Alvin M. Weinberg

Weinberg dio cursos en la facultad Junior Wright. Solicitó y recibió una beca del Consejo de Investigación Nacional para estudiar con Kenneth S. Cole en la Universidad de Columbia, pero finalmente no la aceptó, ya que Cole vino a Chicago para trabajar en el Proyecto Manhattan como biólogo de radiación. Weinberg fue reclutado para trabajar en su Laboratorio Metalúrgico en la Universidad de Chicago en septiembre de 1941 por Eckart y Samuel Allison, quienes necesitaban a alguien para trabajar en los cálculos de captura de neutrones de este último.^[12]

A principios de 1942, Arthur Compton concentró los diversos equipos del Proyecto Manhattan que trabajaban con plutonio en la Universidad de Chicago. Esto atrajo a muchos científicos importantes, incluidos Herbert Anderson, Bernard T. Feld, Enrico Fermi, Leó Szilárd y Walter Zinn de Columbia, y Edward Creutz, Gilbert Plass, Eugene Wigner y John Wheeler de la Universidad de Princeton. Weinberg se convirtió en un protegido de Wigner.^[13]

Wigner dirigía el Grupo Teórico en el Laboratorio Metalúrgico, que incluía a Alvin Weinberg, Katharine Way, Gale Young y Edward Creutz. La tarea del grupo era diseñar los reactores nucleares de producción que convertirían el uranio en plutonio. En aquel momento, estos reactores solo existían sobre el papel, y todavía no se había conseguido construir ningún reactor que fuera autosuficiente. En julio de 1942, Wigner eligió un diseño conservador 100 MW, con un moderador de neutrones a base de grafito y enfriamiento por agua.^[14] La elección del agua como refrigerante fue controvertida en ese momento. Se sabía que el agua absorbía neutrones, reduciendo así la eficiencia del reactor, pero Wigner confiaba en que los cálculos de su grupo eran correctos y que el agua funcionaria, mientras que las dificultades técnicas involucradas en el uso de helio o metales fundidos como refrigerantes retrasaría el proyecto.^[15]

Después de que el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos se hizo cargo del Proyecto Manhattan, se encomendó la responsabilidad del diseño detallado y la construcción de los reactores a la empresa Dupont, produciéndose fricciones entre la compañía por un lado y Wigner y su equipo por otro. Existían diferencias importantes entre el diseño del reactor de Wigner y el de Dupont, incluidos el aumento del número de tubos de proceso de 1500 en una disposición circular a 2004 en una matriz cuadrada, y la reducción de la potencia de 500 MW a 250 MW. Al final resultó que la decisión de diseño tomada por Dupont para dotar al reactor de tubos adicionales fue útil cuando envenenamiento de neutrones se convirtió en un problema para el Reactor B en Hanford Site. Los tubos extra permitieron una carga de combustible más grande para superar el envenenamiento. Sin estos tubos, el reactor habría tenido que funcionar a baja potencia hasta que se hubieran quemado suficientes impurezas de boro en el grafito para permitir que alcanzara la potencia máxima, lo que habría retrasado la operación completa hasta por un año.^[16][17]

Cuando los reactores de Hanford se pusieron en servicio, el Laboratorio Metalúrgico centró su atención en diseños teóricos. El descubrimiento de la fisión espontánea en el reactor de plutonio construido, debida a la contaminación por plutonio-240, llevó a Wigner a proponer el cambio de uranio-233 a partir del torio, pero esta idea fue acometida por el laboratorio Laboratorio Nacional de Los Álamos, que desarrolló un diseño de arma nuclear de tipo implosión.^[18] Wigner también estaba intrigado por la posibilidad de eliminar muchas de las complejidades de un reactor al tener el uranio en solución o en una suspensión en agua pesada. El Laboratorio Metalúrgico intentó encontrar una manera hacer viable estos procesos.^[19]

Entre los diseños de la competencia, Weinberg propuso el reactor de agua a presión, que finalmente se convertiría en el diseño más común.^[20] Esta era solo una de las muchas posibilidades sobre las que hablaron Weinberg y sus colegas en Chicago y Oak Ridge. Posteriormente, escribiría:

En aquellos días exploramos todas las clases de reactores, comparando las ventajas y desventajas de cada tipo. El número de posibilidades era enorme, dado que hay muchas posibilidades para cada componente de un reactor: combustible, refrigerante, moderador. El material fisible puede ser 233U, 235U o 239Pu; el refrigerante puede ser: agua, agua pesada, gas o metal fundido; el moderador puede ser: agua, agua pesada, berilio, grafito o, en un reactor de neutrones rápidos, ningún moderador. He calculado que, si se contaran todas las combinaciones de combustible, refrigerante y moderador, uno podría identificar aproximadamente mil tipos de reactores distintos. Por lo tanto, al comienzo de la energía nuclear, tuvimos que elegir qué posibilidades seguir, y cuáles ignorar.^[21]

El éxito definitivo del reactor de agua a presión, escribió, se debió no tanto a las características superiores del agua, sino a la decisión de alimentar el prototipo del reactor térmico submarino Mark I con una versión a presión del reactor de prueba de materiales diseñado en Oak Ridge. Una vez que el agua a presión se estableció como una solución fiable, otras posibilidades se volvieron demasiado caras para ser llevadas adelante,^[22] pero Weinberg siguió interesado en ellas. Según Freeman Dyson, fue el único pionero nuclear que apoyó la investigación del amplio universo del diseño de reactores.^[23]

En 1945, Wigner aceptó un puesto como Director de Investigación en los Laboratorios Clinton en Oak Ridge (Tennessee), que llegaría a contar con una plantilla de unos 800 trabajadores. Se llevó con él a sus protegidos Gale Young, Katherine Way y Weinberg. Weinberg, quien fue el primero en llegar a Oak Ridge en mayo de 1945,^[24] se convirtió en jefe de la División de Física en 1946.^[25] Pero después de que la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos asumió la responsabilidad de las operaciones del laboratorio del Proyecto Manhattan a principios de 1947, Wigner sintió que ya no estaba capacitado para dirigir el proyecto en el nuevo entorno, por lo que dejó Oak Ridge a finales del verano de 1947 y regresó a la Universidad de Princeton.^[26]

La administración de los Laboratorios Clinton pasó de Monsanto a la Universidad de Chicago en mayo de 1947, y luego a Union Carbide en diciembre de 1947.^[27] El influyente Comité Asesor General de la Comisión de Energía Atómica, presidido por Robert Oppenheimer, recomendó que todo el trabajo en los reactores se concentrara en el Laboratorio Nacional Argonne, el sucesor del Laboratorio Metalúrgico, cerca de Chicago. También hubo competencia por el personal y los recursos del recientemente establecido Laboratorio Nacional de Brookhaven cerca de Nueva York. La moral de los trabajadores estaba muy baja, y no se encontró a nadie que asumiera el trabajo de Director de Investigación en el Laboratorio, rebautizado como Laboratorio Nacional Oak Ridge (LNOR) en enero de 1948. Al menos seis personas rechazaron el trabajo antes de que el director interino de Union Carbide, Nelson (Bunny) Rucker, le pidió a Weinberg que se convirtiera en Director de Investigación en marzo de 1948.^[28][29]

Posteriormente, Weinberg fue nombrado director general en 1955. A menudo se sentaba en primera fila en las reuniones de información de la división del LNOR y hacía la primera pregunta, a menudo muy penetrante, después de cada charla científica. Para los jóvenes científicos que realizaban su primera presentación, la experiencia pudo ser aterradora, pero también emocionante y estimulante. Cuando se le preguntó cómo encontró el tiempo necesario para asistir a cada reunión, Weinberg respondió en tono de broma: "No teníamos un Departamento de Energía de los Estados Unidos en esos días".^[25]

La Aeronave de Propulsión Nuclear (APN), era el mayor proyecto dentro del programa del LNOR, utilizando 25% de los recursos presupuestarios del Laboratorio. El objetivo militar del proyecto APN era producir una aeronave de propulsión nuclear (un bombardero) para vencer las limitaciones de radio de acción de los aviones a reacción de entonces. Se sabía que aquel proyecto tenía pocas posibilidades de éxito, pero proporcionó ocupación a los miembros del LNOR necesaria para mantenerse en el negocio del desarrollo del reactor nuclear. El Laboratorio consiguió construir este reactor, y se puso a prueba un prototipo operativo en una central eléctrica. Se trataba del primer reactor para una aeronave creado en el mundo, refrigerado por sal fundida. El proyecto de la Aeronave con Reactor Experimental (ARE) de 1954, se desarrolló un reactor capaz de funcionar a una temperatura récord de 870 °C. Sin embargo, debido al riesgo de exponer a la radiacióna los tripulantes, y a las personas en tierra en el caso de un accidente, los nuevos desarrollos se centraron en las tecnologías de los misiles balísticos, del reabastecimiento en vuelo y de los bombarderos a reacción más eficientes y de mayor alcance, y el presidente Kennedy canceló el programa de la aeronave de propulsión nuclear en junio de 1961.^[30][31]