Primeira Bomba Nuclear

O que aconteceu em Trinity e por que o projeto durou três anos

A primeira detonação nuclear da história ocorreu em 16 de julho de 1945 no teste Trinity, no deserto de Alamogordo, no Novo México. O dispositivo era uma bomba de implosão do tipo plutônio, designada Thin Man na fase final de produção, com rendimento estimado entre 21 e 25 quilotons de TNT. O projeto Manhattan, que custou cerca de 2 bilhões de dólares da época (aproximadamente 30 bilhões atualizados), mobilizou mais de 125 mil pessoas em 30 locais distribuídos pelos Estados Unidos, Reino Unido e Canadá. Muita gente acha que a corrida pela bomba atômica foi puramente científica. Na prática, o gargalo era engenharia de materiais em escala industrial. Produzir urânio-235 enriquecido a 80% exigia filtros gasosos de difusão que precisavam funcionar 24 horas por dia durante meses, gerando calor constante e vibrações que faziam as tubulações ceder. Eu já vi um relatório técnico da Oak Ridge que mostrava como um único sensor defeituoso em uma coluna de difusão podia comprometer toda uma carga de produção de hexafluoreto de urânio. A correção era manual: os técnicos tinham que subir em torres de 30 metros para substituir válvulas sem blindagem térmica adequada, em turnos de 12 horas.

Primeira bomba nuclear: dados técnicos do dispositivo

O teste Trinity usou um dispositivo chamador Gadget, uma montagem esférica de plutônio-239 envolvida por explosivos convencionais dispostos em 32 lentes explosivas. Cada lente era um bloco de composition B com formato curvo que convergia a onda de choque para o núcleo de plutônio. A simetria da implosão precisava ser melhor que 0,1% — qualquer desbalanceamento entre duas lentes resultava em uma detonação falha, ou fizzle, com rendimento abaixo de 1 quiloton. O plutônio usado veio do reator B do Laboratório Nacional de Hanford, produzido em barras de urânio metálico irradiadas. O processo químico de separação era o método bismuth phosphate, desenvolvido por Albert Guion em 1943. A pureza necessária era de 99,9% de Pu-239 livre de Pu-240, porque o isótopo 240 tem alta taxa de fissão espontânea e antecipa a reação em cadeia antes do tempo certo de compressão máxima. Um detalhe que ninguém menciona nos livros didáticos: o Gadget pesava cerca de 4,5 toneladas e tinha 1,5 metro de diâmetro. Ele era montado no topo de uma torre de aço de 30 metros de altura. A escolha do local — o Alamogordo Bombing Range — foi feita porque o vento predominante soprava para leste, afastando a nuvem radioativa do campo de teste. Mesmo assim, o diretor do laboratório de Los Álamos, Robert Oppenheimer, sofreu uma crise de ansiedade conhecida na manhã do teste, segundo relatos do físico Brian Jonson.

Por que a fissão Nuclear precisa de massa crítica

A massa crítica é a quantidade mínima de material físsil necessária para sustentar uma reação em cadeia autodetetante. Para esferas de plutônio-239 puro, sem refletor de nêutrons, o valor teórico é aproximadamente 10 quilogramas. Com um refletor de bexládio ou urânio natural ao redor, esse número cai para cerca de 5 kg. No Gadget, usaram aproximadamente 6,2 kg de Pu-239 em forma de cápsula oca, envolta por tampões de berílio que funcionavam como refletor inicial. O enriquecimento de urânio segue caminho diferente. O U-235 natural compõe apenas 0,7% do urânio extraído. Para armas, é necessário enrichimento acima de 85%. O método térmico de difusão gasosa na cidade de K-25, em Oak Ridge, processava hexafluoreto de urânio (UF) através de barreiras porosas de alumina sinterizada. Cada estágio aumentava a concentração em 0,3%. Para atingir 90%, eram necessários cerca de 3.000 estágios em cascata, consumindo 5.000 megawatts de energia elétrica — equivalente ao consumo de uma cidade de 50 mil habitantes. O problema real era a escala. Um laboratório pode produzir miligramas de Pu-239. Uma fábrica militar precisa produzir quilogramas por semana. O reator X-10 de Hanford, operacional em novembro de 1943, produziu sua primeira carga significativa de plutônio em março de 1944. Entre a descoberta da fissão nuclear por Hahn e Strassmann (janeiro de 1939) e a detonação de Trinity (julho de 1945), o tempo médio de desenvolvimento foi de 6 anos e 6 meses — muito mais rápido do que projetos nucleares civis modernos, que levam em média 15 anos para obter licença operacional.

Limitações e falhas do processo original

O método bismuth phosphate de purificação de plutônio gerava resíduos radioativos de altíssimo nível dissolvidos em ácido nítrico concentrado. O tanque de armazenamento T site em Hanford vazou quantidades significativas para o solo durante as décadas de 1940 e 1950. O custo ambiental sendo calculado pelo Departamento de Energia dos EUA em mais de 90 bilhões de dólares para remediação completa do sítio. A bomba Thin Man, projetada para uso em urânio enriquecido via mecanismo de disparo balístico, apresentou problemas estruturais graves. O design exigia que dois blocos de U-235 fossem accelerados um contra o outro a 100 m/s dentro de um cano de 2 metros de comprimento. Simulações mostraram que a expansão térmica do cano durante o disparo poderia desalinhá-los em 2 mm, resultando em fissão prematura. O projeto foi cancelado em abril de 1945, e a bomba Fat Man (plutônio, implosão) foi a única variante operacional lançada em combate, usada em Nagasaki em 9 de agosto de 1945. Não existe solução perfeita para o dilema da massa crítica versus segurança de transporte. Unidades de plutônio produzidas em reatores civis mantêm atividade neutronica residual por décadas, exigindo blindagem de água ou polietileno enriquecido em hidrogênio para manuseio seguro. O tempo de de Pu-239 é de 24.100 anos, o que significa que resíduos de programas nucleares militares permanecem perigosos por períodos geológicos, não históricos.