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Nuclear Energy and CC targets

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Leó Szilárd, el hombre de las grandes ideas sobre física nuclear, ingeniería y biología molecular

Leó Szilárd11 de febrero de 1898, en Budapest (Hungría) – 30 de mayo de 1964, en La Jolla, California (Estados Unidos)

Nació en una familia de clase media y de origen judía en Budapest bajo el apellido alemán “Spitz” que cambiaron en 1900 al húngaro “Szilzárd”, que significa “sólido”.

Desde 1908 a 1916, asistió a la escuela de secundaria “Reáliskola” en su ciudad natal, mostrando interés por la física y una gran habilidad en matemáticas que le llevó a ganar, en 1916, el Premio Nacional de Matemáticas Eötvös. Ese mismo año, fue reclutado por el ejército y se matriculó en Ingeniería en la Universidad de Tecnología y Economía de Budapest.

En 1918, antes de que fuera enviado al frente, cayó enfermo por la pandemia de gripe y volvió a casa para ser hospitalizado. Se le dio de baja con honores a finales de ese mismo año, después de finalizar la guerra.

En 1919, Szilárd reanudó sus estudios de ingeniería, aunque Hungría se encontraba en una situación política caótica por lo que convencido de que no había futuro para él en Hungría, viajó a Berlín y se inscribió en la Technische Hochschule (Universidad Técnica) de Berlín. Sin embargo, perdió interés en la ingeniería y su atención se volvió hacia la física. Esta disciplina no se enseñaba en su universidad por lo que se transfirió a la Universidad Guillermo Federico, donde asistió a conferencias impartidas por Albert Einstein, Max Planck, Walther Nernst, James Franck y Max von Laue.

Sus publicaciones versadas sobre el antiguo problema de filosofía de la física térmica y estadística, conocido como el Demonio de Maxwell (James Clerk Maxwell), fue elogiada por Einstein y obtuvo los máximos honores en 1922. Se pensaba que era irresoluble, pero al abordarlo, Szilárd reconoció la conexión entre la termodinámica y la teoría de la información e introdujo el experimento conocido como la máquina de Szilárd.

En 1924, Szilárd fue nombrado ayudante de Max von Laue en el Instituto de Física Teórica y en 1927 se convirtió en profesor de física.

Descubrimientos sin reconocimiento

En su estancia en Berlín, en 1928, presentó una solicitud para la patente de un acelerador lineal sin saber de la existencia de un artículo anterior de Gustav Ising en una revista en 1924, ni del dispositivo operativo de Rolf Widerøe, en 1929, solicitó una patente para el ciclotrón, concibió un microscopio electrónico y entre 1926 y 1930, trabajó con Einstein para desarrollar un refrigerador estático (no tenía partes móviles).

No construyó ninguno de estos dispositivos ni publicó estas ideas en revistas científicas, así que el crédito se lo llevaron otros. Como resultado, Szilárd nunca recibió el Premio Nobel, pero Ernest Lawrence fue premiado por el ciclotrón en 1939 y Ernst Ruska por el microscopio electrónico en 1986.

Su labor humanitaria

Nacionalidad alemana Leó SzilárdEn 1930, recibió la nacionalidad alemana pero ya no estaba de acuerdo con lo situación política en Europa y, en 1933, cuando Adolf Hitler se convirtió en canciller de Alemania, instó a su familia y amigos a huir de Europa mientas todavía pudieran hacerlo.

Emigró a Inglaterra, ayudando a fundar el Consejo de Asistencia Académica, una organización dedicada a ayudar a los estudiosos refugiados a encontrar nuevos puestos de trabajo, y convención a la Royal Society para que proporcionase alojamientos en Burlington House. Al estallar la Segunda Guerra Mundial en 1939, había ayudado a encontrar ocupación a más de 2.500 estudiantes refugiados.

Idea de la reacción nuclear en cadena

El 12 de septiembre de 1933, en Londres, Szilárd leyó un artículo en “The Times” que resumía un discurso pronunciado por Ernest Rutherford que rechazaba la viabilidad de utilizar la energía atómica con fines prácticas, decía que era una forma muy pobre e ineficaz de producir energía y cualquiera que buscara una fuente de energía en la transformación de los átomos estaba hablando de “alcohol ilegal”. El discurso se refería específicamente al reciente trabajo de sus estudiantes John Cockcroft y Ernest Walton, al “dividir el litio en partículas alfa, mediante el bombardeo con protones de un acelerador de partículas que habían construido”.

Según afirmaba Szilárd, estaba tan enfadado con Rutherford por no querer hablar sobre energía nuclear y mientras esperaba para cruzar la Avenida de Southhampton en Bloomsbury, concibió la idea de una reacción nuclear en cadena, utilizando neutrones recientemente descubiertos.

La idea no estaba basada en la fisión nuclear porque aún no se había descubierto, pero Szilard se dio cuenta de que, si los neutrones podían iniciar algún tipo de reacción nuclear productora de energía, como la que había ocurrido en el litio, podrían ser producidos por ellos mismos y, además, se podría obtener energía con poca aportación, ya que la reacción sería autosostenida. Solicitó una patente sobre el concepto de reacción en cadena nuclear inducida por neutrones en 1933, que fue concedida en 1936.

Su interés en los isótopos radiactivos para fines médicos

A principios de 1934, Szilard comenzó a trabajar en el Hospital St Bartholomew de Londres junto con un físico del personal del hospital, Thomas A. Chalmers, donde estudió isótopos radiactivos con fines médicos.

Se sabía que bombardear elementos con neutrones podría producir isótopos más pesados ​​de un elemento o un elemento más pesado, un fenómeno conocido como el efecto Fermi en honor a su descubridor. Por lo que cuando bombardearon yoduro de etilo con neutrones producidos por una fuente de radón- berilio, encontraron que los isótopos radiactivos más pesados ​​del yodo se habían separado del compuesto. Por tanto, habían descubierto un medio de separación de isótopos. Este método se conoció como el efecto Szilard-Chalmers y fue ampliamente utilizado en la preparación de isótopos médicos.

También intentó, sin éxito, para crear una reacción nuclear en cadena usando berilio mediante el bombardeo con rayos X, pero no consiguió la reacción que esperaba y, en 1936, cedió la patente al Almirantazgo Británico para asegurar su secreto. En consecuencia, su patente no se publicó hasta 1949.

De la teoría a la práctica: reacción nuclear en cadena autosostenida

En 1938, aceptó una oferta para dirigir la investigación en la Universidad de Columbia en Manhattan, y se trasladó a Nueva York. Al mismo tiempo, Niels Bohr trajo noticias del descubrimiento de la fisión nuclear en Alemania por Otto Hahn y Fritz Strassmann y su explicación teórica de Lise Meitner y Otto Frisch. Cuando Szilárd se enteró, inmediatamente se dio cuenta de que el uranio podría ser el elemento capaz de sustentar una reacción en cadena.

Incapaz de convencer a Enrico Fermi de que este era el caso, Szilard obtuvo permiso del jefe del Departamento de Física de Columbia, George B. Pegram, para utilizar un laboratorio durante tres meses, pidió prestados 2.000$ a un compañero inventor, Benjamin Liebowitz, para financiar el experimento, telegrafió a Frederick Lindemann para solicitarle un cilindro de berilio y convenció a Walter Zinn para que se convirtiera en su colaborador y contrató a Semyon Krewer para investigar los procesos de fabricación de uranio puro y grafito.

Szilard y Zinn llevaron a cabo un experimento sencillo en el séptimo piso de Pupin Hall en Columbia, utilizando una fuente de radio-berilio para bombardear uranio con neutrones. Descubrieron una multiplicación significativa de neutrones en el uranio natural, lo que demuestra que podría ser posible una reacción en cadena.

Enrico Fermi y Leó SzilárdSi bien habían demostrado que la fisión del uranio producía más neutrones de los que consumía, esto todavía no era una reacción en cadena. Szilard persuadió a Fermi y Herbert L. Anderson para que intentaran un experimento más grande usando 500 libras (230 kg) de uranio y para maximizar la posibilidad de fisión, necesitaban un moderador de neutrones para reducir la velocidad de los neutrones, el hidrógeno.  

Los resultados fueron decepcionantes. Se hizo evidente que el hidrógeno ralentizaba los neutrones, pero también los absorbía, dejando menos para la reacción en cadena. Szilard sugirió que Fermi usara 50 toneladas carbono en forma de grafito y 5 toneladas de uranio y deuterio (agua pesada) como moderador porque no absorbería tantos neutrones como el hidrógeno. Tales cantidades de material requerirían mucho dinero.

Leó Szilárd y Albert EinsteinUna carta redactada por Szilárd y firmada también por Albert Einstein al presidente Franklin D. Roosevelt advirtiendo sobre un proyecto de armas nucleares alemán, llevaron al interés del gobierno en una investigación de la fisión nuclear y, en última instancia, la creación del Proyecto Manhattan.

A buscar proveedores de grafito, Fermi y Slizárd se reunieron con representantes de la National Carbon Company e hicieron un descubrimiento importante. Szilárd preguntó acerca de las impurezas en el grafito y la respuesta fue que generalmente contenía boro, un absorbente de neutrones. Hizo la propuesta de que les suministraran grafito puro sin boro.

Fermi determinó que un átomo de uranio fisión producía 1,73 neutrones en promedio. Era suficiente, pero se requería un diseño cuidadoso para minimizar las pérdidas. Szilard elaboró ​​varios diseños para un reactor nuclear.

En enero de 1942, Szilard se incorporó al Laboratorio Metalúrgico de Chicago como investigador asociado y más tarde como físico jefe. Aportó información importante como que si bien el uranio-238 no se fisionó fácilmente con neutrones lentos y moderados, aún podría fisionarse con los neutrones rápidos producidos por la fisión. Este efecto fue pequeño pero crucial. Szilard hizo sugerencias para mejorar el proceso de colocación y contención del de uranio y trabajó con David Gurinsky y Ed Creutz en un método para recuperar uranio de sus sales.

Una cuestión importante, era la refrigeración del reactor. Teniendo en cuenta que deben conservarse todos los neutrones posibles, realizaron experimentos con bismuto, helio, pero al final, la mejor opción fue el agua.

Szilard estuvo presente el 2 de diciembre de 1942, cuando se logró la primera reacción en cadena nuclear autosostenible artificial en el primer reactor nuclear bajo los miradores de Stagg Field, el Chicago Pile-1.

Fue copropietario, junto a Enrico Fermi, de la patente sobre el reactor nuclear. Al final vendió su patente al gobierno para el reembolso de sus gastos, unos 15.416$, más la tarifa estándar de $ 1. Continuó trabajando en el diseño de reactores nucleares, y se le atribuye haber acuñado el término " reactor reproductor".

Szilárd luchando contra los fines bélicosEn 1943, se nacionalizó como ciudadano estadounidense, pero la guerra continuaba y su resentimiento hacia el gobierno estadounidense aumentó debido a su intento fallido de evitar el empleo de la bomba atómica en la guerra.

Esto le llevó a volver a investigar un la biología y las ciencias sociales que había dejado en 1933. En 1946, obtuvo una cátedra de investigación en la Universidad de Chicago y se asoció con Aaron Novick, un químico que había trabajado en el Laboratorio Metalúrgico durante la guerra. Ambos inventaron el quimiostato, desarrollaron métodos para medir la tasa de crecimiento de las bacterias y descubrieron la inhibición por retroalimentación, un factor importante en procesos como el crecimiento y el metabolismo. Además, Szilárd hizo una gran aportación a los científicos que llevaron a cabo la primera clonación de una célula humana en 1955.

Diagnosticado con cáncer de vejiga en 1960, se sometió a un tratamiento de cobalto 60 que había diseñado y se curó.

Ayudó a fundar el Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla de San Diego (Estados Unidos) y el Council for Livable World en 1962 para hacer llegar “la voz dulce de la razón” sobre las armas nucleares al Congreso, la Casa Blanca y al público estadounidense.

Murió mientras dormía de un ataque al corazón en 1964.