Físicos ilustres: Enrico Fermi , el primer reactor de fisión nuclear y el Proyecto Manhattan.

Enrico Fermi (Roma, 29 de septiembre de 1901 – Chicago, 28 de noviembre de 1954)  fue una de las mentes científicas más privilegiadas de la historia.

A grandes rasgos, los físicos pueden dividirse entre aquellos que son destacados teóricos (Planck, Einstein, Maxwell, Dirac...) o quienes sobresalen como experimentalistas (Faraday, Curie, Tesla, Rutherford...), y sólo de manera excepcional podemos encontrar a alguien que sea un “físico completo”: maestro en la teoría y en la experimentación. Viéndolo así, Fermi está en un grupo tan extremadamente reducido, que lo comparte tan sólo con Newton.

Fermi realizó contribuciones trascendentes al desarrollo teórico de la mecánica cuántica y la mecánica estadística; y en el laboratorio fue uno de los padres de la física atómica, quizá el más asombroso.

En 1938 recibió el Nobel de Física.

A fines de aquel año se trasladó a los Estados Unidos; allí trabajó en la Columbia University de Nueva York, y luego, a partir de 1942, en la Universidad de Chicago, donde, tras las investigaciones llevadas a cabo con diversos colaboradores, hizo funcionar el 2 de diciembre de 1942 una pila de uranio y grafito, la primera reacción en cadena, controlada,  precursora del primer reactor nuclear.

  Durante el resto de la Segunda Guerra Mundial participó en el desarrollo de la bomba atómica en los laboratorios de Los Álamos, Nuevo México, dentro del Proyecto Manhattan.

Veamos la historia de cómo Fermi hizo ciencia de punta al mismo tiempo que desplegaba su infinita confianza y destreza:

Cuando Fermi llegó a Nueva York en 1939, ya era una superestrella internacional de la ciencia, y estando las cosas como estaban, de inmediato fue reclutado para trabajar en el Proyecto Manhattan, donde le pidieron construir el primer reactor de fisión nuclear. ¿Cuál fue su respuesta? “Claro que sí. Sólo permítanme usar la cancha de frontón de la Universidad de Chicago, para construir ahí el reactor”.

La Universidad de Chicago estaba en pleno centro de la ciudad.

En 1939, no era como si Fermi no supiera lo que estaba pidiendo, o arriesgando; algo se sabía ya desde que Marie Curie usaba elementos radiactivos como hacer una ensalada, 20 años antes. Y además éste era el Proyecto Manhattan: lo que querían de forma inequívoca era una bomba atómica.

Arthur Compton (1892-1962), el director principal del proyecto, aprobó la petición de Fermi en un impresionante despliegue de su confianza en él como ingeniero y sin consultar a Robert Hutchins, presidente de la universidad pues, dijo, “No voy a consultar a un abogado para un asunto de física nuclear”.

Tres años después, en diciembre 2 de 1942, Fermi encendió la “Pila #1” y llevó las seis toneladas de uranio que contenía a punto crítico, iniciando la primera reacción nuclear en cadena de la historia.

Seis. Toneladas. De Uranio.

Como referencia, la bomba que deshizo a Hiroshima llevaba alrededor de 70 kilos de uranio, de los cuales menos de un kilo de hecho se convirtió en energía. Por supuesto que ambos escenarios eran completamente diferentes, y la Pila 1 de Chicago no hubiera explotado; pero un error podría haber causado un desastre estilo Chernobyl, de proporciones nunca vistas. Richard Rhodes, cronista del Proyecto Manhattan, dice explícitamente que ese era el riesgo que se corría, aunque la palabra “meltdown” (fundirse, derretirse, ref. accidente nuclear) no se había acuñado entonces.

La Pila 1 era una construcción de madera sobre la que Fermi y sus ingenieros caminaban y medían, y los recursos para evitar que la reacción se saliera de control consistían en una serie de barras de grafito que se iban quitando o insertando manualmente en el corazón de uranio del reactor. La idea de Fermi era. a partir del uranio fisionable, moderar su “factor reproductivo”, como él lo llamó. Este factor, llamado K, significa que en la reacción a llevar a cabo, la cantidad de neutrones generados puede ser menor, igual o mayor a la cantidad de neutrones perdidos. Si K = 1, el proceso es estable; y cuando K > 1, entonces se genera la reacción en cadena. Las barras de grafito, diseñadas para controlar este factor, serían removidas hasta que K fuera ligeramente mayor que 1.

Cuando la  “Pila #1” (CP-,1Chicago Pile 1) fue encendida esa gélida mañana de diciembre, Laura Fermi, su esposa, escribió:

“Herbert Anderson estuvo hasta las 2 de la mañana dando los toques finales a la pila… No existe registro de qué pasaba por la mente de los colaboradores que estaban encima de ella, pero todos les decían ‘el escuadrón suicida’… Si algo pasaba y la pila se salía de control, tenían que inundarla de inmediato con una solución de cadmio. Alrededor de veinte personas subieron a la palestra de observación… George Weil estaba listo con su barra de control… y comenzó el espectáculo”.

Fermi instruyó a Weil para que retirara la barra de cadmio del corazón de la pila, y el reactor comenzó su reacción; los contadores de la actividad de neutrones empezaron a sonar más rápido. Fermi continuaba ordenando a Weil que retirara la barra, en incrementos de seis pulgadas cada vez, mientras los observadores veían aumentar la actividad de los aparatos, subiendo y estabilizándose en un nivel más y más alto. Fermi, con su suprema confianza, dijo a las 11 y media a todos reunidos que tomarían un par de horas para comer.

Al regresar, a las 2, Fermi le pidió a Weil que retirara la barra de control 12 pulgadas, y dijo a Compton, “Esto hará que lleguemos a punto crítico. El indicador va a indicar una actividad que sube y sube sin estabilizarse.”

Anderson recordó más tarde:

“Primero seguimos escuchando el contador de neutrones, click-clack, click-clack. Pero los clicks empezaron a hacerse más rápidos, y en unos momentos se convirtieron en un rugido. El contador se apagó. Todos veíamos en silencio cómo la aguja indicadora subía. Era un silencio impresionante… ‘Hemos llegado a punto crítico’, dijo Fermi, alzando su mano”.

K había llegado a 1,0006.

Al día siguiente, Fermi explicó con calma al consejo técnico que “el factor reproductivo se duplicó cada 2 minutos. Habiéndolo dejado así, en una hora y media hubiésemos llegado a un millón de kilowatts, pero mucho antes que eso la reacción hubiera destruido la pila y matado a todos en ese lugar”.

Al preguntarle alarmados cuánta energía había generado en el experimento, Fermi contestó sonriendo, “Medio watt.”

Compton telefoneó a los directores del Proyecto Manhattan, diciendo en código, “El navegante italiano ha llegado a un Nuevo Mundo.” La réplica fue, “¿Y cómo halló a los nativos?” Compton dijo, “Muy amigables.”

Cuarenta años antes, Tesla había conquistado la ira de Thor, pero Fermi encadenó al mismo Apolo. Fermi debió haber visto las famosas fotos de Tesla sentado despreocupadamente en su laboratorio en medio de impresionantes descargas de electricidad, y se debe haber dicho a sí mismo, “Sí, muy bonito. Pero déjame enseñarte cómo lo hace la gente mayor.”

F.J.de C.

Madrid, 14 de abril de 2.015

Nota: Este artículo del Ing.  Alfonso Araujo, y actualmente profesor de economía contemporánea en la Universidad de Hangzhou en China está reproducido del blog de divulgación científica http://naukas.com/