El 2 de diciembre de 1942, Enrico Fermi y su equipo lograron encender la primera reacción nuclear en cadena controlada de la historia. Este hito marcó el inicio del desarrollo del primer reactor nuclear, conocido como Chicago Pile-1, en un contexto marcado por la Segunda Guerra Mundial. La carrera por construir una bomba atómica antes que la Alemania nazi llevó a la creación del proyecto Manhattan.
Ocho décadas después, investigadores del CEA han decidido conmemorar este acontecimiento histórico mediante una investigación científica y histórica. Andrea Zoia, ingeniero investigador en el Servicio de estudios de reactores y matemáticas aplicadas (SERMA) de la Universidad Paris-Saclay, se ha embarcado en un desafío: “Hemos buscado revisitar, utilizando herramientas de simulación modernas, el nacimiento de este primer reactor nuclear”, comenta Zoia.
Investigación sobre un reactor desaparecido
Desde el comienzo, los científicos enfrentan un obstáculo significativo: el reactor original fue demolido y no quedan prácticamente rastros. “No había ni siquiera fotos del objeto”, señala Andrea Zoia. Sin embargo, tras investigar en archivos estadounidenses, el equipo descubrió los planos de Chicago Pile-2, el segundo reactor diseñado por Fermi. Aunque su forma cubica no se asemeja a la esférica de Chicago Pile-1, sus componentes son similares. “Ciertamente fue un hallazgo excepcional; estos planos nunca habían salido de los archivos del proyecto Manhattan”, añade.
A pesar de este avance, la investigación enfrenta otro reto: determinar la geometría y composición exactas de los materiales utilizados para construir la primera pila. “Sabíamos que había 40,000 bloques de grafito y 20,000 unidades de combustible en diversas formas, pero no teníamos claridad sobre su composición exacta”, explica Zoia. En aquella época, era crucial para Fermi y su equipo obtener materiales que cumplieran con las especificaciones necesarias para el proyecto.
La fusión nuclear: un cambio radical en la ciencia
Para entender los cálculos realizados por Fermi y su equipo, es fundamental retroceder al descubrimiento de la fusión nuclear en Alemania durante 1938 por los químicos Otto Hahn y Fritz Strassmann. Estos investigadores observaron que al bombardear núcleos atómicos de uranio con neutrones se producían núcleos más ligeros. Aunque inicialmente dudaron sobre las causas detrás del fenómeno, compartieron sus hallazgos con Lise Meitner y Otto Frisch, quienes confirmaron que el núcleo se dividía liberando una energía colosal.
La reacción de fusión no solo genera una gran cantidad de energía; también produce neutrones adicionales que pueden provocar más fisiones si se dan las condiciones adecuadas. Esto da lugar a lo que se conoce como reacción en cadena. Si logran controlar esta reacción, pueden generar cantidades significativas y sostenidas de energía.
De la teoría a la práctica: construcción del reactor
Fermi y su equipo fueron responsables de llevar esta teoría a la práctica. Para ello debían favorecer la fisión del uranio. Comprendieron que ralentizar los neutrones aumentaba las probabilidades de provocar fisiones. Además, necesitaban suficiente uranio para compensar las pérdidas ocasionadas por neutrones que escapaban o eran absorbidos por impurezas presentes en los materiales. El moderador juega un papel crucial aquí: los bloques de grafito permiten ralentizar los neutrones sin absorberlos.
A través del apilamiento cuidadoso de bloques y observando cómo evolucionaba el reactor, Fermi logró acercarse a lo que se conoce como masa crítica—la cantidad mínima necesaria para mantener una reacción nuclear en cadena estable.
A medida que avanzaban en sus experimentos con Chicago Pile-1, Fermi estaba convencido desde el principio que lograrían controlar exitosamente la reacción en cadena. Hoy día, gracias a herramientas modernas como el código Monte-Carlo TRIPOLI-4 desarrollado por SERMA para simular reactores nucleares contemporáneos en Francia, el trabajo realizado por Fermi cobra nueva vida al ser analizado bajo nuevas perspectivas científicas.
Esta investigación no solo rinde homenaje al trabajo pionero realizado hace ochenta años sino que también establece un puente entre los inicios del desarrollo nuclear y sus aplicaciones actuales.
Si (
No(
