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Se estrenó en Montevideo el último filme del director Cristopher Nolan, uno de los mimados de Hollywood, más conocido por sus películas de ciencia ficción que por las de temas históricos. Nolan escribió y dirigió este largometraje sobre un personaje y una temática real que le apasionaba: la historia del físico Robert Oppenheimer y el Proyecto Manhattan.
Los más jóvenes tal vez nunca oyeron hablar de ese proyecto secreto con el que Estados Unidos, entre 1942 y 1946, desarrolló la primera bomba atómica. Es mucho más probable que conozcan la historia de la destrucción que causaron en las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki, hechos que culminaron con el fin de la Segunda Guerra Mundial y el comienzo de la Guerra Fría.
Les propongo repasar muy brevemente la historia de la ciencia y los científicos detrás del Proyecto Manhattan y sus repercusiones en la vida, la política y la energía del presente y el futuro.
Historia y contexto
Desde comienzos del siglo XX, Europa y en particular Alemania, se habían convertido en el epicentro de grandes avances científicos en lo relativo al átomo. Los esposos Curie, entre otros, habían emprendido el estudio de los elementos más pesados de la tabla periódica y la radiación que emitían naturalmente por desintegración de sus núcleos.
Estos experimentos llevaron a desarrollos teóricos radicalmente novedosos sobre la naturaleza del átomo. En 1905, Albert Einstein, el más famoso de todos los científicos de esa generación, publicó un artículo sobre el efecto fotoeléctrico, mientras que en 1931, Niels Bohr lo hizo sobre un modelo cuántico del átomo. Seis años después finalmente se demostró experimental y teóricamente el fenómeno de la fisión nuclear por parte de los científicos alemanes Otto Hahn, Fritz Strassmann y Lise Meitner (llamada por Einstein la «Marie Curie alemana»).
Los átomos de uranio tienen variaciones en el número de neutrones de sus núcleos. Estas mínimas diferencias dan lugar a reacciones de fisión muy diferentes. El uranio 238, el más común en la naturaleza, no se fisiona en átomos más pequeños cuando es bombardeado por neutrones. Por el contrario, el uranio 235 al fisionarse genera un átomo de bario, otro de kriptón y tres neutrones. Estos átomos más livianos no captan neutrones, por lo que estos quedan libres para impactar otros átomos de uranio y así iniciar una reacción en cadena.
Aquellos científicos no solo identificaron los elementos de la fisión y la reacción en cadena, sino que evaluaron que la energía liberada en el proceso era extremadamente elevada. Se demostró que estas cantidades de energía son de órdenes de magnitud mayores a las producidas por medio de reacciones químicas, como la explosión de pólvora o nitroglicerina.
Pero con el ascenso de Hitler y la llegada del partido Nazi al poder, paulatinamente muchos de estos investigadores, por ascendencia o parentesco judío, o por sus ideas políticas, fueron destituidos o escaparon. Entre ellos, Albert Einstein y Lise Meitner (en 1933 y 1938, respectivamente).
Alemania conformó un grupo de investigación con el objetivo de estudiar la posible construcción de una bomba atómica el mismo día que se declaró la guerra en 1939. Como resultado de la fuga de cerebros y de las limitaciones de la guerra, se produjo un retraso en la investigación nuclear.
Los científicos exiliados, mayormente en Estados Unidos, sabían que era posible hacer el arma más temible con esta tecnología, pero no qué grado de desarrollo había en Alemania. Es por ello que, en 1939, elevaron una carta firmada por Einstein, al presidente Roosevelt, alertándolo de esta posibilidad y pidiéndole que pusiera en marcha un proyecto para que Estados Unidos consiguiera desarrollar un arma nuclear. No fueron explícitos, pero estaba claro que el país que la obtuviera primero ganaría la guerra y evitaría mayor destrucción y muertes.
Robert Oppenheimer
El proyecto secreto
Así se puso en marcha el Proyecto Manhattan en total secreto y Oppenheimer fue seleccionado como su líder científico, lo cual resulta impresionante dado el conjunto de mentes brillantes de la época que participaron, como Enrico Fermi y Ernest Lawrence, ambos galardonados con el Premio Nobel. Veremos cómo sus vidas se vuelven a cruzar más adelante en la historia de la energía nuclear.
Miles de científicos y técnicos se reunieron en un lugar en el medio de la nada: Los Álamos, a 50 km de Santa Fe, Nuevo México, donde vivieron en instalaciones secretas desde 1942 a 1945. En estas instalaciones fue donde se recibieron los “combustibles fisionables” de uranio 235 y plutonio 239, obtenidos en fábricas especialmente construidas en los estados de Tennessee y Washington. La obtención de estos isótopos de elementos era un portentoso desafío en sí mismo, dada la tecnología de la época.
Lo que los científicos de Los Álamos debían investigar era cómo detonar, es decir, hacer que la reacción de fisión en cadena comenzara en forma segura y controlada, ni antes ni después de lanzar una bomba.
Las dificultades de enriquecer el uranio 238 con el 235 hicieron que las cantidades disponibles fueran muy escasas y se optase por otro elemento con similares características, pero relativamente más sencillo de enriquecer como el plutonio 239. Este elemento no se encuentra en la naturaleza, por lo que se debió obtener en un reactor nuclear especialmente diseñado, el reactor B, primer reactor nuclear de gran escala, construido en el estado de Washington. El problema era que el plutonio 239 es inestable y podía detonar en condiciones no óptimas, reduciendo su potencia. Por lo tanto se planteó un nuevo problema que llevó más años en su desarrollo.
Mientras tanto, en Europa se rindió Alemania en mayo de 1945, pero Japón continuó la guerra. El presidente Truman y su alto comando ponderaron cómo terminar la guerra con Japón y pareció que una invasión a la isla sería la única forma: esto insumiría incontables recursos en vidas humanas y equipamiento militar.
Para julio de 1945, el primer prototipo de bomba nuclear de plutonio estaba listo y se preparó su detonación en una zona más remota aún que Los Álamos, el llamado sitio Trinity. Nadie sabía si tendría éxito y, en ese caso, qué sucedería exactamente. En la madrugada del 16 de julio finalmente se accionaron los mecanismos de activación y para alegría e incredulidad de todos los científicos y técnicos que venían trabajando en el proyecto, la detonación fue exitosa y se liberó una energía que se estima fue de 25 kilotones (equivalente a 25 mil toneladas de TNT). Para referencia, la producción mundial de TNT en tiempos de guerra era de 150 mil toneladas anuales.
Aterrador y fascinante al mismo tiempo, se elevó el hongo de la explosión a 12 km de altura. Dado el éxito de estas pruebas, el ejército decidió desplegar estas bombas en Japón sobre la población civil para forzar la rendición. El resto es historia.
Primera bomba atómica en Nuevo México
Derivaciones de la bomba atómica
Fueron múltiples los impactos y ramificaciones de ese evento que llegan a nuestros días y continuarán impactando el futuro de la humanidad. Solo para señalar algunos:
La Guerra Fría y la “paz mundial”. Rápidamente fue comprendido por todos los países que aquellos que carecieran de un arsenal nuclear estaban totalmente vulnerables respecto de otro que sí contara con estas armas. Por lo tanto, la Unión Soviética, que emergió como el poder antagónico a Estados Unidos de la Segunda Guerra, priorizó el desarrollo de su arsenal nuclear y, en 1949, realizó con éxito su primera detonación. La investigación de ambas potencias llevó a la llamada “proliferación” en la que se crearon desde bombas de potencia 100 megatones a otras más pequeñas que eran portátiles, literalmente en mochilas. En el pico de la Guerra Fría existían aproximadamente 70.000 bombas, estimándose al presente en alrededor de 13.000.
Según Yuval Noah Harari, tres hechos llevaron a la paz que ha imperado desde 1945: primero, las bombas atómicas y su capacidad de destrucción completa equivalente a un suicidio colectivo; segundo, el hecho que la conquista de territorios no conlleva adquirir riquezas como en épocas pasadas, ya que en el presente los activos de alto valor son intangibles; y tercero, como consecuencia de lo anterior, el cambio de mentalidad en cuanto a la guerra. En lugar de glorificarla ahora se la considera un mal sin justificación.
Si bien existieron y continúan existiendo guerras convencionales estratégicas como Corea, Vietnam o Irán e Iraq, la capacidad de destrucción de la bomba atómica y el avance científico y técnico llevó a que por un largo período no se desataran más guerras entre potencias.
Reactor B donde se obtuvo el plutonio para las bombas Trinity y Nagasaki. Actualmente, está abierto para visitas al público.
La energía nucleoeléctrica. Algunos de los científicos que habían participado en el Proyecto Manhattan se dedicaron posteriormente a proyectos pacíficos de la energía nuclear. El más notable tal vez fue Enrico Fermi, que en Chicago había supervisado el primer reactor nuclear controlado (Pile 1) y con ese diseño se construyó el reactor B que ya mencionamos.
En esos criterios se basaron los primeros reactores nucleares que generaron energía eléctrica, construidos entre 1951 y 1956 en Estados Unidos, Unión Soviética y Reino Unido. Para 1957, el primer reactor nuclear de 60 MW comenzó a operar. Se calcula que en la actualidad existen unos 430 reactores en todo el mundo.
La energía eléctrica de origen nuclear hoy en día constituye el 5% de la energía primaria que se consume en el mundo y aproximadamente el 10% de la energía eléctrica producida (Fuente: IEA).
La fisión del átomo es el proceso que da energía a las bombas de uranio y plutonio y también a los reactores nucleares del presente. Sin embargo, el futuro se encamina a la energía de fusión. Se ha anunciado en la prensa que recientemente se logró la «ignición» de átomos de hidrógeno a través de activación por láser. Fue la primera vez que esta reacción produjo energía neta positiva, lo cual es condición necesaria para que sirva como fuente energética.
La fusión de átomos es la reacción que da energía al sol y a las estrellas, consiste en unir dos núcleos de hidrógeno (protones) en un nuevo núcleo de helio (en forma simplificada). Hay varias estrategias que se están probando a nivel mundial, pero la primera en ser exitosa provino precisamente del Lawrence Livermore National Laboratory, cofundado por Ernest Lawrence, que como vimos, había participado del Proyecto Manhattan.
La tecnología de la fusión nuclear responsable de la mayoría de las bombas nucleares en los arsenales de la actualidad, aún no se ha podido controlar con fines pacíficos, pero se espera que sea una revolución en la generación de energía por limpia, abundante, segura y sin residuos contaminantes.
Albert Einstein y Robert Oppeinheimer
El proyecto Manhattan reunió a lo mejor de la ciencia y la tecnología desarrolladas en la primera mitad del siglo XX, poniéndola al servicio de fines bélicos. De este conocimiento surgió la energía nucleoeléctrica con fines pacíficos, pero a pesar de su potencial no logró brindar las soluciones energéticas que necesita la humanidad, debido a problemas de seguridad en la operación y los desechos radioactivos.
La proliferación de armas nucleares es una amenaza constante para la humanidad, pero como contracara ha permitido un largo período de relativa paz desde el fin de la Segunda Guerra Mundial.
Este proyecto desarrolló capacidades de ciencia teórica e industriales que pusieron finalmente a Estados Unidos y a Unión Soviética en una posición de liderazgo mundial bélico y técnico, mientras preparó el terreno para el siguiente enfrentamiento tecnológico entre las dos potencias: la carrera al espacio.
Por: Ventura Croce
Ventura es Ingeniera química y se desempeña en el sector energético desde hace 30 años. Es docente y ha brindado conferencias sobre industria de petróleo, sus perspectivas y la transición energética. Escribe artículos sobre estos temas en su perfil LinkedIn.
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