16.2 Proyecto Manhattan y ciclo nuclear

1. Orígenes y contexto histórico del Proyecto Manhattan

El Proyecto Manhattan fue la operación ultrasecreta puesta en marcha durante la Segunda Guerra Mundial con el fin de desarrollar la primera arma nuclear del mundo. Sus orígenes se remontan al 2 de agosto de 1939, cuando Albert Einstein y Leo Szilard firmaron una carta al presidente Franklin D. Roosevelt advirtiendo sobre la posibilidad de que la Alemania nazi fabricara bombas atómicas basadas en la fisión del uranio. El propio Roosevelt autorizó fondos preliminares en octubre de 1939, pero no fue hasta el 13 de agosto de 1942 cuando se constituyó formalmente el Manhattan Engineering District bajo la dirección del coronel Leslie R. Groves.

El proyecto involucró a más de 125.000 personas y un presupuesto aproximado de 2.000 millones de dólares de la época (cerca de 25.000 millones de dólares actuales). Contó con casi 37 instalaciones dispersas en Estados Unidos, desde laboratorios de investigación hasta plantas de producción y campo de pruebas.

2. Estructura y desarrollo operativo

2.1 Laboratorios y sedes clave

El Laboratorio Nacional de Los Álamos, dirigido por el físico J. Robert Oppenheimer, se convirtió en el centro de diseño y ensamblaje de las primeras bombas. Científicos como Enrico Fermi, Niels Bohr, Edward Teller y Hans Bethe contribuyeron con teorías críticas sobre la fisión y la implosión.

2.2 Principales descubrimientos científicos

• Fisión del uranio-235: confirmada en 1938 por Otto Hahn y Fritz Strassmann.
• Cadena de reacción autosostenida: demostrada en Chicago Pile-1 el 2 de diciembre de 1942.
• Diseño de bomba de uranio “Little Boy”: basado en la unión de dos piezas subcríticas.
• Diseño de bomba de plutonio “Fat Man”: sistema de implosión utilizando explosivos convencionales.

3. Pruebas y uso de las armas nucleares

3.1 Prueba Trinity

El 16 de julio de 1945, en el desierto de Jornada del Muerto, Nuevo México, se realizó la primera explosión nuclear de la historia: la prueba Trinity. El artefacto “The Gadget” liberó una energía estimada en 20 kilotones de TNT, generando una bola de fuego de varios hectómetros y un hongo característico que alcanzó los 12 kilómetros de altura.

3.2 Hiroshima y Nagasaki

Con el fin de poner fin a la guerra en el Pacífico y evitar una invasión terrestre de Japón (estimada en más de un millón de bajas aliadas), Estados Unidos decidió emplear las bombas atómicas:

1. 6 de agosto de 1945: “Little Boy” fue lanzada sobre Hiroshima, causando la muerte inmediata de entre 70.000 y 80.000 personas y dejando decenas de miles de heridos y radiados.
2. 9 de agosto de 1945: “Fat Man” cayó sobre Nagasaki, matando a unas 40.000 personas en el acto.

El 15 de agosto, Japón anunció su rendición incondicional, marcando el fin de la Segunda Guerra Mundial.

4. El ciclo nuclear: del uranio a la energía y los residuos

4.1 Definición y etapas principales

El ciclo nuclear comprende todas las fases necesarias para aprovechar la energía liberada por la fisión de núcleos atómicos, principalmente del uranio y el plutonio. Se divide en varias etapas:

5. Detalle de cada paso del ciclo nuclear

5.1 Minería de uranio

El uranio se localiza en vetas de rocas sedimentarias. Países como Canadá, Australia y Kazajistán destacan por sus grandes reservas. En 2020, las reservas mundiales estimadas alcanzaron los 6.1 millones de toneladas de uranio ^U.

5.2 Conversión y enriquecimiento

Tras extraer el mineral, se obtiene el concentrado amarillo (“yellowcake”), compuesto básicamente de U3O8. Mediante procesos químicos se convierte en UF6, gas idóneo para la separación isotópica. Los dos métodos principales son:

• Difusión gaseosa: es el más antiguo pero muy intensivo en energía. Fue empleado en Oak Ridge (Plant K-25).
• Centrifugación: más eficiente y moderno, reduce el consumo eléctrico hasta un 70%.

El nivel de enriquecimiento para reactores civiles es del 3–5% de U-235. En armamentos, supera el 90%.

5.3 Fabricación de combustible

El UF6 enriquecido se reconvierte a óxido de uranio (UO2) y se prensa en pequeños pellets cilíndricos. Estos pellets se alojan en tubos de zirconio formando conjuntos de combustible, introducidos en el reactor.

5.4 Reacción en el reactor nuclear

Dentro del reactor, al colisionar un neutrón con el núcleo de U-235, éste se fisiona en fragmentos más ligeros, liberando energía (aprox. 200 MeV por fisión) y más neutrones. El calor generado se emplea para producir vapor en un circuito secundario, que acciona turbinas y genera electricidad.

En reactores de potencia tipo PWR (Pressurized Water Reactor), el agua a alta presión circula como moderador y refrigerante. A diciembre de 2021 había en operación 442 reactores en 32 países, suministrando cerca del 10% de la electricidad mundial.

5.5 Gestión de combustibles gastados y reprocesamiento

Después de 3–5 años en el reactor, las barras de combustible alcanzan altos niveles de fisión y contenidode isótopos radiactivos. Se retiran y se almacenan en piscinas de enfriamiento durante varios años para reducir la radioactividad y el calor residual.

El reprocesamiento (por ejemplo, en el complejo de La Hague, Francia) separa plutonio e uranio no fisurados de los residuos menores. El plutonio recuperado puede usarse para fabricar combustible MOX (Mixed Oxide), introduciendo hasta un 7% de Pu en los ensamblajes.

6. Impacto histórico, militar y civil

El Proyecto Manhattan aceleró el conocimiento sobre física nuclear, marcó el inicio de la era atómica y condicionó la Guerra Fría. A partir de 1945, la posesión de armas nucleares se convirtió en un factor de disuasión estratégica (Doctrina de Destrucción Mutua Asegurada).

En el ámbito civil, la misma tecnología abrió la puerta a la energía nuclear, promovida inicialmente como una fuente barata y limpia. Sin embargo, accidentes como Three Mile Island (1979), Chernóbil (1986) y Fukushima (2011) generaron desconfianza pública y debates sobre seguridad, residuos y proliferación.

7. Evolución y perspectivas de la energía nuclear

En el siglo XXI, la energía nuclear se considera indispensable para la descarbonización de la economía. Se trabaja en reactores de cuarta generación (cooled by gas, sales fundidas, reactores de lecho de bolas) y en el estudio de la fusión (ITER, en construcción en Francia). Además, los pequeños reactores modulares (SMR) prometen mayor flexibilidad y seguridad.

Los acuerdos internacionales, como el Tratado de No Proliferación Nuclear (TNP, 1970), regulan el uso pacífico y previenen la proliferación de armas. Al mismo tiempo, organismos como la Agencia Internacional de Energía Atómica (IAEA) supervisan las instalaciones y verifican la no desviación de materiales.

7.1 Conclusiones

• El Proyecto Manhattan cambió la historia militar y política, consolidando el poder atómico de Estados Unidos.
• El ciclo nuclear ha evolucionado desde la producción de bombas hasta la generación eléctrica, con retos tecnológicos y de seguridad permanente.
• El futuro de la energía nuclear pasa por la innovación en reactores avanzados, la gestión segura de residuos y el fortalecimiento de los marcos regulatorios internacionales.

Para más información sobre la historia y la tecnología nuclear, puede consultarse la página de Wikipedia: Proyecto Manhattan y la web de la IAEA.

Bibliografía recomendada sobre el Proyecto Manhattan y el ciclo nuclear