S-50 (Proyecto Manhattan)

35°54′58″N 84°24′43″O / 35.91611, -84.41194

El Proyecto S-50 fue el esfuerzo del Proyecto Manhattan por producir uranio enriquecido mediante difusión térmica líquida durante la Segunda Guerra Mundial . Fue una de las tres tecnologías de enriquecimiento de uranio que persiguió el Proyecto Manhattan.

El proceso de difusión térmica líquida no fue una de las tecnologías de enriquecimiento seleccionadas inicialmente para su uso en el Proyecto Manhattan, y fue desarrollado independientemente por Philip H. Abelson y otros científicos del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos . Esto se debió principalmente a las dudas sobre la viabilidad técnica del proceso, pero también influyó la rivalidad entre los servicios del Ejército y la Marina de los Estados Unidos .

Se construyeron plantas piloto en la Estación Aérea Naval de Anacostia y en el Astillero Naval de Filadelfia , y una instalación de producción en Clinton Engineer Works en Oak Ridge, Tennessee . Esta fue la única planta de difusión térmica líquida a escala de producción jamás construida. No podía enriquecer uranio lo suficiente para su uso en una bomba atómica , pero podía proporcionar alimentación ligeramente enriquecida para los calutrones Y-12 y las plantas de difusión gaseosa K-25 . Se estimó que la planta S-50 había acelerado la producción de uranio enriquecido utilizado en la bomba Little Boy empleada en el bombardeo atómico de Hiroshima en una semana.

La planta S-50 cesó su producción en septiembre de 1945, pero volvió a abrirse en mayo de 1946 y fue utilizada por el proyecto de Energía Nuclear para la Propulsión de Aeronaves (NEPA) de las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos . La planta fue demolida a fines de la década de 1940.

El descubrimiento del neutrón por James Chadwick en 1932, ^[1] seguido por el de la fisión nuclear en uranio por los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann en 1938, ^[2] y su explicación teórica (y denominación) por Lise Meitner y Otto Robert Frisch poco después, ^[3] abrieron la posibilidad de una reacción nuclear en cadena con uranio. ^[1] Los temores de que un proyecto alemán de bomba atómica desarrollara armas nucleares , especialmente entre los científicos que eran refugiados de la Alemania nazi y otros países fascistas, se expresaron en la carta de Einstein-Szilard . Esto impulsó una investigación preliminar en los Estados Unidos a fines de 1939. ^[4]

Niels Bohr y John Archibald Wheeler aplicaron el modelo de gota líquida del núcleo atómico para explicar el mecanismo de la fisión nuclear. ^[5] A medida que los físicos experimentales estudiaban la fisión, descubrieron resultados desconcertantes. George Placzek le preguntó a Bohr por qué el uranio parecía fisionarse con neutrones rápidos y lentos. Al caminar hacia una reunión con Wheeler, Bohr tuvo la idea de que la fisión a bajas energías se debía al isótopo uranio-235 , mientras que a altas energías se debía principalmente al isótopo uranio-238, mucho más abundante . ^[6] El primero constituye el 0,714 por ciento de los átomos de uranio en el uranio natural, aproximadamente uno de cada 140; el uranio natural es 99,28 por ciento uranio-238. También hay una pequeña cantidad de uranio-234 , 0,006 por ciento. ^[7]

En la Universidad de Birmingham , en Gran Bretaña, el físico australiano Mark Oliphant asignó a dos físicos refugiados —Frisch y Rudolf Peierls— la tarea de investigar la viabilidad de una bomba atómica, irónicamente porque su condición de enemigos extranjeros les impedía trabajar en proyectos secretos como el radar . ^[8] Su memorando Frisch-Peierls de marzo de 1940 indicaba que la masa crítica del uranio-235 estaba dentro de un orden de magnitud de 10 kg, que era lo suficientemente pequeño como para ser transportado por un bombardero de la época. ^[9] La investigación sobre cómo se podía lograr la separación de isótopos de uranio ( enriquecimiento de uranio ) asumió una enorme importancia. ^[10] La primera idea de Frisch sobre cómo se podría lograr esto fue con la difusión térmica líquida. ^[11]

El proceso de difusión térmica líquida se basó en el descubrimiento de Carl Ludwig en 1856 y más tarde de Charles Soret en 1879, de que cuando se mantiene un gradiente de temperatura en una solución de sal originalmente homogénea , después de un tiempo, también existirá un gradiente de concentración en la solución. Esto se conoce como el efecto Soret . ^[12] David Enskog en 1911 y Sydney Chapman en 1916 desarrollaron de forma independiente la teoría de Chapman-Enskog , que explicaba que cuando una mezcla de dos gases pasa a través de un gradiente de temperatura, el gas más pesado tiende a concentrarse en el extremo frío y el gas más ligero en el extremo caliente. Esto fue confirmado experimentalmente por Chapman y FW Dootson en 1916. ^{[13] [14] [15]}

Dado que los gases calientes tienden a ascender y los fríos a descender, esto puede utilizarse como medio de separación de isótopos . Este proceso fue demostrado por primera vez por Klaus Clusius y Gerhard Dickel en Alemania en 1938, quienes lo utilizaron para separar isótopos de neón . Utilizaron un aparato llamado "columna", que consistía en un tubo vertical con un alambre caliente en el centro. ^{[16] [17]} En los Estados Unidos, Arthur Bramley del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos mejoró este diseño utilizando tubos concéntricos con diferentes temperaturas. ^[18]

Philip H. Abelson era un joven físico que había obtenido su doctorado en la Universidad de California el 8 de mayo de 1939. ^[18] Fue uno de los primeros científicos estadounidenses en verificar la fisión nuclear, ^[19] informando sus resultados en un artículo enviado a la Physical Review en febrero de 1939, ^[20] y colaboró ​​con Edwin McMillan en el descubrimiento del neptunio . ^{[21] [22]} Al regresar a la Institución Carnegie en Washington, DC, donde tenía un puesto, se interesó en la separación de isótopos. En julio de 1940, Ross Gunn del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos (NRL) le mostró un artículo de 1939 sobre el tema escrito por Harold Urey , y Abelson se sintió intrigado por la posibilidad de utilizar el proceso de difusión térmica líquida. ^[18] Comenzó a realizar experimentos con el proceso en el Departamento de Magnetismo Terrestre de la Institución Carnegie. Utilizando cloruro de potasio (KCl), bromuro de potasio (KBr), sulfato de potasio ( K
₂ENTONCES
₄) y dicromato de potasio ( K
₂Cr
₂Oh
₇), logró alcanzar un factor de separación de 1,2 (20 por ciento) de los isótopos potasio-39 y potasio-41 . ^[23]

El siguiente paso fue repetir los experimentos con uranio. Estudió el proceso con soluciones acuosas de sales de uranio, pero descubrió que tendían a hidrolizarse en la columna. Sólo el hexafluoruro de uranio ( UF
₆) parecía adecuado. En septiembre de 1940, Abelson se acercó a Ross Gunn y Lyman J. Briggs , el director de la Oficina Nacional de Normas , quienes eran ambos miembros del Comité de Uranio del Comité Nacional de Investigación de Defensa (NDRC) . El NRL acordó poner $2,500 a disposición de la Institución Carnegie para permitir que Abelson continuara su trabajo, y en octubre de 1940, Briggs dispuso que se trasladara a la Oficina de Normas, donde había mejores instalaciones. ^[23]

El hexafluoruro de uranio no estaba fácilmente disponible, por lo que Abelson ideó su propio método para producirlo en cantidad en el NRL, a través de la fluoración del tetrafluoruro de uranio, que se producía más fácilmente , a 350 °C (662 °F). ^{[24] [23]} Inicialmente, esta pequeña planta suministraba hexafluoruro de uranio para la investigación en la Universidad de Columbia , la Universidad de Virginia y el NRL. En 1941, Gunn y Abelson hicieron un pedido de hexafluoruro de uranio a la Harshaw Chemical Company en Cleveland, Ohio , utilizando el proceso de Abelson. A principios de 1942, la NDRC le otorgó a Harshaw un contrato para construir una planta piloto para producir 10 libras (4,5 kg) de hexafluoruro de uranio por día. Para la primavera de 1942, la planta piloto de hexafluoruro de uranio de Harshaw estaba operativa, y DuPont también comenzó a experimentar con el uso del proceso. La demanda de hexafluoruro de uranio pronto aumentó drásticamente, y Harshaw y DuPont incrementaron la producción para satisfacerla. ^[25]

Abelson erigió once columnas en la Oficina de Normas, todas de aproximadamente 1,5 pulgadas (38 mm) de diámetro, pero que variaban de 2 a 12 pies (0,61 a 3,66 m) de altura. Se llevaron a cabo pruebas con sales de potasio y luego, en abril de 1941, con hexafluoruro de uranio. El 1 de junio de 1941, Abelson se convirtió en empleado del NRL y se trasladó a la Estación Aérea Naval de Anacostia . En septiembre de 1941, se le unió John I. Hoover, quien se convirtió en su adjunto. Construyeron allí una planta experimental con columnas de 36 pies (11 m). ^{[24] [23]} El vapor era proporcionado por una caldera de gas de 20 caballos de fuerza (15 kW). ^[26] Fueron capaces de separar los isótopos del cloro , pero el aparato se arruinó en noviembre por los productos de descomposición del tetracloruro de carbono . ^{[24] [23]} La siguiente prueba indicó una separación del 2,5% y se encontró que el espaciamiento óptimo de las columnas estaba entre 0,21 y 0,38 milímetros (0,0083 y 0,0150 pulgadas). ^[24] Abelson consideró una prueba del 22 de junio con un resultado del 9,6% como la primera prueba exitosa de difusión térmica líquida con hexafluoruro de uranio. En julio, pudo alcanzar el 21%. ^[27]

El NRL autorizó una planta piloto en julio de 1942, que comenzó a funcionar el 15 de noviembre. ^[23] Esta vez utilizaron catorce columnas de 48 pies (15 m), con una separación de 25 milímetros (0,98 pulgadas) entre ellas. La planta piloto funcionó sin interrupción del 3 al 17 de diciembre de 1942. ^[28] El coronel Leslie R. Groves, Jr. , que había sido designado para hacerse cargo de lo que se conocería como el Proyecto Manhattan (pero no lo haría hasta dos días después), visitó la planta piloto con el ingeniero adjunto del distrito de Manhattan, el teniente coronel Kenneth D. Nichols el 21 de septiembre, y habló con Gunn y el contralmirante Harold G. Bowen, Sr. , el director del NRL. Groves se fue con la impresión de que el proyecto no se estaba llevando a cabo con la suficiente urgencia. ^{[29] [30]} El proyecto se amplió y Nathan Rosen se unió al proyecto como físico teórico. ^[23] Groves visitó la planta piloto nuevamente el 10 de diciembre de 1942, esta vez con Warren K. Lewis , profesor de ingeniería química del MIT , y tres empleados de DuPont. En su informe, Lewis recomendó que se continuara con el trabajo. ^[28]

El Comité Ejecutivo S-1 reemplazó al Comité de Uranio el 19 de junio de 1942, eliminando a Gunn de su membresía en el proceso. ^[31] Consideró el informe de Lewis y transmitió su recomendación a Vannevar Bush , el director de la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico (OSRD), de la que formaba parte el Comité Ejecutivo S-1. ^[32] La relación entre la OSRD y la NRL no era buena; Bowen la criticó por desviar fondos de la NRL. ^[33] Bush era consciente de una directiva del 17 de marzo de 1942 del presidente, Franklin D. Roosevelt , ^[32] aunque por consejo suyo, ^[33] de que la marina debía ser excluida del Proyecto Manhattan. ^[32] Prefirió trabajar con el más agradable Secretario de Guerra , Henry Stimson , sobre quien tenía más influencia. ^[33]

James B. Conant , presidente de la NDRC y del Comité Ejecutivo del S-1, estaba preocupado por el hecho de que la marina estuviera ejecutando su propio proyecto nuclear, pero Bush consideró que no causaba daño. Se reunió con Gunn en Anacostia el 14 de enero de 1943 y le explicó la situación. Gunn respondió que la marina estaba interesada en la propulsión marina nuclear para submarinos nucleares . La difusión térmica líquida era un medio viable para producir uranio enriquecido, y todo lo que necesitaba eran detalles sobre el diseño del reactor nuclear , que sabía que estaba siendo investigado por el Laboratorio Metalúrgico de Chicago. No sabía que ya se había construido Chicago Pile-1 , un reactor nuclear en funcionamiento. Bush no estaba dispuesto a proporcionar los datos solicitados, pero arregló con el contralmirante William R. Purnell , un miembro del Comité de Política Militar que dirigía el Proyecto Manhattan, para que los esfuerzos de Abelson recibieran apoyo adicional. ^[32]

La semana siguiente, Briggs, Urey y Eger V. Murphree , del Comité Ejecutivo de la S-1, junto con Karl Cohen y WI Thompson, de la Standard Oil , visitaron la planta piloto de Anacostia. Quedaron impresionados con la simplicidad del proceso, pero decepcionados porque no se había retirado de la planta ningún producto de uranio enriquecido; la producción se había calculado midiendo la diferencia de concentración. Calcularon que una planta de difusión térmica líquida capaz de producir 1 kg por día de uranio enriquecido al 90% de uranio-235 requeriría 21.800 columnas de 36 pies (11 m), cada una con un factor de separación del 30,7%. Se necesitarían 18 meses para construirla, suponiendo que se utilizara la prioridad absoluta del Proyecto Manhattan para los materiales. Esto incluía 1.700 toneladas cortas (1.500 t) de cobre escaso para los tubos exteriores y níquel para los interiores, que serían necesarios para resistir la corrosión por el vapor y el hexafluoruro de uranio respectivamente. ^{[34] [35]}

El coste estimado de una planta de este tipo era de unos 32,6 millones de dólares para construirla y de 62.600 dólares diarios para ponerla en funcionamiento. Lo que acabó con la propuesta fue que la planta necesitaría 600 días para alcanzar el equilibrio, momento en el que se habrían gastado 72 millones de dólares, que el Comité Ejecutivo del S-1 redondeó a 75 millones de dólares. Suponiendo que el trabajo comenzara inmediatamente y que la planta funcionara según lo previsto, no se podría producir uranio enriquecido antes de 1946. Murphree sugirió que una planta de difusión térmica líquida que produjera uranio enriquecido al 10% de uranio-235 podría ser un sustituto de las etapas inferiores de una planta de difusión gaseosa , pero el Comité Ejecutivo del S-1 decidió no hacerlo. ^{[34] [35]} Entre febrero y julio de 1943, la planta piloto de Anacostia produjo 236 libras (107 kg) de hexafluoruro de uranio ligeramente enriquecido, que se envió al Laboratorio Metalúrgico. ^[36] En septiembre de 1943, el Comité Ejecutivo del S-1 decidió que no se asignaría más hexafluoruro de uranio a la NRL, aunque intercambiaría hexafluoruro de uranio enriquecido por hexafluoruro de uranio regular. Groves rechazó un pedido de hexafluoruro de uranio adicional de la NRL en octubre de 1943. Cuando se señaló que la marina había desarrollado el proceso de producción de hexafluoruro de uranio en primer lugar, el ejército aceptó a regañadientes cumplir con el pedido. ^[35]

Los estudios de Abelson indicaron que para reducir el tiempo de equilibrio, necesitaba tener un gradiente de temperatura mucho mayor. ^[24] El NRL consideró construirlo en la Estación Experimental de Ingeniería Naval en Annapolis, Maryland , pero se estimó que costaría $ 2.5 millones, lo que el NRL consideró demasiado caro. Se sondearon otros sitios y se decidió construir una nueva planta piloto en el Laboratorio Naval de Calderas y Turbinas (NBTL) en el Astillero Naval de Filadelfia , ^[37] donde había espacio, vapor y agua de refrigeración y, quizás lo más importante de todo, ingenieros con experiencia con vapor de alta presión. ^[38] El costo se estimó en $ 500,000. ^[37] La ​​planta piloto fue autorizada por el contralmirante Earle W. Mills, el jefe asistente de la Oficina de Buques el 17 de noviembre de 1943. ^[38] La construcción comenzó el 1 de enero de 1944 y se completó en julio. ^[39] La NBTL se encargó del diseño, la construcción y el funcionamiento de los sistemas de vapor y agua de refrigeración, mientras que la NRL se ocupó de las columnas y el equipo auxiliar. El capitán Thorvald A. Solberg, de la Oficina de Buques, fue el oficial del proyecto. ^[38]

La planta piloto de Filadelfia ocupaba 1200 m2 ^de espacio en un terreno a una cuadra al oeste de Broad Street , cerca del río Delaware . La planta constaba de 102 columnas de 15 m, conocidas como "rack", dispuestas en una cascada de siete etapas. La planta estaba destinada a producir un gramo por día de uranio enriquecido al 6% de uranio-235. Los tubos de cobre externos se enfriaban con agua a 68 °C que fluía entre ellos y las tuberías de acero externas de 4 pulgadas. Los tubos de níquel internos se calentaban con vapor a alta presión a 285 °C y 6900 kPa. Por lo tanto, cada columna contenía aproximadamente 1,6 kilogramos de hexafluoruro de uranio. Esto era impulsado por presión de vapor; las únicas partes funcionales eran las bombas de agua. En funcionamiento, el bastidor consumía 11,6 MW de potencia. Cada columna estaba conectada a un depósito de entre 3 y 170 kilogramos (6,6 a 374,8 libras) de hexafluoruro de uranio. Debido a los peligros que implicaba manipular el hexafluoruro de uranio, todo el trabajo con él, como la reposición de los depósitos desde los cilindros de envío, se realizaba en una sala de transferencia. ^[40] Las columnas de la planta de Filadelfia funcionaban en paralelo en lugar de en serie, por lo que la planta piloto de Filadelfia acabó produciendo más de 5.000 libras (2.300 kg) de hexafluoruro de uranio enriquecido al 0,86 por ciento de uranio-235, que se entregó al Proyecto Manhattan. ^[41] La planta piloto de Filadelfia se desechó en septiembre de 1946, y el equipo recuperable se devolvió al NRL, mientras que el resto se arrojó al mar. ^[42]

A principios de 1944, las noticias de la planta piloto de Filadelfia llegaron a manos de Robert Oppenheimer , director del Laboratorio de Los Álamos . ^[43] Oppenheimer escribió a Conant el 4 de marzo de 1944 y le pidió los informes sobre el proyecto de difusión térmica líquida, que Conant le envió. ^[44] Como casi todos los demás, Oppenheimer había estado pensando en el enriquecimiento de uranio en términos de un proceso para producir uranio de grado armamentístico adecuado para su uso en una bomba atómica , ^[45] pero ahora consideraba otra opción. Si las columnas de la planta de Filadelfia funcionaran en paralelo en lugar de en serie, entonces podrían producir 12 kg por día de uranio enriquecido al 1 por ciento. ^[43] Esto podría ser valioso porque un proceso de enriquecimiento electromagnético que pudiera producir un gramo de uranio enriquecido al 40 por ciento de uranio-235 a partir de uranio natural, podría producir dos gramos por día de uranio enriquecido al 80 por ciento de uranio-235 si la alimentación se enriqueciera al 1,4 por ciento de uranio-235, el doble del 0,7 por ciento del uranio natural. ^[46] El 28 de abril, le escribió a Groves, señalando que "la producción de la planta Y-12 podría aumentarse en un 30 o 40 por ciento, y su mejora algo mejorada, muchos meses antes de la fecha programada para la producción de K-25 ". ^[47]

Groves obtuvo permiso del Comité de Política Militar para renovar el contacto con la marina, ^[35] y el 31 de mayo de 1944 nombró un comité de revisión formado por Murphree, Lewis y su asesor científico, Richard Tolman , para investigar. ^[47] El comité de revisión visitó la planta piloto de Filadelfia al día siguiente. Informaron de que, si bien Oppenheimer estaba fundamentalmente en lo cierto, sus estimaciones eran optimistas. Añadir dos bastidores adicionales a la planta piloto llevaría dos meses, pero no produciría suficiente alimentación para satisfacer los requisitos de la planta electromagnética Y-12 en Clinton Engineer Works . Por lo tanto, recomendaron que se construyera una planta de difusión térmica líquida a gran escala. ^[35] Por lo tanto, Groves pidió a Murphree el 12 de junio un presupuesto de una planta de producción capaz de producir 50 kg de uranio enriquecido entre un 0,9 y un 3,0 por ciento de uranio-235 por día. Murphree, Tolman, Cohen y Thompson estimaron que una planta con 1.600 columnas costaría 3,5 millones de dólares. Groves aprobó su construcción el 24 de junio de 1944, ^[48] e informó al Comité de Política Militar que estaría operativo el 1 de enero de 1945. ^[35]

Se consideraron los sitios en Watts Bar Dam , Muscle Shoals y Detroit , pero se decidió construirlo en Clinton Engineer Works, donde se podría obtener agua del río Clinch y vapor de la central eléctrica K-25. ^[49] El proyecto de difusión térmica recibió el nombre en código S-50. ^[15] Se creó una División S-50 en la sede del Distrito de Manhattan en junio bajo el teniente coronel Mark C. Fox, con el mayor Thomas J. Evans, Jr., como su asistente con autoridad especial para la construcción de la planta. Groves seleccionó a HK Ferguson Company de Cleveland , Ohio, como el contratista principal de construcción por su historial de terminar los trabajos a tiempo, ^[50] en particular la planta de artillería del Golfo en Mississippi, ^[51] en un contrato de costo más tarifa fija . La HA Jones Construction Company construiría la planta de vapor, con HK Ferguson como ingeniero-arquitecto. ^[49] Aunque sus asesores habían estimado que tomaría seis meses construir la planta, Groves le dio a HK Ferguson solo cuatro, ^[50] y quería que las operaciones comenzaran en solo 75 días. ^[52]

Groves, Tolman, Fox y Wells N. Thompson, de HK Ferguson, recogieron los planos del piloto de Filadelfia desde allí el 26 de junio. ^[51] La planta de producción constaría de veintiún bastidores de 102 columnas, dispuestos en tres grupos de siete, un total de 2142 columnas de 48 pies (15 m). Cada bastidor era una copia de la planta piloto de Filadelfia. ^[53] Las columnas tenían que fabricarse con tolerancias finas; ±0,0003 pulgadas (0,0076 mm) para el diámetro de los tubos de níquel internos y ±0,002 pulgadas (0,051 mm) entre los tubos de níquel internos y los tubos de cobre externos. ^[51] Los primeros pedidos de columnas se realizaron el 5 de julio. ^[52] Se contactó a veintitrés empresas, y la Grinnell Company de Providence, Rhode Island , y la Mehring and Hanson Company de Washington, DC, aceptaron el desafío. ^[53]

El 9 de julio de 1944 se inició la construcción de la planta. Para el 16 de septiembre, cuando ya se había completado aproximadamente un tercio de la planta, el primer bastidor había comenzado a funcionar. ^[52] Las pruebas realizadas en septiembre y octubre revelaron problemas con tuberías con fugas que requerían más soldadura. No obstante, todos los bastidores se instalaron y estuvieron listos para funcionar en enero de 1945. El contrato de construcción se rescindió el 15 de febrero y el trabajo de aislamiento y eléctrico restante se asignó a otras empresas en el área de Oak Ridge. También completaron los edificios auxiliares, incluida la nueva planta de vapor. La planta comenzó a funcionar por completo en marzo de 1945. ^[54] La construcción de la nueva planta de calderas se aprobó el 16 de febrero de 1945. La primera caldera se puso en funcionamiento el 5 de julio de 1945 y las operaciones comenzaron el 13 de julio. El trabajo se completó el 15 de agosto de 1945. ^[52]

El edificio de proceso de difusión térmica (F01) era una estructura negra de 159 m (522 pies) de largo, 25 m (82 pies) de ancho y 23 m (75 pies) de alto. Había una sala de control y una sala de transferencia para cada par de bastidores, excepto el último, que tenía sus propias salas de control y transferencia para fines de entrenamiento. ^[54] Cuatro bombas extraían 57 000 l (15 000 galones estadounidenses) por minuto de agua de refrigeración del río Clinch. Las bombas de vapor fueron diseñadas especialmente por Pacific Pumps Inc. La planta fue diseñada para utilizar toda la producción de la central eléctrica K-25, pero cuando las etapas K-25 entraron en funcionamiento hubo competencia por esto. Se decidió construir una nueva planta de calderas. Se adquirieron de la marina doce calderas excedentes de 3100 kPa (450 libras por pulgada cuadrada) originalmente destinadas a escoltas de destructores . La temperatura más baja de la pared caliente debido a la presión de vapor reducida (450 libras por pulgada cuadrada (3100 kPa) en lugar de las 1000 libras por pulgada cuadrada (6900 kPa) de la planta piloto) se compensó con la facilidad de operación. Debido a que funcionaban con petróleo, se agregó un parque de tanques de petróleo de 6 000 000 galones estadounidenses (23 000 000 L), con suficiente almacenamiento para operar la planta durante 60 días. ^[53] Además del edificio de proceso de difusión térmica (F01) y los edificios de la nueva planta de vapor (F06), las estructuras en el área S-50 incluían la estación de bombeo (F02), laboratorios, una cafetería, un taller de máquinas (F10), almacenes, una estación de servicio y una planta de tratamiento de agua (F03). ^{[53] [55]}

Por razones de seguridad, Groves quería que HK Ferguson operara la nueva planta, pero era una tienda cerrada , y las regulaciones de seguridad en Clinton Engineer Works no permitían sindicatos . Para evitar esto, HK Ferguson creó una subsidiaria de propiedad absoluta , Fercleve Corporation (de Ferguson de Cleveland), y el Distrito de Manhattan la contrató para operar la planta por $ 11,000 al mes. ^{[45] [56]} El personal operativo para la nueva planta fue entrenado inicialmente en la planta piloto de Filadelfia. En agosto de 1944, Groves, Conant y Fox pidieron voluntarios a diez hombres alistados del Destacamento de Ingenieros Especiales (SED) en Oak Ridge, advirtiendo que el trabajo sería peligroso. Los diez se ofrecieron como voluntarios. ^[57] Junto con cuatro empleados de Fercleve, fueron enviados a Filadelfia para aprender sobre el funcionamiento de la planta. ^[54]

El 2 de septiembre de 1944, el soldado de la SED Arnold Kramish y dos civiles, Peter N. Bragg, Jr., un ingeniero químico de la NRL, y Douglas P. Meigs, un empleado de Fercleve, estaban trabajando en una sala de transferencia cuando un cilindro de 600 libras (270 kg) de hexafluoruro de uranio explotó, rompiendo las tuberías de vapor cercanas. ^{[57] [58]} El vapor reaccionó con el hexafluoruro de uranio para crear ácido fluorhídrico , y los tres hombres sufrieron quemaduras graves. El soldado John D. Hoffman corrió a través de la nube tóxica para rescatarlos, pero Bragg y Meigs murieron a causa de sus heridas. Otros once hombres, incluido Kramish y otros cuatro soldados, resultaron heridos pero se recuperaron. Hoffman, que sufrió quemaduras, recibió la Medalla del Soldado , el premio más alto del Ejército de los Estados Unidos por un acto de valor en una situación que no sea de combate, y el único otorgado a un miembro del Distrito de Manhattan. ^{[57] [58] [59]} Bragg recibió póstumamente el Premio al Servicio Civil Meritorio de la Marina el 21 de junio de 1993. ^[60]

El coronel Stafford L. Warren , jefe de la Sección Médica del Distrito de Manhattan, extrajo los órganos internos de los muertos y los envió de vuelta a Oak Ridge para su análisis. Fueron enterrados sin ellos. ^[57] Una investigación descubrió que el accidente fue causado por el uso de cilindros de acero con revestimiento de níquel en lugar de cilindros de níquel sin costura porque el ejército había prevenido la producción de níquel. ^[59] El Hospital de la Armada no tenía procedimientos para el tratamiento de personas expuestas al hexafluoruro de uranio, por lo que la Sección Médica de Warren los desarrolló. Groves ordenó detener el entrenamiento en la planta piloto de Filadelfia, por lo que Abelson y 15 de sus empleados se mudaron a Oak Ridge para capacitar al personal allí. ^[61]

No hubo accidentes fatales en la planta de producción, ^[57] aunque tuvo una tasa de accidentes más alta que otras instalaciones de producción del Proyecto Manhattan debido a la prisa por ponerla en funcionamiento. Cuando las cuadrillas intentaron poner en marcha el primer bastidor, se produjo un ruido fuerte y una nube de vapor debido al vapor que se escapaba. Esto normalmente habría provocado un cierre, pero bajo la presión de poner en funcionamiento la planta, el gerente de la planta de Fercleve no tuvo más remedio que seguir adelante. ^[61] La planta produjo solo 10,5 libras (4,8 kg) de uranio-235 al 0,852% en octubre. Las fugas limitaron la producción y obligaron a paradas durante los siguientes meses, pero en junio de 1945 produjo 12.730 libras (5.770 kg). ^[61] En funcionamiento normal, se extraía 1 libra (0,45 kg) de producto de cada circuito cada 285 minutos. Con cuatro circuitos por bastidor, cada bastidor podía producir 20 libras (9,1 kg) por día. ^[62] En marzo de 1945, los 21 bastidores de producción estaban en funcionamiento. Inicialmente, la producción de S-50 se alimentó a Y-12, pero a partir de marzo de 1945, los tres procesos de enriquecimiento se ejecutaron en serie. S-50 se convirtió en la primera etapa, enriqueciendo del 0,71% al 0,89%. Este material se alimentó al proceso de difusión gaseosa en la planta K-25, que produjo un producto enriquecido a aproximadamente el 23%. Este, a su vez, se alimentó a Y-12, que lo impulsó a aproximadamente el 89%, suficiente para armas nucleares. ^[63] La producción total de S-50 fue de 56.504 libras (25.630 kg). ^[62] Se estimó que la planta S-50 había acelerado la producción de uranio enriquecido utilizado en la bomba Little Boy empleada en el bombardeo atómico de Hiroshima en una semana. ^[64] "Si hubiera apreciado las posibilidades de la difusión térmica", escribió Groves más tarde, "habríamos seguido adelante con ello mucho antes, habríamos dedicado un poco más de tiempo al diseño de la planta y la habríamos hecho mucho más grande y mejor. Su efecto en nuestra producción de U-235 en junio y julio de 1945 habría sido apreciable". ^[45]

Poco después de que la guerra terminara en agosto de 1945, el teniente coronel Arthur V. Peterson , ^[64] el oficial del Distrito de Manhattan con responsabilidad general para la producción de material fisible , ^[65] recomendó que la planta S-50 fuera puesta en estado de alerta. El Distrito de Manhattan ordenó el cierre de la planta el 4 de septiembre de 1945. ^[64] Fue la única planta de difusión térmica líquida a escala de producción jamás construida, pero su eficiencia no podía competir con la de una planta de difusión gaseosa. ^[66] Las columnas fueron drenadas y limpiadas, y todos los empleados recibieron un aviso de dos semanas sobre la inminente terminación del empleo . ^[42] Toda la producción había cesado el 9 de septiembre, y la última carga de hexafluoruro de uranio fue enviada a K-25 para su procesamiento. ^[64] Los despidos comenzaron el 18 de septiembre. En ese momento, las renuncias voluntarias habían reducido la nómina de Fercleve de su pico de 1.600 trabajadores en tiempos de guerra a alrededor de 900. Solo quedaban 241 a fines de septiembre. El contrato de Fercleve se rescindió el 31 de octubre y la responsabilidad de los edificios de la planta S-50 se transfirió a la oficina K-25. Fercleve despidió a los últimos empleados el 16 de febrero de 1946. ^[42]

A partir de mayo de 1946, los edificios de la planta S-50 se utilizaron, no como instalaciones de producción, sino por el proyecto de Energía Nuclear para la Propulsión de Aeronaves (NEPA) de las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos . Fairchild Aircraft llevó a cabo allí una serie de experimentos con berilio . ^[67] Los trabajadores también fabricaron bloques de uranio enriquecido y grafito . ^[66] La NEPA funcionó hasta mayo de 1951, cuando fue reemplazada por el proyecto conjunto de la Comisión de Energía Atómica y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos de Propulsión Nuclear de Aeronaves . ^[68] La planta S-50 se desmanteló a fines de la década de 1940. El equipo se llevó al área de la central eléctrica K-25, donde se almacenó antes de ser rescatado o enterrado. ^[66]

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con S-50 (Proyecto Manhattan).

• "La Armada y la difusión térmica". Departamento de Energía de los Estados Unidos . Consultado el 7 de diciembre de 2016 .
• "K-25 Virtual Museum – Site Tour". Departamento de Energía de los Estados Unidos . Consultado el 10 de diciembre de 2016 .