‘Oppenheimer’: Chicago Pile-1, el reactor nuclear bajo el campo de fútbol explicado

Durante los dos años de mi tiempo como estudiante en la Universidad de Chicago, mi edificio de dormitorios, mi cafetería y la biblioteca donde trabajaba estaban todos en la misma cuadra que el sitio del primer reactor nuclear del mundo hecho por el hombre.

A primera vista, no sabrías realmente qué tan grande es esta forma de la Era Atómica en el Hyde Park de Chicago. Entre el ajetreo y el bullicio de los estudiantes, puede que te distraigan más los colores brillantes de los dormitorios de Max Palevsky, la magnífica arquitectura brutalista de la Biblioteca Regenstein o incluso la cúpula de cristal de la Biblioteca Mansueto. Sin embargo, mire más allá de ellos y verá una estatua de bronce de Henry Moore, titulada «Energía nuclear», que conmemora la construcción del reactor, y el momento en 1942 cuando se volvió crítico.

El mismo reactor nuclear hace una brevísima aparición en la película de Christopher Nolan. Oppenheimer, cuando el físico J. Robert Oppenheimer (Cillian Murphy) viaja a Chicago para comprobar el progreso de sus colegas en el Proyecto Manhattan. Conoce a físicos como Enrico Fermi (Danny Deferrari) y Leo Szilard (Máté Haumann), quienes prueban que han diseñado con éxito la primera reacción nuclear. ¿Cómo lo hicieron? En Chicago Pile-1, o CP-1: un reactor hecho de ladrillos de grafito, construido debajo de un campo de fútbol en un campus universitario activo.

La escena apenas ocupa tiempo en esa epopeya de tres horas. Oppenheimer, pero la ciencia detrás de esto fue esencial para la creación de la bomba atómica. No solo eso, sino que la construcción del CP-1 es tan fascinante que fácilmente podría ser su propia película. ¿Como funciona? ¿Dejó alguna radiación en el campus de UChicago? Y quizás lo más extraño de todo, por qué ¿Se construyó debajo de un campo de fútbol?

¿Qué es CP-1 y por qué es importante para el Proyecto Manhattan?

Cuando comenzó el Proyecto Manhattan, varias cosas se hicieron evidentes. Primero, los científicos deben determinar si es posible controlar una reacción nuclear en cadena.

El principio de una reacción en cadena se entiende bien en este punto. “Si los núcleos muy pesados ​​-en este caso el uranio- absorben un neutrón, se fisionarán, se romperán en pedazos y darán cierta cantidad de energía para que los núcleos vuelen y todo se caliente más”, explicó Peter Littlewood, presidente del Departamento de Física de la UChicago, a Mashable en una entrevista telefónica. «Por cada núcleo que se rompe, generas tres neutrones adicionales. Y si estos neutrones son capturados por otro, obtienes nueve y sigues construyendo. Eso es lo que llamamos una reacción en cadena».

Además de descubrir cómo controlar tal reacción, los científicos también necesitan suficiente material fisible, como plutonio o uranio, para poner en la bomba de prueba, así como las bombas que el gobierno de EE. UU. colocará en Hiroshima y Nagasaki.

Ingrese CP-1. En noviembre de 1942, Fermi y otros miembros del Laboratorio Metalúrgico de UChicago, que estudiaron el plutonio, construyeron el CP-1 en una cancha de squash debajo de las gradas de fútbol del oeste del Stagg Field de la Universidad. Stagg es un ex anfitrión del equipo de fútbol de UChicago. Sin embargo, Fermi y sus colegas no tuvieron que preocuparse por interferir con los partidos o las prácticas de fútbol porque el presidente de la universidad, Robert Maynard Hutchins, puso fin al programa de fútbol universitario relativamente dominante en 1939.

«Creo que sería bueno para el país que una universidad importante abandonara el fútbol», dijo Hutchins a los estudiantes en un discurso en 1940. «No hay duda de que, en general, el juego ha sido una gran desventaja para la educación en los Estados Unidos». (El deporte regresó en 1969, aunque para entonces, el antiguo Stagg Field había sido reemplazado por la Biblioteca Regenstein).

Debido a la repentina aversión de UChicago por el atletismo, la construcción del CP-1 continuó hasta el 2 de diciembre de 1942, cuando el reactor produjo la primera reacción nuclear en cadena autosostenida hecha por el hombre. Sabiendo que tal reacción era posible, se inició la construcción de un reactor nuclear en Hanford, Washington, donde tuvo lugar la producción de plutonio para la bomba Trinity Test y la bomba lanzada sobre Nagasaki. El propio CP-1 no fue responsable de ninguna de las producciones de plutonio.

«CP-1 fue diseñado como un experimento. No fue diseñado para hacer nada más que probar que el principio funcionaba», dijo Peter Littlewood, presidente del Departamento de Física de UChicago, a Mashable en una entrevista telefónica. «Pero estaban tan seguros de que funcionaría que diseñaron el reactor Hanford antes de que se completara el experimento». La construcción en Hanford tomó solo 18 meses.

¿Cómo funciona CP-1?

El propio Fermi describió el CP-1 como «una pila tosca de ladrillos negros y madera». Entonces, ¿cómo una estructura tan «asquerosa», de 20 pies de ancho por 25 pies, creó una reacción en cadena tan masiva?

Además de los bloques de grafito, CP-1 también contiene gránulos más pequeños de uranio, que ayudan a iniciar la reacción en cadena en primer lugar. El grafito sirvió como «moderador» de la reacción. «Esto ralentiza los neutrones y facilita que los átomos de uranio los capturen», explicó Littlewood en un correo electrónico.

Pero el último medio de control llegó en forma de largas varillas de madera recubiertas de cadmio, que absorbían neutrones. «Cuando las barras de control se empujan hasta el final, no pasa nada», dijo Littlewood. «Luego tiras hacia atrás de las barras de control, y cada vez que lo haces, hay un pequeño estallido de energía». Fermi y su equipo monitorean estos estallidos de energía, observan cómo aumenta la potencia y calculan hasta dónde sacar las barras de control hasta que se mantenga la energía.

¿Son seguros los experimentos con CP-1?

Hagamos una excursión a un reactor nuclear… debajo de un campo de fútbol.
Crédito: Captura de pantalla: Universal Pictures

Cuando descubrí que pasaría una gran parte de mi tiempo en UChicago pasando el rato en el sitio de un antiguo reactor nuclear, me alarmé un poco. ¿Me graduaré de la escuela con una cabeza extra?

Por un lado, a cada grupo de turistas que pasa por la estatua de Moore se le asegura que el sitio no es un peligro radiactivo. Por otro lado, un antiguo profesor mío le contó a mi clase el rumor de que el café de la Biblioteca Regenstein fue trasladado del sótano al primer piso debido a rastros de radiación encontrados en el sótano. (Para poner esto en perspectiva: muchos otros estudiantes de UChicago y yo pasamos más tiempo en el sótano de esa biblioteca que Cillian Murphy mirando a la cámara en Oppenheimer.)

Afortunadamente, Littlewood me aseguró que ese no era el caso. «Escuché ese rumor, pero no de una fuente confiable, así que no lo creo».

Continuó: «La otra cosa es que la radiación está en todas partes, y es muy fácil de encontrar. ¿Podría haber alguna contaminación radiactiva que sea permanente? Depende de qué tan bien limpiaron el material fisible o qué hicieron con él. En ese momento, y ciertamente hacia el final de la Guerra Fría, fuimos muy poco cuidadosos con el material radiactivo, que probablemente fue creado por la cantidad de material radiactivo-1. El grafito también puede absorber parte de la radiación, que actúa como protección en un entorno sin blindaje.

¿Añadir a estas garantías? en un Historia NPR 2019, El oficial de seguridad radiológica de UChicago, James Marsicek, usó un contador Geiger para medir la radiación alrededor del antiguo Stagg Field. El contador mide constantemente 0,02 milirems por hora, y solo detecta la radiación de fondo que se produce de forma natural a nuestro alrededor.

Nada de esto es la información que ingresas Oppenheimer – una película que ya contiene décadas de ciencia – pero es importante entender cuánto esfuerzo se dedicó al Proyecto Manhattan. Una mirada rápida al CP-1 en la película esconde historias de campos de fútbol abandonados, plantas de energía que se construyen rápidamente e incluso preocupaciones (ahora enloquecidas) sobre bibliotecas radiactivas. Pero Littlewood se apresura a señalar que el papel de CP-1 en el Proyecto Manhattan fue solo una parte de su impacto.

Cuando el CP-1 se volvió crítico, Littlewood dijo que «quedó claro, en ese momento, que se podía usar la energía nuclear para generar energía. Después de la guerra, hubo trabajo del gobierno para hacerlo. Eso incluyó establecer lo que se convirtió en el Laboratorio Nacional de Argonne, que estaba a unas 25 millas al suroeste de la ciudad. El Laboratorio Nacional de Argonne fue el lugar donde se diseñó y construyó el primer conjunto de reactores nucleares y se construyeron cosas alrededor de los Sottotipos de cosas que son tan abundantes en el mundo. en las partes del arado».

En cuanto a los pensamientos del Departamento de Física de UChicago sobre Oppenheimer? “Somos físicos, así que no estamos acostumbrados a emocionarnos”, dijo Littlewood. “Estoy seguro de que haremos una proyección privada en algún momento para nuestros estudiantes.

Oppenheimer está en los cines ahora.