¿Por qué le tomó tanto tiempo a un ejército de físicos realizar la bomba atómica, cuando en teoría parece bastante fácil?

COMO usted dice, cuando el proyecto de Manhattan comenzó en serio, los principios fundamentales estaban extremadamente claros. El tiempo de desarrollo necesario se debió principalmente a obstáculos técnicos, no predominantemente a la falta de conocimientos de física:

1. Un problema relativamente menor fue la falta de poder de cómputo, lo que obstaculizó el desarrollo de modelos que pudieran predecir masas críticas y también la hidrodinámica de la propia explosión. Este último gobierna la rapidez con la que la bomba potencial se rompe, apagando así la reacción. Este problema se superó simplemente mediante el desarrollo de modelos analíticos simples para sistemas simétricos que no se desviaban demasiado de la forma de la bomba final;

2. El primer gran problema fue la purificación del uranio para enriquecerlo lo suficiente como para permitir una reacción en cadena - sólo$^{235}{\rm U}$es fisionable. No existían tecnologías actuales que pudieran separar los isótopos en la escala requerida y estos tuvieron que desarrollarse prácticamente desde cero;

3. El segundo gran problema, una vez que hubo suficiente plutonio disponible (el plutonio es relativamente fácil de separar químicamente del combustible de uranio gastado) fue la presencia de$^{241}{\rm Pu}$. No había ninguna tecnología viable para eliminar este "contaminante".$^{241}{\rm Pu}$es altamente radiactivo y, si está presente en una bala de arma tipo pistola (como es inevitable), sus productos de desintegración desencadenarán la reacción nuclear en cadena demasiado pronto a medida que las masas subcríticas se juntan, a menos que esto suceda a una velocidad extraordinariamente alta. La bomba potencial, por lo tanto, se hace pedazos rápidamente apagando la reacción. Al principio se probó el diseño de bomba de "hombre alto", que los investigadores pensaron que era lo suficientemente largo como para acelerar la bala subcrítica lo suficiente como para ensamblar la masa crítica lo suficientemente rápido. Sin embargo, esto resultó impracticable, al menos para una bomba que podría ser lanzada por un avión. La única alternativa que podía reunir la masa crítica lo suficientemente rápido era la idea de la implosión., pero para que esto funcione, el plutonio debe comprimirse de manera extremadamente uniforme, de lo contrario, el núcleo triturado sobresaldrá hacia los lados y no se alcanzará la criticidad. Había una gran cantidad de tecnología involucrada en el uso de explosivos para producir ondas de choque perfectamente esféricas; esto nunca antes se había hecho.

4. Todas las tecnologías anteriores requirieron el desarrollo de nuevas y radicales tecnologías de medición para poder obtener datos experimentales. Se tuvieron que desarrollar nuevas técnicas fotográficas de alta velocidad (ver la tecnología Rapatronic , por ejemplo), y electrónica de medición de ancho de banda cercano a los GHz. Ninguna de estas cosas existía antes del proyecto.

Se podría comparar esta situación con algo así como la búsqueda de una reacción de fusión sostenida en la actualidad , y los enormes problemas tecnológicos que plantea. La física fundamental es perfectamente clara y los obstáculos son totalmente tecnológicos.

Tenga en cuenta que en ese entonces todo esto era un territorio completamente nuevo para ellos. Estaban trabajando con materiales que sabían que podrían haberlos matado a todos si se equivocaban. No tenían el beneficio de la retrospectiva que tenemos ahora.

Y puede parecer que solo está aplastando dos masas, pero estaban haciendo una bomba increíblemente compleja, lo que significa que debía planificarse cuidadosamente y construirse con materiales que no existían antes. No querrás que la cosa se apague mientras intentas cargarla en el avión o en pleno vuelo. Con esa lógica, podríamos decir que hacer una torre es simplemente apilar material uno encima del otro, pero cuánto planificas y diseñas determina si es solo una gran pila de metal y concreto que podría caerse en cualquier momento o un rascacielos confiable. que la gente vive y trabaja.