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(Redirecionado de Projecto Manhattan)
| Projeto Manhattan | |
|---|---|
 O primeiro teste nuclear Trinity em 16 de julho de 1945. | |
| País |  Estados Unidos Reino Unido Canadá |
| Aniversários | 13 de agosto de 1942 |
| Extinção | 15 de agosto de 1947 |
| História | |
| Guerras/batalhas | Invasão Aliada da Itália Invasão Aliada da França Invasão Aliada da Alemanha Ocidental Bombardeamentos de Hiroshima e Nagasaki Ocupação aliada do Japão |
| Insígnias | |
| Foi adotado em 1945 para o Distrito Manhattan |  |
| Emblema do Projeto Manhattan (não oficial) |  |
| Comando | |
| Comandante | Kenneth Nichols |
| Sede | |
| Guarnição | Oak Ridge, Tennessee |
O Projeto Manhattan foi um projeto de pesquisa e desenvolvimento que produziu as primeiras bombas atômicas durante a Segunda Guerra Mundial. Foi liderada pelos Estados Unidos, com o apoio do Reino Unido e Canadá. De 1940 a 1946, o projeto esteve sob a direção do major-general Leslie Grovesdo Corpo de Engenheiros do Exército. O componente do exército do projeto foi designado como Distrito Manhattan. "Manhattan" gradualmente substituiu o codinome oficial, "Desenvolvimento de materiais substitutos", para todo o projeto. Ao longo do caminho, o projeto absorveu o seu homólogo britânico anteriormente, Tube Alloys. O Projeto Manhattan começou modestamente em 1939, mas cresceu e empregou mais de 130 000 pessoas e custou cerca de US$ 2 bilhões (equivalente a cerca de 26 bilhões de dólares em 2013[1]). Mais de 90% do custo foi para a construção de fábricas e produção de materiais físseis, com menos de 10% para o desenvolvimento e produção das armas. A pesquisa e produção ocorreu em mais de 30 locais nos Estados Unidos, Reino Unido e Canadá.
Dois tipos de bomba atômica foram desenvolvidas durante a guerra. Um tipo relativamente simples de arma de fissão foi feito utilizando urânio-235, um isótopo que representa apenas 0,7% do urânio natural. Uma vez que é quimicamente idêntico ao isótopo mais comum, o urânio-238, e que tem quase a mesma massa, o urânio-235 revelou-se difícil de separar do urânio-238. Três métodos foram utilizados para o enriquecimento do urânio: eletromagnético, gasoso e térmico. A maior parte deste trabalho foi realizado em Oak Ridge, Tennessee. Em paralelo com o trabalho de urânio, também representava um esforço produzir plutônio. Os reatores foram construídos em Oak Ridge e Hanford, Washington, onde o urânio foi irradiado e transmutado em plutônio. O plutônio foi então separado quimicamente a partir do urânio. O projeto do tipo da arma se provou impraticável para usar com plutônio. Para uma arma do tipo de implosão mais complexo, foi desenvolvido em um projeto concertada e esforço de construção de pesquisa principal do projeto e laboratório de design em Los Alamos, Novo México. O projeto também foi acusado de colher informações sobre o Projeto de energia nuclear alemão. Através da Operação Alsos, o pessoal do Projeto Manhattan serviu na Europa, às vezes atrás das linhas inimigas, onde eles reuniram materiais nucleares, documentos e cientistas alemães.
O primeiro dispositivo nuclear a ser detonado foi uma bomba de implosão no teste Trinity, realizado no Bombardeio de Alamogordo com artilharia de alcance no Novo México em 16 de julho de 1945. Little Boy e Fat Man do tipo de implosão foram utilizados nos bombardeios atômicos de Hiroshima e Nagasaki, respectivamente. Nos anos pós-guerra, o Projeto Manhattan realizou testes de armas em Atol de Bikini, como parte da Operação Crossroads, desenvolveu novas armas, promoveu o desenvolvimento da rede de laboratórios nacionais, apoiou a pesquisa médica em radiologia e lançou as bases para a marinha nuclear. A marinha manteve o controle sobre as armas atômicas americanas de pesquisa e produção, até a formação da Comissão de Energia Atômica em janeiro de 1947. O Projeto Manhattan foi operado sob uma cobertura de segurança rígida, mas os espiões atômicos soviéticos ainda assim conseguiram penetrar no programa.
Índice
[esconder]Origens[editar | editar código-fonte]
Em agosto de 1939, os físicos proeminentes Leó Szilárd e Eugene Paul Wigner escreveram a carta Einstein-Szilárd, que alertou para o potencial de desenvolvimento de "bombas extremamente poderosas de um novo tipo". A carta pedia aos Estados Unidos a tomar medidas para adquirir estoques de minério de urânio e acelerar a pesquisa de Enrico Fermie outros, em reação nuclear em cadeia. estava assinada por Albert Einstein e entregue ao presidente Franklin D. Roosevelt. Roosevelt convidou Lyman James Briggs do National Institute of Standards and Technology para chefiar o Comité Consultivo do Urânio para investigar as questões levantadas pela carta. Briggs realizou uma reunião em 21 de outubro de 1939, que contou com a presença Szilárd, Wigner e Edward Teller. O comitê relatou a Roosevelt em novembro que o urânio "seria uma possível fonte de bombas com um poder destrutivo muito maior do que qualquer coisa hoje conhecida."[2]
Briggs propôs que o National Defense Research Committee (NDRC) gastasse US$167 000 dólares em pesquisas sobre o urânio, especialmente o isótopo urânio-235 e o plutôniorecém descoberto.[3] Em 28 de junho de 1941, Roosevelt assinou a Ordem Executiva 8807, que criou o Office of Scientific Research and Development (OSRD),[4] com Vannevar Bushcomo seu diretor. O escritório estava habilitado a intervir em grandes projetos de engenharia, além de pesquisa.[3] O Comitê NDRC sobre urânio tornou-se o Comitê do urânio S-1 OSRD; a palavra "urânio" foi logo trocada por razões de segurança.[5]
No Reino Unido, Otto Robert Frisch e Rudolf Peierls da Universidade de Birmingham tinha feito um avanço investigando a massa crítica de urânio-235, em junho de 1939.[6] Os cálculos indicaram que era dentro de uma ordem de magnitude de 10 kg, que era suficientemente pequena para ser transportada por um bombardeiro da época.[7] Em março de 1940 o memorando Frisch–Peierls iniciou o projeto da bomba atômica britânica e seu comitê MAUD,[8] que recomendou por unanimidade prosseguir o desenvolvimento de uma bomba atômica.[7] Um de seus membros, o físico australiano Marcus Oliphant, voou para os Estados Unidos no final de agosto de 1941, e descobriu que os dados fornecidos pelo comitê MAUD não tinham chegado aos físicos chave-americanos. Oliphant, em seguida, partiu para descobrir por que as conclusões do comitê aparentemente foram ignoradas. Ele se reuniu com o comitê de urânio, e visitou Berkeley, Califórnia, onde ele falou de forma convincente a Ernest Lawrence. Lawrence estava suficientemente impressionado para iniciar a sua própria pesquisa sobre o urânio. Ele, por sua vez falou com James Bryant Conant, Arthur Holly Compton e George Braxton Pegram. A missão de Oliphant foi, portanto, um sucesso; físicos-chave americanos estavam agora conscientes do poder potencial de uma bomba atômica.[9][10]
Em uma reunião entre o presidente Roosevelt, Vannevar Bush, e o vice-presidente Henry A. Wallace em 9 de outubro de 1941, o presidente aprovou o programa atômico. Para controlá-lo, ele criou o Top Policy Group composta por ele mesmo, embora ele nunca participou de uma reunião, Wallace, Bush, Conant, o secretário de guerra, Henry L. Stimson, e o chefe do estado maior do exército, general George Marshall. Roosevelt escolheu o exército para executar o projeto, em vez da marinha, como o exército tinha mais experiência com gestão de projetos de construção de grande escala. Ele também concordou em coordenar os esforços com o do britânico, e no dia 11 de outubro, ele enviou uma mensagem ao primeiro-ministro Winston Churchill, sugerindo que eles correspondam em questões atômicas.[11]
Viabilidade[editar | editar código-fonte]
Propostas[editar | editar código-fonte]
O Comitê S-1 realizou sua primeira reunião em 18 de dezembro de 1941 "permeado por uma atmosfera de entusiasmo e urgência"[12] na sequência do ataque a Pearl Harbor e da subsequente declaração de guerra dos Estados Unidos sobre o Japão e depois da Alemanha.[13] O trabalho foi prosseguindo em três técnicas diferentes para a separação isotópica para separar o urânio-235 do urânio-238. Lawrence e sua equipe da Universidade da Califórnia em Berkeley, investigaram a separação electromagnética, enquanto Eger Vaughan Murphree e a equipe de Jesse Beams olharam para a difusão gasosa na Universidade Columbia, e Philip Abelson dirigiu a investigação sobre a difusão térmica no Instituto Carnegie de Washington e, posteriormente, o Laboratório de Pesquisa Naval.[14]Murphree também era o chefe de um projeto de separação mal sucedido usando centrífugas.[15]
Enquanto isso, havia duas linhas de pesquisa em tecnologia de reator nuclear, com Harold Clayton Urey contínua a pesquisa sobre água pesada em Columbia, enquanto Arthur Compton trouxe os cientistas que trabalham sob sua supervisão na Universidade de Columbia e da Universidade de Princeton para a Universidade de Chicago, onde organizou o Laboratório Metalúrgico no início de 1942 para estudar plutônio e reatores utilizando grafite como moderador de nêutrons.[16] Briggs, Compton, Lawrence, Murphree e Urey reuniram-se em 23 de maio de 1942 para finalizar as recomendações do comitê S-1, que apelou a todas as cinco tecnologias a serem desenvolvidas. Esta foi aprovada por Bush, Conant e o general de brigada Wilhelm D. Styer, o chefe de gabinete do major general Brehon B. Somervell do Services of Supply, que tinha sido designado a representar o exército sobre questões nucleares.[14] Bush e Conant, em seguida, assumiram a recomendação do Top Policy Group com uma proposta de orçamento de US$54 milhões para construção do Corpo de Engenheiros do Exército, US$31 milhões para pesquisa e desenvolvimento de OSRD e US$5 milhões para contingências no ano fiscal de 1943. O Top Policy Group por sua vez, enviou ao presidente em 17 de junho de 1942 e ele aprovou-lo por escrito "OK FDR" no documento.[14]
Conceitos do design da bomba[editar | editar código-fonte]
Compton convidou o físico teórico Robert Oppenheimer, da Universidade da Califórnia em Berkeley, para assumir a pesquisa de cálculos de nêutrons rápidos e a chave para cálculos de massa crítica e a arma de detonação, de Gregory Breit, que tinha parado em 18 de maio de 1942 por causa de preocupações sobre a segurança operacional.[17] John H. Manley, um físico do Laboratório Metalúrgico, foi designado para ajudar Oppenheimer em contato e coordenação de grupos de física experimental espalhados por todo o país.[18] Oppenheimer e Robert Serber da Universidade de Illinoisexaminaram os problemas de difusão de nêutrons como nêutrons movidos em uma cadeia de reação nuclear e hidrodinâmica, como a explosão produzida por uma reação em cadeia pode comportar. Para comentar sobre este trabalho e sobre a teoria geral das reações de fissão, Oppenheimer convocou reuniões na Universidade de Chicago em junho e na Universidade da Califórnia em Berkeley em julho de 1942 com os físicos teóricos Hans Bethe, John Hasbrouck Van Vleck, Edward Teller, Emil Konopinski, Robert Serber, Stan Frankel, e Eldred C. Nelson, os últimos três ex-alunos de Oppenheimer, e os físicos experimentais Felix Bloch, Emilio Gino Segrè, John Manley e Edwin Mattison McMillan. Eles timidamente confirmaram que uma bomba de fissão era teoricamente possível.[19]
Ainda havia muitos fatores desconhecidos. As propriedades do urânio-235 puro eram relativamente desconhecidas, assim como as propriedades do plutônio, um elemento que só foi descoberto em fevereiro de 1941 por Glenn Theodore Seaborg e sua equipe. Os cientistas na conferência de Berkeley imaginaram a criação de plutônio em reatores nucleares onde átomos de urânio-238 absorveriam nêutrons que foram emitidos a partir de fissão de átomos de urânio-235. Neste ponto, nenhum reator havia sido construído, e apenas pequenas quantidades de plutônio estavam disponíveis a partir de cíclotron.[20]Ainda em dezembro de 1943, apenas dois miligramas tinham sido produzidos.[21] Havia muitas maneiras de organizar o material físsil para uma massa crítica. O mais simples foi filmar um "tampão cilíndrico" em uma esfera de "material ativo", com uma "adulteração" - material denso que iria incidir nêutrons para dentro e fazer a massa reagir em conjunto para aumentar a sua eficiência.[22] Eles também exploraram projetos envolvendo esferoides, uma forma primitiva de "implosão" sugerido por Richard Chace Tolman, e a possibilidade de métodos autocatalíticas, o que aumentaria a eficiência da bomba de explodir.[23]
Considerando-se a ideia da bomba de fissão teoricamente resolvida, pelo menos até que mais dados experimentais estivessem disponíveis na conferência em Berkeley, em seguida, virou-se em uma direção diferente. Edward Teller empurrado para a discussão de uma bomba mais poderosa: o "super", agora geralmente referidos como uma "bomba de hidrogénio", que usaria a força explosiva de uma bomba de fissão detonante para inflamar uma reação de fusão nuclear em deutério e trítio.[24] Teller propôs esquema após esquema, mas Bethe recusou cada um. A ideia de fusão foi posta de lado para se concentrar na produção de bombas de fissão.[25] Teller também levantou a possibilidade especulativa que uma bomba atômica poderia "incendiar" a atmosfera por causa de uma reação hipotética de fusão de núcleos de nitrogênio.[26] Bethe calculou que não poderia acontecer,[27] e um relatório de co-autoria de Teller mostrou que "nenhuma cadeia de auto-propagação de reações nucleares é susceptível de ser iniciada."[28] No relato de Serber, Oppenheimer mencionou a Arthur Compton, que "não têm bom senso suficiente para calar a boca sobre isso. De alguma forma, entrou em um documento que foi para Washington" e "nunca foi enterrado".[nota 1]
Organização[editar | editar código-fonte]
Distrito Manhattan[editar | editar código-fonte]
O Chefe de Engenheiros, o major-general Eugene Reybold, selecionou o coronel James C. Marshall para dirigir parte do exército do projeto, em junho de 1942. Marshall criou um gabinete de ligação em Washington, D.C., mas estabeleceu sua sede provisória no 18º andar de Broadway 270, em Nova York, onde ele poderia recorrer ao apoio administrativo do Corpo de Divisão de Engenheiros do Atlântico Norte. Era perto do escritório de Manhattan Stone & Webster, o principal contratante do projeto, e para a Universidade de Columbia. Ele tinha permissão de recorrer ao antigo comando, o Syracuse District, para o pessoal, e ele começou com o tenente-coronel Kenneth Nichols, que se tornou seu vice.[30][31]
Porque a maior parte de sua tarefa de construção envolvidas, Marshall trabalhou em cooperação com o chefe do Corpo de Engenheiros da Divisão de Construção, major-general Thomas M. Robbins, e seu vice, o coronel Leslie Groves. Reybold, Somervell e Styer decidiram chamar o projeto "Desenvolvimento de materiais substitutos", mas Groves sentiu que isso iria chamar a atenção. Desde distritos o engenheiro normalmente levou o nome da cidade onde eles foram localizados, Marshall e Groves concordaram em nomear componente do exército do projeto de "Distrito Manhattan". Isto tornou-se oficial no dia 13 de agosto, quando Reybold emitiu a ordem de criação do novo distrito. Informalmente, ele era conhecido como o Engenharia do Distrito Manhattan, ou MED. Ao contrário de outros distritos, não tinha limites geográficos, e Marshall tinha a autoridade de um engenheiro de divisão. O desenvolvimento de materiais substitutos manteve-se como o codinome oficial do projeto como um todo, mas foi substituído ao longo do tempo por "Manhattan".[31]
Marshall mais tarde admitiu que "Eu nunca, nunca tinha ouvido falar da fissão atômica, mas eu sabia que não poderia construir mais de uma fábrica, muito menos quatro deles por US$90 milhões."[32] Uma única fábrica de TNT que Nichols tinha recentemente construído na Pensilvânia, tinha custado US$128 milhões.[33] Nem ficaram impressionados com as estimativas para a ordem mais próxima de magnitude, que Groves em comparação com um fornecedor dizendo para se preparar para entre 10 e 1 000 convidados.[34] A equipe de pesquisa de Stone & Webster já havia observado um local para as fábricas de produção. O Conselho de Produção de Guerra recomendou locais em torno de Knoxville, Tennessee, uma área isolada, onde o Tennessee Valley Authority poderia fornecer energia elétrica e os rios podem proporcionar água de refrigeração para os reatores. Depois de analisar vários locais, a equipe de pesquisa selecionou um próximo de Elza, Tennessee. Conant aconselhou que ele seja adquirido de uma só vez e Styer concordou, mas Marshall contemporizou, aguardando os resultados de experimentos com reatores de Conant antes de agir.[35] Dos processos futuros, somente a separação eletromagnética de Lawrence apareceu suficientemente avançada para a construção começar.[36]
Marshall e Nichols começaram a reunir os recursos de que precisam. O primeiro passo foi a obtenção de uma classificação de alta prioridade para o projeto. As melhores notas foram AA-1 por meio de AA-4, em ordem decrescente, embora houvesse também uma classificação de AAA especial reservado para emergências. Avaliações AA-1 e AA-2 eram para armas e equipamentos essenciais, assim o coronel Lucius D. Clay, o vice-chefe de gabinete de Serviços e Abastecimento para as necessidades e recursos, sentiu que a classificação mais alta que ele pudesse atribuir era AA-3, embora ele estivesse disposto a fornecer uma classificação AAA, a pedido de materiais críticos em caso de necessidade.[37]Nichols e Marshall estavam decepcionados; AA-3 foi a mesma prioridade que Nichols conseguiu com a fábrica de TNT na Pensilvânia.[38]
Comitê de Política Militar[editar | editar código-fonte]
Bush tornou-se insatisfeito com o fracasso do coronel Marshall para começar o projeto avançar rapidamente, especificamente a falta de aquisição local do Tennessee, a baixa prioridade atribuída ao projeto pelo exército e a localização de sua sede em Nova York.[40] Bush, sentiu que a liderança mais agressiva foi exigida, e falou com Harvey Hollister Bundy e generais Marshall, Somervell e Styer sobre suas preocupações. Ele queria que o projeto colocado sob um comitê de política sênior, com um oficial de prestígio, de preferência Styer, como diretor geral.[38]
Somervell e Styer selecionaram Groves para o cargo, informando-o em 17 de setembro de tal decisão, e que o general Marshall ordenou que ele fosse promovido a general de brigada,[41]como sentiu-se que o título de "general" iria segurar mais influência com os cientistas acadêmicos que trabalham no Projeto Manhattan.[42] As ordens de Groves colocaram diretamente sob Somervell em vez de Reybold, com o coronel Marshall agora a responder perante Groves.[43] Groves estabeleceu sua sede em Washington, D.C., no quinto andar do New War Department Building, onde o coronel Marshall teve seu escritório.[44] Ele, no comando do Projeto Manhattan, assumiu em 23 de setembro. Mais tarde naquele dia, ele participou de uma reunião convocada por Stimson, que estabeleceu um Comitê de Política Militar, responsável pela Top Policy Group, composto por Bush (com Conant como uma alternativa), Styer e o contra-almirante William R. Purnell.[41] Tolman e Conant foram posteriormente nomeados como conselheiros científicos de Groves.[45]
Em 19 de setembro, Groves comunicou para Donald M. Nelson, o presidente do Conselho de Produção de Guerra, e pediu ampla autoridade para emitir uma classificação AAA sempre que fosse necessário. Nelson inicialmente recusou, mas logo cedeu quando Groves ameaçou ir para o Presidente dos Estados Unidos.[46] Groves prometeu não usar a classificação AAA, a menos que fosse necessário. Ele logo que transpirou para os requisitos de rotina do projeto, a classificação AAA era muito alta, mas a classificação AA-3 era muito baixa. Depois de uma longa campanha, Groves finalmente recebeu AA-1 autoridade em 1 de julho de 1944.[47]
Um dos primeiros problemas de Groves era encontrar um diretor para o projeto Y, o grupo que iria projetar e construir a bomba. A escolha mais óbvia é um dos três cientistas-chave, Urey, Lawrence ou Compton, mas não podiam ser poupados. Compton recomendada Oppenheimer, que já estava intimamente familiarizado com os conceitos de design de bombas. No entanto, Oppenheimer tinha pouca experiência administrativa, e, ao contrário de Urey, Lawrence ou Compton, não tinha ganhado um Prêmio Nobel, que muitos cientistas sentiram que o chefe de um laboratório tão importante deveria ter. Havia também preocupações sobre o status de segurança de Oppenheimer, uma vez que muitos de seus companheiros eram comunistas, incluindo o seu irmão, Frank Oppenheimer; sua esposa, Kitty; e sua namorada, Jean Tatlock. A longa conversa em um trem em outubro de 1942 convenceu Groves e Nichols que Oppenheimer entendeu perfeitamente as questões envolvidas na criação de um laboratório em uma área remota e deveria ser nomeado como diretor. Groves pessoalmente dispensou dos requisitos de segurança e permitiu a Oppenheimer uma folga no dia 20 de julho de 1943.[48][49]
Colaboração com o Reino Unido[editar | editar código-fonte]
Os britânicos e os americanos trocavam informações nucleares, mas não combinam inicialmente seus esforços. O Reino Unido rejeitou as tentativas de Bush e Conant em 1941 para reforçar a cooperação com o seu próprio projeto, codinome Tube Alloys,[50] porque ele estava relutante em compartilhar seu avanço tecnológico e ajudar os Estados Unidos a desenvolver a sua própria bomba atômica. Um cientista americano, que trouxe uma carta pessoal de Roosevelt para oferta de Churchill para pagar toda a pesquisa e desenvolvimento de um projeto anglo-americano foi mal tratada, e Churchill não respondeu à carta. Os Estados Unidos, como resultado, decidiram já em abril de 1942, que sua oferta seria rejeitada, e que deveriam prosseguir sozinhos.[51] O Reino Unido não tinha a mão de obra ou os recursos dos Estados Unidos e, apesar de seu início promissor, Tube Alloyslogo caiu atrás de seu colega americano.[52] Em 30 de julho de 1942, sir John Anderson, o ministro responsável pela Tube Alloys, aconselhou Churchill que: "Temos que encarar o fato de que ... [nosso] trabalho pioneiro ... é um recurso cada vez menor e que, a menos que capitalize rapidamente, seremos ultrapassados. Temos agora uma contribuição real para fazer uma 'fusão.' Logo teremos pouca ou nenhuma."[53] Naquele mês, Churchill e Roosevelt fizeram um acordo informal, não escrito de colaboração atômica.[54]
A oportunidade de uma parceria entre iguais não existia mais, no entanto, como mostrado em agosto de 1942, quando os ingleses sem êxito exigiram um controle substancial sobre o projeto ao sem pagar os custos. Em 1943, os papéis dos dois países tinham invertido a partir do final de 1941;[51] em janeiro Conant notificou o Reino Unido que eles deixariam de receber informações atômicas exceto em determinadas áreas. Enquanto os britânicos ficaram chocados com a revogação do acordo de Churchill-Roosevelt, o chefe do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá C. J. Mackenzie ficou menos surpreso, escrevendo "Eu não posso deixar de sentir que o grupo do Reino Unido [mais] enfatiza a importância de sua contribuição, em comparação com os americanos."[54] Como Conant e Bush disseram ao Reino Unido, a ordem veio "de cima". A posição de barganha do Reino Unido havia piorado; os cientistas americanos decidiram que os Estados Unidos já não precisavam de ajuda externa, e eles e outros do comitê de política da bomba queriam impedir o Reino Unido de ser capaz de construir uma arma atômica no pós-guerra. O comitê de apoio e Roosevelt concordaram, restringindo o fluxo de informações que o Reino Unido poderia usar durante a guerra, especialmente para não bombardear o projeto, mesmo que isso diminuísse o projeto americano. No início de 1943, o Reino Unido parou de enviar pesquisas e cientistas para a América, e como resultado, os americanos pararam todo o compartilhamento de informações. O Reino Unido considerou terminando o fornecimento de urânio canadense e água pesada para forçar os americanos a partilhar mais uma vez, mas o Canadá precisava de suprimentos americanos para produzi-los.[55] Eles investigaram a possibilidade de um programa nuclear independente, mas determinaram que não poderia estar pronto a tempo de afetar o resultado da guerra na Europa.[56]
Em março de 1943, Conant decidiu que ajuda do Reino Unido beneficiaria algumas áreas do projeto. James Chadwick e um ou dois outros cientistas britânicos foram importantes o suficiente para que a equipe de design da bomba em Los Alamos precisasse deles, apesar do risco de revelar segredos do design da arma.[57] Em agosto de 1943, Churchill e Roosevelt negociaram o acordo de Quebec, que resultou em uma retomada da cooperação[58] entre os cientistas que trabalham com o mesmo problema. O Reino Unido, no entanto, concordou com restrições de dados sobre a construção de unidades de produção em larga escala necessárias para a bomba.[59] O subsequente acordo de Hyde Park em setembro de 1944 estendeu essa cooperação para o período pós-guerra.[60] O acordo de Quebec criou o Comitê de Política Combinada para coordenar os esforços dos Estados Unidos, Reino Unido e Canadá. Stimson, Bush e Conant serviram como membros americanos do Comitê de Política Combinada, o marechal de campo sir John Dill e o Coronel J. J. Llewellin foram os membros britânicos e Clarence D. Howe era o membro canadense.[61] Llewellin retornou ao Reino Unido no final de 1943 e foi substituído na comissão por sir Ronald Ian Campbell, que por sua vez foi substituído pelo embaixador britânico para os Estados Unidos, Lord Halifax, no início de 1945. Sir John Dill morreu em Washington, D.C., em novembro de 1944 e foi substituído pelo Chefe da Missão Britânica do Estado-Maior Conjunto e como membro do Comitê de Política Combinada pelo marechal de campo sir Henry Maitland Wilson.[62]
Quando a cooperação foi retomada após o acordo de Quebec, o progresso e os gastos dos americanos surpreenderam os britânicos. Os Estados Unidos já tinham gasto mais de US$1 bilhão (13,3 bilhões dólares de hoje[1]), enquanto em 1943 o Reino Unido tinha gasto cerca de £0,5 milhão. Chadwick, assim, pressionado por envolvimento britânico no Projeto Manhattan em toda a extensão e abandonou qualquer esperança de um projeto britânico durante a guerra.[56] Com o apoio de Churchill, tentou garantir que cada pedido de assistência Groves fosse honrado.[63] A missão britânica que chegou aos Estados Unidos em dezembro de 1943 incluiu Niels Bohr, Otto Frisch, Klaus Fuchs, Rudolf Peierls e Ernest William Titterton.[64] Mais cientistas chegaram no início de 1944. Enquanto aqueles empenhados na difusão gasosa deixada pela queda de 1944, os 35 trabalharam com Lawrence, em Berkeley, foram atribuídos aos grupos de laboratórios existentes e ficaram até o fim da guerra. Os 19 enviados para Los Alamos também se reuniram aos grupos existentes, relacionados principalmente para a implosão e montagem da bomba, mas não os relacionados com plutônio.[56] Parte do acordo de Quebec especificou que as armas nucleares não seriam usadas contra outro país sem consentimento mútuo. Em junho de 1945, Wilson concordou que o uso de armas nucleares contra o Japão seria registrada como uma decisão do Comitê de Política Combinada.[65]
O Comitê de Política Combinada criou o Departamento de Confiança Combinada em junho de 1944, com Groves como seu presidente, para adquirir urânio e tório nos mercados internacionais. O Congo Belga e o Canadá tinham a maior parte do urânio do mundo fora da Europa Oriental, e que o governo belga no exílio estava em Londres. O Reino Unido concordou em dar aos Estados Unidos a maioria do minério belga, uma vez que não podiam utilizar a maior parte do fornecimento sem a pesquisa americana restrita.[66] Em 1944, o Departamento de Confiança Combinada comprou 1 560 000 kg de minério de óxido de urânio a partir de companhias de minas em operação no Congo Belga. Para evitar uma coletiva de imprensa nos Estados Unidos Secretário do Tesouro Henry Morgenthau Jr.no projeto, abrir uma conta especial que não esta sujeita à fiscalização e controle habitual isso foi usado para segurar o dinheiro da compra. Entre 1944 e o tempo que ele se desligou do Departamento de Confiança Combinada em 1947, Groves depositou um total de US$37,5 milhões de dólares na conta do departamento.[67]
Groves apreciou no início a pesquisa atômica britânica e as contribuições dos cientistas britânicos para o Projeto Manhattan, mas afirmou que os Estados Unidos teriam conseguido sem eles. Se ele estava ou não correto, a participação da guerra dos britânicos foi crucial para o sucesso do programa de armas nucleares independente do Reino Unidodepois da guerra, quando a Lei McMahon de 1946 encerrou temporariamente a cooperação nuclear americana.[56]
Locais do projeto[editar | editar código-fonte]
Oak Ridge[editar | editar código-fonte]
Um dia depois, ele assumiu o projeto, Groves pegou um trem para Tennessee com o coronel Marshall para inspecionar o local proposto lá, e Groves ficou impressionado.[69][70] Em 29 de setembro de 1942, Subsecretário de Guerra Robert P. Pattersonautorizou o Corpo de Engenheiros a adquirir compulsoriamente 23 000 ha de terra, a um custo de US$3,5 milhões. Um adicional de 1 200 ha foi posteriormente adquirido. Cerca de mil famílias foram afetadas pela ordem de despejo, que entrou em vigor em 7 de outubro.[71] Os protestos, apelos legais, e uma investigação do Congresso em 1943 foram sem sucesso.[72] Em meados de novembro U.S. Marshals foram avisados para desocupar uma fazenda e desbloquear as portas onde os empreiteiros de construção estavam trancados.[73] Algumas famílias foram notificadas com apenas duas semanas para desocupar fazendas que tinham sido seus lares por gerações;[74] outros haviam se estabelecido lá depois de serem despejadas para dar lugar ao Parque Nacional das Grandes Montanhas Fumegantes na década de 1920 ou a Barragem Norris na década de 1930.[72] O custo final de aquisição de terras na região, o que não foi concluído até março de 1945, foi de apenas cerca de US$2,6 milhões, cerca de US$110 dólares por hectare.[75] Quando apresentado como proclamação pública Número Dois, que declarou Oak Ridge uma área de exclusão total que ninguém poderia entrar sem permissão militar, o governador do Tennessee, Prentice Cooper, com raiva rasgou o documento.[76]
Inicialmente conhecida como a Faixa de Demolição Kingston, o local foi rebatizado oficialmente como Clinton Engineer Works (CEW) no início de 1943.[77] Para permitir Stone & Webster concentrar nas instalações de produção, uma comunidade residencial para 13.000 foi projetado e construído pela empresa de arquitetura e engenharia Skidmore, Owings and Merrill. A comunidade foi localizada nas encostas de Black Oak Ridge, a partir do qual a nova cidade de Oak Ridge tem o seu nome.[78] A presença do exército em Oak Ridge aumentou em agosto de 1943, quando Nichols substituiu Marshall como chefe da Engenheira do Distrito Manhattan. Uma de suas primeiras tarefas foi movimentar a sede do distrito de Oak Ridge, embora o nome do distrito não se alterou.[79] Em setembro de 1943, as instalações da administração da comunidade foram terceirizadas para a Turner Construction Company através de uma subsidiária conhecida como a Roane-Anderson Company nos condados Anderson e Roane, nos quais Oak Ridge foi localizado.[80] A população de Oak Ridge logo se expandiu muito além dos planos iniciais, e atingiu um pico de 75 000 em maio de 1945, época em que 82 000 pessoas foram empregadas no Clinton Engineer Works,[68] e 10 000 pelo Roane-Anderson.[80]
Los Alamos[editar | editar código-fonte]
A ideia da localização do Projeto Y em Oak Ridge foi considerada, mas no final ficou decidido que ele deveria estar em um local remoto. Por recomendação de Oppenheimer, a busca por um local adequado foi reduzida até as proximidades de Albuquerque, Novo México, onde Oppenheimer era dono de uma fazenda. Em outubro de 1942, o major John H. Dudley do Projeto Manhattan foi enviado para o levantamento da área, e ele recomendou um local perto de Jemez Springs, Novo México.[81] Em 16 de novembro, Oppenheimer, Groves, Dudley e outros visitaram o local. Oppenheimer temia que as altos penhascos que cercam o local fariam com que os trabalhadores se sentissem claustrofóbicos, enquanto que os engenheiros estavam preocupados com a possibilidade de enchentes. O grupo, em seguida, seguiu em frente para as imediações de Los Alamos Ranch School. Oppenheimer ficou impressionado e expressou uma forte preferência para o local, citando a sua beleza natural e vistas das Montanhas Sangre de Cristo, que, esperava-se, iria inspirar aqueles que trabalham no projeto.[82][83] Os engenheiros estavam preocupados com a pobre estrada de acesso, e se o abastecimento de água seria suficiente, mas por outro lado sentiram que era ideal.[84]
Patterson aprovou a aquisição do terreno em 25 de novembro de 1942, autorizando US$440 000 para a compra do terreno de 22 000 ha, mas todos os 3 600 ha dos quais já eram de propriedade do governo federal.[85]Secretário da Agricultura Claude R. Wickard concedeu o uso de 18 300 ha das terras do Serviço Florestal para o Departamento de Guerra "por quanto tempo a necessidade militar continuasse".[86] A necessidade de terras para uma nova estrada, e mais tarde para uma passagem de uma linha de energia de 40 km, posteriormente levou à compra de terras em tempo de guerra para 18 509 ha, mas apenas US$414 971 foram gastos.[85] A construção foi contratada pela M. M. Sundt Company de Tucson, Arizona, com Willard C. Kruger and Associates de Santa Fé, Novo México, como arquiteto e engenheiro. O trabalho começou em dezembro de 1942. Groves inicialmente destinou US$300 000 para a construção, com a data de conclusão planejada para 15 de março de 1943. Logo ficou claro que o alcance do Projeto Y foi maior que o esperado, e pelo tempo de Sundt terminou em 30 de novembro de 1943, mais de US$7 milhões haviam sido gastos.[87]
Por causa do segredo, Los Alamos era referida como "Site Y" (local Y) ou "the Hill" (a colina).[88] Certidões de nascimento dos bebês nascidos em Los Alamos durante a guerra, seu local de nascimento foi listado como PO Box 1663 em Santa Fé.[89] Inicialmente Los Alamos era para ter sido um laboratório militar com Oppenheimer e outros pesquisadores comissionados para o exército. Oppenheimer foi tão longe a ponto de ordenar a si mesmo um uniforme de tenente-coronel, mas dois físicos fundamentais, Robert Bacher e Isidor Isaac Rabi, rejeitaram a ideia. Conant, Groves e Oppenheimer, em seguida, conceberam um comprometimento em que o laboratório seria operado pela Universidade da Califórnia, sob contrato com o Departamento de Guerra.[90]
Argonne[editar | editar código-fonte]
O conselho do exército OSRD em 25 de junho de 1942 decidiu construir uma planta pilotopara produção de plutônio em Red Gate Woods, ao sudoeste de Chicago. Em julho, Nichols arranjou um contrato de arrendamento de 415 ha na reserva florestal do distrito do Condado de Cook, e o capitão James F. Grafton foi nomeado engenheiro da área de Chicago. Logo se tornou evidente que a escala de operações era muito grande para a área, e decidiu-se construir a usina em Oak Ridge, e manter um centro de pesquisa e testes em Chicago.[91][92]
Atrasos no estabelecimento da fábrica em Red Gate Woods, liderada por Compton e autorizou o Laboratório Metalúrgico para a construção do primeiro reator nuclear sob as arquibancadas do Amos Alonzo Stagg Field da Universidade de Chicago. O reator necessário uma quantidade enorme de blocos de grafite e pastilhas de urânio. No momento, não havia uma fonte limitada de urânio puro. Frank Spedding da Universidade Estadual de Iowa foram capazes de produzir apenas duas toneladas curtas de urânio puro. Outras três toneladas curtas de urânio metálico foi fornecido pela fábrica de lâmpadas Westinghouse, que foi produzido às pressas com processo improvisado. Um grande balão quadrado foi construído pela Goodyear Tire para envolver o reator.[93][94] Em 2 de dezembro de 1942, uma equipe liderada por Enrico Fermi iniciou a primeira reação nuclear em cadeia auto-sustentável artificial[nota 2] em um reator experimental conhecido como Chicago Pile-1.[96] O ponto no qual a reação torna-se auto-sustentável tornou-se conhecido como "acontecimento crítico". Compton relatou o sucesso para Conant em Washington, D.C., por um telefonema codificado, dizendo: "O navegador italiano [Fermi] acaba de desembarcar no novo mundo."[97][nota 3]
Em janeiro de 1943, o sucessor de Grafton, major Arthur V. Peterson, ordenou Chicago Pile-1 a ser desmontado e remontado no Red Gate Woods, como ele considerava a operação de um reator como muito perigoso para uma área densamente povoada.[98] Após a guerra, as operações que permaneceram em Red Gate Woods mudou-se para o novo Laboratório Nacional de Argonne cerca de 9,7 km de distância.[92]
Hanford[editar | editar código-fonte]
Em dezembro de 1942, havia a preocupação de que até mesmo Oak Ridge estava muito perto de um grande centro populacional (Knoxville), no caso improvável de um grande acidente nuclear. Groves recrutou a DuPont em novembro de 1942 para ser o contratante principal para a construção do complexo de produção de plutônio. À DuPont foi oferecido a um custo padrão, além de contrato de taxa fixa, mas o presidente da empresa, Walter S. Carpenter, Jr., não queria nenhum lucro de qualquer espécie, e pediu que o contrato proposto fosse alterado para excluir explicitamente à empresa adquirir qualquer direitos de patente. Esta proposta foi aceita, mas por razões legais foi aprovada uma taxa nominal de um dólar acima. Depois da guerra, a DuPont pediu para ser liberada do contrato inicial, e teve que voltar a 33 centavos.[99]
A DuPont recomendou que o local fosse localizado distante da unidade de produção de urânio existente em Oak Ridge.[100] Em dezembro de 1942, Groves despachou o coronel Franklin Matthias e engenheiros da DuPont para explorar potenciais locais. Matias relatou que Hanford Site local perto de Richland, Washington, era "ideal em praticamente todos os aspectos". Era isolada e perto do rio Columbia, o que pode fornecer água suficiente para resfriar os reatores que produziam plutônio. Groves visitou o local em janeiro e estabeleceu o Hanford Engineer Works (HEW), codinome "Local W".[101]
O subsecretário Patterson deu sua aprovação em 9 de fevereiro, destinou US$5 milhões para a aquisição de 16 000 ha de terra na área. O governo federal realocou cerca de 1 500 moradores de White Bluffs e Hanford, e povoações próximas, bem como os Wanapum e outras tribos que utilizam a área. A disputa surgiu com os agricultores sobre a compensação para as plantações, que já haviam sido plantadas antes de que os terrenos fossem adquiridos. Sempre que o cronograma permitia, o exército permitia que as plantações fossem colhidas, mas isso nem sempre era possível.[101] O processo de aquisição de terras arrastou-se e não foi concluída antes do final do Projeto Manhattan, em dezembro de 1946.[102]
A disputa não atrasou os trabalhos. Embora o progresso no projeto do reator em Metallurgical Laboratory and DuPont não estava suficientemente avançada para prever com precisão o alcance do projeto, iniciou-se em abril de 1943 nas instalações para cerca de 25 000 trabalhadores, metade dos quais eram esperados para viver no local. Em julho de 1944, cerca de 1 200 edifícios foram erguidos e cerca de 51 000 pessoas viviam no campo da construção. Como engenheiro da área, Matthias exercia controle total do local.[103] No seu auge, o campo de construção foi a terceira cidade mais populosa do estado de Washington.[104] Hanford operava uma frota de mais de 900 ônibus, mais do que a cidade de Chicago.[105] Como Los Alamos e Oak Ridge, Richland era um condomínio fechado com acesso restrito, mas mais parecia uma típica cidade próspera americana em tempos de guerra: o perfil militar era menor, e os elementos de segurança física, como cercas altas, torres e cães de guarda foram menos evidentes.[106]
Locais do Canadá[editar | editar código-fonte]
Colúmbia Britânica[editar | editar código-fonte]
Cominco produziram hidrogênio eletrolítico em Trail, Colúmbia Britânica, desde 1930. Urey sugeriu em 1941 que poderia produzir água pesada. Para a fábrica US$10 milhões existentes que consiste de 3.215 células consumindo 75 MW de energia hidroelétrica, células de electrólise secundárias foram adicionadas para aumentar a concentração de deutério na água de 2,3% para 99,8%. Para este processo, Hugh Taylor, de Princeton desenvolveu um catalisador de platina-carbono para os primeiros três estágios enquanto Urey desenvolveu um de níquel-cromo uma torre para a quarta fase. O custo final foi de US$2,8 milhões. O governo canadense não saiba oficialmente do projeto até agosto de 1942. Produção de água pesada em Trail começou em janeiro de 1944 e continuou até 1956. Água pesada de Trail foi utilizado para o reator de Argonne, o primeiro reator com água pesada e urânio natural, que foi crítico em 15 de maio de 1944.[107]
Ontário[editar | editar código-fonte]
O Chalk River, Ontário, o local foi criado para realojar o esforço aliado do Laboratório de Montreal longe de uma área urbana. A nova comunidade foi construída em Deep River, Ontário, para fornecer residências e instalações para os membros da equipe. O local foi escolhido por sua proximidade com a área de produção industrial de Ontário e Quebec, e da proximidade com uma grande base militar Petawawa. Localizado às margens do rio Ottawa, que tinha acesso à água abundante. O primeiro diretor do novo laboratório foi John Cockcroft, mais tarde substituído por Wilfrid Bennett Lewis. Um reator piloto conhecido como ZEEP (zero-energy experimental pile) tornou-se o primeiro reator canadense, e o primeiro a ser concluído fora dos Estados Unidos, quando foi crítico em setembro de 1945. A maior reator de 10 MW NRX, que foi projetado durante a guerra, foi concluído e foi fundamental em julho de 1947.[107]
Territórios do Noroeste[editar | editar código-fonte]
Locais de água pesada[editar | editar código-fonte]
Embora os projetos preferenciais da DuPont para os reatores nucleares fossem de hélio resfriado e usando grafite como moderador, DuPont ainda manifestou interesse em usar água pesada como um backup, caso o projeto do reator de grafite fosse inviável por algum motivo. Para este fim, calculou-se que 3 toneladas de água pesada seriam necessárias por mês. Visto que as instalações em Trail, que na época estavam em construção, poderiam produzir 0,51t por mês, capacidade adicional foi necessária. Groves, portanto, autorizou a DuPont a construir instalações de água pesada em Morgantown Ordnance Works, perto de Morgantown, Virgínia Ocidental; no Wabash River Ordnance Works, perto de Dana e Newport, Indiana; e na Alabama Ordnance Works, perto de Childersburg e Sylacauga, Alabama. Embora conhecido como Ordnance Works e pagos por força de contratos do Departamento de Material Bélico, eles foram construídos e operados pelo Corpo de Engenheiros do Exército. As usinas americanas usaram um processo diferente de Trail; água pesada foi extraída por destilação, aproveitando-se do ponto de ebulição ligeiramente maior da água pesada.[109][110]
Urânio[editar | editar código-fonte]
Minério[editar | editar código-fonte]
A matéria-prima essencial para o projeto foi o urânio, o qual foi utilizado como combustível para os reatores, com a alimentação que foi transformada em plutónio, e, na sua forma enriquecida, na própria bomba atômica. Havia quatro grandes depósitos conhecidos de urânio em 1940: no Colorado, norte do Canadá, Joachimstal na Checoslováquia, e no Congo Belga.[111] Todos menos Joachimstal estavam nas mãos dos aliadas. Uma pesquisa em novembro de 1942 determinou que quantidades suficientes de urânio estavam disponíveis para satisfazer os requisitos do projeto.[112] Nichols organizou com o Departamento de Estado os controles de exportação para ser colocado com o óxido de urânio e a negociação para a compra de 1 200 t de minério de urânio do Congo Belga que estavam sendo armazenados em um depósito em Staten Island. Ele negociou com a Eldorado Gold Mines para a compra de minério de sua mina em Port Hope, Ontário, e a sua transferência em lotes de 100 toneladas. O governo canadense, posteriormente, comprou as ações da empresa até que adquiriu uma participação de controle.[113]
A mais rica fonte de minério foi a mina Shinkolobwe no Congo Belga, mas foi inundada e fechada. Nichols tentou em vão negociar a sua reabertura com Edgar Sengier, o diretor da empresa proprietária da mina, Union Minière du Haut Katanga.[114] A questão foi retomada pelo Comitê de Política Combinada. 30% das ações da Union Minière eram controladas por interesses britânicos, os britânicos assumiram a liderança nas negociações. Sir John Anderson e o embaixador John Gilbert Winant elaboraram um acordo com Sengier e o governo belga em maio de 1944 para a mina ser reaberta e 1.750 t de minério serem fornecidas.[115] Para evitar a dependência de britânicos e canadenses para o minério, Groves também organizou a compra de estoques de US Vanadium Corporation's em Uravan, Colorado. A mineração de urânio do Colorado rendeu cerca de 810 t de minério.[116]
Mallinckrodt Incorporated, em St. Louis, Missouri, pegou o minério bruto e dissolveu em ácido nítrico para produzir nitrato de uranilo. Éter foi adicionado, em seguida, um processo de extração líquido-líquido, para separar as impurezas do nitrato de uranilo. Foi depois aquecida para formar trióxido de urânio, que foi reduzida ao dióxido de urânio puro.[117] Em julho de 1942, Mallinckrodt estava produzindo uma tonelada de óxido altamente puro por dia, mas transformar isso em urânio metálico inicialmente mostrou-se mais difícil para os contratantes da Westinghouse e Metal Hydrides.[118] A produção era muito lenta e a qualidade era inaceitavelmente baixa. Um ramo especial do Laboratório Metalúrgico foi estabelecido em Iowa State College, em Ames, Iowa, sob Frank Spedding para investigar alternativas, e seu processo de Ames tornou-se disponível em 1943.[119]
| Refino de urânio em Ames | ||||||
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Separação de isótopos[editar | editar código-fonte]
O urânio natural é composto de 99,3% de urânio-238 e 0,7% de urânio-235, mas apenas o 235 é físsil. A química idêntica do urânio-235 tem que ser fisicamente separada do isótopo mais abundante. Vários métodos foram considerados para o enriquecimento de urânio, a maioria dos quais foi realizado em Oak Ridge.[120]
A tecnologia mais óbvia, a centrífuga, não conseguiu, mas de separação electromagnética, a difusão gasosa, e as tecnologias de difusão térmica foram todos bem sucedidos e contribuíram para o projeto. Em fevereiro de 1943, Groves surgiu com a ideia de usar a saída de algumas usinas como a entrada para outras.[121]
Centrífugas[editar | editar código-fonte]
O processo de centrifugação foi considerado como o método de separação promissor apenas em abril de 1942.[122] Jesse Beams tinha desenvolvido esse processo, na Universidade da Virgínia, durante a década de 1930, mas tinha encontrado dificuldades técnicas. O processo exigia altas velocidades de rotação, mas em determinadas velocidades vibrações harmônicas desenvolvidas que ameaçava rasgar a máquina. Era, portanto, necessário para acelerar rapidamente através dessas velocidades. Em 1941, ele começou a trabalhar com hexafluoreto de urânio, conhecido apenas como o composto gasoso de urânio, e foi capaz de separar o urânio-235. Na Universidade de Columbia, Urey teve que investigar o processo de Cohen, e produziu um corpo de teoria matemática que permite criar um aparelho de separação por centrífuga, que Westinghouse se comprometeu a construir.[123]
Dimensionar uma fábrica de produção apresentou um desafio técnico formidável. Urey e Cohen estimaram que a produção de um quilo de urânio-235 por dia exigiria até 50.000 centrífugas com rotores de 1 metro, ou 10.000 centrífugas com rotores de 4 metros, assumindo que rotores de 4 metros de altura poderiam ser construídos. A perspectiva de manter tantos rotores operando continuamente em alta velocidade parecia difícil,[124] e quando Beams usou seu aparato experimental, obteve apenas 60% do rendimento previsto, o que indica que mais centrífugas seriam necessárias. Beams, Urey e Cohen, em seguida, começaram a trabalhar em uma série de melhorias que prometeram aumentar a eficiência do processo. No entanto, as falhas frequentes de rotores, eixos e rolamentos em altas velocidades atrasavam o trabalho nas usinas.[125] Em novembro de 1942 o processo de centrifugação foi abandonado pelo Comitê de Política Militar seguindo uma recomendação de Conant, Nichols e August C. Klein da Stone & Webster.[126]
Separação electromagnética[editar | editar código-fonte]
A separação isotópica electromagnética foi desenvolvida por Lawrence no Laboratório de Radiação da Universidade da Califórnia. Este método emprega dispositivos conhecidos como calutron, um híbrido do espectrómetro de massa padrão de laboratório e cíclotron. O nome foi derivado das palavras "Califórnia", "universidade" e "cíclotron".[127] No processo electromagnético, um campo magnético desvia as partículas carregadas de acordo com a massa.[128] O processo não era nem cientificamente elegante nem industrialmente eficiente.[129] Em comparação com uma usina de difusão gasosa ou de um reator nuclear, uma usina de separação electromagnética iria consumir mais materiais raros, exigia mais mão de obra para operar, e custam mais para construir. No entanto, o processo foi aprovado porque foi baseado em uma tecnologia comprovada e, portanto, representava menos riscos. Além disso, ela pode ser construída em várias fases, e atingir rapidamente a capacidade industrial.[127]
Marshall e Nichols descobriram que o processo de separação isotópica eletromagnética exigiria 5.000 toneladas de cobre, que estava desesperadamente em falta. No entanto, a prata poderia ser a substituta, numa proporção 11:10. Em 3 de agosto de 1942, Nichols se encontrou com o subsecretário do tesouro Daniel W. Bell e pediu a transferência de 6.000 toneladas de lingotes de prata a partir do West Point Depository. "Jovem", Bell disse a ele, "você pode pensar em prata como toneladas, mas o Tesouro vai sempre pensar da prata em onça-troy!"[130] Eventualmente, foram utilizados 14.700 toneladas.[131]
Barras de prata de 1 000 onças-troy (31 kg) foram lançados para dentro dos biletes cilíndricos e levado para Phelps Dodge em Bayway, Nova Jersey, onde foram extrudadosem tiras de 15,9 milímetros de espessura, 76 milímetros de largura e 12 m de comprimento. Estes foram enrolados em bobinas magnéticas por Allis-Chalmers em Milwaukee, Wisconsin. Após a guerra, todo o maquinário foi desmontado e limpo e as tábuas do assoalho sob a máquina foram cortados e queimados para recuperar pequenas quantidades de prata. No final, apenas 1/3 600 000 foi perdido.[131][132] A última prata foi devolvida em maio de 1970.[133]
Responsável pela concepção e construção da usina de separação electromagnética, que passou a ser chamado Y-12, foi atribuída a Stone & Webster pelo Comitê S-1 em junho de 1942. O projeto chamado por cinco unidades de processamento de primeira fase, conhecida como esteira de rolagem Alpha, e duas unidades de processamento final, conhecidas como esteiras de rolagem Beta. Em setembro de 1943 Groves autorizou a construção de mais quatro esteiras de rolagem, conhecida como Alpha II. A construção começou em fevereiro de 1943.[134]
Quando a usina entrou em operação para testar a cronograma em outubro, os tanques de vácuo de 14 toneladas saiu do alinhamento por causa do poder dos ímãs, e teve que ser fixado de forma mais segura. Um problema mais grave surgiu quando as bobinas magnéticas iniciou o curto-circuito. Em dezembro, Groves ordenou um ímã a ser arrombado, e punhados de ferrugem foram encontrados no interior. Groves, em seguida, ordenou a demolição das esteiras de rolagem e os ímãs enviados de volta para a fábrica para limpeza. Uma fábrica de decapagem foi estabelecida no local para limpeza do tubos e acessórios.[129] A segunda Alpha I não estava operacional até o final de janeiro de 1944, o primeiro Beta e o primeiro e terceiro Alpha I entrou em serviço em março, e o quarto Alpha I estava operacional em abril. A quarta esteiras de rolagem Alpha II foi concluída entre julho e outubro de 1944.[135]
Tennessee Eastman foi contratada para gerenciar Y-12 sobre o custo habitual mais taxa base fixa, com uma taxa de US$22 500 por mês, mais US$7 500 por esteira de rolagem para as primeiras sete esteiras de rolagem e US$4 000 por esteira de rolagem adicional.[137] Os calutrons foram inicialmente operados por cientistas de Berkeley para remover erros e alcançar uma taxa de funcionamento razoável. Eles foram, então, entregues a operadoras treinadas da Tennessee Eastman que tinham apenas o ensino médio. Nichols comparou os dados de produção da unidade, e apontou a Lawrence que as jovens operadoras "caipiras" tinham desempenho superior de seus PhDs. Eles concordaram em uma corrida de produção e Lawrence perdeu, o impulso moral para os trabalhadores e supervisores da Tennessee Eastman. As meninas foram "treinadas como soldados para não raciocinar o por quê", enquanto "os cientistas não poderiam abster-se de demorada investigação da causa de até mesmo pequenas oscilações dos mostradores."[138]
Y-12 inicialmente enriqueceu o urânio-235 conteúdo para entre 13% e 15%, e enviados os primeiros cem gramas deste para Los Alamos março de 1944. Apenas uma parte em 5 825 da ração de urânio emergiu como produto final. Grande parte do resto estava espalhado sobre os equipamentos no processo. Esforços de recuperação extenuantes ajudaram a elevar a produção para 10% da ração de urânio-235 em janeiro de 1945. Em fevereiro, a esteira de rolagem Alpha começou a receber ração levemente enriquecida (1,4%), a partir da nova usina S-50 de difusão térmica. No mês seguinte, foi ainda maior (5%), ração a partir da usina K-25 de difusão gasosa. Em abril, K-25 estava produzindo urânio suficientemente enriquecido para alimentar diretamente as esteiras de rolagem Beta.[139]
Difusão gasosa[editar | editar código-fonte]
O mais promissor, mas também o mais difícil, método de separação de isótopos era a difusão gasosa. A lei de Graham de que a taxa de efusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada da sua massa molecular, assim, uma caixa contendo uma membrana semi-permeável e uma mistura de dois gases, as moléculas mais leves vão passar para fora do recipiente mais rapidamente do que as moléculas mais pesadas. O gás que sai do recipiente é ligeiramente enriquecida em moléculas mais leves, ao passo que o gás residual é pouco empobrecido. A ideia era de que tais caixas poderiam ser formadas numa cascata de bombeamento e de membranas, com cada uma das fases sucessivas que contêm uma mistura ligeiramente mais enriquecida. A pesquisa sobre o processo foi realizado na Universidade de Columbia por um grupo que incluía Harold Urey, Karl P. Cohen e John R. Dunning.[140]
Em novembro de 1942, o Comitê de Política Militar aprovou a construção de uma usina de difusão gasosa de 600 estágios.[141] Em 14 de dezembro, M. W. Kellogg aceitou uma oferta para construir a usina, que recebeu o codinome K-25. Um contrato de custo mais taxa fixa foi negociada, eventualmente, totalizando US$2,5 milhões. A entidade empresarial separada chamada Kellex foi criada para o projeto, liderado por Percival C. Keith, um dos vice-presidentes da Kellogg.[142] O processo enfrentou dificuldades técnicas formidáveis. O gás hexafluoreto de urânio altamente corrosivo teria de ser usado, como um substituto que podia ser encontrado, e os motores e bombas teriam que ser apertados e fechados sob vácuo no gás inerte. O maior problema é o desenho da barreira, o que tem que ser forte, poroso e resistente à corrosão por hexafluoreto de urânio. A melhor escolha para este parecia ser níquel. Edward Adler e Edward Norris criou uma barreira de malha de níquel galvanizado. A planta-piloto de seis estágios foi construída na Universidade de Columbia para testar o processo, mas o protótipo de Norris-Adler provou ser muito frágil. Uma barreira rival foi desenvolvida a partir de níquel pulverizado por Kellex, Bell Telephone Laboratories e a Bakelite Corporation. Em janeiro de 1944, Groves ordenou que a barreira de Kellex para ser produzida.[143][144]
Projeto de Kellex para K-25 pediu um prédio de quatro andares 800 m de estrutura longa em forma de U, contendo 54 prédios contíguos. Estes foram divididos em nove seções. Dentro destas células eram de seis fases. As células podem ser operadas de forma independente, ou consecutivamente numa seção. Similarmente, as seções podem ser operadas separadamente ou como parte de uma única cascata. Começou a ser construída, marcando o local de 2.0 km2 em maio de 1943. Trabalho sobre o edifício principal começou em outubro de 1943, e a planta-piloto de seis estágios estava pronta para a operação em 17 de abril de 1944. Em 1945, Groves cancelou os estágios superiores da usina, dirigidos pela Kellex em vez disso designou e construir uma unidade de alimentação lateral de 540 estágios, que ficou conhecida como K-27. Kellex transferiu a última unidade do contratante operacional, Union Carbide and Carbon, em 11 de setembro de 1945. O custo total, incluindo a usina K-27 concluída após a guerra, chegou a US$480 milhões.[145]
A unidade de produção iniciou a operação em fevereiro de 1945, e depois como cascata, a qualidade do produto aumentou. Em abril de 1945, K-25 tinham atingido um enriquecimento de 1,1% e a saída da unidade de difusão térmica S-50 começou a ser utilizado como ração. Alguns produtos produzidos no mês seguinte chegou a quase 7% de enriquecimento. Em agosto, o último dos 2.892 estágios começou a operar. K-25 e K-27 alcançaram todo o seu potencial no período pós-guerra, quando eclipsou as demais usinas de produção e tornaram-se os protótipos para uma nova geração de usinas.[146]
Difusão térmica[editar | editar código-fonte]
Ver artigo principal: S-50 (Projeto Manhattan)
O processo de difusão térmica foi baseada na teoria de Sydney Chapman e David Enskog, o que explica que, quando uma mistura gasosa passa através de um gradiente térmico, a mais pesada tende a concentrar-se na extremidade fria o acendedor e uma na extremidade quente. Uma vez que os gases quentes tendem a aumentar e os frios tende a diminuir, isto pode ser usado como um meio de separação isotópica. Este processo foi demonstrado pela primeira vez por H. Clusius e G. Dickel na Alemanha, em 1938.[147] Ele foi desenvolvido por cientistas da Marinha dos Estados Unidos, mas não foi uma das tecnologias de enriquecimento inicialmente selecionadas para uso no Projeto Manhattan.[148]
A Laboratório de Pesquisa Naval continuou a pesquisa sob a direção de Philip Abelson, mas houve muito pouco contato com o Projeto Manhattan, até abril de 1944, quando o capitão William Sterling Parsons, o oficial naval que estava no comando do desenvolvimento de material bélico em Los Alamos, trouxe notícias do Oppenheimer sobre progressos encorajadores em experimentos da Marinha na difusão térmica. Oppenheimer escreveu a Groves, sugerindo que a produção de uma unidade de difusão térmica pode ser introduzida na Y-12. Groves criou uma comissão composta por Warren Lewis, Eger Murphree e Richard Tolman para investigar a ideia, e estima-se que uma usina de difusão térmica custando US$3,5 milhões poderia enriquecer 50 kg de urânio por semana para quase 0,9% de urânio-235. Groves aprovou sua construção em 24 de junho de 1944.[149]
Groves contratou a H. K. Ferguson Company de Cleveland, Ohio, para construir a usina de difusão térmica, que foi designada como S-50. Groves aconselhou, Karl Cohen e W. I. Thompson da Standard Oil,[150] estimou que seriam necessários seis meses para construir. Groves deu a Ferguson apenas quatro. Projeto para a instalação de 2.142 de 48 metros de altura colunas de 15 m difusão organizados em 21 suportes de produção. Dentro de cada coluna havia três tubos concêntricos. Vapor, obtido a partir da vizinha central eléctrica K-25 a uma pressão de 100 libras por polegada quadrada (690 kPa) e à temperatura de 285 °C, fluindo para baixo através de um tubo de 32 mm com interior de níquel, enquanto a água a 68 °C fluía para cima através do tubo de ferro externo. Separação isotópica ocorrida no gás hexafluoreto de urânio entre o níquel e tubos de cobre.[151]
O trabalho começou em 9 de julho de 1944, a S-50 entrou em operação parcialmente em setembro. Ferguson operava a usina através de uma subsidiária conhecida como Fercleve. A usina produzia apenas 4,8 kg de 0,852% de urânio-235, em outubro. Vazamentos de produção limitada e desligamentos forçados durante os meses seguintes, mas em junho de 1945, produziu 5,770 kg.[152] Em março de 1945, todos os 21 suportes de produção estavam operando. Inicialmente, a produção da S-50 foi alimentada pela Y-12, mas a partir de março de 1945 os três processos de enriquecimento foram executados em série. S-50 se tornou a primeira fase, o enriquecimento de 0,71% para 0,89%. Este material foi alimentado no processo de difusão gasosa para a usina K-25, o que produziu um produto enriquecido em cerca de 23%. Este foi, por sua vez, introduzido na Y-12,[153] que impulsionou a cerca de 89%, suficiente para armas nucleares.[154]
Design do tipo da arma[editar | editar código-fonte]
Ver artigo principal: Little Boy
Cerca de 50 quilos de urânio enriquecido a 89% de urânio-235 foram entregues a Los Alamos até julho de 1945.[154] Isto foi usado para criar uma bomba balística de fissão. Funciona por montagem mecânica de uma massa crítica de duas massas subcríticas de urânio-235: uma "bala" e um "alvo". Quando eles colidem, o polônio-berílio iniciador de nêutrons modulado iria produzir uma explosão de nêutrons, que iria iniciar uma reação em cadeia no urânio-235.[155] A configuração da massa crítica determina quanto do material físsil reage no intervalo entre a montagem e dispersão e, portanto, o rendimento da bomba explosiva. Mesmo 1% de fissão do material que resultaria numa bomba funcional, igual a milhares de toneladas de explosivos potentes. Uma má configuração, ou a montagem lenta iria libertar energia suficiente para dispersar rapidamente a massa crítica, e o rendimento seria muito reduzido, o que equivale apenas a algumas toneladas de explosivos potentes.[156] O projeto da bomba foi conhecido por ser ineficiente e propenso a descarga acidental.[157]
O esforço de desenvolvimento da arma modelo foi realizado em Los Alamos por Parsons' O Division. O grupo do tenente-comandante A. Francis Birch terminou o projeto, que se tornou Little Boy, em fevereiro de 1945.[158] Não havia urânio enriquecido disponível para um teste. Little Boy usou todo os 89% do urânio-235 enriquecido, juntamente com outros cerca de 50% enriquecido, com uma média de 85% de enriquecimento.[154] O método da arma foi considerada tão segura de trabalhar que nenhum teste foi considerado necessário, apesar de um extenso programa de testes de laboratório foi realizado para certificar-se as hipóteses fundamentais estavam corretas.[159]
Plutônio[editar | editar código-fonte]
A segunda linha de desenvolvimento prosseguida pelo Projeto Manhattan usava o elemento físsil plutônio. Embora pequenas quantidades de plutónio existem na natureza, a melhor maneira de obter grandes quantidades do elemento é em um reator nuclear, em que o urânio natural é bombardeado com nêutrons. O urânio-238 é transmutado em urânio-239, que decai rapidamente, pela primeira vez para neptúnio-239 e, em seguida, em plutônio-239.[160] Apenas uma pequena quantidade do urânio-238 irá ser transformada, de modo que o plutônio deve ser separado quimicamente a partir do restante do urânio, a partir de quaisquer impurezas iniciais, e a partir de produtos de fissão.[160]
Reator de Grafite X-10[editar | editar código-fonte]
Em março de 1943, a DuPont começou a construção de uma usina de plutônio de 0,5 km2 em Oak Ridge. Concebido como uma instalação piloto para as instalações de produção maiores em Hanford, que incluía o ar-refrigerado do Reator de Grafite X-10, uma usina de separação química, e instalações de suporte. Por causa da decisão subsequente de construir reatores refrigerados a água em Hanford, apenas a usina de separação química funcionou.[161] O reator de grafite X-10 consistiu de um enorme bloco de grafite de 7,3 m de comprimento, de cada lado, pesando cerca de 1,500 t, rodeado por 2,1 m de concreto de alta densidade como um escudo de radiação.[161]
A maior dificuldade foi encontrada com as barras de urânio produzidas pela Mallinckrodt e Metal Hydrides. Estes tinham de alguma forma a ser revestidos em alumínio para evitar a corrosão e a evacuação dos produtos de fissão no sistema de refrigeração. A Grasselli Chemical Company tentou desenvolver um processo de imersão quente, sem sucesso. Enquanto isso Alcoa tentou enlatamento. Um novo processo para a soldagem de fluxo-inferior foi desenvolvido, e 97% dos recipientes de passar por um teste padrão de vácuo, mas os testes de alta temperatura indicaram uma taxa de mais de 50% de falha. No entanto, a produção começou em junho de 1943. O Laboratório Metalúrgico, eventualmente, desenvolveu uma técnica de soldagem melhorada com a ajuda da General Electric, que foi incorporada no processo de produção em outubro de 1943.[162]
Observado por Fermi e Compton, o reator de grafite X-10 foi crítico em 4 de novembro de 1943, com cerca de 30 t de urânio. Uma semana mais tarde, a carga foi aumentada para 37 t, aumentando a sua geração de energia a 500 kW, e até ao final do mês, os primeiros 500 miligramas (0,018 oz) de plutônio foi criado.[163] Modificações ao longo do tempo elevou a potência a 4.000 kW, em julho de 1944. X-10 funcionou como uma fábrica de produção até janeiro de 1945, quando foi entregue a atividades de pesquisa.[164]
Reatores de Hanford[editar | editar código-fonte]
Apesar de um design escolhido para o reator de Oak Ridge, para facilitar a construção rápida, foi reconhecido que este seria impraticável para os reatores de produção maiores. Projetos iniciais por parte do Laboratório de Metalúrgica e da DuPont, hélio usado para refrigeração, antes que determinaram que um reator de refrigerado a água seria mais simples, mais barato e mais rápido para construir.[165] O projeto não se tornou disponível até 4 de outubro de 1943; entretanto, Matthias concentrou-se em melhorar Hanford, erguendo acomodações, melhorando as estradas, a construção de uma linha de ferroviária, e modernização das linhas de energia elétrica, água e telefone.[166]
Como em Oak Ridge, a maior dificuldade foi encontrar o local para as balas de urânio, que teve início em Hanford março de 1944. Eles foram decapadas para remover a sujeira e as impurezas, mergulhado em bronze fundido, estanho e ligas de alumínio-silício, prensadas com prensas hidráulicas, e então tapadas utilizando soldagem a arco sob uma atmosfera de árgon. Finalmente, elas foram submetidas a uma série de testes para detectar buracos ou soldagens defeituosas. Lamentavelmente, a maior parte balas de urânio inicialmente falharam nos testes, resultando em uma produção de apenas algumas balas em por dia. Mas o progresso constante foi feito e em junho de 1944 a produção aumentou até o ponto onde parecer balas de urânio suficientes estariam disponíveis para começar o Reator B no cronograma em agosto de 1944.[167]
O trabalho começou no Reator B, o primeiro dos seis reatores planejados de 250 MW, em 10 de outubro de 1943.[168] Os complexos do reator foram dadas designações de letras de A a F, com B, D e F em locais escolhidos para ser desenvolvidos pela primeira vez, pois isso maximiza a distância entre os reatores. Eles seriam os únicos construídos durante o Projeto Manhattan.[169] Cerca de 400 toneladas de aço, 13.300 m3 de concreto, 50.000 blocos de concreto e 71.000 tijolos de concreto foram utilizados para construir o edifício elevado de 37 m.
Construção do próprio reator começou em fevereiro de 1944.[170] Observado por Compton, Matthias, Crawford Greenewalt da DuPont, Leona Woods e Fermi, o reator foi ligado começando em 13 de setembro de 1944. Ao longo dos próximos dias, os 838 tubos foram carregados quando o reator estava no crítico. Pouco depois da meia-noite em 27 de setembro, os operadores começaram a retirar as hastes de controle para iniciar a produção. No começo tudo parecia bem, mas em torno das 03:00 o nível de energia começou a cair e às 06:30 o reator tinha desligado completamente. A água de refrigeração foi investigada para ver se houve um vazamento ou contaminação. No dia seguinte, o reator começou a subir de novo, só para desligar mais uma vez.[171][172]
Fermi contactou Chien-Shiung Wu, que identificou a causa do problema como uma contaminação de nêutrons a partir de xénon-135, que tem uma meia-vida de 9.2 horas.[173]Fermi, Woods, Donald J. Hughes e John Archibald Wheeler, em seguida, calculou-se a seção transversal nuclear de xénon-135, que acabou por ser 30.000 vezes maior do que de urânio.[174] Felizmente, o engenheiro da DuPont George Graves havia desviado do projeto original do Laboratório Metalúrgico em que o reator tivera 1.500 tubos dispostos em um círculo, e tinha adicionado mais 504 tubos adicionais para preencher os cantos. Os cientistas tinham considerado inicialmente este exagero um desperdício de tempo e dinheiro, mas Fermi percebeu que, carregando todos os 2.004 tubos, o reator poderia alcançar o nível de energia necessário e produzir de forma eficiente plutônio.[175] Reator D foi iniciado em 17 de dezembro de 1944 e Reator F em 25 de fevereiro de 1945.[176]
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https://pt.wikipedia.org/wiki/Projeto_Manhattan
