En diciembre de 1938 el físico alemán Otto Hahn había conseguido, en su laboratorio, poner en marcha un proceso de fisión nuclear. En pocos meses los físicos de todo el mundo informaban a sus respectivos gobiernos de que el descubrimiento de Hahn podría llevar a la fabricación de una bomba, con un poder destructivo sin precedentes.
Este dibujo esquemático de una bomba atómica pudiera haberse dibujado después de la guerra, pero se cree que que podría ser una prueba de la capacidad que tenía la Alemania nazi de desarrollar estas armas.
El uranio que puede encontrarse en la naturaleza esta compuesto en un 99% de uranio 238, no fisionable, y un 1% de uranio 235, fácilmente fisionable (Una excepcion son las minas de Oklo, en el pais centroafricano de Gabón, en donde en 1972 se encontró uranio natural con un 70% de isotopo U235 y vetas de mineral que generaban reacciones sostenidas espontaneas, así como cantidades significativas de plutonio 239 en estado natural). El proceso de separación de los isótopos de uranio es muy complejo, ya que no puede hacerse por via química, sólo mecánicamente.
Los norteamericanos en el proyecto Manhattan usaron un sistema de confinamiento electromagnetico de separación de isótopos, llamado calutrón, que tras dos años de arduos trabajos y un gasto cercano a los mil millones de dólares, sólo había producido dos gramos de U235 a finales de 1944.
Posteriormente, en enero de 1945 los americanos iniciaron otro procedimiento de separacion basado en un costoso sistema de filtrado mediante membranas de polvo de niquel comprimido del gas hexafluoruro de Uranio, que, aun siendo mas eficaz, apenas permitió tener disponibles dos kilogramos de U235 en Julio de 1945.
El tercer sistema basado en un sistema supercentrifugo, inventado por el alemán Von Ardenne para la produccion masiva de U235 fue un exito, pero dicho sistema solo fue conocido por los americanos desde 1958 y usado por los rusos desde 1946, despues de la guerra. El sistema consiste en una serie de tubos de unos 10 a 15 centimetros de diametro que se hacen girar a unas 30.000 revoluciones por minuto. El hexafluoruro de uranio 235, más ligero que el de uranio 238, permanece en el centro del cilindro, de donde es absorbido e inyectado en un nuevo cilindro centrifugo, y asi sucesivamente hasta conseguir una pureza de U235 del 95%.
Esquema del diseño del conjunto de barras de combustible y de control de un reactor nuclear desarrollado, en paralelo, por dos grupos de investigación en Alemania, durante la Segunda Guerra Mundial, uno dirigido por Kurt Diebner y otro por Werner Heisenberg.
En septiembre de 1939 se creó la "Sociedad del Uranio", con sede en el"Instituto de Física Kaiser Wilhelm". El 31 de agosto (Un día antes de empezar la guerra) su director, Peter Debye, recibió la comunicación de que su proyecto tenía prioridad. En el proyecto de bomba atómica participaron 22 centros científicos en total. Posteriormente, el proyecto pasó a manos del "Ministerio de Armamentos", en donde trabajaban científicos como Werner Heisenberg, Carl F. von Weizsäcker y Otto Hahn. Se inició la producción de hexafluoruro de uranio en una instalación semiindustrial que había servido para la separación de isótopos de xenón y mercurio.
A finales de 1939 Heisenberg disponía de diseños para construir una pila de uranio y agua pesada. Se adquirió el mineral y se encargó a la noruega Norsk Hydro el agua pesada. A principios de 1940 se pensaba que para una bomba harían falta entre 10 y 100 Kg de material fisionable. A principios de 1941 se abandonó el método de enriquecimiento y se probó la ultracentrifugación y la espectrometría de masas. El método de difusión (Desarrollado en los años 30 en Alemania) se desechó por su enorme consumo energético.
A finales de 1940 Wiezsäcker estableció la existencia del elemento 94, llamado plutonio en EEUU. Por esas mismas fechas Heisenberg y Wiezsäcker intentaron sin éxito producir una reacción en cadena en el "Instituto de Física de Berlín". Equivocaron sus cálculos sobre la cantidad de uranio necesario, el tipo de moderador y el grado de enriquecimiento. Este fracaso les llevo a desechar el grafito y la parafina como moderadores. El grafito suministrado por la empresa SIEMENS no era lo bastante puro, por eso se optó por el agua pesada.
El 25 de agosto de 1941 Heisenberg consiguió una reacción en cadena a escala de laboratorio, cuando además ya disponían de 500 Kg de agua pesada.
Para realizar las pruebas nucleares de fisión, en el laboratorio de Leipzig, el equipo alemán dirigido por Heisemberg, trabajaba en un contenedor metálico esférico colgado de una grua. Dentro del contenedor disponían unos cuantos kilogramos de uranio recubiertos de agua pesada. Alrededor del contenedor se instalaba toda una serie de instrumentos de medida. Para desencadenar la reacción atómica se introducía una larga sonda a través de un agujero en el fondo del contenedor. En el extremo de la sonda una cierta cantidad de polvo radiactivo aportaba los neutrones que habían de iniciar la reacción en cadena. Consiguieron resultados satisfactorios en la primavera de 1942 (Del contenedor esférico salía un 13% más de neutrones que los introducidos mediante la sonda.
En el último experimento de Heisenberg en 1944 se registro un crecimiento del número de neutrones en la pila, gracias a unos reflectores de grafito, pero sin llegar a la reacción en cadena. Poco después se evacuó el laboratorio de Berlín.
En abril de1945 los norteamericanos entraron en Hechingen (Haigerloch) (Zona francesa, en el reparto de los aliados), apresaron a los físicos alemanes, desmantelaron el reactor experimental, volaron la gruta que lo albergaba, después de que los alemanes lo hubieran trasladado desde Berlín. La operación la dirigió el general Groves. La fábrica de producción de uranio, en Oranienburg, fue bombardeada por 600 aviones americanos el 15 de marzo de 1945, con bombas incendiarias y de demolición, antes de que llegasen los soviéticos.
Por otra parte y muy lejos de allí, el 13 de abril de 1945 los B-29 americanos bombardearon Tokio, con el objetivo de destruir el bloque Nº49 del "Instituto de Investigaciones Técnicas de Aviación", en donde se encontraba el laboratorio principal del proyecto NI (Bomba atómica japonesa), por su director Yoshio Nishina.
El uranio utilizado por los alemanes procedía de las minas de Joachimsthal (Checoeslovaquia). De estas minas también había sacado el material radiactivo Madame Curie. Los alemanes también pudieron disponer del uranio procedente del Congo, almacenado en Bélgica y del que había en París.
Con el apoyo del ejército alemán, Riehl, y Günter Wirths, establecieron unas instalaciones para la producción a escala industrial de óxido de uranio concentrado en la fábrica Auer en Oranienburg. En este proceso la empresa Degussa también produjo pequeñas cantidades de uranio metálico. La empresa Auer proporcionó las láminas y cubos de uranio para la Uranmaschine (Reactor nuclear alemán) instalada en el Kaiser-Wilhelm Gesellschaft Institut Physik (KWIP) y el instituto Versuchsstelle. El reactor g-1 instalado en el HWA, bajo la dirección de Kurt Diebner, utilizaba un total de 6.800 cubos de óxido de uranio (Aproximadamente unas 25 toneladas), con parafina como moderador de neutrones.
En total se estima que el esfuerzo económico realizado por los alemanes para conseguir la bomba atómica fue de unos 10 millones de dólares de la época, trabajando en ello unos 100 científicos e ingenieros.
Central hidroeléctrica de vemork en la actualidad. Se han demolido los edificios correspondientes a la fábrica de fertilizantes y agua pesada. Hoy en día alberga el Museo Noruego de la Industria.
El "agua pesada" era una sustancia empleada por los físicos en las investigaciones atómicas. Su importancia para Gran Bretaña, Estados Unidos y Alemania se basaba en que era un agente moderador, excepcionalmente eficaz, para desacelerar los neutrones en una pila de uranio, acción esencial para establecer la reacción en cadena continua, que a su vez permitiría producir el plutonio necesario para una bomba atómica.
Elementos de control de la central hidroeléctrica de Vemork en la actualidad.
En apariencia el agua pesada no se distingue del agua común, pero contiene átomos de hidrógeno de peso atómico doble y por tanto pesa un diez por ciento más. Se encuentra en cantidades minúsculas en el agua común, de la cual es en extremo difícil, costoso y lento separarla. En la naturaleza hay una molécula de agua pesada por cada 10.000 moléculas de agua ordinaria (Una gran piscina contendría tan sólo un vaso de agua pesada). A comienzos de los años 40 había sólo una central hidroeléctrica en el mundo capaz de producir agua pesada en cantidades apreciables: la fábrica Norsk.
Conjunto de turbinas y alternadores de la central de Vemork en la actualidad.
En la fábrica de Vemork, antes de la guerra, se producían una docena de litros de agua pesada al mes. Los noruegos no quisieron vender este agua pesada a los industriales alemanes, pero éstos se la arrebataron con la fuerza de las armas en 1940. En 1941 la producción anual era de 1.300 litros de agua pesada y a mediados de 1942 esta cantidad había ascendido hasta los 4.500 litros. Desde esta fábrica se enviaba el agua pesada a Leipzig, Berlín y los otros centros de investigación atómica alemanes.
Diorama que muestra la realización del sabotaje de la fábrica de Vemork por el comando noruego (Museo Noruego de la Industria).
A la una de la madrugada del 18 de febrero de 1943, con luna llena, un nuevo comando formado por seis noruegos se lanzó en paracaídas, sobre la cercana llanura de Hardangervidda, con el objetivo de atacar la fábrica de agua pesada. A la mañana siguiente la temperatura había descendido a 20° bajo cero. Habían caído más de 50 cm de nieve y soplaban vientos huracanados de 80 kh. Consiguieron entrar en la fábrica, colocar los explosivos y destruir las celdas de electrolísis.
Trabajando en la recuperación de uno de los bidones.
Una de las operaciones militares más atrevidas de la Segunda Guerra Mundial fue el hundimiento en 1944 del barco noruego "Hydro", con una importante carga de agua pesada destinada al proyecto de bomba atómica alemana. El agua pesada es una variedad de agua que contiene un isótopo de hidrógeno poco habitual, y cuya estructura atómica le proporciona propiedades interesantes para su uso como moderador de neutrones en las centrales nucleares. Estos reactores pueden producir plutonio y éste, finalmente, utilizarse para construir bombas atómicas. Aunque se llegó a hundir la nave, no se pudo comprobar si el agua pesada se encontraba a bordo. Explorando el fondo del lago Tinn con un robot submarino, las empresas ProMare, NOVA y Sperre COMO localizaron el barco, que se encontraba bien conservado, y su carga de bidones de acero.
Bidón de acero recuperado del fondo del lago.
En la fábrica de Vemork el agua pesada era un subproducto en el proceso de producción de fertilizantes a base de amoníaco. El proceso comienza con la producción de hidrógeno mediante la electrólisis del agua. El método Haber permitía producir amoníaco, haciendo reaccionar el hidrógeno con el nitrógeno del aire. A comienzos de los años 40, el principal suministrador europeo de amoníaco era la empresa noruega Norsk Hydro, que poseía una fábrica al lado de la central hidroeléctrica de Vemork, cerca de Rjukan, en la región Telemark.
La tecnología utilizada en Vemork era muy simple. El agua pesada (D2O) se separaba del agua común por electrólisis, aprovechando que la diferencia en la masa entre los dos isótopos de hidrógeno produce una pequeña diferencia en la velocidad de reacción. Producir agua pesada por electrólisis requiere una gran cantidad de cámaras de electrólisis, y consume ingentes cantidades de electricidad. En la producción de hidrógeno por electrólisis el agua pesada era un subproducto que se iba generando continuamente.
Ferrys de la compañía "Hydro & Ammonia" en el muelle del lago Tinn en Noruega. Estos ferrys transportaban los vagones de ferrocarril, de viajeros y de mercancías, de un lado a otro del lago.
El 20 de febrero de 1944, una carga explosiva en la proa hundió uno de los ferrys de la empresa Hydro, que transportaba un cargamento de vagones con 15 toneladas de agua pesada hacia Alemania.
Imagen de la central de Vemork a principios del siglo XX.
La fábrica de Vemork después del bombardeo aliado del otoño de 1943.
De acuerdo a los informes de inteligencia que la resistencia noruega enviaba a Londres, la planta fue reparada tras el ataque del comando noruego y seis meses después seguía produciendo agua pesada, pues los daños no fueron sustanciales. El mando británico en Londres decidió bombardear las instalaciones. El 16 de noviembre de 1943, 140 bombarderos estadounidenses B-29 efectuaron una operación de bombardeo sobre la estación hidroeléctrica y la planta de electrólisis. Los daños fueron grandes, con muchas pérdidas de vidas civiles, pero tampoco fue suficiente como para detener la producción.
Un bombardero inglés Halifax arrastrando un planeador Horsa.
El 19 de noviembre de 1942 partieron de Escocia 34 paracaidistas en dos planeadores Horsa remolcados por bombarderos Halifax, atravesaron el mar del Norte y se dirigieron a Noruega con el objetivo de destruir la fábrica de Vemork. Uno de los Halifax se estrelló contra una cumbre cercana, después de dejar a su planeador. El otro avión y su planeador no corrieron mejor suerte. Todos los integrantes de la fuerza de asalto murieron, bien en el aterrizaje, bien a manos de los soldados alemanes.
Comando noruego que saboteó la fábrica.
La empresa Norsk Hydro producía agua pesada desde 1934. Después de que la empresa alemana I.G. Farben tomara el mando en la fábrica de Vemork (Norsk Hydro) en 1940, se amplió el número de células electrolíticas de 9 a 18, doblando la producción de la planta de agua pesada.
En 1944 los servicios secretos ingleses hundieron el ferry que transportaba la producción de agua pesada de la fabrica noruega que administraban los alemanes. Tras el sabotaje los bidones de agua pesada quedaron en el fondo del lago, a una profundidad de 430 metros. El año 2004 la compañía Norsk Hydro recuperó 29 de estos bidones. Uno de ellos, el número 26 está en el Museo Nacional de la Segunda Guerra Mundial de Nueva Orleans.
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