con Meitner. Ella y su sobrino, el físico Otto Frisch, fueron capaces de interpretar correctamente los datos confusos formulando hipótesis y articulando cómo los núcleos de uranio se habían dividido para formar elementos más ligeros, por ejemplo, el bario y el criptón, liberando neutrones y grandes cantidades de energía.

La hipótesis experimental de los tríos se basaba en su suposición de que un átomo se escinde de la misma manera que una gota de agua, lo que coincidía con una teoría que el famoso físico Niels Bohr había postulado en ese momento. Después de explicar correctamente a la comunidad científica que el átomo de uranio se había dividido en partes más pequeñas, su modelo proporcionó una explicación para la liberación de más neutrones, que es el requisito previo necesario para la creación de una reacción en cadena y esencial en muchas aplicaciones nucleares posteriores. . Acuñaron su proceso recién descubierto "fisión nuclear", ya que era comparable a la fisión observada en la división celular de biología.

[12]Rutherford y Geiger .

La disposición experimental de Rutherford y Geiger, para la detección de partículas alfa, utilizando un método eléctrico,  se presenta en la siguiente figura,

Fig. 3


El recipiente de detección consistía en un cilindro de latón A, del 15 al 25 cm de longitud, con un diámetro interno de  1.7 cm., con un alambre B aislado central que pasa a través de tapones de ebonita en los extremos. El alambre B se uso en la mayoría de los experimentos, con un diámetro 0.45 mm. El cilindro tenia un manómetro conectado, se extrajo el aire quedando el mismo a una  presión de 2 a 5 cm de mercurio. El alambre central estaba conectado con un par de cuadrantes de un electrómetro de Dolezalek y el tubo exterior al terminal negativo  de una batería grande de pequeño acumuladores, el otro polo del cual estaba conectado a tierra. En el corcho de ebonita C se fijó un tubo corto de vidrio D de 5 mm de diámetro interno, al final habia una abertura circular de aproximadamente 1.5 mm. diámetro.

Esta apertura, a través del cual las partículas a entraron en el recipiente de prueba, se cubrió con una delgada lámina de mica encerrada con fuerza sobre el extremo del tubo

  En la mayoría de los experimentos el grosor de la mica fue equivalente, en lo que respecta a la capacidad de detención de la partícula alfa, de aproximadamente 5 mm. de aire a presión atmosférica.

Sobre el tubo D se fijó un tubo de goma ancho, al otro extremo del cual se unió a lo largo del tubo de vidrio E de 450 cm. de longitud y 2.5 cm diámetro. Una gran llave de paso F con una abertura de 1 cm. de diámetro se fijó al final de la tubo de vidrio al lado del recipiente de detección.

El otro extremo. del tubo de vidrio largo fue cerrado por un tapón G

El procedimiento general de un experimento fue el siguiente. El voltaje aplicado al recipiente de prueba se ajustó para que la ionización en el recipiente debido a una fuente externa de  rayos gama se incrementó por colisión varios miles de veces. El tubo de radio que sirvió como fuente de rayos gama fue luego eliminado. En condiciones normales, cuando todas las fuentes externas de la ionización estaba ausente, siempre había una pequeña corriente que pasaba por el gas. Para evitar el movimiento constante de la aguja del electrómetro debido con esta causa, se permitió que la corriente se derive a través de una resistencia unida al sistema del electrómetro. Esto consistió en dos placas paralelas aisladas, la parte superior conectada con el electrómetro y la inferior con tierra. Una capa de material radioactivo se colocó en la parte inferior plato. A medida que el potencial de la aguja del electrómetro aumentaba, el equilibrio era pronto alcanzado entre la corriente suministrada al electrómetro y que que se derivó debido al gas ionizado entre las placas. Este arreglos fue de gran importancia para el éxito de los experimentos, para prácticamente para eliminar las perturbaciones debidas a los efectos electrostáticos o cambios lentos en la tension de la batería. Cualquier aumento repentino del potencial en el electrómetro, por ejemplo, que debido a la entrada de una partícula alfa en el vaso detector, luego se manifestó como un repentino movimiento en la aguja de electrómetro. La carga se derivó rápidamente y en unos pocos segundos y la aguja estaba nuevamente en reposo en su posición anterior.



1939 Producción de neutrones en uranio bombardeado por neutrones . 

Alrededor del año 1939, se produjo una gran cantidad de investigaciones con el uranio, algunas de cuáles serán presentadas a continuación.

The Fission of Uranium.

H. L. ANDERSON E. T. BOOTH J. R. DUNNING E. FERMI G. N. GLASOE F. G. SLACK

Pupin Physics Laboratories, Columbia University, New York, New York, February 16, 1939.

 

Algunos de los experimentos que se han llevado a cabo sobre el proceso de fisión del núcleo de uranio por bombardeo de neutrones. El fenómeno fue descubierto por Hahn y Strassmann, quienes fueron guiados por evidencia química sospecharon la posibilidad de la división del núcleo de uranio en dos partes aproximadamente iguales. El profesor Bohr, informó de estos resultados.

Segun sugerencias de Meitner y Frisch de que el proceso debería estar relacionado con la liberación de energía del orden de 200 Mev. Valía la pena intentar la detección de los fragmentos por su alta ionización. El interior de una cámara de ionización de placa paralela estaba recubierta con una fina capa de óxido de uranio. Cuando esta cámara se conectó a un amplificador lineal, se observó un gran número de pequeños pulsos de las partículas alfa de uranio, pero cuando se los expuso al bombardeo de neutrones del ciclotrón o de una fuente de Rn-Be, radón- berilio, también se produjeron pulsos de gran tamaño. Se suponia que la liberación de energía en la fisión es de aproximadamente 200 Mev, y que los dos fragmentos pueden tener masas algo diferentes, entonces se pueden esperar fragmentos con energías de hasta 120 o 130 Mev en algunos casos.

Después de que se realizó este experimento, el profesor Bohr recibió un cable del Dr. Frisch que decía que había obtenido los mismos resultados algunos días antes. Se realizaron varios experimentos, el interior de una cámara de ionización se recubrió, mediante deposición electrolítica, con una capa de óxido de uranio, de modo que se pudieron observar todos los procesos de fisión. Para conocer el número de neutrones, se utilizó una fuente de intensidad conocida como el    Rn-Be en una posición dentro de un bloque de parafina. Para obtener las contribuciones de los neutrones térmicos solamente, se midió la diferencia en el número de fisiones, con y sin un absorbedor de cadmio. Estos experimentos dieron una emision de neutrones térmicos para el proceso de fisión. Mediante el uso de una cámara similar con un revestimiento de óxido de uranio más grueso, los cambios en la actividad de fisión debidos a la interposición de los filtros de cadmio y boro se determinaron y compararon con los obtenidos cuando la misma cámara se cubrió con boro en lugar de uranio. Dentro de los límites del error experimental, el comportamiento de los neutrones lentos de los absorbedores para el proceso de fisión y para la desintegración del boro fue el mismo.

AUGUST 1, 1939 PHYSICAL REVIEW VOLUME 56

Neutron Production and Absorption in Uranium

H. L. ANDERSON, E. FERMI AND LEO SZILARD Columbia University, New York, New York (Received July 3, 1939)

Enrico Fermi  fue un físico italo-estadounidense y creador del primer reactor nuclear del mundo, el Chicago Pile. Ha sido llamado el "arquitecto de la era nuclear" y el "arquitecto de la bomba atómica".  Fue uno de los pocos físicos de la historia en sobresalir teórica y experimentalmente. Fermi tenía varias patentes relacionadas con el uso de la energía nuclear, y recibió el Premio Nobel de Física de 1938 por su trabajo sobre la radiactividad inducida por bombardeo de neutrones y el descubrimiento de elementos transuránicos. Hizo contribuciones significativas al desarrollo de la teoría cuántica, la física nuclear y de partículas, y la mecánica estadística.

Leo Szilard  fue un físico e inventor conocido por haber desempeñado un papel fundamental en la concepción del reactor nuclear y por ser un actor clave en la creación del Proyecto Manhattan que más tarde construiría la bomba atómica. Se le atribuye haber descubierto la reacción nuclear en cadena en 1933, así como una patente similar del reactor nuclear con Enrico Fermi en 1939. En general, Szilard fue parte de muchos hitos en la tecnología nuclear.

Herbert Lawrence Anderson fue un físico nuclear estadounidense que contribuyó al Proyecto Manhattan. También fue miembro del equipo que hizo la primera demostración de fisión nuclear en los Estados Unidos, en el sótano de Pupin Hall en la Universidad de Columbia. Participó en la primera prueba de la bomba atómica, con el nombre en código Trinity.

Se descubio que existe una abundante emisión de neutrones del uranio bajo la acción de neutrones lentos, y se determino si el número de neutrones emitidos excede el número absorbido y en qué medida. Esto se investigo colocando una fuente de neutrones en el centro de un gran tanque de agua y comparando, con y sin uranio en el agua, el número de neutrones térmicos presentes en el agua. Para medir el número de neutrones térmicos en el agua, se lleno el tanque con una solución de MnS04. La actividad inducida en el manganeso es proporcional a la cantidad de neutrones térmicos presentes. Se realizó un promedio físico agitando la solución antes de medir la actividad de una muestra con una cámara de ionización. Para obtener un efecto de magnitud suficiente, se usaron aproximadamente 200 kg de U3 O8, oxido de uranio. La disposición experimental se muestra en la siguiente figura,

Sección horizontal a través del centro del tanque cilíndrico que está lleno con 540 litros de 10 por ciento Solución MnSO4. En el siguiente dibujo A es una fuente de foto-neutrón compuesta de 2.3 gramos de radio y 250 gramos de berilio. B, una de 52 latas cilíndricas de 5 cm de diámetro y 60 cm de altura, que están vacías o llenas de óxido de uranio.




 

A partir de este resultado, podemos concluir que una reacción en cadena nuclear podría mantenerse en un sistema en el que los neutrones se ralentizan sin mucha absorción hasta que alcanzan las energías térmicas y luego son absorbidos mayormente por el uranio en lugar de por otro elemento.

THE PHYSICAL REVIEW A Journal of Experimental and Theoretical Physics Established by E. L. Nichols in 1893

VOL. 56, No. 7 OCTOBER 1, 1939 SECOND SERIES

Emission of Neutrons by Uranium

W. H. ZINN, City College, The College of the City of New York, New York

LEO SZILARD, Pupin Physics Laboratories, Columbia University, New York, New York (Received August 14, 1939)


El primer reactor.

Principio del reactor nuclear.

Con este experimento se trata de realizar una reacción en cadena donde el primer átomo de uranio se divide para separase en do átomos y esta reacción emitía más neutrones que volvían a repetir el proceso, como se indica a continuación en forma muy esquemática,

El 27 de febrero de 1939, Walter H. Zinn y Leo Szilard, trabajando en la Universidad de Columbia, realizaron experimentos para determinar el número de neutrones emitidos por el uranio al fisionarse. De igual forma Fermi ,Herbert L. Anderson y H. B. Hanstein investigaron idéntico problema. Estos experimentos se publicaron casi al mismo tiempo en la publicación, Physical Review , describiendo que se podía producirse una reacción en cadena, porque el uranio emitía neutrones al fisionarse.

Los trabajos de Fermi, Zinn, Szilard, Anderson y Hanstein llevaron importantísimos progresos hacia la realización de una reacción en cadena.

Se descubrimiento el plutonio en el Radiation Laboratory de Berkeley California, en marzo de 1940, que dio un nuevo impulso a la construcción de un reactor de uranio. El plutonio, se formaba al capturar el uranio-238 un neutrón y sufrir subsiguientemente dos modificaciones sucesivas de su estructura atómica con la emisión de partículas beta. Se pensaba que el plutonio era fisionable como el uranio-235, isótopo poco común del uranio.

Fermi y Zinn, trabajaron en la Universidad de Columbia diseñando un reactor en el que se pudieran realizar las reacciones en cadena del uranio.

El moderador nuclear, podría ser el agua,  el agua pesada, el grafito y el sodio metálico. Realizan la función de frenar la velocidad de los neutrones producidos por la fisión, para que tengan puedan interactuar con otros átomos fisionables y mantener la reacción, a menor velocidad del neutrón, mayor probabilidad de fisionar con otros núcleos del combustible en los reactores que usan uranio 235.

 Había que encontrar un moderador que redujese la velocidad de los neutrones, que se desplazan a velocidades elevadas. Se iniciaron experimentos con uranio para medir el factor de reproducción, denominado "k", que era un punto muy importante en el problema de la reacción en cadena. Se debía conseguir que ese factor fuera mayor que l, para lograr una reacción en cadena con una masa de material de dimensiones realistas. Si ese factor fuera inferior a la unidad, no podría producirse la reacción en cadena.

Las impurezas del uranio y del moderador capturarían neutrones, arruinando  nuevas reacciones y habría neutrones que se escaparían de la pila sin encontrar en su camino átomos de uranio-235, no se tenía la seguridad si podría conseguirse que el valor de "k" fuera superior a la unidad.


El experimento.

Alrededor de las 8:30 de la mañana del miércoles 2 de diciembre, el grupo que debía realizar el experimento, comenzó a reunirse en la cancha de squash.

En el extremo norte de la cancha de squash había un balcón de unos diez pies sobre el piso de la cancha. Fermi, Zinn, Anderson y Compton estaban agrupados alrededor de los instrumentos en el extremo este del balcón. El resto de los observadores abarrotaron el pequeño balcón. R. G. Nobles, uno de los jóvenes científicos que trabajaron en la pila, lo cuenta de esta manera: "El armario de control era rodeado por todas las personas que tuvieron que retroceder"

En el piso de la cancha de squash, justo debajo del balcón, estaba George Weil, cuyo deber era manejar las barras de control final. En la pila había tres juegos de barras de control. Un juego era automático y se podía controlar desde el balcón. Otra era una barra de seguridad de emergencia. Unido a un extremo de esta varilla había una cuerda que conducía a la misma a la pila y por su peso podía introducirse rápidamente.

La barra fue retirada de la pila, que estaba atada por otra cuerda al balcón. Hilberry estaba listo para cortar esto cuerda con un hacha si sucedía algo inesperado, o en caso de que el sistema automático no funcionara junto con las barras de seguridad.

La tercera vara operada por Weil, fue la que realmente mantuvo la reacción bajo control, la que se podía regular a una distancia adecuada.

Dado que esta demostración era nueva y diferente de cualquier cosa hecha antes, la confianza total no se confio en las operaciones mecánicas de la barras de control. Por lo tanto, habia un "escuadrón de control de líquidos", compuesto por Harold Lichtenberger, W. Nyer y A. C. Graves, que se pararon en una plataforma sobre la pila. Estaban preparados para inundar la pila con solución de sal de cadmio en caso de falla mecánica de las barras de control.

A las 9:45, Fermi ordenó el control de la barra de control operada eléctricamente, el operador de los controles activo el interruptor para retirarla. Un pequeño motor comenzó a funcionar, todos los ojos observaron las luces que indicaban la posición de las barras. Pero rápidamente, el grupo del balcón se volvió para mirar los contadores, que comenzaron a actuar haciendo un sonido “clic” que se intensificó después de que las barras estaban afuera.

Los indicadores de estos contadores se asemejaban a la esfera de un reloj, con "manos" para indicar el recuento de neutrones. Cerca había un graficador, ver dibujo, cuyo lápiz o marcador tembloroso trazaba la actividad de neutrones  en la pila. Poco después de las diez en punto, Fermi ordenó que la varilla de emergencia, llamada"Zip" se retirara y se atara.

A las 10:37 Fermi, sin quitar la vista de los instrumentos, dijo “sacar a 13 pies,." Los contadores hicieron clic más rápido. La gráfica del marcador se movió hacia arriba. Todos los instrumentos fueron estudiados y los cálculos fueron hecho.

En unos minutos el graficador llegó al punto indicado y no se salio por encima de este nivel. Siete minutos después, Fermi ordenó sacar la vara a otro pie.

Una vez más, los contadores intensificaron sus clics, el lápiz gráficor se alzó pero el clic fue irregular. Pronto se niveló, al igual que la delgada línea de la pluma. La pila no era autosuficiente, aún. A las once en punto, la vara salió otras seis pulgadas; el resultado fue lo mismo, un aumento en la velocidad, seguido de la nivelación. Quince minutos más tarde, la barra se retiró más y a las 11:25 se movió de nuevo. Cada vez que los contadores se aceleraban, la pluma subía un poco puntos, Fermi predijo correctamente cada movimiento de los indicadores. Él sabía el tiempo estaba cerca. Quería verificar todo de nuevo.

La varilla de control automático se reinsertó sin esperar a que funcione su función automática. Los contadores se desaceleraron abruptamente. A las 11:35, la barra de seguridad automática se retiró y se instaló nuevamente. El control de la varilla se ajustó y se retiró el "Zip". Comenzaron a funcionar los contadores, haciendo clic, más rápido y más rápido. Era el chasquido de un tren rápido sobre los rieles. La pluma gráfica comenzó a subir, el pequeño grupo miraba, y esperaba, extasiado. Como por un trueno, el hechizo se rompió. Todos los hombres se congelaron, luego soltaron un suspiro de alivio cuando se vio que la varilla automática cerró de golpe. El punto de seguridad en el que la barra funcionaba automáticamente había sido establecido demasiado bajo…"Tengo hambre", dijo Fermi. "Vamos a comer."

Quizás, como un gran entrenador, Fermi sabía cuándo sus hombres necesitaban un “descanso." Fue un respiro extraño "entre medias". No habia una charla de ánimo. Hablaban de todo menos del "juego". Fermi parecía sumamente seguro. Su "equipo" volvió a la cancha de squash a las 2:00 p.m. Veinte minutos después, la barra automática fue reiniciada y Weil se paró listo en la barra de control.

"Está bien, George", llamó Fermi, y Weil movió la varilla a un punto determinado. Los espectadores reanudaron su observación y espera, miraron los contadores, observaron el gráfico, esperan a que se nivelara . Calculando la tasa de aumento de la reacción de los indicadores. A las 2:50 la barra de control salió otro otro pie, 1 pie equivale a 30.48 cm. Los contadores estaban casi atascados, el marcador se desvió del papel cuadriculado. Pero esto no fue todo. Contando las proporciones y la escala del gráfico se tuvo que  cambiar.(ver dibujo).

"Mueva seis pulgadas", dijo Fermi a las 3:20. De nuevo el cambio, pero de nuevo la nivelación. Cinco minutos después, Fermi llamó: "Saca otro pie". Weil retiró la vara. "Esto va a suceder", le dijo Fermi a Compton, parado a su lado. "Ahora se volverá autosuficiente". La traza subirá y continuará escalada. No se nivelará ". Fermi calculó la tasa de aumento de los recuentos de neutrones durante un período de un minuto. En silencio, sombrío, repasó algunos cálculos en su regla de cálculo.

En el fondo se podía escuchar a Wilcox que avisa al recuento de neutrones sobre un sistema anunciador. Leona Marshall, la única chica presente, Anderson y William Sturm estaban escribiendo las lecturas de los instrumentos. En este momento, el clic de los contadores fue demasiado rápido para el oído humano. El click-clic ahora era un brrrrr constante. Fermi, indiferente, tranquilo, continuó sus cálculos.

La curva es exponencial.

"No pude ver los instrumentos", dijo Weil. "Tuve que mirar a Fermi cada segundo, esperaba. Su rostro estaba inmóvil. Sus ojos volaron desde un dial a otro. Su expresión era tan tranquila

Pero de repente, su todo el rostro se rompió en una amplia sonrisa ". Fermi cerró su regla de calculo"La reacción es autosuficiente", anunció en voz baja, feliz. "La curva es exponencial ".

El grupo observó tensamente durante veintiocho minutos mientras el primer reactor del mundo era operado. El movimiento hacia arriba de la pluma estaba dejando una línea recta. "O.K., 'Zip' adentro", llamó Fermi a Zinn que controlaba esa vara, el tiempo era 3:53 p.m. Bruscamente, los contadores se ralentizaron, el marcador se deslizó hacia abajo a través del papel. Todo había terminado. El hombre había iniciado una reacción nuclear autosostenible, y luego se detuvo.

El siguiente grafico es una indicación de todo el proceso





El material de control es el cadmio o boro, que hace que la reacción en cadena se pare. Son muy buenos absorbentes de neutrones, se utilizaron en forma de barras o bien disuelto en una solución, como se muestra en el siguiente dibujo,

A continuación se mostrara algunos sistemas utilizados durante la experiencia, usados en la década de 1940, como el registrador gráfico y la regla de calculo.

 



Construyendo la pila.

Aunque el equipo de Fermi estaba involucrado en el mayor proyecto secreto de la Segunda Guerra Mundial, discutieron cuestiones técnicas debajo de un árbol, que consideraron a salvo de los espías. A la mitad del día en que produjeron la primera reacción en cadena, tomaron un almuerzo habitual en Hutchinson Commons.

"No se imaginan que pudieron lograr una reacción en cadena en el primer intento", dice Roger Hildebrand, "Construyeron y reconstruyeron montones de uranio, óxido de uranio y grafito 30 veces antes de estar listos para la prueba final".

Chicago Pile Number One, o CP-1 para abreviar, constaba de 40,000 bloques de grafito que incluían 19,000 piezas de uranio metálico y combustible de óxido de uranio. Los científicos de lo que entonces se llamaba Laboratorio Metalúrgico, o "Met Lab", habían dispuesto el grafito en capas dentro de un marco de madera de 24 pies cuadrados.

Hildebrand había comenzado su trabajo en el Proyecto Manhattan como estudiante de química en la Universidad de California, Berkeley. Trabajó para el premio Nobel Ernest Lawrence, homónimo de los laboratorios nacionales Lawrence Livermore y Lawrence Berkeley, y utilizó el acelerador de ciclotrón de Berkeley para transmutar uranio en plutonio, un elemento que se cree tiene potencial para provocar una reacción en cadena.

Las muestras irradiadas en Berkeley y otro laboratorio en St. Louis terminaron en el Laboratorio James Herbert Jones, a solo una cuadra al sur del antiguo Stagg Field. Allí, en la Sala 405 de Jones Lab, el futuro ganador del premio Nobel, Glenn Seaborg, logró un importante trampolín en el camino hacia la Era Atómica. Pesó la primera muestra visible de plutonio, del tamaño de una cabeza de alfiler. No era mucho, pero era suficiente para medir sus propiedades químicas y metalúrgicas.

 

   

Eduardo Gershman, 24.1.2018