El experimento RaLa, o RaLa, fue una serie de pruebas durante y después del proyecto Manhattan diseñado para estudiar el comportamiento de la convergencia de las ondas de choque para lograr la implosión esférica necesaria para la compresión del núcleo de plutonio del arma nuclear. El experimento utilizó cantidades significativas del isótopo radioactivo de corta duración lantano-140, una potente fuente de radiación gamma; RaLa es una contracción de Lantano Radiactivo (su acomodo por las siglas en inglés Radioactive Lanthanum). El método fue propuesto por Robert Serber y desarrollado por un equipo dirigido por el físico experimental italiano Bruno Rossi.
Las pruebas se realizaron con esferas de lantano radiactivo de 1/8 de pulgada (3,2 mm), igual a aproximadamente 100 curies (3.7 TBq) y más tarde 1000 Ci (37 TBq), localizado en el centro de un dispositivo de simulación nuclear. Las lentes explosivas fueron diseñadas principalmente para el uso de esta serie de pruebas. Aproximadamente unas 254 pruebas se llevaron a cabo entre septiembre de 1944 y marzo de 1962. En su historia del proyecto Los Álamos, David Hawkins escribió: "RaLa se convirtió en el experimento más importante respecto al diseño final de la bomba."
Preparaciones del experimento
El experimento fue sugerido el 1 de noviembre de 1943 por Robert Serber. La idea era medir la simetría espacial y temporal de la compresión explosiva de una esfera de metal. La prueba mide los cambios de absorción de rayos gamma en el metal de la esfera sometida a compresión. La fuente de rayos gamma se encuentra en el centro de una esfera de metal. El aumento de espesor (capas huecas) y la densidad (esferas sólidas) como la compresión progresiva se detectó como una disminución de la intensidad de los rayos gamma fuera de la esfera; los explosivos de densidad más baja no absorbieron suficiente radiación gamma para interferir con el experimento. Los rayos gamma tuvieron que ser intensos y de la energía correspondiente. Energía demasiada baja, y sería totalmente absorbido en el metal circundante; demasiada alta y la diferencia de la atenuación durante la implosión sería demasiado baja para ser práctica. Los detectores tenían que proporcionar una alta velocidad y área grande; cámaras de ionización rápidas, después en fase de desarrollo, eran los únicos dispositivos disponibles en ese entonces que cumplía los requisitos.
El Lantano-140 fue elegido para tener la energía del rayo gamma emitido correctamente (1,60 megaelectronvolts (MeV), con fracción de 0,49 MeV) y una intensidad de radiación suficiente para proporcionar la señal satisfactoria de las cámaras de ionización, en combinación con una rápida desintegración radiactiva en el estable cerio-140 (reduciendo el riesgo de radiación para los operadores después de un periodo de varias vidas medias). También eran potencialmente disponibles en grandes cantidades debido a que su nucleido predecesor de bario-140 es un producto de la fisión del uranio en abundancia. Como consecuencia, las muestras de lantano-140 contenían pequeñas cantidades de bario-140, el cesio-140 y, especialmente, de estroncio-90, que todavía presenta un problema de contaminación radiactiva en el área de las pruebas. El lantano-140 tiene una actividad específica de 5,57 × 105 Ci / g (20,6 PBq / g); una fuente de 1,000 Ci (37 TBq) La-140 por tanto, es igual a aproximadamente 1,8 mg de lantano.
Una muestra de radiolantano, se precipitó en una punta de un cono pequeño, seguido por un enchufe, fue reducido en el centro de la esfera de metal montado en un dispositivo parecido a una caña de pescar. El cono y el enchufe se unieron con el centro metálico del conjunto, formando una esfera de metal. Una sección de la lente explosiva luego fue devuelto a su lugar por encima de la esfera. Varias, normalmente cuatro, cámaras de ionización se encuentran alrededor de la preparación experimental. Inmediatamente después de la detonación que generan señales que se muestran en los osciloscopios en un refugio a prueba de explosiones o de un laboratorio móvil en un tanque, a 150 pies (45,72 m) de distancia, y los rastros del osciloscopio grabados en cámaras. Una medición de calibración se realiza antes y después de cada prueba. Las cámaras de ionización y sus preamplificadores eran destruidos durante la explosión, pero su diseño simple permite su producción en cantidades suficientes.
Las cámaras de ionización eran cilíndrica, de 2 Pulgadas (51 mm) de diámetro, 30 Pulgadas (760 mm) de largo, con un alambre a lo largo del eje longitudinal. Estaban rellenas de una mezcla de argón y dióxido de carbono en un 4,5 (460 kPa). Ocho cámaras se disponen en una bandeja y conectados en paralelo; cuatro bandejas se encuentran en un tetraedro alrededor del conjunto experimental, la grabación de la radiación gamma alrededor de la esfera, lo suficientemente cerca para dar una señal y lo suficientemente lejos para no ser destruido por la explosión antes de que pudieran registrar la información requerida. La iniciación de los explosivos se realizó inicialmente por un sistema Primacord multipunto. Los resultados fueron erráticos, ya que las detonaciones no se sincronizaron suficientemente. Se obtuvieron muchos mejores después de febrero de 1945, cuando estuvo disponible la explosión de detonadores-hilo puente, desarrollado por el grupo G-7 de Luis Álvarez,.
Como el plutonio no estaba disponible, se sustituyó por material con propiedades mecánicas similares. El uranio empobrecido, no era óptimo debido a su opacidad de la radiación; hierro, cobre y cadmio eran otras opciones. El cadmio fue la elección para la mayoría de las pruebas. El primer disparo se realizó con una maqueta de hierro del núcleo de plutonio.
La señal resultante era una inmersión rápida, que corresponde a la compresión de la esfera de cadmio, seguido de un aumento más lento, correspondiente a la descompresión y después de la dispersión de la esfera y el lantano. Las diferencias entre los cuatro rastros en la pantalla del osciloscopio, cada uno que indica la compresión media en la dirección del detector, permitió evaluar la precisión de la sincronización requerida de los detonadores.
La fuente RaLa eran muy radioactiva. Debía ser bajada al aparato de prueba mediante una varilla larga un 10 pies (3.048 m). Las pruebas se observaron inicialmente a partir de un tanque sellado Sherman M4; el laboratorio móvil consistía en dos tanques. Cada experimento se supone que contaminaba un área de aproximadamente 3000 m2 (32,000 sq ft) por alrededor de un año y medio. Cuando el radio bario fue retirado de la radiolantano, los niveles de contaminación a corto plazo resultaron ser insignificante. Los tanques fueron reemplazados con refugios fijos. Uno de los tanques fue luego chapado en plomo, sellados, equipado con suministro de aire autónomo, y se utilizó para la toma de muestras de productos de fisión en los escombros después de la explosión en la prueba de Trinity. Las fuentes planteaban un riesgo considerable de exposición a la radiación; la tasa de exposición de un 1000 Ci:(37 TBq) fuente a 1 metro (3 pies) fue de 1.130 R / h 11.000 R / h a un pie (0,3048 m). Fuentes con las actividades hasta 2300 Ci (85 TBq) se utilizaron en algunas pruebas.
Seguridad radiológica El sistema de manipulación a distancia de las muestras tenía defectos; tomó cerca de seis meses para descubrirlos todos. Los químicos, que operaban en las mezclas de productos de fisión con lotes que alcanza hasta 2300 Ci (85 TBq) cada uno, fueron expuestos con frecuencia (accidentalmente) a altas dosis de radiación indeseables. El grupo al momento de manejar por ellos mismos los experimentos fue menos peligroso; operaban en estrecha coordinación con el Grupo de Salud, que estaba a cargo de asegurar que la exposición de radiación de las personas involucradas era tolerable. La contaminación radiactiva planteaba un problema. Las personas que trabajan en el Cañón Bayo tuvieron que cambiarse su ropa y tomar una ducha después del trabajo. A veces todavía activan los detectores en puertas de seguridad.
Los experimentos se realizaron en el Cañón Bayo en un lugar designado TA-10 ("Área Técnica 10") (pero más comúnmente se conoce como el Cañón del sitio Bayo) en el condado de Los Álamos y cerca de la frontera con el condado de Santa Fe, al noreste de Los Álamos. El sitio tenía varias estructuras reparadas. El lantano-140 se aisló en un edificio de radio química, TA-10-1. Había cuatro lugares de cocción. Los instrumentos para la cocción de los explosivos y el registro de los datos se encuentran en dos edificios de control de detonación (TA-TA-10-13 y 10-15).
Grandes cantidades de lantano radiactivo fueron dispersados por las explosiones; 254 pruebas se realizaron entre 1944 y 1961. En 1948 dos trabajadores recibieron quemaduras por radiación. Los experimentos se llevaron a cabo por lo general cuando el viento soplaba hacia el norte, pero de vez en cuando el viento cambiaban de dirección en la madrugada. En 1949 y 1950, la lluvia radiactiva de las pruebas fue volado sobre algunas partes de la zona de viviendas y una calle; los niveles de radiación en la carretera ocasionalmente alcanzaron 5-10 mR / h, y la carretera tuvo que ser cerrada por un tiempo.
Cada prueba dio a conocer un penacho de lantano radiactivo dispersado. Tres pruebas en 1950 se documentaron donde la radiación liberada fue rastrada por un avión B-17. En una ocasión, fue detectada radiación sobre una ciudad 17 millas (27,36 km) a favor del viento. Estas pruebas fueron concurrentes con las pruebas RaLa, y su objetivo era el desarrollo de los detectores de aire para el seguimiento de aire ráfaga de los ensayos nucleares. El tamaño y la altura de la nube radiactiva se determinó por la cantidad de explosivo utilizado. Durante las primeras 125 pruebas entre 1944 y 1949, la meteorología y el seguimiento de secuelas eran raros, pero entre 1950-1954 se introducirá gradualmente un control más riguroso, y fue exhaustivo después. Según los informes, una nube fue rastreada hasta 70 Millas (112,6 km) a favor del viento, en Watrous, Nuevo México.
Logística y programación Para manejar la logística de las pruebas, Luis Álvarez fue nombrado por Robert Oppenheimer, el director del laboratorio de Los Álamos, como el jefe del programa de RaLa; su grupo fue designado E-7, RaLa y el equipo de detonadores eléctricos. Bruno Rossi y físico suizo Hans Staub construyeron las cámaras de ionización y electrónica a finales de la primavera. Al principio, el trabajo procedió a un ritmo pausado como la implosión era solo un proyecto de respaldo; se creía que la bomba de plutonio sería el del diseño de armas nucleares y hasta de tipo pistola. Esto resultó no ser el caso, ya que las primeras pruebas sobre el plutonio del reactor producido a principios de verano 1944 mostraron tasas de fisión espontánea inaceptablemente altos debido a la presencia de plutonio-240, lo que impide el uso del conjunto de la pistola. El 17 de julio el diseño hombre delgado fue abandonado, y todo el esfuerzo se ha centrado en implosión. Para afrontar el reto, el Laboratorio de Los Álamos se reorganizó -X Division (División de Explosivos) y se formó el G-División (División de gadgets, o la División de Arma Física). El grupo de Rossi fue asignado a la División G como G-6, o grupo RaLa; El grupo de Álvarez era G-7, o grupo Eléctrico detonador.