Para el año 1954 ya habían pasado nueve años desde el nacimiento de la era atómica y tres desde la primera vez que se generó electricidad por medio de la energía atómica. La Marina de EE.UU. ya planeaba el primer submarino atómico del mundo para el siguiente año y la Fuerza Aérea de EE.UU. no tardaría en probar el primer turborreactor atómico para la propulsión de aeronaves. Incluso se gestaban otros programas dirigidos a crear compañías atómicas para propulsar aviones, buques de carga, los cohetes y trenes, que es lo que aquí nos compete.
En los primeros años de la era atómica, esta energía era vista como una tecnología similar a la máquina de vapor o el motor de combustión interna, una nueva fuente de energía que, naturalmente, pretendía que sus predecesores sean obsoletos. En primer lugar habría barcos y submarinos, donde el tamaño y el peso eran un problema menor. Luego vendrían los aviones y trenes, siguiendo digamos, una progresión natural del desarrollo tecnológico. La seguridad era un problema solucionable, y el costo se reduciría a medida que se fuera adquiriendo experiencia y los reactores atómicos comenzaran a ser producidos en masa. El futuro era brillante, iluminado por el amistoso resplandor del átomo.
Ya ubicados en el contexto de la llamada Era atómica como para entender cómo es que se les pudo ocurrir trenes atómicos, nos abocaremos a los proyectos que se idearon por ese entonces. Por suerte ninguno de ellos llegó a ser una realidad.
Proyecto X-12 del Dr. Lyle Borst
La especulación sobre las locomotoras con motor atómico comenzó a verse como posible realidad, allá por el año 1946 por lo menos; y del que menos información se tiene aun.
Representacions técnico artísticas del proyecto de 1946
Pero el verdadero comienzo de la locomotora atómica fue en 1954 con la X-12 del Prof. Lyle Borst.
Diagrama general de la locomotora, con cuerpo aerodinámico emulando el diseño de las locomotoras diesel de la década de 1950
a - Compresor de aire para frenos
b - 24 ruedas motrices y bogies de seis ejes
c - Bastidor
d - Truss puente de carga pesada para apoyo del reactor
e – Motores de tracción
f - Reactor nuclear
g - Dos de los cuatro generadores principales
h - Dos de las cámaras de blindaje
i - Turbina de vapor principal
j - Articulación
k - Tubería de conexión del condensador y radiadores
l - Radiadores
m – Bogie trasero
n - Ventiladores para la refrigeración
o – Compartimiento del reactor
q - Caja de engranajes
r - Armario eléctrico
s – Maquinista
t - Regulador / acelerador
u - Freno
v – Ayudante
Otro diagrama, pero en inglés
La X-12 comenzó como un proyecto de estudiante de posgrado en la Universidad de Utah, pero pasó a ser patentado y presentado a la prensa popular y en reuniones académicas e industriales. El Prof. Lyle Borst, líder del proyecto, había estado involucrado durante los primeros días del Proyecto Manhattan (la bomba atómica norteamericana). Ayudó a diseñar el reactor de grafito de investigación del Laboratorio Nacional de Brookhaven antes de convertirse en profesor de física en la Universidad de Utah. Tenía una amplia experiencia en el diseño de reactores y había formado parte de los primeros esfuerzos junto con la Federación de Científicos Atómicos para presionar al Congreso para mantener el control de las armas nucleares en manos de civiles y no de militares.
Cuando el Prof. Borst comenzó a enseñar el curso de Tecnología de Física Nuclear en la Universidad de Utah, se propuso diseñar un sistema nuclear real como parte del curso. En 1952 se impartió el primer año del curso, y la clase ayudó a diseñar el reactor de investigación de la Universidad. El proyecto de la locomotora atómica, o X-12, fue el proyecto del segundo año.
Uno de los beneficios que encontraba en este proyecto era que el reactor de una locomotora atómica sería más pequeño y por lo tanto mucho más barato que uno para una planta de generación de electricidad. En ese momento, los reactores nucleares de energía eléctrica estaban teniendo dificultades para encontrar financiación. Borst esperaba que una locomotora atómica fuera una manera de acercar la energía nuclear al sector privado con un menor costo por adelantado.
Ninguno de los estudiantes graduados en el curso tenía alguna experiencia en ingeniería, por lo que el asesoramiento técnico se obtuvo a partir de operadores ferroviarios y fabricantes de locomotoras, incluyendo a GM, Commonwealth Edison, Babcock & Wilcox, Trane, GE, Westinghouse, y McQuay, Inc. La intención era realizar un estudio básico de viabilidad, dejando una gran cantidad de detalles de ingeniería para los desarrollos futuros.
La construcción de un reactor suficientemente pequeño como para caber en una locomotora, pero lo suficiente para proporcionar una potencia útil de gran alcance, era un reto difícil. La principal limitación sería el volumen, y, en particular, el ancho y la altura. El peso fue una cuestión relativamente menor, y la longitud podría ser solucionada distribuyendo la locomotora en varios vehículos, pero las dimensiones de las vías férreas y túneles impuso duras restricciones en el diseño del reactor y los sistemas asociados.
La Locomotora
La locomotora atómica X-12 estaría compuesta por dos vehículos. Uno llevaría el reactor, la turbina, el condensador y los generadores (motriz), mientras que el segundo llevaría un sistema de radiadores y ventiladores para deshacerse del calor residual producido por el reactor (radiador). Sería esencialmente una versión gigantesca de una locomotora diesel-eléctrica con el motor diesel reemplazado por el reactor y la turbina: el reactor generaría vapor, que la turbina convertiría en energía mecánica, lo que movería a los generadores, lo que daría potencia a los motores de tracción. El vehículo motriz tendría una longitud de 30.480 mm, el vehículo radiador otros 18,288 mm; juntos pesarían 32,658 kg, de los cuales más de la mitad serían el peso del blindaje contra la radiación.
Plano general de la X-12
La turbina se conectaría a cuatro generadores y cada uno tendría que entregar alrededor de 1,3 MW de energía. Las limitaciones de espacio exigían que cada generador sólo midiese 70 cm de ancho. En ese momento, aún no existían generadores que fueran tan chicos y a la vez tan potentes, por lo que también tendrían que ser desarrollados.
Los motores eléctricos, por lo menos, serían bastante estándar. La locomotora sería impulsada por nueve ejes tractivos en el vehículo motriz, y tres en el vehículo radiador; juntos arrojarían 7.000 HP en las operaciones normales, con la capacidad de llegar a 10.000 HP por cortos períodos. Teóricamente alcanzaría una velocidad de 95 km/h en unos impresionantes 3 minutos y 32 segundos, tirando de un tren de 5.000 toneladas de peso.
Representación de la sección del panel de control del reactor, cercano a la cabina
Como un proyecto de clase para físicos, el foco del trabajo de diseño de la X-12 fue, naturalmente, el reactor. La X-12 utilizaría un reactor homogéneo acuoso (AHR), sobre todo porque había mucha información no clasificada disponible de este tipo de reactores en ese momento, lo cual no pasaba con otros tipos de reactores. Esto resultó ser una coincidencia fortuita.
Sistema de Reactor
El combustible del AHR de la X-12 sería sulfato de uranio disuelto en agua. Los reactores AHR fueron uno de los primeros tipos de reactores desarrollados, y el primero que estaba operando en Los Alamos Scientific Laboratory antes de que se lanzara la bomba sobre Hiroshima.
Representación técnico artística del reactor y la turbina de vapor
El blindaje contra la radiación consistiría en capas de acero y un "material hidrogenado´´ no especificado, tal como agua , parafina , o yeso . El acero se ocuparía de los rayos gamma, mientras que el hidrógeno se ocuparía de los neutrones.
Diagrama del reactor
No hay detalles sobre la instrumentación o los controles del reactor. Sin embargo desde que se comenzó su diseño, se pensó para ser utilizado sólo por dos miembros de la tripulación sin que necesiten demasiado entrenamiento especial.
Representación técnico artística del circuito condensador
Representación externa del vehículo radiador
Seguridad
El equipo de Borst consideraba la seguridad como una preocupación bastante menor. El reactor homogéneo acuoso sería intrínsecamente estable en el funcionamiento normal, y la vasija del reactor sería de doble pared en caso de fugas.
El único peligro real se presentaría en un accidente, y el equipo de Borst se encontraba totalmente convencido de que podían diseñar el reactor capaz de soportar casi cualquier cosa. Las corazas de acero utilizadas como blindaje contra rayos gamma también se pretendía que absorbieran las fuerzas de un choque.
El grupo de Borst pensaba que el reactor de la locomotora podría sobrevivir a casi todos cualquier accidente sin que se produzcan fugas de material radiactivo. Pero, en el caso de que si se produjera una fuga, el material nuclear contaminaría los alrededores, pero no pasaría por ninguna situación crítica en que se produjera una explosión incontrolada. El equipo demostraba en todo momento su visión ´´física´´ de la problemática de la posible rotura del reactor, dejando en evidencia (además del contexto de la época) en que esa contaminación ambiental sería algo por lo cual no había que preocuparse demasiado.
Pero los ingenieros de los ferrocarriles si alzaron la voz ante las dudas de estas afirmaciones. Sin embargo, los escépticos siempre terminaban sus declaraciones con la advertencia de que, igualmente, con la tecnología avanzando rápidamente, estos problemas serían, sin duda, en última instancia, superados con modernos sistemas de seguridad que se fueran desarollando.
Publicidad
A pesar de que comenzó como un proyecto de clase, el profesor Borst se quedó lo suficientemente satisfecho como para pensar que la X-12 podría ser comercializada. El proyecto fue publicado en forma de folleto en enero de 1954. El Prof. Borst logró publicitarla en la revista Life, Popular Science y algunas otras revistas para el público general. Se publicaron también artículos en revistas del sector, como la revista Power and Railway Age. Borst incluso llegó a presentar el documento en una conferencia de trenes en abril de 1954, y para el Foro Industrial Atómico en mayo del mismo año.
En abril de 1955 Borst presentó una patente sobre una versión mejorada del reactor de la locomotora.
Se dice que el profesor Borst se acercó al fabricante Babcock & Wilcox quien se encontraba interesado en el desarrollo de la X- 12 y hacerla completamente funcional. Pero este interés, evidentemente, nunca pasó de la intención, y lo último que se ha escuchado fehacientemente acerca de la X- 12 fue la presentación de la patente en 1955. No obstante, mientras que la X- 12 nunca llegó más allá del papel, se desencadenó una oleada de interés en el concepto de la locomotora atómica en la industria ferroviaria.
Bruce Gunnel
El primero en proseguir con la idea y concepto del proyecto X- 12 fue Bruce Gunnel, quien ya había sido el enlace entre la Asociación de Ferrocarriles Americanos (AAR) y la Comisión de Energía Atómica desde 1948, e incluso había asistido al Foro Industrial Atómico en el que el Prof. Borst presentó la X- 12. A diferencia de Borst y sus estudiantes graduados, Bruce Gunnel era un ingeniero de ferrocarriles, no un físico. No obstante, al igual que ellos, estaba intrigado por la posibilidad de la propulsión atómica, aunque bastante menos optimista sobre sus perspectivas a corto plazo.
A petición de la AAR, Gunnel presentó su propia propuesta en la siguiente reunión del Foro Industrial Atómico en 1955.
La locomotora de Gunnel tendría un reactor con 11,2 MW de potencia térmica, que se enfriaría por medio de aire. Una turbina movería un generador, que a su vez alimentaria 6 motores de tracción distribuidos en dos bogies de tres ejes cada uno erogando 3.000 HP, menos de la mitad que la X- 12.
Esta locomotora sería una unidad compacta, a diferencia de la X- 12 con el vehículo radiador acoplado. Pesaría 174,179 kg, de los cuales 38,555 serían del blindaje. Su longitud sería de 20,726 mm.
Pero la gran diferencia entre el diseño de Borst y el de Gunnel, es que el de este último estaba totalmente focalizado en la seguridad de una locomotora atómica, y describió las consecuencias de un choque frontal entre dos de estas locomotoras vívidamente, con la alerta de rotura de la coraza del reactor y la consecuente contaminación con el material altamente radiactivo.
Gunnel llegó a la conclusión de que la locomotora atómica no tenía ningún papel en el transporte de civiles en un futuro próximo, pero también dijo que, no obstante, con el tiempo quizás fuera necesario desarrollarla seriamente cuando nos encontremos limitados de combustibles fósiles; demostrando la capacidad analítica y previsora de Gunnel. Estaba convencido que en el largo plazo, los problemas actuales de seguridad serían resueltos.
Denver & Rio Grande Western Railroad
Gunnel solamente fue el primero en seguir los pasos de Borst. Ray McBrian del Ferrocarril Denver and Río Grande Western (DRGW) había estado investigando en silencio locomotoras impulsadas con energía atómica desde 1952. En enero de 1955, el fabricante de locomotoras Baldwin -Lima -Hamilton Corporation y el D&RGW comenzaron el estudio de una locomotora atómica con la participación de la Comisión de Energía Atómica (AEC) que apoyó el desarrollo del proyecto instrumentando un programa industrial, a través del cual los ingenieros pudieron tener acceso a los datos clasificados de AEC sobre reactores de potencia. Se gastaron por lo menos 100.000 dólares en el proyecto que duró varios años.
Desafortunadamente, los detalles del programa son escasos. La planta propulsora de la locomotora consistiría en un cilindro hecho de un material moderador, tal como el berilio o grafito. Este cilindro contendría gas de hexafluoruro de uranio (UF6) y que sería comprimido por un pistón . La compresión causaría que el gas genere calor y por la presión empujaría el pistón a la inversa, siendo un tipo de motor de combustión interna nuclear. El movimiento del pistón generaría electricidad mediante electroimanes, y esta se utilizaría para traccionar el tren.
Este enfoque no sería tan eficiente térmicamente como un diseño de reactor convencional. Sin embargo, podría ser mucho más compacto ya que no requeriría turbomaquinaria o un condensador. Los miembros del equipo sugerían que incluso podría ser adecuado para su uso en automoviles. El diseño sería teóricamente capaz de desarrollar hasta 20.000 HP.
Sin embargo, como la experiencia terminó demostrando, nuclearmente, las cosas se pueden volver siempre peores. Resultó que a alta temperatura, el hexafluoruro de uranio se descompone en UF4, un polvo de color verde, y en gas de flúor. El flúor es extremadamente corrosivo y extremadamente tóxico. Por lo cual, a pesar de que no se conocen los materiales específicos del diseño del cilindro, ni su diseño en si, igualmente es presumible que en caso rotura del cilindro (como podría ocurrir en un accidente), el gas podría escapar libremente a la atmósfera y quedar sujeto a las corrientes de aire provocando su desplazamiento más allá del lugar del accidente.
En 1956 se unió al proyecto el Laboratorio Nuclear Walter Kidde, y este continuó por lo menos hasta 1960. Sin embargo, esta investigación con el tiempo se volvió a centrar en el uso de rayos gamma y el carbón en polvo como aditivo para el combustible diesel. Aunque no se conocen las razones exactas para el cambio en el enfoque.
Mientras tanto, en octubre de 1955, el senador John Butler había anunciado que iba a presentar una ley que autorice a la Comisión de Energía Atómica a desarrollar un reactor atómico en miniatura adecuado para su uso en una locomotora. Esto se debe probablemente a la instigación de Patrick McGinnis, director ejecutivo del Ferrocarril New Haven, quien al parecer nunca conoció una nueva tecnología que no le gustara y entusiasmara. El senador sugirió a la AEC que construyera un " tren de la libertad" atómico impulsado para que, según una cita del senador, " recorra los Estados Unidos y para dar a nuestra gente una visión de primera mano de los progresos realizados en el programa " átomos para la paz ".
La AAR
Finalmente, un Comité de la Asociación de Ferrocarriles Americanos (AAR) también publicó una serie de informes entre 1955 y 1959 sobre las locomotoras atómicas. En enero de 1956 se contrató a un físico e ingeniero nuclear, llamado Boris Cimberlis para trabajar medio tiempo en un estudio acerca de la aplicación ferroviaria de la energía atómica.
Bosquejo de la locomotora atómica de la AAR
Incluso ALCO se sumó a la gran movida atómica financiando un estudio para diseñar una locomotora atómica, denominada " A- 100". Desafortunadamente hay muy poca o nada de información sobre este proyecto.
Y no podían faltar los rusos y los alemanes
A finales de 1956, el gobierno de Alemania Occidental hizo planes para un prototipo de locomotora atómica de ocho ejes, 35m de largo, 175 toneladas y 5.916 HP utilizando un reactor refrigerado por helio. Lamentablemente no existen detalles de este proyecto más que una representación técnico artística del posible prototipo.
Y finalmente queda el programa ruso, llevado a cabo en el Instituto de Baumann en Moscú a partir de 1956. No está claro si se trataba de un estudio serio, o sólo una especulación, pero un estudio publicado por el Instituto describe una locomotora turbina de vapor eléctrica de 430 toneladas, 50 metros de largo y 5.500 HP. La locomotora constaría de dos vehículos: el primero llevaría el reactor y el intercambiador de calor, en tanto que en el segundo se instalaría la turbina y el condensador, unidos por tuberías flexibles.
El reactor de la locomotora Baumann sería probablemente el más impresionante reactor jamás propuesto para uso en una locomotora. Se trataba de un cilindro de 6 metros de altura y 4,5 metros de ancho. Utilizaría barras de uranio contenidos en una matriz de moderador de grafito. Como refrigerante sodio líquido, propulsado por bombas electromagnéticas. Este circuito de refrigerante primario calentaría un segundo circuito de refrigerante de sodio líquido a través de un intercambiador de calor, lo que a su vez herviría el agua para generar el vapor a utilizar en la turbina. Los generadores alimentarían doce ejes motrices. Esto sería un gigante en comparación con el reactor de Borst.
El blindaje sería de capas de concreto y acero, y estaría enfocado hacia la parte delantera de la locomotora, donde se encuentra la cabina de conducción.
La locomotora tendría 1.000 kilómetros de autonomía, el cual es un límite impuesto por el suministro de agua, no el de combustible. Los rusos afirmaron que podría operar durante 300 días entre reposiciones de combustible.
Conclusión
La idea de la locomotora atómica se desvaneció después de 1960, y no es difícil ver por qué. Después de Borst, casi todos los estudios terminaron con la conclusión de que una locomotora atómica probablemente sería insegura y sin dudas sería antieconómica. En 1957 alguien describió la locomotora nuclear como "la solución más ingeniosa a la pregunta de cómo combinar mínima utilidad con máximo peligro". Aunque muchos vieron que estos problemas tenían posibles soluciones, estas no estaban aún disponibles, y parecía poco probable que lo estuvieran en un futuro próximo.
Los promotores más entusiastas de la locomotora atómica, como el Prof. Borst y al senador Butler, nunca estuvieron realmente interesados en una locomotora atómica per se. Más bien estaban interesados en la energía atómica, y una locomotora ofrece una manera convenientemente compacta para usarla. Los ingenieros ferroviarios más moderados, como Bruce Gunnel estaban interesados, pero su visión de materialización era a largo plazo.
FUENTES
http://brainmindinstrev.blogspot.com.ar/2012/03/project-x-12-borsts-imaginary-nuclear.html
http://atomic-skies.blogspot.com.ar/2012/07/to-peoria-by-atom.html