Breve historia del fracaso de la investigación nuclear alemana
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La casa de los virus II
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Los avances: 1940-41
El año 1940 estuvo plagado de pequeños experimentos. Unos cuarenta físicos y químicos esparcidos en nueve grupos de investigadores en diferentes localizaciones se coordinaron bajo las órdenes de Diebner y el Weapons Bureau, para medir las constantes nucleares de los materiales. A finales de la primavera midieron la longitud de difusión[1] de los neutrones térmicos en el grafito, en verano en el agua pesada[2] y durante el otoño en el óxido de uranio.
Aunque el carbón es mucho más abundante que el agua pesada, las impurezas de boro de las muestras utilizadas en los ensayos lo hicieron erróneamente inviable. El profesor Harteck, ajeno a esta información debido a la poca comunicación entre los grupos, propuso la brillante idea de usar “hielo seco” (dióxido de carbono seco) como moderador, pero su reactor nunca mostró señal alguna de multiplicación de neutrones.
El agua pesada, sin embargo, se revelaba más prometedora de lo esperado teóricamente. Pero la principal fuente de agua pesada en Europa, era una planta situada en Vemork, perteneciente a la compañía Norwegian Hydro–Electric, quien inicialmente rechazó suministrársela a los alemanes al tiempo que la enviaba en secreto y totalmente gratis a los laboratorios de París.
Dos de aquellos grupos de investigadores se concentraron en la construcción del reactor: la sección de física experimental de Heisenberg de la Universidad de Leipzig y el Instituto de física Kaiser-Wilhelm bajo la dirección de Diebner. En este último se planificó un pequeño laboratorio de madera en los terrenos del Instituto de investigación en biología y virus, junto al Instituto de física de Dahlem, cuyo nombre en clave fue “La Casa de los Virus”.
Los físicos examinaban varias posibles configuraciones y concluían a finales de febrero que para un reactor o pila en capas, sugerencia de Harteck, necesitarían 2 toneladas de uranio y 500 kilogramos de agua pesada. Estos materiales se apilarían en cinco o seis capas de unos 70 a 90 cm de altura. Alternativamente, Heisenberg sugería una pila esférica construida con capas concéntricas de agua pesada y óxido de uranio. A pesar de que este concepto era técnicamente más difícil de adoptar, solo requeriría unos 320 litros de agua y 1,2 toneladas de uranio. Si además aplicaban alrededor de la pila un escudo reflector de carbono el tamaño del reactor se podría reducir todavía más. Todo indicaba que disponer de suficiente agua pesada era vital para conseguir una reacción en cadena en una pila de uranio natural.
En abril de 1940 Alemania ocupaba Noruega y la planta de Vemork estaría al servicio del programa nuclear alemán.
En julio de 1940 Alemania había ocupado París y también el laboratorio de Joliot con todo el equipamiento del ciclotrón americano a medio construir.
En octubre de 1940 “La Casa de los Virus” estaba lista y además del laboratorio disponía de un espacio circular de ladrillos de 6 pies de profundidad donde la vasija del reactor se cubriría de agua que operaría como blindaje y reflector para prolongar la reacción en cadena una vez iniciada. Aquí se montaría el primer reactor nuclear experimental del mundo (B-I).
La posición de Alemania en la carrera nuclear era en ese momento impresionante y alarmante: disponía de una fábrica de agua pesada, miles de toneladas de compuesto de uranio de los territorios ocupados, estaba a punto de completar un ciclotrón y tenía un cuerpo de físicos, químicos e ingenieros liberado de las demandas de la guerra además de disponer de la industria química más importante del mundo.
Pero no hay camino sin baches. La planta noruega de producción de agua solo generaba 10 kilogramos al mes, hacia finales de año tan solo habían recibido 8 litros desde Vemork. Se estudiaron alternativas inviables como crear su propia planta de producción, pero finalmente se instaló en Vemork un nuevo proceso que permitiría aumentar la producción, alcanzando hasta 5 toneladas de agua pesada al año.
Por si esto fuera poco, el profesor Hans Jensen había alcanzado la conclusión de que le método de elegido para la separación del U-235 no era viable. Alternativas radicales empezaron a discutirse: la posibilidad de un método electromagnético, el uso de ultracentrifugadoras o la aplicación de difusión térmica. Debían empezar de nuevo desde cero.
Poco a poco, la rivalidad entre grupos por obtener los suministros de agua y uranio se hacían patentes.
Durante el verano de 1941 los avances eran menores de lo esperado, pero finalmente el departamento militar de investigación alcanzó un acuerdo con la empresa Noruega de Agua que suministraría 1500 kilogramos de agua pesada, de los que tan solo entregó 361 en octubre. La lucha por el agua pesada fue un objetivo de los aliados que bien merece un capítulo aparte y que fue llevado al cine e incluso a una miniserie muy recomendable.
Para final de año la industria alemana había fabricado unas dos toneladas y media de metal de uranio en forma de placas. El profesor Heisenberg pudo construir su segunda pila experimental. No obtuvieron ningún incremento de neutrones, pero al revisar los cálculos y darse cuenta que las capas de aluminio podían haber absorbido los neutrones, empezaron a “sentir en sus huesos” que iban por el buen camino. La serie de experimentos de Leipzig prosperaba y aumentaba la confianza entre los investigadores que eliminaban una a una todas las posibles fuentes de error albergando falsas esperanzas.
”Lo que estamos viendo es que se abre un camino hacia adelante que nos dirige a la bomba atómica” llegaría a decir Heisenberg en septiembre de 1941. La posibilidad de una fisión controlada o incontrolada se convertía poco a poco en una realidad y con ella la de obtener material fisionable para la fabricación de una bomba a partir del reactor en lugar de usando sofisticadas técnicas de separación de isótopos. El grupo de Berlín había descubierto el Uranio-239 como resultado de la captura neutrónica de un neutrón por el U-238, este decaía a neptunio en 23 minutos, tal como los americanos reportaron en 1940 este decaía a su vez en 2,3 días a un elemento de vida más larga, el elemento 94 -el plutonio- elemento físil que se puede extraer por métodos químicos y usarse como explosivo.
Los sucesivos intentos fueron desalentadores, pues ninguno conseguía alguna multiplicación neutrónica, excepto el último intento de grupo de Leipzig (pila L-IV) con dos esferas concéntricas de aluminio rellenas de unos 250 kilogramos de polvo de uranio, 140 de agua pesada y una fuente de neutros de radio-berilio situada en su centro. Por fin median más neutrones de los que eran absorbidos (un aumento del 13%). Fue la primera multiplicación neutrónica de la historia. Si la pila hubiera incluido 5 toneladas de agua pesada y 10 toneladas de uranio metálico hubieran sido capaces de obtener la primera reacción en cadena del mundo. Mérito que finalmente le correspondería al “navegante italiano”, Fermi, en 1942.
Con las bases teóricas de la reacción en cadena, el descubrimiento alternativo del plutonio, la captura de las materias primas necesarias, el apoyo de la industria y el ejército alemán así como el reactor de prueba de Leipzig los esfuerzos alemanes prometían un rápido éxito en el otoño de 1941.
Pero los acontecimientos tomarían otra dirección…https://ciencialiterata.wordpress.com/2021/02/13/la-casa-de-los-virus-v/
[1] Parámetro que describe cómo se comportan los neutrones en el medio.
[2] Los átomos de hidrógeno en el agua corriente (H2O) tienen un protón y cero neutrones, pero cada núcleo atómico de deuterio en el agua pesada tiene un protón y un neutrón (D2O)
Ciencia literata 