Repaso por la historia de la energía nuclear

1. HISTORIA DE LA ENERGÍA
NUCLEAR
DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y
QUÍMICA
IES Cristóbal de Monroy

2. Primera referencia de átomo
El filósofo griego Demócrito de
Abdera fue el primero de la
historia en dar una definición
de átomo: la parte más
pequeña constituyente de La
materia. Esto fue en el siglo V
a. de C. Átomo proviene del
griego y significa “no-divisible”.
Aunque más tarde, con la
fisión nuclear, se consigue
dividir átomos con el objetivo
de obtener energía.

3. 1789 Descubrimiento del Uranio
Klaproth descubre el uranio, el
más pesado de los elementos
naturales el mismo año que
William Herchel descubre Urano
y estalla la Revolución Francesa.
El uranio natural está formado
por tres tipos de isótopos: U-238
99,284 %, U-235 0,711% que es
el fisionable , y U-234 0,0085%.
La relación uranio-238/uranio-
235 es de 140 a 1 y es constante
en la corteza terrestre.
Átomos con igual cantidad
de protones, pero diferente
cantidad de neutrones, se
llaman isotopos.

4. Del átomo a la tabla periódica
En 1803, John Dalton afirma que la
materia está formada por átomos y que
los átomos de un mismo elemento eran
idénticos.
A partir de aquí el trabajo de los
científicos se centra en identificar todos
los elementos y clasificarlos. Entre Lothar
Meyer, Dimitri Mendeleivev y Moseley
se llegó a la Tabla Periódica actual.

5. 1897 El electrón (ámbar)
En el modelo propuesto por J.J.
Thomson (Plum-pudding model)
el átomo esta compuesto por
electrones de carga negativa en un
átomo de carga positiva, como las
pasas en un pudín.
Thomson descubre la existencia del
electrón a través del experimento
del tubo de rayos catódicos.

6. Descubrimiento de la radiactividad
En 1896, el físico francés
Antoine-H. Becquerel
comprobó (por casualidad)que
las sales de uranio, emitían
radiaciones penetrantes de
origen desconocido.
Este fenómeno se conoce
como radioactividad.
Pierre Curie y
Marie Curie
encontraron otros elementos
de actividad más elevada que
el uranio, les llamaron polonio
en honor a la patria de María y
radio (rayo).

7. 1905 Corolario de la relatividad
especial
La famosa fórmula de Einstein
E=mc^2
Una cantidad de masa puede
convertirse en energía y
viceversa.
Para destruir Hiroshima sólo se
convirtió en energía 1 gramo
de masa; su energía fue de
12,5 kilotones, lo que equivale
a 12.500 toneladas de TNT. La
materia usada en una bomba
nuclear suele ser uranio 235 o
plutonio 239 debido a su gran
densidad.
Las reacciones nucleares tienen
energías que son del orden de uno
o más millones de veces
superiores a las de las reacciones
químicas debido a que los
nucleones están unidos por la
fuerza nuclear fuerte.

8. Ernest Rutherford (1871-37)
Clasificó las emisiones radiactivas:
rayos alfa (partículas compuestas por
2 protones y dos neutrones que se
desplazan a 0.05c,
beta =electrones que se desplazan a
0.4c y
gama =radiación altamente
energética, sin carga.
Utilizando partículas alfa, realizó “el
experimento de la lámina de oro” y
descubrió que el átomo estaba
formado por un núcleo muy denso
unas 100000 veces menor que el
átomo formado por protones y una
corteza con electrones 1830 veces
menores que los protones.

9. 1932 Descubrimiento del neutrón
El descubrimiento, por James Chadwick permitió entender
que el átomo de helio tiene una masa 4 veces la del
hidrógeno es porque tiene dos neutrones.

10. 1934 Los Joliot-Curie
El fósforo-30 es radiactivo, fue el
primer isótopo radiactivo
sintetizado en un laboratorio.
El entusiasmo de Fréderic fue tal
que empezó a saltar y correr en el
laboratorio diciendo: "Para el
neutrón llegamos tarde, para el
positrón llegamos demasiado
tarde, pero para la radiactividad
artificial, llegamos a tiempo."

11. 1938 Lisa Meitner y Otto Hans
Los átomos de uranio se fragmentan en dos masas parecidas
cuando se bombardean con neutrones. Posteriormente,
comprobaron que el proceso de fisión viene acompañado de una
emisión de neutrones (2.3 en media para el uranio) y que libera
una enorme cantidad de energía.
Meitner ya en el exilio, interpreta los resultados llamándole al
proceso FISIÓN NUCLEAR. Fue la ÚNICA persona científica no
alemana que no trabajó en la bomba.

12. Reacciones nucleares de fisión
nKrBaUnU 1
0
92
36
141
56
236
92
1
0
235
92 3* 
EL DEFECTO DE MASA Dm PRODUCE UN DESPRENDIMIENTO DE ENERGÍA
POR NÚCLEO DE URANIO.
DE = O,1565739 u · 931,5 MeV/u= 146 MeV = 2,33.10-11J
POR gramo DE URANIO.
DE = 5,7. 10+23 MeV/g= 5,99.10+10J/g…
unas 14 600 000 000 cal/g

13. Utilización del plutonio
En 1942 se conocía también el
plutonio 239, un elemento
sintético, descubierto hacía dos
años por Glenn T. Seaborg
en la Universidad de California,
que era más fisible aún que el
uranio 235.
La producción de este plutonio
239 por captura de neutrones del
abundante isótopo del uranio 238
en una pila de reacción térmica
en cadena de neutrones era
incluso más fácil de llevar a cabo
que la separación de grandes
cantidades de uranio 235.

14. FISIÓN NUCLEAR

15. REACCIÓN EN CADENA

16. FUNCIONAMIENTO BÁSICO DE UNA BOMBA ATÓMICA
DETONACIÓN
OBTENCIÓN DE LA MASA
CRÍTRICA DE MATERIAL FISIBLE
MASA MÍNIMA DE MATERIAL
FISIBLE NECESARIA PARA QUE
TENGA LUGAR LA REACCIÓN
EN CADENA
LITTLE BOY: U-235
FAT MAN: Pu-239
ACTIVACIÓN DEL INICIADOR DE
NEUTRONES
Po-210 Y BE SEPARADOS POR
UNA DELGADA BARRERA
Po-210 emite partículas α.
Be interactúa con las partículas
α, dando como resultado la
emisión de neutrones

17. LITTLE BOY
ENSAMBLE TIPO CAÑÓN: UNA PIEZA DE URANIO FISIBLE ES DISPARADA
HACIA UN BLANCO DE URANIO FISIBLE EN EL OTRO EXTREMO DEL
ARMA, DE FORMA SIMILAR A DISPARAR UNA BALA POR UN CAÑÓN,
LOGRANDO UNA MASA CRÍTICA CUANDO SE COMBINAN.

18. FAT MAN
IMPLOSIÓN: UNA MASA FISIBLE DE CUALQUIER MATERIAL
(U-235, PU-239 O UNA COMBINACIÓN) ES RODEADA POR
ALTOS EXPLOSIVOS QUE AL EXPLOTAR COMPRIMEN LA
MASA, RESULTANDO EN UNA MASA CRÍTICA.

19. 1939 Visita de Heisenberg a
Copennague
Heisenberg realiza una visita privada a Bohr que
lo encoleriza y actúa alertando a Einstein, Fermi
y Szilard, de que Heisemberg ayudaría a Hitler
a fabricar la bomba. Estos científicos
convencieron a los gobiernos de la necesidad
“defensiva” de dotarse de armas atómicas. (El
tiempo nos ha dicho que si alguna vez Alemania
intentó fabricar una bomba, nunca lo consiguió).
Entre los científicos que salen con Bohr de Gran
Bretaña para EEUU va el espía Klaus Fuchs.

20. 1939 Einstein advierte a Roosevelt
Eduard Teller, Leó Szilárd y Eugene Wigner persuadieron a
Einstein, para que advirtiera a Roosevelt del peligro.
Einstein firma la carta que Szilard escribe a Roosevelt (2 de
agosto de 1939) señalando las inmensas posibilidades de la
investigación atómica con el uranio:
Después de la carta no lo tuvieron en cuenta para participar en
los experimentos para el desarrollo de la bomba de fisión en Los
Alamos.
Hacia 1940 arranca el proyecto Manhattan.

21. Documento: "Carta de Einstein al presidente Roosevelt"
F.D. Roosvelt. Presidente de los Estados Unidos. Casa Blanca, Washington D.C.
Señor: Recientemente ha llegado a mi conocimiento la versión manuscrita de algunos trabajos de E. Fermi y L. Szilard que hacen concebir la
esperanza de que el elemento Uranio pueda ser convertido en una nueva e importante fuente de energía en un futuro inmediato. Algunos
aspectos de la situación actual parecen obligar a la Administración a una gran vigilancia y, si es necesario a una rápida acción. Considero, por
lo tanto, que mi deber es llamarle la atención sobre los siguientes hechos y recomendaciones.
En los cuatro últimos meses, la obra de Joliot en Francia y de Fermi y Szilard en los Estados Unidos ha demostrado la posibilidad - muy
viable- de producir reacciones nucleares en cadena, en una gran masa de uranio; con ellas se generarían grandes cantidades de energía y de
nuevos elementos radiactivos. Parece seguro que todo ello puede conseguirse en un futuro inmediato.
Este nuevo fenómeno permitiría la construcción de bombas y es concebible - aunque no tan seguro- que podrían construirse bombas
extremadamente poderosas, de un nuevo tipo. Una sola de estas bombas, transportada en un barco, o lanzada en un puerto, podría destruir
todo el puerto y una gran parte de sus alrededores. Puede ocurrir sin embargo, que estas bombas sean demasiado pesadas para poderlas
transportar por aire.
Estados Unidos dispone de minerales de uranio muy pobres y en cantidades moderadas. Hay buenos yacimientos en el Canadá y en la ex -
Checoslovaquia; pero los yacimientos de uranio más importantes se encuentran en el Congo Belga.
En vista de esta situación, quizá considere usted deseable establecer un contacto permanente entre la Administración y el grupo de físicos
dedicados a los problemas de la reacción en cadena en los Estados Unidos. Una de las formas posibles de esta relación podría consistir en que
Usted, nombrase para encargarse de ella a una persona que goce de su confianza y que pueda actuar de manera oficiosa. Su tarea
comprendería los siguientes extremos:
1. Relacionarse con los diversos departamentos gubernamentales, mantenerles informados de la evolución de las investigaciones y hacer
recomendaciones para la acción del gobierno, con particular atención al problema de asegurar un suministro continuo de mineral de uranio a
los Estados Unidos.
2. Acelerar el trabajo experimental, que se realiza actualmente dentro de los límites de los presupuestos de los laboratorios universitarios;
para ello habría que suministrar recursos económicos, si fuese necesario, estableciendo contacto con personas privadas deseosas de
contribuir a esta causa y obteniendo quizá, la colaboración de laboratorios industriales dotados del equipo necesario.
Sé que Alemania ha prohibido la venta del uranio de las minas checoslovacas, sometidas actualmente a su control. Esta medida puede
explicarse, quizá, porque el hijo del secretario de Estado alemán, von Weizsäcker , trabaja en la Kaiser - Wilhelm - Gesellschaft de Berlín,
donde están repitiendo actualmente algunos de los experimentos norteamericanos sobre el Uranio.
Su affmo. s.s. A. Einstein
(enviada el 12 de octubre de 1939)

22. 1942 Construcción del primer reactor
El 9 de octubre de 1941, Roosevelt autorizó
finalmente el desarrollo del proyecto
Manhattan. A mediados de 1945, empleaba a
más de 130.000 personas con un coste de 2.000
millones de dólares.
Enrico Fermi construye en Chicago el primer
reactor nuclear y provoca la primera reacción en
cadena controlada.

23. Crece el proyecto
Los tres principales sitios de investigación y producción:
• La instalación de producción de plutonio en Hanford Site
• las instalaciones de enriquecimiento de uranio en Oak Ridge
Tennessee
• y el laboratorio de investigación y diseño de armas, Los Álamos.

24. La prueba de Trinity
El 16 de julio de 1945, Trinity fue detonada
en Álamo Gordo, Nuevo México. El
dispositivo de plutonio se colocó en una
torre de acero de 20 m. La detonación se
demoró hasta las 05:29 esperando
mejores condiciones climáticas.
El estampido tardó 40 s en alcanzar a los
observadores y la onda se sintió a 160 km.
La nube/ hongo alcanzó 12 km. Produjo
una cantidad de energía equivalente a
20.000 t de TNT.

25. Oppi se muestra sorprendido y
culpable
Supimos que el mundo no sería el
mismo. Unas pocas personas rieron,
unas pocas lloraron, muchas
estuvieron en silencio. Recuerdo la
línea de la escritura Hindú, el
Bhagavad-Gita.
Vishnu está tratando de persuadir
al Príncipe para que haga su
deber y para impresionarlo toma su
forma con múltiples brazos y dice,
“Ahora, me he convertido en
la muerte, el destructor de mundos.”
Supongo que todos pensamos eso,
de una u otra forma.

26. Bomba sobre Hiroshima de Uranio
El 6 de agosto de 1945 el B-29 Enola Gay despegaba de Tinian con una bomba
de uranio de 20 kt junto con otros dos, uno para filmar. Al mando iba Paul
Tibbets que lanzó la bomba sobre Hiroshima a las 08:15, tardó 53 segundos
en explotar, arrasando la ciudad, con un balance de 70.000 muertos y 70.000
heridos graves.

27. Bomba sobre Nagasaki de plutonio
El arma fue lanzada desde el bombardero B-29 Bockscar, pilotado por el
Comandante Charles Sweeney. A pesar de tener casi el doble de potencia
que Little Boy l la extensión del daño fue menor debido a la topografía de
Nagasaki, sin embargo se estima que 40.000 personas murieron en este ataque
y otras 25.000 fueron heridas, y varios miles morirían después debido a heridas,
envenenamiento y radiación residual.

29. ¿Qué más podemos decir?
Almirante W.H.P. "Spike "
Blandy , la señora Blandy y
el contralmirante FJ Lowry
celebran el fin de la
Operación Crossroads en
noviembre de 1946 en
Washington, DC Esta
fotografía , titulada " Atomic
Age Angel Food " atrajo
fuertes críticas de todo el
país y de todo el mundo.

30. ANEXO
Científicos nucleares
De los científicos más renombrados que trabajaron en EEUU
durante la guerra 10 fueron de nacionalidad húngara,
polaca, italiana y alemana.
Estos científicos trabajaron para crear un arma tan
poderosa que ningún hombre cuerdo se planteara jamás
utilizar. Por desgracia, ellos no eran los responsables de la
decisión final…..

31. Leo Szilard
Nació en Budapest en 1898. Emigró a Alemania en 1919. Fue
físico, biofísico y un científico de conciencia.
En 1929, identificó el Bit de información. Entre sus ideas figuran
el acelerador lineal, el ciclotrón y el microscopio electrónico.
Llegó a EEUU perseguido por los nazis y realizó una serie de
experimentos con Enrico Fermi, para determinar si la teoría de
la fisión nuclear era correcta.
Hizo grandes esfuerzos para convencer a Truman que no usara la
bomba atómica, pero no fue escuchado. En una entrevista dijo,
"Truman no entendió de qué se trata todo esto." Según Szilard,
un científico debe ser responsable de las implicaciones tenga su
trabajo.

32. Eugene Paul Wigner
Nació en Budapest en 1902. se doctoró en Ingeniería Química en
Alemania. Además de química, estudió física y matemáticas.
Emigró a Estados Unidos debido a su ascendencia judía. Desde
1942 a 1945, trabajó con Fermi en el Laboratorio Metalúrgico,
tratando de determinar si era posible inducir una fisión nuclear
que creara una reacción en cadena.
Trabajó en el Proyecto Manhattan de la Universidad de Chicago.
Ganó el Premio Nóbel en 1963.

33. John von Neuman
Nació en Budapest en 1903. Estudió y se graduó en Ingeniería
Química en Alemania. Trabajó en Física Cuántica.
Emigró a Estados Unidos e ingresó como profesor en la
Universidad de Princenton junto con Einstein y Gödel.
Comenzó a trabajar en el Proyecto Manhattan en 1943, donde se
encargó de hacer los inmensos cálculos para construir la bomba
atómica. Es considerado como uno de los más importantes
matemáticos de la historia moderna.

34. Eduard Teller
De Hungría, estudió en Alemania. Emigró a EEUU en 1935.
Acompañó a Leo Szilar a ver a Albert Einstein.
Es considerado el padre de la Bomba de Hidrógeno. Acusó a
Oppenheimer de comunista por negarse a participar en ese
proyecto.
No estaba de acuerdo en que un científico debería
considerar las implicaciones morales de su trabajo.

35. Enrico Fermi
Nació en Roma en 1901. Se doctoró en física en Pisa.
Aprovechó los neutrones emitidos en una fisión para mantener
una reacción en cadena de fisiones y utilizar el proceso como
fuente de energía. En Diciembre de 1942: PILE-1, el primer
reactor nuclear del mundo construido por Fermi y
colaboradores, entraba en operación en la universidad de
Chicago.
Fermi y numerosos colaboradores emprendieron una serie de
experimentos para producir elementos más pesados que el
uranio bombardeando éste con neutrones. Ganó el Premio
Nobel en 1938.

36. Emilio Segrè
Nació en Roma en 1905. Intentó estudiar ingeniería pero se
cambió a física y se doctoró al año siguiente. Trabajó en
Hamburgo y Amsterdam y regresó a la Universidad de Roma y a
Palermo.
Emigró a Estados Unidos en 1938 y dirigió el Grupo Radiactivo en
Los Álamos. Su descubrimiento de la fisión espontánea del
plutonio lo llevó a la reorganización del laboratorio en
1944. Ganó el Premio Nobel de Física en 1959, junto con Owen
Chamberlain por el Descubrimiento del Antiprotón.

37. Stanislaw Ulam
Nació en Polonia en1909. Se doctoró en matemáticas. Al
comenzar la guerra en 1939 escapó de Polonia y encontró
trabajo en la Universidad de Princeton. Fue invitado por Hans
Bethe a participar en los experimentos del Proyecto Manhattan.
Llegó a Los Álamos en 1943. Desarrolló el "Método Montecarlo",
que ayudó enormemente en los cálculos para la creación de la
bomba atómica.

38. Albert Einstein
Nació en Ulm, Alemania en 1879. Estudió en Munich y luego se
mudaron a Italia y a Suiza. Aceptó un puesto en la Oficina de
Patentes. En 1905 se doctoró. En 1914 recuperó su nacionalidad
alemana, pero en 1933, renunció a ésta. Emigró a EEUU para
trabajar en teoría física en Princeton. Con otros científicos, firmó
una carta instando al Presidente Roosevelt para que aprobara las
investigación nuclear. Creó laTeoría de la Relatividad. Ganó el
Premio Nóbel de Física en 1920.
Cinco meses antes de su muerte, escribía: “cometí un gran error
en mi vida… cuando firmé la carta para el presidente Roosevelt
recomendando el desarrollo de la bomba atómica, pero hubo
una cierta justificación – el peligro de que los alemanes la
hicieran antes.”

39. James Franck
•
Hamburgo, 1882-Göttingen, 1964. Emigró a Estados Unidos en
1933 y se involucró en el Proyecto Manhattan nombrado
director de la División de Química del Laboratorio de Metalúrgica
de Chicago.
Coordinador de un comité sobre problemas políticos y sociales
que podría ocasionar la bomba atómica junto con otros
científicos como Leó Szilárd o Donald J. Hughes. El “Franck
Report” recomendaba el no uso de bombas atómicas en Japón
pero Harry Truman, se desentendió.
El premio Nobel de Franck quedó en Dinamarca y fue disuelto
en agua regia tras la invasión nazi , más tarde fue restaurado.

40. Hans Bethe
Nació en Alemania en 1906. Se doctoró en física en Frankfurt y
fue docente privado en Sttutgart. Fue profesor en la Universidad
de Tubingen, pero perdió su trabajo porque su madre era judía.
En 1933 emigró a Inglaterra pero no encontró un campo
adecuado para desarrollar sus teorías. Se cambió a la
Universidad de Cornell en EEUU en 1935.
Fue nombrado director de la División de Teoría del Proyecto
Manhattan, donde formó parte del equipo que calculó cuánto
combustible nuclear se requeriría para construir las
bombas. Ganó el Premio Nóbel en Física en 1967.

41. Arthur H. Compton(1892-62)
Físico estadounidense. Premio Nobel en física en 1927 por sus
aportes a la comprensión de la radiación magnética.
Responsable del comité científico (S-1) de investigación de las
propiedades del uranio, mas tarde presidido por Robert
Oppenheimer, cuyas conclusiones llevaron en 1942 al
involucramiento del ejercito en el proyecto atómico.
Bajo su supervisión en el Laboratorio Metalúrgico de la
Universidad de Chicago se logro la primera reacción nuclear
controlada por parte del fisico Enrico Fermi.

42. Niels Bohr
Físico danés. Premio Nobel de 1922.
Basándose en las teorías
de Rutherford, publicó su modelo
atómico (Modelo atómico de Bohr)
en 1913, introduciendo la teoría de
las órbitas cuantificadas.
Temeroso de la iniciativas nazis
colaboró activamente en la
construcción de armas atómicas
primero con los británicos y y luego
sumándose al Proyecto Manhattan.
Activista del desarme en la
posguerra.

43. Richard Feynman
Nació en 1918 en Nueva York. Premio Nobel
por sus aportes en electrodinámica cuántica.
Director del equipo de computistas en el
Proyecto Manhattan.
Trabajó en Cornell y en el Instituto de
Tecnología de California.
Desempeñó un papel relevante en
la investigación de la explosión del
Challenger.
Entre sus escritos destacan: ¡Está usted de
broma, Mr. Feynman! Aventuras de un
curioso (1985) y QED: La extraña teoría de la
luz y la materia (1985).

44. Otto Frisch (1904-1979)
Físico británico de origen austríaco.
Durante las navidades de 1938, visitó a
su tía Lise Meitner y le ayudó a explicar
que los núcleos de uranio se habían
dividido en dos.
Volvió a Copennague, donde aisló
restos de la reacciones de fisión. Llegó
al proyecto en 1943. Trabajó con
Rudolf Peierls en la iniciativa británica
de construcción de armas nucleares en
1941, conocida como Tube Alloys .

45. Ernest O. Lawrence (1901 - 1958)
Físico estadounidense y Premio Nobel en 1939.
Introductor de R. Oppenheimer al Proyecto
Manhattan en el cual participó desde la
Universidad de Berkeley.
La era de la transmutación artificial comenzó
con la fabricación del primer «aplasta-átomos»,
el ciclotrón, en 1931.
El primero y minúsculo ciclotrón de alambre y
cera fue el antecesor de los enormes actuales
de kilómetros de circunferencia para tratar de
responder a las preguntas fundamentales
relativas a la estructura de la materia.

46. J. Robert Oppenheimer(1904-67)
Físico estadounidense destacado en
vastos campos.
Responsable del diseño y construcción
de la bomba, en Los Álamo y
carismático líder del grupo de
científicos. Reexaminó su posición a
favor del empleo de la bomba sobre
Japón y se convirtió en opositor a la
bomba de hidrógeno alentada por
Teller por lo que fue motivo de
investigaciones basadas en sus
simpatías izquierdistas. Finalmente fue
reivindicado.