Pilotes de escala de viento

Gracias a su participación en los proyectos Tube Alloys y Manhattan durante la guerra, los científicos británicos poseían un conocimiento considerable sobre la producción de materiales fisionables . Los estadounidenses habían creado dos tipos: uranio-235 y plutonio , y habían empleado tres métodos diferentes de enriquecimiento de uranio para producir el primero. Los científicos británicos habían participado activamente en el proceso de separación electromagnética de isótopos , pero se reconoció que podría resultar antieconómico en tiempos de paz. También conocían a fondo el proceso de difusión gaseosa gracias al trabajo realizado no solo en Estados Unidos, sino también en Gran Bretaña, donde ICI había diseñado una planta de producción por difusión gaseosa y se estaba construyendo una planta piloto para producir membranas para dicha planta. Se sabía muy poco sobre la producción de plutonio en reactores nucleares , o «pilas», como se les conocía entonces; solo a Chadwick se le había permitido visitar los reactores del Proyecto Manhattan. ^{[ 25 ]}

Fue necesario tomar una decisión temprana sobre si High Explosive Research debía concentrarse en el uranio-235 o en el plutonio. Si bien a todos les hubiera gustado explorar todas las opciones, como lo habían hecho los estadounidenses, era dudoso que la economía británica de posguerra, con dificultades económicas, pudiera costear el dinero o el personal cualificado que esto requeriría. Los científicos que se habían quedado en Gran Bretaña se inclinaban por el uranio-235, que podía enriquecerse mediante difusión gaseosa y un paso electromagnético final. Sin embargo, quienes habían trabajado en el Laboratorio de Los Álamos en Estados Unidos se mostraban firmemente a favor del plutonio. ^{[ 26 ]}

Estimaron que una bomba de uranio-235 requeriría diez veces más material fisionable que una que utilizara plutonio para producir la mitad del equivalente de TNT . Las estimaciones del costo de los reactores nucleares variaban, pero eran aproximadamente la mitad del de una planta de difusión gaseosa. Por lo tanto, una planta de difusión gaseosa costaría diez veces más para producir la misma cantidad de bombas atómicas cada año. En consecuencia, se tomó la decisión a favor del plutonio. ^{[ 26 ]} Parte del déficit de conocimiento técnico fue abordado por el Laboratorio de Montreal en Canadá, donde el reactor ZEEP alcanzó la criticidad el 5 de septiembre de 1945, y los estadounidenses habían suministrado algunas barras de combustible irradiadas para experimentos de separación de plutonio allí. ^{[ 25 ] [ 27 ]}

Los científicos británicos eran conscientes de que las decisiones que tomaran en ese momento podrían influir en el diseño de los reactores británicos durante muchos años. Al diseñar un reactor, hay tres decisiones clave que tomar: la del combustible, el moderador y el refrigerante. La primera decisión, la del combustible, fue una decisión de Hobson : el único combustible disponible era el uranio natural , ya que no había plantas de enriquecimiento para producir uranio-235, ni reactores para producir plutonio o uranio-233 . Esto restringió la elección de moderadores al agua pesada y al grafito . Aunque el ZEEP había utilizado agua pesada, esta no estaba disponible en el Reino Unido. Por lo tanto, la elección se redujo al grafito. ^{[ 28 ]} El primer reactor nuclear en el Reino Unido, un pequeño reactor de investigación de 100  kW conocido como GLEEP , alcanzó la criticidad en Harwell el 15 de agosto de 1947. ^{[ 29 ]}

Esto era adecuado para algunos trabajos experimentales, pero la producción de isótopos radiactivos requería un  reactor más potente de 6000 kW con un mayor flujo de neutrones . Para ello, científicos e ingenieros británicos del Laboratorio de Montreal diseñaron el Reactor Experimental Británico de Pila Cero (BEPO). ^{[ 30 ]} Risley se encargó de la ingeniería y la construcción. Hinton designó a James Kendall como el ingeniero a cargo del diseño del reactor, tanto del BEPO como de los reactores de producción. Su equipo trabajó estrechamente con los científicos de Harwell, en particular con JV Dunworth, FW Fenning y CA Rennie. Para un reactor experimental como el BEPO, la refrigeración por aire era la opción obvia. El reactor resultante era, por lo tanto, bastante similar al Reactor de Grafito X-10 del Proyecto Manhattan tanto en diseño como en propósito. ^{[ 28 ]} El BEPO alcanzó la criticidad el 5 de julio de 1948. ^{[ 31 ]}

Se aprendió mucho del diseño y la construcción de BEPO, que funcionó de forma continua hasta su desmantelamiento en diciembre de 1968. En cuanto al diseño de los reactores de producción, mucho más grandes, la suposición inicial fue que se diferenciarían de BEPO en que serían refrigerados por agua. ^{[ 32 ]} Se sabía que este era el enfoque que los estadounidenses habían adoptado en el emplazamiento de Hanford , aunque solo a Portal se le permitió visitarlo y, al no ser científico, no había traído mucha información útil. ^{[ 33 ]}

Se estimaba que un reactor refrigerado por agua del tamaño del reactor B de Hanford requería unos 30 millones de galones imperiales (140 megalitros) de agua al día, y esta debía ser excepcionalmente pura para evitar la corrosión de los tubos que contenían las barras de combustible de uranio. Dado que el agua absorbía neutrones, una pérdida de agua de refrigeración no solo implicaría un aumento de la temperatura, sino que también desencadenaría un incremento en el número de neutrones en el reactor, creando más fisiones y aumentando aún más la temperatura, lo que posiblemente resultaría en una fusión nuclear y la liberación de productos de fisión radiactivos . ^{[ 32 ]} Groves confió a los británicos en 1946 que «no le sorprendería que lo llamaran por teléfono cualquier mañana para escuchar la noticia de que uno de los reactores había estallado». ^{[ 34 ]} 

Para minimizar este riesgo, los estadounidenses establecieron criterios de ubicación estrictos. Los reactores debían ubicarse a 80 km (50 millas) de cualquier ciudad con una población superior a 50 000 habitantes, a 40 km (25 millas ) de una con más de 10 000 habitantes y a 8 km (5 millas ) de una con más de 1000 habitantes, y debían construirse a 8 km (5 millas) de distancia entre sí. Groves también contaba con una autopista de cuatro carriles de 48 km (30 millas ) construida para evacuar la zona de Hanford en caso de emergencia. ^{[ 34 ]} Si se aplicaran criterios similares en el Reino Unido, toda Inglaterra y Gales quedarían excluidas, quedando solo el norte y el oeste de Escocia. ^{[ 32 ]}     

Chadwick y Cockcroft sugirieron la posibilidad de construir reactores en Canadá, y el mariscal de campo Lord Wilson , jefe de la Misión Conjunta Británica y los estadounidenses la apoyaron firmemente, pero el gobierno británico la rechazó. Canadá se encontraba fuera de la zona de la libra esterlina y los costos de construcción solo podían sufragarse mediante nuevos préstamos canadienses. En esas circunstancias, los reactores serían propiedad del gobierno canadiense y estarían bajo su control, algo que el gobierno británico no podía aceptar. ^{[ 35 ]}

La ubicación de los pilotes de Windscale

Se contrató a una empresa de ingeniería consultora para que asesorara sobre posibles ubicaciones. Se sugirieron dos: Harlech en Gales y Arisaig en Escocia. Hinton se opuso a Harlech debido a sus connotaciones históricas y a la gran cantidad de personas que vivían cerca. Esto dejó a Arisaig como la única opción, y la lejanía del emplazamiento presagiaba dificultades con las comunicaciones y la búsqueda de mano de obra cualificada. En este punto, Risley comenzó a reconsiderar la tecnología de un reactor refrigerado por aire. RG Newell, quien había sido jefe de la sección de ingeniería del Laboratorio de Montreal durante la guerra, propuso en un documento de 1946 que el reactor se encerrara en un recipiente a presión. Esto lo haría más seguro y permitiría obtener más calor de un núcleo de un tamaño determinado. ^{[ 36 ]}

Otro estudio, realizado por los ingenieros de Risley DW Ginns, HH Gott y JL Dickson, presentó una serie de propuestas para aumentar la eficiencia de un sistema de refrigeración por aire. Estas incluían añadir aletas a las latas de aluminio que contenían los elementos combustibles de uranio para aumentar su superficie; y hacer que el aire de refrigeración entrara al reactor por el centro para que fluyera hacia afuera en lugar de ser bombeado de un extremo a otro. Estos cambios permitieron que la refrigeración se realizara con mucha menos potencia de bombeo. Los ingenieros de Harwell J. Diamond y J. Hodge realizaron una serie de pruebas que demostraron que, con estas innovaciones, el aire a presión atmosférica sería suficiente para refrigerar un reactor pequeño para la producción de plutonio, aunque no uno grande para energía nuclear . ^{[ 36 ]}

Hinton estimó que prescindir del agua reduciría los costos en un 40 por ciento; el diseño era más simple y el tiempo de construcción menor. Recomendó a Portal que se abandonara el trabajo de diseño de reactores refrigerados por agua y que todo el trabajo se concentrara en diseños refrigerados por aire y por gas presurizado, considerando estos últimos como el camino del futuro. El trabajo en los diseños refrigerados por agua finalizó en abril de 1947. Los criterios de ubicación se flexibilizaron y se seleccionó el antiguo emplazamiento de ROF Drigg en la costa de Cumberland . ^{[ 37 ] [ 36 ]}

Una complicación fue que Courtaulds planeaba usar la antigua planta en la cercana ROF Sellafield para producir rayón . Considerando que el mercado laboral en la zona no podía sostener dos grandes proyectos, Courtaulds se retiró y cedió el terreno de 300 acres (120 ha) . Se consideró una ubicación más adecuada para un reactor. ^{[ 37 ] [ 36 ]} El uso era coherente con las propuestas de planificación para el Parque Nacional del Distrito de los Lagos ; se disponía de agua de Wast Water sin obras de ingeniería; y el sitio ya tenía un apartadero ferroviario y algunos edificios de oficinas y servicios, lo que ahorró tiempo y esfuerzo de construcción. ^{[ 38 ]} Para evitar confusiones con el sitio de producción de combustible nuclear en Springfields , el nombre se cambió a Windscale, que en realidad era el nombre de un acantilado con vistas al río Calder en el sitio. ^{[ 36 ]} 

Un solo reactor tenía un coste de 20  millones de libras, pero se podían construir dos por entre 30  y 35  millones de libras. El número necesario dependía del número de bombas requeridas. En su informe a Attlee del 1 de enero de 1946, los Jefes de Estado Mayor recomendaron la construcción de dos, pero por el momento se optó por un reactor capaz de producir 15 bombas al año. ^{[ 37 ] [ 39 ]} En su discurso ante la Cámara de los Comunes el 8 de octubre de 1946, Attlee se refirió indirectamente a la decisión de construir los pilotes:

Como la Cámara sabe, el Gobierno ya ha establecido un gran centro de investigación y estamos gestionando la producción de material fisionable para dicho centro y para otros fines; la responsabilidad se ha asignado al Ministro de Suministros, y este proyecto de ley le otorgará las facultades necesarias para cumplir con dicha responsabilidad. No puedo precisar el coste futuro. El programa de trabajo ya aprobado costará alrededor de 30 millones de libras, pero se revisa constantemente y es posible que sea necesario un gasto mucho mayor si queremos desempeñar nuestro papel adecuadamente. ^{[ 40 ]}

Con la decisión de cambiar a refrigeración por aire, el Comité Gen 75 autorizó la construcción de dos reactores refrigerados por aire, rechazando una propuesta de Hinton de que el segundo reactor fuera de gas presurizado. ^{[ 37 ]} Los planes para un tercer reactor se abandonaron en 1949 debido a la presión estadounidense para reducir la demanda de uranio. ^{[ 41 ]}

El grafito para el moderador de neutrones debía ser lo más puro posible, ya que incluso las impurezas más pequeñas podían actuar como venenos de neutrones que impedirían el funcionamiento del reactor. El grafito industrial común no servía. Los británicos habían sido excluidos del trabajo realizado por el Proyecto Manhattan en este campo, pero Union Carbide , el principal proveedor estadounidense de grafito, tenía filiales en Gran Bretaña y Canadá: British Acheson en Sheffield y la Electro-Metallurgical Company en Welland, Ontario . Esta última poseía abundante información técnica sobre la fabricación de grafito puro que estaba dispuesta a compartir. ^{[ 45 ]}

Se realizaron pedidos a Welland por 5000 toneladas largas (5100 t) y a Acheson por 1000 toneladas largas (1000 t) . En 1948, Welland respondió a una solicitud urgente de otras 800 toneladas largas (810 t) para Windscale, como resultado de un rediseño de los reactores. Todo transcurrió sin problemas hasta finales de 1948, cuando la calidad del grafito de ambas compañías disminuyó repentina y drásticamente. Ambas obtenían coque de petróleo de alta calidad de Sarnia, Ontario , donde se producía a partir del petróleo crudo excepcionalmente puro del yacimiento petrolífero de Loudon en Illinois. Hinton viajó a Canadá y visitó la refinería en Sarnia, donde se determinó que el petróleo de Loudon no se había separado adecuadamente del petróleo de otros yacimientos. ^{[ 45 ]}   

El grafito tuvo que cortarse en bloques y disponerse de manera que se formaran canales a través del núcleo. Esto requirió tolerancias de 1/1000 de pulgada ( 0,025 mm) . Era importante evitar que se adhirieran impurezas del polvo durante el mecanizado del grafito, por lo que se estableció una instalación especial con un entorno limpio . Los trabajadores llevaban ropa especial. El grafito es denso y desgastaba rápidamente las herramientas de corte. Se desarrolló una herramienta de tungsteno para este fin. Se siguieron prácticas similares durante el ensamblaje del reactor, con los trabajadores usando ropa especial y el aire dentro del escudo biológico filtrado para eliminar el polvo. ^{[ 46 ]} 

Los británicos tenían poca experiencia con el comportamiento del grafito al ser expuesto a neutrones. El físico húngaro-estadounidense Eugene Wigner había descubierto, mientras trabajaba en el Laboratorio Metalúrgico del Proyecto Manhattan en Chicago, que el grafito, al ser bombardeado por neutrones, sufre dislocaciones en su estructura cristalina, lo que provoca una acumulación de energía potencial. ^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]} Los científicos británicos eran conscientes de esto; fue una de las razones para elegir la refrigeración por aire en lugar de la refrigeración por agua, ya que los canales de agua podrían haberse bloqueado debido a la expansión del grafito. Cuando Walter Zinn , director del Laboratorio Nacional Argonne , visitó el Reino Unido en 1948, proporcionó información adicional a los científicos británicos. La expansión, les informó, era perpendicular y no paralela a los ejes de extrusión. Cuando los ingenieros de Risley recalcularon la expansión del grafito utilizando los datos proporcionados por Zinn, descubrieron que el diseño de su reactor no funcionaría. ^{[ 50 ]}

Esto fue decepcionante, ya que la construcción ya estaba en marcha y los bloques de grafito ya se estaban mecanizando. Se requería un rediseño y se les ocurrió una solución ingeniosa. Los bloques de grafito se colocaron de canto para evitar la expansión vertical, y cada bloque se dejó con espacio libre para que pudiera expandirse horizontalmente. Los bloques se fijaron en el plano horizontal mediante celosías de listones de grafito cortados de los bloques a lo largo del eje de extrusión. En marzo de 1949, Harwell informó que el grafito británico se comportaba de forma ligeramente diferente al grafito estadounidense y que sí se expandía ligeramente a lo largo del eje horizontal. Esto podía reducir la vida útil del reactor a tan solo dos años y medio. ^{[ 50 ]}

Para corregir esto, se plantearon más cambios de diseño, pero más pruebas en Chalk River indicaron que la expansión no fue tan grande como la predicha por los datos estadounidenses, y sobre esta base Hinton decidió volver al diseño de 1948. ^{[ 50 ]} El grafito en cada reactor estaba dispuesto en una pila octogonal de 25 por 50 pies (7,6 por 15,2 m) que pesaba aproximadamente 2000 toneladas largas (2000 t) . El reactor estaba encerrado en un escudo biológico de hormigón de 7 pies (2,1 m) de espesor, que estaba revestido con placas de acero que proporcionaban un escudo térmico. ^{[ 51 ]}   

Dada la certeza de la acumulación de energía Wigner , Hinton estimó que la vida útil de los reactores sería de unos cinco años, diez como máximo. Los científicos fueron más optimistas, prediciendo una vida útil de quince a treinta y cinco años, pero admitieron que la expansión inducida por la energía Wigner podría causar que el grafito se agrietara antes. ^{[ 50 ]} El físico de Harwell, William Marley, que había trabajado en el Laboratorio de Los Alamos del Proyecto Manhattan durante la guerra, ^{[ 52 ]} había advertido sobre la posibilidad de que un incendio en una barra de control se viera exacerbado por la liberación de energía Wigner, ^{[ 52 ]} y cuando Edward Teller visitó Harwell en 1948, advirtió que una liberación de energía Wigner podría encender una barra de combustible. Los científicos británicos, sin embargo, seguían seguros de que el riesgo era leve en comparación con el de un reactor refrigerado por agua. ^{[ 50 ]}

El núcleo de los reactores consistía en un gran bloque de grafito con canales horizontales perforados para los cartuchos de combustible. Cada cartucho constaba de una barra de uranio de unos 30 centímetros (12 pulgadas) de largo, encerrada en un contenedor de aluminio para protegerla del aire, ya que el uranio se vuelve altamente reactivo a altas temperaturas y puede incendiarse. El cartucho tenía aletas, lo que permitía el intercambio de calor con el ambiente para enfriar las barras de combustible mientras estaban dentro del reactor. Las barras se empujaban hacia la parte frontal del núcleo, la "cara de carga", y se añadían nuevas barras a un ritmo calculado. ^{[ 53 ]} 

Esto empujó los demás cartuchos en el canal hacia la parte posterior del reactor, provocando finalmente que cayeran por la parte trasera, la "cara de descarga", a un canal lleno de agua donde se enfriaron y pudieron ser recogidos. La reacción en cadena en el núcleo convirtió el uranio en una variedad de isótopos, incluyendo algo de plutonio, que se separó de los demás materiales mediante procesamiento químico. ^{[ 53 ]} Como este plutonio estaba destinado a fines armamentísticos, el grado de quemado del combustible se mantuvo bajo para reducir la producción de los isótopos de plutonio más pesados, como el plutonio-240 y el plutonio-241 . ^{[ 54 ]}

Mientras avanzaba la construcción, Hinton recibió noticias inquietantes de Cockcroft en Harwell: la masa crítica del Pilar n.° 1 era mayor de lo que se pensaba inicialmente. El Pilar n.° 2 se encontraba en mejor estado, debido al uso de grafito de mayor calidad. Para mejorar la situación, se redujo la cantidad de aluminio absorbente de neutrones recortando una tira de 1/16 de pulgada (1,6 mm ) de las aletas de cada cartucho de combustible. Un millón de aletas fueron recortadas en el sitio en agosto y septiembre de 1950 por un equipo dirigido por Tom Tuohy . La reactividad también mejoró al reducir el tamaño de los canales por los que se forzaba el aire de refrigeración. Se fabricaron nuevas suelas de grafito para los soportes de grafito que sostenían los cartuchos de combustible. ^{[ 51 ]} 

El bloque de grafito estaba perforado por 3440 canales de combustible, dispuestos en grupos de cuatro. Cada uno contenía una cadena de 21 cartuchos de aluminio con aletas que contenían uranio. Los cartuchos se descargaban empujándolos hacia el otro lado, donde caían en un contenedor . Desde allí, se llevaban a un estanque de servicio donde se almacenaban hasta que se desintegraban los productos de fisión más radiactivos . Posteriormente, se enviaban a la planta de separación para su desembalaje y procesamiento. ^{[ 55 ]}

El nivel de potencia en el núcleo se regulaba mediante 24 barras de control fabricadas con acero al boro . El boro es un potente absorbente de neutrones; el acero proporcionaba resistencia. Veinte de estas eran barras de control de ajuste grueso y cuatro de ajuste fino. Podían moverse individualmente o en grupos. En caso de emergencia, también había dieciséis barras verticales de seguridad, sostenidas por electroimanes, que podían descender al núcleo por gravedad con solo accionar un interruptor. Tenían capacidad de absorción de neutrones más que suficiente para apagar el reactor. ^{[ 55 ]}

El enfriamiento se realizaba por convección a través de una chimenea de 120 m (410 pies) de altura, que podía generar suficiente flujo de aire para enfriar el reactor en condiciones normales de funcionamiento. La chimenea estaba dispuesta de manera que aspirara aire a través de los canales del núcleo, enfriando el combustible mediante aletas en los cartuchos. ^{[ 55 ]} La primera chimenea se construyó en el invierno de 1950-51. ^{[ 56 ]} Ocho sopladores más grandes proporcionaban enfriamiento adicional, cuatro en cada una de las dos salas de sopladores fuera del escudo biológico. También había dos ventiladores auxiliares de refuerzo y cuatro ventiladores de parada que se utilizaban cuando el reactor no estaba en funcionamiento para eliminar el calor residual. ^{[ 55 ]} 

La instrumentación incluía dispositivos para medir la temperatura y el flujo de neutrones en el núcleo, la velocidad de los sopladores, la posición de las barras de control y diversas alarmas. Los dispositivos estáticos de muestreo de aire en los conductos de aire medían las emisiones radiactivas. Estos podían detectar rápidamente, pero no localizar, un cartucho reventado. El equipo detector de cartuchos reventados (BCDG) estaba ubicado en la parte posterior de cada reactor. Cada uno tenía 32 boquillas que podían muestrear el aire de 32 canales a la vez. Un barrido de todos los canales tomaba aproximadamente 57 minutos. De esta manera, se podía localizar un cartucho reventado. ^{[ 57 ]}

Se reflexionó mucho sobre qué ocurriría si uno de los cartuchos de combustible se rompiera. Esto liberaría productos de fisión altamente radiactivos, y la oxidación del uranio podría provocar un incendio. Con 70 000 cartuchos, un fallo parecía inevitable. Durante una visita al reactor de grafito X-10 del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Estados Unidos, Cockcroft descubrió que se habían detectado partículas de óxido de uranio en las proximidades. Su preocupación fue tal que ordenó la instalación de filtros de aire, como ya se había hecho en el reactor de investigación de grafito del Laboratorio Nacional de Brookhaven . ^{[ 58 ]}

Si bien la gerencia de Risley lo tomó con calma, los ingenieros no quedaron impresionados. El lugar lógico para colocar los filtros de aire era en la base de una chimenea, pero los primeros 21 metros (70 pies) de la chimenea del Pilar n.° 1 ya estaban construidos. Por lo tanto, tuvieron que colocarse en la parte superior. D. Dick, el ingeniero estructural del Ministerio de Obras Públicas, elaboró ​​un diseño. La construcción implicó el izado de los materiales necesarios, que incluían 200 toneladas largas (200 t) de acero estructural, además de ladrillos, hormigón y equipos, hasta la cima de las chimeneas de 120 metros (400 pies ) . ^{[ 58 ]} Les dieron a las chimeneas una apariencia distintiva y fueron objeto de burlas, apodadas " Las Locuras de Cockcroft " por los trabajadores e ingenieros. ^{[ 59 ]} Posteriormente se descubrió que el óxido de uranio en Oak Ridge provenía de la planta de separación química del lugar, y no del reactor. ^{[ 60 ]}   

El reactor n.° 1 alcanzó la criticidad en octubre de 1950, pero su rendimiento fue aproximadamente un 30 por ciento inferior a su potencia nominal de diseño. El reactor n.° 2 alcanzó la criticidad en junio de 1951 y pronto operó al 90 por ciento de su potencia nominal. ^{[ 51 ]} Los reactores habían sido diseñados para producir 90  kg de plutonio anualmente. ^{[ 61 ]} Las primeras barras de combustible irradiadas se enviaron para su procesamiento en enero de 1952, y Tom Tuohy recuperó la primera muestra de plutonio británico el 28 de marzo de 1952. ^{[ 62 ]} Suficiente plutonio Windscale para una bomba atómica fue entregado a la división de armas en Aldermaston en agosto, ^{[ 63 ]} y el primer dispositivo nuclear británico fue detonado con éxito en la prueba Operación Huracán en las islas Monte Bello en Australia Occidental el 3 de octubre de 1952. ^{[ 64 ]}

La energía de Wigner , si se le permitiera acumularse, podría escapar espontáneamente en una potente ráfaga de calor. El 7 de mayo de 1952, la pila n.° 2 experimentó un misterioso aumento de temperatura en su núcleo a pesar de estar apagada. Se encendieron los ventiladores y la pila se enfrió. Luego, en septiembre de 1952, se observó un aumento de temperatura en la pila n.° 1 mientras estaba apagada. En esta ocasión, se observó humo proveniente del núcleo, lo que sugería que el grafito o los elementos combustibles podrían estar ardiendo lentamente. La solución obvia para enfriar el núcleo era encender los ventiladores, pero forzar la entrada de aire podría provocar un incendio. Finalmente, se decidió encender los ventiladores. La temperatura descendió y la pila se enfrió sin que se produjera ningún incendio. En las investigaciones posteriores al incidente, se determinó que el humo provenía del aceite lubricante de los cojinetes de los ventiladores, que fue aspirado hacia el núcleo y carbonizado por el calor. ^{[ 65 ] [ 66 ]}

Las investigaciones también determinaron que los repentinos estallidos de calor debieron haber sido causados ​​por la liberación espontánea de energía de Wigner. Esto preocupó a los operadores, pero el desmantelamiento de los reactores significaría que no habría plutonio para el programa de armas nucleares, lo que lo retrasaría hasta cuatro años. ^{[ 65 ]} Recurrieron a la única solución viable: calentar el núcleo del reactor periódicamente durante el apagado, en un proceso conocido como recocido . Cuando el grafito se calienta por encima de 250 °C (482 °F) , se vuelve plástico y las dislocaciones de Wigner pueden relajarse a su estado natural. Este proceso fue gradual y causó una liberación uniforme que se extendió por todo el núcleo. ^{[ 67 ]}  

Esto se llevó a cabo por primera vez cuando se desconectó el reactor número 2 el 9 de enero de 1953. Se instalaron termopares  para medir la temperatura en el núcleo y los ventiladores se apagaron a las 23:15. La potencia del reactor se elevó entonces a 4 MW para calentar el grafito. Dos de los termopares indicaron un aumento repentino de la temperatura a las 03:00 del 10 de enero, y el reactor se apagó. A las 17:00 se estimó que la energía Wigner acumulada se había liberado, y se encendieron los ventiladores de parada y, posteriormente, los ventiladores principales para enfriar el núcleo en preparación para el reinicio. ^{[ 65 ]}

Desde entonces, se realizaron recocidos periódicos para liberar la energía de Wigner. ^{[ 65 ]} Inicialmente, se realizaban cada 20 000  MWh. Posteriormente, se aumentó a cada 30 000  MWh y luego a cada 40 000  MWh. ^{[ 68 ]} Entre agosto de 1953 y julio de 1957, se realizaron ocho recocidos en la pila n.° 1 y siete en la pila n.° 2. Las temperaturas máximas del grafito registradas estuvieron entre 310 °C (590 °F) y 420 °C (788 °F) . ^{[ 69 ]} Científicos de Harwell estuvieron presentes en los dos o tres primeros, pero después se dejó a cargo de los operadores. ^{[ 65 ]}    

Las descargas de Wigner no eran experimentos —eran cruciales para el funcionamiento continuo de los reactores—, pero tampoco eran rutinarias; cada una era diferente y, con el tiempo, las descargas de energía de Wigner se volvieron más difíciles de lograr, requiriendo temperaturas más altas. El subdirector, JL Phillips, preguntó a Risley si se podían suministrar suficientes termopares para obtener una imagen completa de las temperaturas en el reactor, legible en la sala de control, para monitorear tanto el grafito como los elementos combustibles. Lo mejor que se pudo hacer fue suministrar 66 termopares para la medición del grafito durante las descargas de Wigner y 20 para los elementos combustibles de uranio. ^{[ 65 ]}

El 1 de marzo de 1955, el primer ministro, Winston Churchill , comprometió públicamente al Reino Unido a construir una bomba de hidrógeno y dio a los científicos un calendario estricto para hacerlo. ^{[ 70 ] [ 71 ]} Esto se aceleró después de que EE. UU. y la URSS comenzaran a trabajar en una prohibición de ensayos y posibles acuerdos de desarme que comenzarían a entrar en vigor en 1958. ^{[ 72 ]} Para cumplir con este plazo no había posibilidad de construir un nuevo reactor para producir el tritio necesario (nombre en clave AM), por lo que las pilas Windscale produjeron tritio mediante la irradiación de litio - magnesio , el primero de los cuales produciría tritio durante el bombardeo de neutrones. ^{[ 71 ]}

Inicialmente, se trataba de varillas de 0,5 pulgadas (13 mm) de diámetro en una lata de isótopos, pero pronto fueron sustituidas por varillas más grandes de 0,65 pulgadas (17 mm) de diámetro en una lata de aluminio, encerradas en un anillo de plomo que añadía peso, el cual a su vez estaba encerrado en una lata exterior de aluminio. Existía el temor de que el plomo pudiera fundirse, por lo que en diciembre de 1956 se sustituyó por un cartucho en el que una varilla de 1,0 pulgada (25 mm) de diámetro estaba encapsulada en aluminio sin anillo ni lata exterior. ^{[ 71 ]}   

Además de plutonio y tritio, las pilas de Windscale también producían polonio-210 (nombre en clave LM) para los iniciadores de neutrones utilizados en las bombas mediante la irradiación de bismuto . También se producía cobalto y carbono-14 con fines médicos y de investigación. Todos estos elementos absorbían neutrones, especialmente los cartuchos AM. Para compensar, en la segunda mitad de 1953 se modificaron las cargas de combustible añadiendo uranio ligeramente enriquecido , que ahora estaba disponible en la planta de difusión gaseosa de Capenhurst . ^{[ 73 ]}

Con 70 000 elementos combustibles, se preveían algunas explosiones de cartuchos. Esto no significaba que el cartucho se hubiera roto, sino simplemente que los detectores habían detectado algo. A menudo se trataba de orificios microscópicos demasiado pequeños para ser vistos. Solo se registraron tres explosiones en 1951 y diez en 1952. Un problema más grave eran los cartuchos que salían despedidos del reactor por el aire de refrigeración. Cuando la pila n.º 2 se cerró para mantenimiento en mayo y junio de 1952, se encontraron unos 140 cartuchos desplazados. La cara de descarga del reactor era altamente radiactiva, por lo que las inspecciones debían realizarse utilizando un periscopio. ^{[ 74 ]}

En julio y agosto de 1955, los estudios ambientales realizados alrededor de Windscale, utilizando una nueva técnica de escaneo, descubrieron puntos calientes causados ​​por partículas de óxido de uranio. La fuente se localizó en trece cartuchos de combustible descargados que, en lugar de caer en el conducto de descarga y depositarse en los contenedores, se desviaron y aterrizaron en el conducto de aire. En el ambiente de alta temperatura, el uranio que contenían se había oxidado con el tiempo. Se suponía que los filtros de aire atraparían dichas partículas, pero tras una inspección, se descubrió que algunos de ellos estaban defectuosos. Se estimó que al menos 50  g de material radiactivo se habían escapado. Los filtros fueron reparados. Luego, en enero de 1957, se descubrieron dos cartuchos atascados en el equipo de escaneo. Para julio de 1957, los niveles de estroncio-90 alrededor de Windscale eran motivo de preocupación, y los niveles de estroncio-90 en la leche de la zona habían alcanzado dos tercios de los niveles aceptables para lactantes. ^{[ 74 ]}

Los filtros costaban alrededor de 3000 libras esterlinas por semana en potencia adicional para el soplador. Dado que los reactores habían estado funcionando durante un tiempo sin incidentes, Hinton propuso que se retiraran. Gethin Davey, el gerente general de Windscale, se opuso, y el Comité de Obras se puso de su lado. Los filtros permanecieron. ^{[ 58 ]} Tenían que soportar 1 tonelada larga (1,0 t) de aire caliente por segundo a velocidades de hasta 2000 pies por minuto (37 km/h) . Las almohadillas de filtro originales estaban hechas de lana de vidrio . Estaban diseñadas para lavarse y reutilizarse, pero tendían a romperse, y el lavado reducía su eficacia. En 1953 comenzaron los esfuerzos para mejorar los filtros. ^{[ 75 ]}  

Se probó un nuevo tipo de filtros fabricados con fibras de vidrio rociadas con aceite mineral. Este tipo debía reemplazarse cada diez días. Bajo la corriente de aire caliente, el aceite mineral se evaporaba y perdían eficacia. Posteriormente, se desarrolló un nuevo tipo de filtro que utilizaba fibras de vidrio unidas con resina y tratadas con aceite de silicona. Estos resultaron mucho más eficaces. La instalación comenzó en el verano de 1957, y se preveía que este tipo de filtro estuviera completamente instalado a finales de ese mismo año. ^{[ 75 ]}

Hubo una liberación a la atmósfera de material radiactivo que se extendió por el Reino Unido y Europa. ^{[ 83 ]} El accidente fue clasificado como nivel 5 (de un máximo de 7) en la Escala Internacional de Sucesos Nucleares . ^{[ 84 ]} Se atribuyó a los filtros de la chimenea el haber mantenido una contención parcial y, por lo tanto, haber minimizado el contenido radiactivo del humo que salió de la chimenea durante el incendio. ^{[ 59 ] [ 83 ]} Esto incluía una gran cantidad de tritio, pero resultó ser un riesgo radiológico insignificante en comparación con los otros radionúclidos. ^{[ 85 ]} El incendio liberó aproximadamente 600 terabecquerelios (16.000 Ci) de yodo-131 , 4,6 terabecquerelios (120 Ci) de cesio-137 , 8,8 terabecquerelios (240 Ci) de polonio-210 y 12.000 terabecquerelios (320.000 Ci) de xenón-133 . ^{[ 86 ]}    

El yodo-131, que puede provocar cáncer de tiroides , fue el principal responsable de la dosis colectiva en la población general. El polonio-210 y el cesio-137 también fueron significativos. ^{[ 87 ]} Se estima que el incidente causó aproximadamente 100 casos de cáncer mortales y 90 no mortales. De estos, unos 10 casos mortales y 55 no mortales de cáncer de tiroides se debieron al yodo-131, y 70 casos mortales y 10 no mortales, principalmente cáncer de pulmón, se debieron al polonio-210. ^{[ 84 ]} Sin embargo, investigaciones epidemiológicas recientes han revelado que el incendio causó menos casos de cáncer de tiroides de lo que se había estimado previamente. ^{[ 88 ]}

El reactor sufrió daños irreparables, pero, en la medida de lo posible, se retiraron las barras de combustible y se selló el blindaje biológico del reactor, dejándolo intacto. Aproximadamente 6700 elementos combustibles dañados por el fuego y 1700 cartuchos de isótopos dañados por el fuego permanecen en su interior. El núcleo dañado aún se encontraba ligeramente caliente como resultado de las reacciones nucleares en curso. En el año 2000, se estimó que todavía contenía:

• 1.470 TBq (4,1 g) de tritio (vida media de 12 años),
• 213 TBq (69 g) de cesio-137 (vida media 30 años),
• 189 TBq (37 g) de estroncio-90 (vida media de 29 años) y su hijo, itrio-90 ,
• 9,12 TBq (4,0  kg) de plutonio-239 (vida media 24.100 años),
• 1,14 TBq (0,29 g) de plutonio-241 (vida media de 14 años),

y cantidades menores de otros radionúclidos . ^{[ 89 ]} La pila n.° 2, aunque no sufrió daños por el incendio, se consideró demasiado insegura para su uso continuado y se cerró poco después. Desde entonces no se han construido reactores refrigerados por aire. La retirada final del combustible del reactor dañado estaba programada para comenzar en 2008 y continuar durante cuatro años más. Las inspecciones mostraron que no se había producido un incendio de grafito y que el daño al grafito era localizado, causado por conjuntos de combustible de uranio sobrecalentados en las cercanías. ^{[ 90 ]}

Una comisión de investigación presidida por Penney se reunió del 17 al 25 de octubre de 1957. Su informe (el «Informe Penney») se presentó al Presidente de la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido y constituyó la base del Libro Blanco presentado al Parlamento en noviembre de 1957. El informe se publicó en el Archivo Nacional en enero de 1988. En 1989 se publicó una transcripción revisada, tras las mejoras realizadas en la transcripción de las grabaciones originales. ^{[ 91 ] [ 92 ]}

Penney informó el 26 de octubre de 1957, dieciséis días después de que se extinguiera el incendio, y llegó a cuatro conclusiones:

• La causa principal del accidente fue el segundo calentamiento nuclear, realizado el 8 de octubre, que se aplicó demasiado pronto y con demasiada rapidez.
• Las medidas adoptadas para hacer frente al accidente, una vez descubierto, fueron "rápidas y eficaces, y demostraron una considerable dedicación al deber por parte de todos los implicados".
• Las medidas adoptadas para afrontar las consecuencias del accidente fueron adecuadas y no se produjeron daños inmediatos a la salud de ningún ciudadano ni de los trabajadores de Windscale. Era muy improbable que se desarrollaran efectos perjudiciales. Sin embargo, el informe criticaba duramente las deficiencias técnicas y organizativas.
• Se necesitaba una evaluación técnica más detallada, lo que conllevó cambios organizativos, responsabilidades más claras en materia de salud y seguridad, y una mejor definición de los límites de dosis de radiación. ^{[ 93 ]}

Quienes participaron directamente en los hechos se sintieron alentados por la conclusión de Penney de que las medidas adoptadas habían sido «rápidas y eficaces» y habían demostrado una «considerable dedicación al deber». Algunos consideraron que la determinación y el valor mostrados por Tuohy, así como el papel crucial que desempeñó para evitar una catástrofe total, no habían sido debidamente reconocidos. Tuohy falleció el 12 de marzo de 2008; nunca recibió ningún tipo de reconocimiento público por sus acciones decisivas. El informe de la comisión de investigación concluyó oficialmente que el incendio había sido causado por «un error de juicio» de las mismas personas que luego arriesgaron sus vidas para contener las llamas. ^{[ 94 ]}

La noticia del incendio quedó eclipsada por la crisis del Sputnik . Posteriormente, Lord Stockton , nieto de Harold Macmillan , quien era primer ministro en el momento del incendio, sugirió que el Congreso de los Estados Unidos podría haber bloqueado el Acuerdo de Defensa Mutua entre Estados Unidos y el Reino Unido de 1958, firmado entre Macmillan y el presidente de los Estados Unidos, Dwight Eisenhower, para el desarrollo conjunto de armas nucleares, si hubieran sabido que se debía a decisiones imprudentes del gobierno británico y que Macmillan había encubierto lo que realmente sucedió. Tuohy dijo de los funcionarios que informaron a Estados Unidos que su personal había causado el incendio: «Eran una panda de canallas». ^{[ 95 ]}