Comité MAUD

El Comité MAUD fue un grupo de trabajo científico británico formado durante la Segunda Guerra Mundial . Su objetivo era realizar la investigación necesaria para determinar la viabilidad de una bomba atómica . El nombre MAUD proviene de una curiosa frase de un telegrama del físico danés Niels Bohr, en la que se refería a su ama de llaves, Maud Ray.

El Comité MAUD se fundó en respuesta al memorándum Frisch-Peierls , redactado en marzo de 1940 por Rudolf Peierls y Otto Frisch , dos físicos refugiados de la Alemania nazi que trabajaban en la Universidad de Birmingham bajo la dirección de Mark Oliphant . El memorándum sostenía que una pequeña esfera de uranio-235 puro podría tener la potencia explosiva de miles de toneladas de TNT .

El presidente del Comité MAUD fue George Thomson . La investigación se dividió entre cuatro universidades diferentes: la Universidad de Birmingham , la Universidad de Liverpool , la Universidad de Cambridge y la Universidad de Oxford , cada una con su propio director de programa. Se examinaron diversos métodos de enriquecimiento de uranio , así como el diseño de reactores nucleares , las propiedades del uranio-235, el uso del plutonio , entonces hipotético elemento , y aspectos teóricos del diseño de armas nucleares.

Tras quince meses de trabajo, la investigación culminó en dos informes: «Uso del uranio para una bomba» y «Uso del uranio como fuente de energía», conocidos colectivamente como el Informe MAUD. El informe analizaba la viabilidad y la necesidad de una bomba atómica para el esfuerzo bélico. En respuesta, los británicos crearon un proyecto de armas nucleares, con nombre en clave Tube Alloys . El Informe MAUD se puso a disposición de Estados Unidos, donde impulsó el esfuerzo estadounidense, que finalmente se convirtió en el Proyecto Manhattan . El informe también fue revelado a la Unión Soviética por sus espías atómicos y contribuyó al inicio del proyecto soviético de la bomba atómica .

El neutrón fue descubierto por James Chadwick en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge en febrero de 1932. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Dos meses después, sus colegas de Cavendish, John Cockcroft y Ernest Walton, dividieron átomos de litio con protones acelerados . ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} En diciembre de 1938, Otto Hahn y Fritz Strassmann en el laboratorio de Hahn en Berlín-Dahlem bombardearon uranio con neutrones lentos, ^{[ 6 ]} y descubrieron que se había producido bario . ^{[ 7 ]} Hahn escribió a su colega Lise Meitner , quien, junto con su sobrino Otto Frisch , demostró que el núcleo de uranio se había dividido. Publicaron su hallazgo en Nature en 1939. ^{[ 8 ]} Este fenómeno fue un nuevo tipo de desintegración nuclear, y fue más potente que cualquiera visto hasta entonces. Frisch y Meitner calcularon que la energía liberada por cada desintegración era de aproximadamente 200 megaelectronvoltios [MeV] (32 pJ). Por analogía con la división de las células biológicas , denominaron al proceso " fisión ". ^{[ 9 ]}

Niels Bohr y John A. Wheeler aplicaron el modelo de gota líquida desarrollado por Bohr y Fritz Kalckar para explicar el mecanismo de la fisión nuclear. ^{[ 10 ] [ 11 ]} Bohr tuvo una epifanía de que la fisión a bajas energías se debía principalmente al isótopo uranio-235 , mientras que a altas energías se debía principalmente al isótopo uranio-238 más abundante . ^{[ 12 ]} El primero constituye solo el 0,7% del uranio natural, mientras que el segundo representa el 99,3%. ^{[ 13 ]} Frédéric Joliot-Curie y sus colegas parisinos Hans von Halban y Lew Kowarski plantearon la posibilidad de una reacción en cadena nuclear en un artículo publicado en Nature en abril de 1939. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Para muchos científicos era evidente que, al menos en teoría, se podría crear un explosivo extremadamente potente, aunque la mayoría todavía consideraba una bomba atómica una imposibilidad. ^{[ 16 ]} El término ya era familiar para el público británico a través de los escritos de H.G. Wells , en su novela de 1913 El mundo liberado . ^{[ 17 ]}

En Gran Bretaña, varios científicos consideraron si una bomba atómica era práctica. En la Universidad de Liverpool , Chadwick y el científico refugiado polaco Joseph Rotblat abordaron el problema, pero sus cálculos fueron inconclusos. ^{[ 18 ]} En Cambridge, los premios Nobel de Física George Paget Thomson y William Lawrence Bragg querían que el gobierno tomara medidas urgentes para adquirir mineral de uranio . La principal fuente de este era el Congo Belga , y les preocupaba que pudiera caer en manos alemanas. Sin saber cómo proceder, hablaron con Sir William Spens , director del Corpus Christi College de Cambridge . En abril de 1939, se dirigió a Sir Kenneth Pickthorn , el diputado local , quien transmitió sus inquietudes al secretario del Comité de Defensa Imperial , el mayor general Hastings Ismay . Ismay, a su vez, pidió la opinión de Sir Henry Tizard . Al igual que muchos científicos, Tizard era escéptico sobre la probabilidad de que se desarrollara una bomba atómica, calculando las probabilidades de éxito en 100.000 a 1. ^{[ 19 ]}

Incluso con tales probabilidades en contra, el peligro era lo suficientemente grande como para tomarlo en serio. Lord Chatfield , Ministro de Coordinación de la Defensa , consultó con el Tesoro y el Ministerio de Asuntos Exteriores , y descubrió que el uranio del Congo Belga era propiedad de la empresa Union Minière du Haut Katanga . Su vicepresidente británico, Lord Stonehaven , organizó una reunión con el presidente belga de la empresa, Edgar Sengier . Dado que la dirección de Union Minière era amigable con Gran Bretaña, no se consideró necesario adquirir el uranio de inmediato, pero el Comité de Tizard para el Estudio Científico de la Guerra Aérea (CSSAW) recibió instrucciones de continuar la investigación sobre la viabilidad de las bombas atómicas. ^{[ 19 ]} Thomson, del Imperial College de Londres , y Mark Oliphant , un físico australiano de la Universidad de Birmingham , fueron encargados cada uno de llevar a cabo una serie de experimentos con uranio. En febrero de 1940, el equipo de Thomson no había logrado crear una reacción en cadena en el uranio natural, y él decidió que no valía la pena continuar. ^{[ 20 ]}

En Birmingham, el equipo de Oliphant había llegado a una conclusión diferente. Oliphant había delegado la tarea a Frisch y Rudolf Peierls , dos científicos alemanes refugiados que no podían trabajar en el proyecto de radar de Oliphant porque eran extranjeros enemigos y, por lo tanto, carecían de la autorización de seguridad necesaria. ^{[ 21 ]} Francis Perrin había definido una masa crítica de uranio como la cantidad más pequeña que podía mantener una reacción en cadena, ^{[ 22 ]} y la había calculado en unas 40 toneladas (39 toneladas largas; 44 toneladas cortas). Calculó que si se colocaba un reflector de neutrones a su alrededor, esto podría reducirse a 12 toneladas (12 toneladas largas; 13 toneladas cortas). En un artículo teórico escrito en 1939, Peierls intentó simplificar el problema utilizando los neutrones rápidos producidos por la fisión, omitiendo así la consideración de un moderador de neutrones . Él también creía que la masa crítica de una esfera de uranio era "del orden de toneladas". ^{[ 23 ]}

Sin embargo, Bohr había sostenido que el isótopo uranio-235 era mucho más propenso a capturar neutrones y fisionar incluso a partir de neutrones con las bajas energías producidas por la fisión. Frisch comenzó a experimentar con el enriquecimiento de uranio mediante difusión térmica . El progreso fue lento; el equipo necesario no estaba disponible y el proyecto del radar tenía prioridad sobre los recursos disponibles. ^{[ 24 ]} Se preguntó qué pasaría si pudiera producir una esfera de uranio-235 puro. Cuando usó la fórmula de Peierls para calcular su masa crítica, recibió una respuesta sorprendente: se requeriría menos de un kilogramo. ^{[ 25 ]} Frisch y Peierls produjeron el memorándum Frisch-Peierls en marzo de 1940. ^{[ 26 ]} En él informaron que una bomba de cinco kilogramos sería el equivalente a varios miles de toneladas de dinamita, e incluso una bomba de un kilogramo sería impresionante. ^{[ 27 ]} Debido a la posible lluvia radiactiva , pensaron que los británicos podrían considerarlo moralmente inaceptable. ^{[ 28 ]}

Oliphant llevó el memorándum Frisch-Peierls a Tizard en marzo de 1940. Este se lo entregó a Thomson, quien lo discutió con Cockcroft y Oliphant. También recibieron noticias de Jacques Allier, del Deuxième Bureau francés , quien había participado en la extracción de todas las reservas de agua pesada de Noruega. Allier les informó del interés que los alemanes habían mostrado por el agua pesada y por la actividad de los investigadores franceses en París. Se tomaron medidas inmediatas: se solicitó al Ministerio de Guerra Económica que asegurara las reservas de óxido de uranio en peligro de ser capturadas por los alemanes; se pidió a las agencias de inteligencia británicas que investigaran las actividades de los científicos nucleares alemanes; y se solicitó a AV Hill , el agregado científico británico en Washington, que averiguara qué tramaban los estadounidenses. Hill informó que los estadounidenses contaban con científicos que investigaban el asunto, pero que no creían que se encontrarían aplicaciones militares. ^{[ 29 ]}

Se creó un comité en respuesta al memorándum Frisch-Peierls. ^{[ 30 ]} Celebró su primera reunión el 10 de abril de 1940 en la sala principal de comités de la planta baja de la Royal Society en Burlington House , Londres. ^{[ 31 ]} Sus reuniones se celebraban invariablemente allí. Los miembros originales eran Thomson, Chadwick, Cockcroft, Oliphant y Philip Moon ; posteriormente se añadieron Patrick Blackett , Charles Ellis y Norman Haworth , junto con un representante del Director de Investigación Científica del Ministerio de Producción Aeronáutica (MAP). El Comité MAUD celebró sus dos primeras reuniones en abril de 1940 antes de ser constituido formalmente por el CSSAW. El CSSAW fue abolido en junio de 1940, y el Comité MAUD pasó entonces a depender directamente del MAP. Thomson presidió el comité y, en un principio, también actuó como su secretario, redactando las actas a mano en papel folio, hasta que el MAP proporcionó un secretario. ^{[ 32 ]}

Al principio, el nuevo comité se llamó Comité Thomson, en honor a su presidente, ^{[ 33 ]} pero pronto se cambió por un nombre más discreto: el Comité MAUD. Muchos asumieron que MAUD era un acrónimo, pero no lo es. El nombre MAUD surgió de una manera inusual. El 9 de abril de 1940, el día en que Alemania invadió Dinamarca , Niels Bohr envió un telegrama a Frisch. El telegrama terminaba con una extraña frase: «Dígale a Cockcroft y a Maud Ray que Kent». ^{[ 32 ] [ 34 ]} Al principio se pensó que era un código relacionado con el radio u otra información vital sobre armas atómicas, oculto en un anagrama . Una sugerencia fue reemplazar la «y» por una «i», dando como resultado «radio tomado». Cuando Bohr regresó a Inglaterra en 1943, se descubrió que el mensaje estaba dirigido a John Cockcroft y a su ama de llaves, Maud Ray, originaria de Kent. Así, el comité pasó a llamarse Comité MAUD. Aunque las iniciales no significaban nada, oficialmente era el Comité MAUD, no el Comité Maud. ^{[ 32 ] [ 34 ]}

Debido al carácter ultrasecreto del proyecto, solo se consideraron científicos nacidos en Gran Bretaña. A pesar de sus contribuciones iniciales, a Peierls y Frisch no se les permitió participar en el Comité MAUD porque, en tiempos de guerra, se consideraba una amenaza para la seguridad que extranjeros enemigos estuvieran a cargo de un proyecto tan delicado. ^{[ 35 ]} En septiembre de 1940, se formó el Subcomité Técnico, con Peierls y Frisch como miembros. Sin embargo, Halban no aceptó su exclusión del Comité MAUD con la misma benevolencia que Frisch y Peierls. ^{[ 36 ]} En respuesta, en marzo de 1941 se crearon dos nuevos comités para reemplazar al Comité MAUD y al Subcomité Técnico, denominados Comité de Política MAUD y Comité Técnico MAUD. A diferencia de los dos comités originales, estos contaban con un reglamento escrito. ^{[ 37 ]} El reglamento del Comité de Política MAUD era:

1. Supervisar, en nombre del Director de Investigación Científica del MAP, una investigación sobre las posibilidades del uranio como contribución al esfuerzo bélico; y
2. Considerar las recomendaciones del Comité Técnico de MAUD y asesorar al Director de Investigación Científica en consecuencia. ^{[ 37 ]}

Los miembros del Comité Técnico de MAUD fueron:

1. Analizar los problemas que surgen en la investigación del uranio;
2. Recomendar al Comité de Políticas de MAUD el trabajo experimental necesario para establecer las posibilidades técnicas; y
3. Para garantizar la cooperación entre los distintos grupos de investigadores. ^{[ 37 ]}

El Comité de Políticas de MAUD se mantuvo pequeño e incluyó solo un representante de cada laboratorio universitario. Sus miembros fueron: Blackett, Chadwick, Cockcroft, Ellis, Haworth, Franz Simon , Thomson y el Director de Investigación Científica del MAP. Los miembros del Comité Técnico de MAUD fueron: Moses Blackman , Egon Bretscher , Norman Feather , Frisch, Halban, CH Johnson , Kowarski, Wilfrid Mann , Moon, Nevill Mott , Oliphant, Peierls y Thomson. A sus reuniones normalmente asistían el asesor científico de Winston Churchill , Frederick Lindemann , o su representante, y un representante de Imperial Chemical Industries (ICI). Basil Dickins, del MAP, actuó como secretario del Comité Técnico. Thomson presidió ambos comités. ^{[ 37 ]}

La investigación del Comité MAUD se dividió entre cuatro universidades inglesas diferentes: la Universidad de Birmingham , la Universidad de Liverpool , la Universidad de Cambridge y la Universidad de Oxford . Al principio, la investigación se financió con fondos de las universidades. Solo en septiembre de 1940 se dispuso de financiación gubernamental. ^{[ 38 ]} El MAP firmó contratos que otorgaban 3000 libras esterlinas al Laboratorio Cavendish en Cambridge (posteriormente aumentadas a 6500 libras), 1000 libras (posteriormente aumentadas a 2000 libras) al Laboratorio Clarendon en Oxford, 1500 libras a Birmingham y 2000 libras a Liverpool. Las universidades recibían el reembolso de los gastos por parte del MAP, que también comenzó a pagar parte de los salarios del personal universitario. Sin embargo, Chadwick, Peierls, Simon y otros profesores, junto con algunos investigadores, seguían recibiendo su salario con fondos universitarios. El gobierno también realizó un pedido de 5000 libras esterlinas por 5 kilogramos (11 lb) de hexafluoruro de uranio a ICI. El óxido de uranio se compró a la empresa Brandhurt, que lo obtuvo de Estados Unidos. La escasez durante la guerra afectó a muchas áreas de investigación, lo que obligó al MAP a escribir a las empresas solicitando prioridad para los artículos que necesitaban los científicos. ^{[ 39 ]}

También hubo escasez de personal, ya que los químicos y físicos habían sido desviados a trabajos relacionados con la guerra. Por necesidad, las universidades emplearon a muchos extranjeros o ex extranjeros. El MAP se opuso inicialmente a su contratación por motivos de seguridad, especialmente porque la mayoría provenían de países enemigos u ocupados. Su contratación solo fue posible porque fueron empleados por las universidades y no por el MAP, que tenía prohibido emplear a extranjeros enemigos. El MAP gradualmente aceptó su contratación para el proyecto. Protegió a algunos del internamiento y les proporcionó autorizaciones de seguridad. Existían restricciones sobre dónde podían trabajar y vivir los extranjeros enemigos, y no se les permitía tener automóviles, por lo que se requerían permisos especiales para que pudieran visitar otras universidades. ^{[ 40 ]} «Y así», escribió la historiadora Margaret Gowing , «el mayor de todos los secretos de guerra fue confiado a científicos excluidos por razones de seguridad de otros trabajos relacionados con la guerra». ^{[ 41 ]}

La división del Comité MAUD en Liverpool estuvo dirigida por Chadwick, quien contó con la asistencia de Frisch, Rotblat, Gerry Pickavance , Maurice Pryce y John Riley Holt . La división de Liverpool también controlaba un pequeño equipo en la Universidad de Bristol que incluía a Alan Nunn May y Cecil Frank Powell . ^{[ 42 ]} En Liverpool se centraron en la separación de isótopos mediante difusión térmica, como se sugirió en el memorándum Frisch-Peierls. ^{[ 38 ]}

Este proceso se basaba en el hecho de que, cuando una mezcla de dos gases pasa a través de un gradiente de temperatura, el gas más pesado tiende a concentrarse en el extremo frío y el gas más ligero en el extremo caliente. Que esto puede utilizarse como método de separación de isótopos fue demostrado por primera vez por Klaus Clusius y Gerhard Dickel en Alemania en 1938, quienes lo utilizaron para separar isótopos de neón . Utilizaron un aparato llamado "columna", que consistía en un tubo vertical con un hilo caliente en el centro. ^{[ 43 ]} La ventaja de la técnica era su diseño sencillo y la ausencia de partes móviles. Sin embargo, podía tardar meses en alcanzar el equilibrio, requería mucha energía y necesitaba altas temperaturas que podían causar problemas con el hexafluoruro de uranio. ^{[ 44 ]}

Otra línea de investigación en Liverpool consistía en medir la sección transversal de fisión del uranio-235, de la cual dependían los cálculos de Frisch y Peierls. Habían asumido que casi toda colisión entre un neutrón de cualquier energía y un núcleo de uranio-235 produciría una fisión. ^{[ 45 ]} El valor que utilizaron para la sección transversal de fisión fue el publicado por investigadores franceses en 1939, ^{[ 46 ] [ 47 ]} pero los datos publicados por los estadounidenses en los números del 15 de marzo y 15 de abril de 1940 de la revista estadounidense Physical Review indicaban que era mucho menor. ^{[ 45 ] [ 48 ]}

No se disponía de uranio-235 puro, por lo que los experimentos en Liverpool se llevaron a cabo con uranio natural. Los resultados fueron inconclusos, pero tendieron a respaldar a Frisch y Peierls. ^{[ 45 ]} En marzo de 1941, Alfred Nier había logrado producir una cantidad microscópica de uranio-235 puro en Estados Unidos, y un equipo dirigido por Merle Tuve en la Institución Carnegie de Washington estaba midiendo la sección transversal. El uranio-235 era demasiado valioso como para enviar una muestra a Gran Bretaña, por lo que Chadwick envió a los estadounidenses una lista de mediciones que quería que realizaran. El resultado final fue que la sección transversal era menor de lo que Frisch y Peierls habían supuesto, pero la masa crítica resultante seguía siendo de solo unos ocho kilogramos. ^{[ 49 ]}

Mientras tanto, Pryce investigó cuánto tiempo continuaría una reacción en cadena nuclear descontrolada en una bomba atómica antes de que estallara. ^{[ 49 ]} Calculó que, dado que los neutrones producidos por la fisión tienen una energía de aproximadamente 1 MeV (0,16 pJ), esto correspondía a una velocidad de1,4 × 10 ⁹  cm/s . La mayor parte de la reacción en cadena se completaría en el orden de10 × 10 ⁻⁸  s (diez " agitaciones "). Entre el 1 y el 10 por ciento del material fisionable se fisionaría en este tiempo; pero incluso una bomba atómica con una eficiencia del 1 por ciento liberaría tanta energía como 180 000 veces su peso en TNT. ^{[ 50 ]}

La división del Comité MAUD en Oxford fue liderada por Simon. Como emigrante alemán, solo pudo participar después de que Peierls intercediera por él, señalando que Simon ya había comenzado a investigar la separación de isótopos, lo que daría al proyecto una ventaja inicial con su participación. ^{[ 51 ]} El equipo de Oxford estaba compuesto principalmente por científicos no británicos, entre ellos Nicholas Kurti , Kurt Mendelssohn , Heinrich Kuhn , Henry Shull Arms y Heinz London . Se concentraron en la separación de isótopos con un método conocido como difusión gaseosa . ^{[ 52 ] [ 42 ]}

Esto se basa en la ley de Graham , que establece que la velocidad de efusión de un gas a través de una barrera porosa es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa molecular del gas . En un recipiente con una barrera porosa que contiene una mezcla de dos gases, las moléculas más ligeras saldrán del recipiente más rápidamente que las más pesadas. El gas que sale del recipiente está ligeramente enriquecido en moléculas más ligeras, mientras que el gas residual está ligeramente empobrecido. ^{[ 53 ]} El equipo de Simon realizó experimentos con una malla de cobre como barrera. Debido a que el hexafluoruro de uranio, el único gas conocido que contiene uranio, era escaso y difícil de manipular, se utilizó una mezcla de dióxido de carbono y vapor de agua para probarlo. ^{[ 54 ]}

El resultado de este trabajo fue un informe de Simon sobre la "Estimación del tamaño de una planta de separación real" en diciembre de 1940. Describió una planta industrial capaz de producir un kilogramo por día de uranio enriquecido al 99 por ciento de uranio-235. La planta utilizaría 70 000 metros cuadrados (750 000 pies cuadrados) de barreras de membrana, en 18 000 unidades de separación en 20 etapas. La planta ocuparía 40 acres (16 ha), la maquinaria pesaría 70 000 toneladas largas (71 000 t) y consumiría 60 000 kW de energía. Estimó que tardaría entre 12 y 18 meses en construirse, con un costo aproximado de 4 millones de libras esterlinas, requeriría 1200 trabajadores para su funcionamiento y costaría 1,5 millones de libras esterlinas anuales. «Confiamos en que la separación se puede realizar de la manera descrita», concluyó, «e incluso creemos que el plan, en vista de su objetivo, no es excesivamente costoso en tiempo, dinero y esfuerzo». ^{[ 55 ]}

La división del Comité MAUD en Cambridge fue codirigida por Bragg y Cockcroft. ^{[ 37 ]} Incluía a Bretscher, Feather, Halban, Kowarski, Herbert Freundlich y Nicholas Kemmer . Paul Dirac colaboró ​​como consultor, aunque no formaba parte formalmente del equipo. ^{[ 42 ]} El 19 de junio de 1940, tras la invasión alemana de Francia , Halban, Kowarski y otros científicos franceses y sus familias, junto con su valiosa reserva de agua pesada, fueron llevados a Inglaterra por el conde de Suffolk y el mayor Ardale Golding en el vapor Broompark . ^{[ 56 ]} El agua pesada, valorada en 22 000 libras esterlinas, se guardó inicialmente en la prisión de Su Majestad Wormwood Scrubs , pero posteriormente se almacenó en secreto en la biblioteca del Castillo de Windsor . Los científicos franceses se trasladaron a Cambridge, ^{[ 57 ]} donde realizaron experimentos que demostraron de forma concluyente que se podía producir una reacción nuclear en cadena en una mezcla de óxido de uranio y agua pesada. ^{[ 58 ]}

En un artículo escrito poco después de su llegada a Inglaterra, Halban y Kowarski teorizaron que los neutrones lentos podían ser absorbidos por el uranio-238, formando uranio-239. ^{[ 59 ]} Una carta de Edwin McMillan y Philip Abelson publicada en la Physical Review el 15 de junio de 1940 afirmaba que este se desintegraba en un elemento con número atómico 93, y luego en uno con número atómico 94 y masa 239, que, si bien seguía siendo radiactivo, tenía una vida útil bastante larga. ^{[ 60 ]} Que una carta sobre un tema tan delicado pudiera publicarse irritó a Chadwick, y solicitó que se enviara una protesta oficial a los estadounidenses, lo cual se hizo. ^{[ 61 ]}

Bretscher y Feather argumentaron, desde un punto de vista teórico, que este elemento podría ser capaz de fisionarse tanto por neutrones rápidos como lentos, al igual que el uranio-235. De ser así, esto prometía otra vía para la bomba atómica, ya que podría generarse a partir del más abundante uranio-238 en un reactor nuclear , y su separación del uranio podría realizarse por medios químicos, al tratarse de un elemento diferente, evitando así la necesidad de la separación de isótopos. Kemmer sugirió que, dado que el uranio recibió su nombre del planeta Urano , el elemento 93 podría denominarse neptunio y el 94 plutonio, en honor a los dos planetas siguientes. Posteriormente se descubrió que los estadounidenses habían adoptado independientemente los mismos nombres, siguiendo la misma lógica. Bretscher y Feather fueron más allá, teorizando que la irradiación de torio podría producir un nuevo isótopo de uranio, el uranio-233 , que también podría ser susceptible a la fisión por neutrones rápidos y lentos. ^{[ 59 ]} Además de este trabajo, Eric Rideal estudió la separación de isótopos mediante centrifugación . ^{[ 37 ]}

La división del Comité MAUD en Birmingham estuvo dirigida por Peierls. Contó con la ayuda de Haworth, Johnson y, a partir del 28 de mayo de 1941, Klaus Fuchs . ^{[ 42 ]} Haworth dirigió a los químicos en el estudio de las propiedades del hexafluoruro de uranio. Una ventaja era que el flúor tiene un solo isótopo, por lo que cualquier diferencia de peso entre dos moléculas se debe únicamente al isótopo diferente del uranio. ^{[ 62 ]}

Por lo demás, el hexafluoruro de uranio distaba mucho de ser ideal. Se solidificaba a 49 °C (120 °F), era corrosivo y reaccionaba con muchas sustancias, incluido el agua. Por lo tanto, su manipulación era difícil y peligrosa. Sin embargo, una búsqueda realizada por los químicos de Birmingham no logró descubrir otro compuesto gaseoso de uranio. Lindemann utilizó su influencia con Lord Melchett , director de ICI, para conseguir que ICI produjera hexafluoruro de uranio a escala industrial. La planta de ácido fluorhídrico de ICI estaba fuera de servicio y requería reparaciones importantes, por lo que el precio de un kilogramo de hexafluoruro de uranio ascendía a 5000 libras esterlinas. No obstante, el pedido se realizó en diciembre de 1940. ICI también exploró métodos para producir uranio metálico puro. ^{[ 62 ]}

Peierls y su equipo trabajaron en los problemas teóricos de una bomba nuclear. En esencia, se encargaron de determinar las características técnicas de la bomba. Junto con Fuchs, Peierls también interpretó todos los datos experimentales de los demás laboratorios. Examinó los diferentes procesos mediante los cuales obtenían isótopos. A finales del verano de 1940, Peierls se decantó por la difusión gaseosa frente a la difusión térmica. ^{[ 63 ]}

Se recibió un documento de Estados Unidos en el que George Kistiakowsky argumentaba que un arma nuclear causaría muy poco daño, ya que la mayor parte de la energía se gastaría calentando el aire circundante. Un explosivo químico genera gases muy calientes en un espacio confinado, pero una explosión nuclear no lo hará. ^{[ 64 ]} Peierls, Fuchs, Geoffrey Taylor y JG Kynch desarrollaron la hidrodinámica para refutar el argumento de Kistiakowsky. ^{[ 65 ]} Taylor publicó un documento sobre "La formación de una onda expansiva por una explosión muy intensa" en junio de 1941. ^{[ 64 ]}

El primer borrador del informe final del Comité MAUD fue escrito por Thomson en junio de 1941 y distribuido entre los miembros del comité el 26 de junio, con instrucciones de que la siguiente reunión, el 2 de julio, lo discutiría. Se realizó una considerable cantidad de edición, principalmente por Chadwick. En esta etapa, se dividió en dos informes. El primero trataba sobre el "Uso del uranio para una bomba"; el segundo, sobre el "Uso del uranio como fuente de energía". Estos consolidaban todas las investigaciones y experimentos que el Comité MAUD había realizado. ^{[ 66 ]} El informe comenzaba con la siguiente declaración:

Quisiéramos destacar al comienzo de este informe que iniciamos el proyecto con más escepticismo que convicción, aunque considerábamos que era un asunto que debía investigarse. A medida que avanzábamos, nos convencimos cada vez más de que la liberación de energía atómica a gran escala es posible y que se pueden elegir las condiciones que la convertirían en un arma de guerra muy poderosa. Hemos llegado a la conclusión de que será posible fabricar una bomba de uranio eficaz que, conteniendo unos 11 kg de material activo, equivaldría en cuanto a efecto destructivo a 1800 toneladas de TNT y, además, liberaría grandes cantidades de sustancias radiactivas que harían que las zonas cercanas al lugar de la explosión fueran peligrosas para la vida humana durante un largo período. ^{[ 67 ]}

El primer informe concluyó que una bomba era factible. La describió con detalle técnico y proporcionó propuestas específicas para su desarrollo, incluyendo estimaciones de costos. Se estimó que una planta para producir un kilogramo de uranio-235 por día costaría 5 millones de libras esterlinas y requeriría una gran fuerza laboral calificada que también era necesaria para otras partes del esfuerzo bélico. Podría estar disponible en tan solo dos años. Se estimó que la cantidad de daños que causaría sería similar a la de la explosión de Halifax en 1917, que había devastado todo en un1/4radio de -milla (0,40 km). ^{[ 66 ]} El informe advertía que Alemania había mostrado interés en el agua pesada, y aunque esto no se consideraba útil para una bomba, seguía existiendo la posibilidad de que Alemania también estuviera trabajando en la bomba. ^{[ 68 ]}

El segundo informe fue más breve. Recomendaba que Halban y Kowarski se trasladaran a Estados Unidos, donde existían planes para producir agua pesada a gran escala. El plutonio podría ser más adecuado que el uranio-235, y la investigación sobre el plutonio debería continuar en Gran Bretaña. Concluía que la fisión controlada del uranio podría utilizarse para generar energía térmica para su uso en máquinas y proporcionar grandes cantidades de radioisótopos que podrían emplearse como sustitutos del radio . El agua pesada o posiblemente el grafito podrían servir como moderador de los neutrones rápidos. En conclusión, si bien el reactor nuclear prometía mucho para futuros usos pacíficos, el comité consideró que no merecía la pena contemplarlo durante la guerra en curso. ^{[ 69 ]}

En respuesta al informe del Comité MAUD, se puso en marcha un programa de armas nucleares. Para coordinar el esfuerzo, se creó una nueva dirección, con el nombre deliberadamente engañoso de Tube Alloys por motivos de seguridad. Sir John Anderson , Lord Presidente del Consejo , se convirtió en el ministro responsable, y Wallace Akers, de ICI, fue nombrado director de Tube Alloys. ^{[ 70 ]} Tube Alloys y el Proyecto Manhattan intercambiaron información, pero inicialmente no combinaron sus esfuerzos, ^{[ 71 ]} aparentemente por preocupaciones sobre la seguridad estadounidense. Irónicamente, fue el proyecto británico el que ya había sido infiltrado por espías atómicos de la Unión Soviética. ^{[ 72 ]} El más importante de ellos en ese momento fue John Cairncross , miembro de los infames Cinco de Cambridge , que trabajaba como secretario privado de Lord Hankey , ministro sin cartera en el Gabinete de Guerra . Cairncross proporcionó al NKVD información del Comité MAUD. ^{[ 73 ]}

El Reino Unido no contaba con la mano de obra ni los recursos de Estados Unidos, y a pesar de su inicio temprano y prometedor, Tube Alloys se quedó atrás de su contraparte estadounidense y fue eclipsada por ella. ^{[ 74 ]} Los británicos consideraron producir una bomba atómica sin ayuda estadounidense, pero el proyecto habría necesitado una prioridad abrumadora, el costo proyectado era asombroso, la interrupción de otros proyectos bélicos era inevitable y era improbable que estuviera lista a tiempo para influir en el resultado de la guerra en Europa . ^{[ 75 ]}

En la Conferencia de Quebec de agosto de 1943, Churchill y Roosevelt firmaron el Acuerdo de Quebec , que fusionó los dos proyectos nacionales. ^{[ 76 ]} El Acuerdo de Quebec estableció el Comité de Política Combinada y el Fideicomiso de Desarrollo Combinado para coordinar sus esfuerzos. ^{[ 77 ]} El Acuerdo de Hyde Park del 19 de septiembre de 1944 extendió la cooperación comercial y militar al período de posguerra. ^{[ 78 ]}

Una misión británica dirigida por Akers ayudó en el desarrollo de la tecnología de difusión gaseosa en los Laboratorios SAM en Nueva York. ^{[ 79 ]} Otra, encabezada por Oliphant, ayudó con la del proceso de separación electromagnética en el Laboratorio de Radiación de Berkeley . ^{[ 80 ]} Cockcroft se convirtió en director del Laboratorio de Montreal, conjunto británico-canadiense . ^{[ 81 ]} Una misión británica al Laboratorio de Los Alamos fue dirigida por Chadwick, y más tarde por Peierls, e incluyó a varios de los científicos británicos más eminentes. ^{[ 82 ] [ 83 ]} Como jefe general de la Misión Británica, Chadwick forjó una asociación estrecha y exitosa, ^{[ 84 ]} y aseguró que la participación británica fuera completa y entusiasta. ^{[ 85 ]}

En respuesta a la carta de Einstein-Szilard de 1939 , el presidente Franklin D. Roosevelt creó en octubre de ese mismo año un Comité Asesor sobre Uranio , presidido por Lyman Briggs . La investigación se centró en la fisión lenta para la producción de energía, pero con un creciente interés en la separación de isótopos. En junio de 1941, Roosevelt creó la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico (OSRD), con Vannevar Bush como director, quien respondía directamente ante el presidente. ^{[ 86 ]} El Comité de Uranio se convirtió en la Sección de Uranio de la OSRD, que pronto pasó a llamarse Sección S-1 por razones de seguridad. ^{[ 87 ] [ 88 ]}

Bush contrató a Arthur Compton , ganador del Premio Nobel, y a la Academia Nacional de Ciencias . Su informe se publicó el 17 de mayo de 1941. Respaldaba un esfuerzo mayor, pero no abordaba el diseño ni la fabricación de una bomba en detalle. ^{[ 89 ]} La información del Comité MAUD provino de científicos británicos que viajaban a Estados Unidos, en particular de la Misión Tizard , y de observadores estadounidenses en las reuniones del Comité MAUD en abril y julio de 1941. ^{[ 90 ]} Cockcroft, quien formó parte de la Misión Tizard, informó que el proyecto estadounidense estaba rezagado con respecto al británico y no avanzaba con la misma rapidez. ^{[ 91 ]}

Gran Bretaña estaba en guerra y consideraba urgente la bomba atómica, pero Estados Unidos aún no había entrado en guerra. Fue Oliphant quien impulsó el programa estadounidense. Voló a Estados Unidos a finales de agosto de 1941, supuestamente para hablar sobre el programa de radar, pero en realidad para averiguar por qué Estados Unidos estaba ignorando las conclusiones del Comité MAUD. ^{[ 92 ]} Oliphant informó: «Las actas y los informes se habían enviado a Lyman Briggs, director del Comité de Uranio, y nos desconcertó no recibir prácticamente ningún comentario. Visité a Briggs en Washington, solo para descubrir que este hombre inarticulado y poco impresionante había guardado los informes en su caja fuerte y no se los había mostrado a los miembros de su comité. Me quedé asombrado y angustiado». ^{[ 93 ]}

Oliphant se reunió con la Sección S-1. Samuel K. Allison era un nuevo miembro del comité, físico experimental y protegido de Compton en la Universidad de Chicago . Oliphant "llegó a una reunión", recordó Allison, "y dijo 'bomba' sin rodeos. Nos dijo que debíamos concentrar todos nuestros esfuerzos en la bomba y que no teníamos derecho a trabajar en centrales eléctricas ni en nada más que en la bomba. La bomba costaría 25 millones de dólares, dijo, y Gran Bretaña no tenía ni el dinero ni el personal, así que dependía de nosotros". ^{[ 94 ]}

Oliphant visitó entonces a su amigo Ernest Lawrence , un premio Nobel estadounidense, para explicarle la urgencia. Lawrence contactó con Compton y James B. Conant , quienes recibieron una copia del informe final del MAUD de Thomson el 3 de octubre de 1941. Harold Urey , también premio Nobel, y George B. Pegram fueron enviados al Reino Unido para obtener más información. ^{[ 95 ]} En enero de 1942, la OSRD fue autorizada a participar en grandes proyectos de ingeniería además de la investigación. ^{[ 96 ]} Sin la ayuda del Comité MAUD, el Proyecto Manhattan habría comenzado con meses de retraso. En cambio, pudieron empezar a pensar en cómo crear una bomba, no en si era posible. ^{[ 97 ]} Gowing señaló que «los acontecimientos que cambian una escala de tiempo en solo unos meses pueden, sin embargo, cambiar la historia». ^{[ 98 ]} El 16 de julio de 1945, el Proyecto Manhattan detonó la primera bomba atómica en la prueba nuclear Trinity . ^{[ 99 ]}

La Unión Soviética recibió detalles de la investigación británica de sus espías atómicos Klaus Fuchs , Engelbert Broda y Cairncross. Lavrenti Beria , jefe del NKVD, presentó un informe al secretario general del Partido Comunista de la Unión Soviética , Iósif Stalin , en marzo de 1942, que incluía los informes del MAUD y otros documentos británicos entregados por Cairncross. ^{[ 100 ]} En 1943, el NKVD obtuvo una copia del informe final del Comité MAUD. Esto llevó a Stalin a ordenar el inicio de un programa soviético, aunque con recursos muy limitados. Igor Kurchatov fue nombrado director del incipiente programa ese mismo año. ^{[ 101 ]} Seis años después, el 29 de agosto de 1949, la Unión Soviética probó una bomba atómica. ^{[ 102 ]}

• El informe MAUD