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HISTORIA ATÓMICA LOS PIONEROS CIENTÍFICOS EL MEGA PROYECTO ATÓMICO LOS PROTAGONISTAS Y SUS DECISIONES Niels Bohr y Max Planck Oppenheimer y Groves Proyecto Ciencia y Sociedad / Facultad de Quimica UNAM M.C. Jorge Núñez Alba Noviembre 2012

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HISTORIA ATÓMICA

LOS PIONEROS CIENTÍFICOS

EL MEGA PROYECTO ATÓMICO

LOS PROTAGONISTAS Y SUS DECISIONES

Niels Bohr y Max Planck Oppenheimer y Groves

Proyecto Ciencia y Sociedad / Facultad de Quimica UNAM

M.C. Jorge Núñez Alba Noviembre 2012

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Los pioneros atómicos

Marie y Pierre Curie

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Los pioneros atómicos

Instituto de Copenhague: De izquierda a derecha por filas: Bohr, Niels ; Dirac, Paul ;

Heisenberg, Werner; Ehrenfest, Paul; Delbruck, Max; Meitner, Lise; Weizsacker, Carl Friedrich von;

Teller, Edward; Jensen, Homer; Heitler, Walter; Frisch, Otto

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Los pioneros atómicos

Conferencia en Como, Italia 1927: De izquierda a derecha por filas: Erwin Schrodinger, Irene

Joliot-Curie, Niels Bohr, ?, Marie Curie, ?, ?, Ernest Rutherford, ?, ?, Louis de Broglie, Lise Meitner,

James Chadwick; De pie Izq-Der: ?, ?, Frederic Joliot-Curie, Werner Heisenberg, Hendrik Kramers,

?, Enrico Fermi, ?, Paul Dirac, Peter Debye, ?, ?, C.T.R. Wilson, ?, Patrick Blackett, ?, ?, ?,

Wolfgang Pauli, siguientes seis sin identificar, Ernest Lawrence, ?.

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Las mentes maestras

Bohr y Einstein

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Grandes amigos y

brillantes adversarios

Albert Einstein en

1930, con Niels

Bohr, en la

Convención Solvay.

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La disyuntiva fatal:

Bohr y Heisenberg

Alumno y maestro en el Instituto de Copenhague

fundado por Bohr

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"El Proyecto Manhattan no tenía relación con la vida

industrial y social de nuestro país, sino que era un

estado independiente con ... sus miles de secretos.

Tenía una peculiar soberanía, tal que podría

provocar el fin, pacífica o violentamente, de todas

las otras soberanías. "-Herbert S. Marks

PROYECTO MANHATTAN 1942-44

CONSTRUCCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA ATÓMICA

LA LLAVE DEL APOCALIPSIS

Presentación desarrollada para el proyecto Ciencia y Sociedad de la FQ de la UNAM, basada

en una presentación de la Universidad de Berkeley, California de 2005

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PROYECTO MANHATTAN

Nombres oficiales de los sitios principales: Columbia University en Nueva York, Universidad de Chicago, Clinton Laboratory en Oak Ridge, Tennessee, Hanford Engineer Works cerca de Pasco, Washington, y la instalación de Los Alamos en Nuevo Mexico.

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Los científicos del Proyecto Manhattan:

Soldados sin uniforme

Su participación en el Proyecto Manhattan-La experiencia más profunda en la historia de la comunidad científica americana

Columbia University in New York City, University of Chicago in Chicago, the Clinton Laboratory at Oak Ridge, Tennessee, the Hanford Engineer Works near Pasco, Washington, and the Los Alamos installation in New Mexico

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De vuelta en los EE.UU. ... Vannevar Bush y el Consejo de Investigación para la Defensa Nacional

(National Defense Research Council - NRDC) se hacen cargo del trabajo con

uranio. James Conant (químico y presidente de la Universidad de Harvard es

nombrado como responsable a cargo)

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Proyecto Manhattan

• 1940-41: El dinero comienza a fluir-Julio de 1940

- $40,000 USD más asignados al proyecto

• Los esfuerzos no se dirigen a una bomba inicialmente,

sino a los estudios de Enrico Fermi sobre el reactor de

uranio.

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El Proyecto Manhattan se expande

En el otoño de 1941, Compton, Conant, Lawrence, y Vannevar Bush,

alentados por el informe MAUD -urgieron al presidente Franklin

Delano Roosevelt (FDR) para llevar a cabo el proyecto de una bomba

de gran tamaño.

• FDR separa a los científicos de las decisiones de política.• FDR

(informalmente) autoriza $ 1.2 millones USD y urge el lanzamiento de

un programa de relámpago.

• 5 de diciembre 1941: Japón bombardea Pearl Harbor

• 6 de diciembre 1941: Franklin Delano Roosevelt autoriza el

proyecto secreto llamándolo Manhattan Engineering District.

• Lo puso bajo el control del Ejército de EE.UU. en 1942

.-¿Por qué el Ejército?

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Preguntas para el Proyecto Manhattan y

la definición de una Misión

¿Es una reacción en cadena posible en la

práctica?

•¿Cómo producir uranio y plutonio con la pureza

necesaria para desarrollar una bomba atómica?

• Un proyecto exitoso para fabricar una bomba

requiere recursos a escala industrial,

administración de muy alto nivel, y una voluntad

de hierro para tener éxito.

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El Met Lab

• El Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago

fue fundado a principios de 1942:

-Dirigido por el premio Nobel Arthur Compton

-Fermi se mueve de la Universidad de Columbia a

Chicago

• Algunas de las metas del Laboratorio de Metalurgia:

-Demostrar que una reacción en cadena es posible

-Desarrollar formas para extraer (separar) el Plutonio (Pu)

del Uranio (U)

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Fermi y la Pila-1 de Chicago

Los primeros estudios resultaron alentadores,

probablemente se requería una menor cantidad de

U-235 para obtener una masa crítica.

• Enrico Fermi es el líder del grupo que estudia la

reacción en cadena.

• Fermi efectúa el escalamiento de los estudios del

reactor hacia una escala industrial (técnicas

desarrolladas en plantas piloto industriales)

• En diciembre de 1942, Fermi & Co. construyen

una "pila"atómica de prueba a base de U.

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Las tres etapas de transformación de los isótopos

nucleares

El mapa de la alquimia nuclear

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Fermi y la Pila-1 de Chicago

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Proyecto Manhattan

• James Conant recibe el mensaje

codificado de Arthur Compton:

- "El navegante italiano ha

desembarcado en el Nuevo

Mundo.“

- • La primera reacción nuclear (en

cadena) controlada en la historia.

- • Produjo un minúsculo medio watt

de energía.

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Proyecto Manhattan

Mensaje de Szilard a Fermi: "Este será recordado como

un día negro en la historia de la humanidad ... "

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Dos semanas después del debut de la CP-1 ...

• FDR aprueba otros $ 250 millones USD (equivalentes

aproximadamente a $ 3,000 millones de dólares en la

actualidad(2005)) para escalar la producción de uranio a

un nivel industrial.

• Se aprovecha la experiencia estadounidense en

producción industrial para fabricar U-235 y Pu-239.

-Esta es un área en la que Estados Unidos tiene un

liderazgo.

• El Proyecto Manhattan se transforma de un

emprendimiento científico a un esfuerzo masivo de

ingeniería .

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Construyendo una infraestructura atómica

masiva

• Niels Bohr declaró en 1939: La construcción de una bomba atómica "no se puede hacer a menos que los Estados Unidos se conviertan en una gigantesca fábrica".

• Esta declaración (del físico con mas peso en la comunidad científica nuclear) se convirtió en un medio para alcanzar una meta.

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Administrando el Proyecto Manhattan:

Jefes militares-obreros científicos

• El Proyecto Manhattan requiere de un

organizador maestro. Se trata del General Brig.

Leslie Groves.

• Groves fue puesto a cargo del Proyecto

Manhattan en septiembre de 1942.

• ¿Quién es Leslie Groves?

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El general Leslie Groves, R. ... "el oficial más

enojado en el ejército."

Nació 1896 - Murió 1970

• Educación universitaria básica; Cuerpo de Ingenieros del Ejército; Estuvo a cargo de la construcción del Pentágono.

• Su tarea para el P. Manhattan- "Elaborar planes para la organización, construcción, operación y seguridad del proyecto, y después de la aprobación, tomar las medidas necesarias para su puesta en marcha."

Construcción del Pentágono

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Retos de Groves

• Elegir sitios industriales para la

producción de plutonio y uranio

• Seleccionar a los contratistas

industriales

• Mantener el programa sin retrasos

• Mantener la seguridad sin

amenazas

• Fomentar la relación con los

científicos- Groves y J. Robert

Oppenheimer en equipo

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Habilidades “geniales” de Groves

• Capacidad para comprender los factores esenciales•

Disposición para asumir riesgos críticos

• Capacidad para reunir y aplicar los recursos

• Manejar la tensión entre científicos y militares

• Mantener la seguridad del proyecto

-”Compartimentación” (manejo separado de información

estratégica), manejo del engaño (véase la carta de

Oppenheimer a Groves)

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• Groves, con su increíble actitud y recursos de

organización para completar sus tareas definió

personalmente el curso de la historia atómica:

• Una de las tareas más importantes -arrancar la

producción a escala industrial de uranio y plutonio

• ¿Cual meta perseguir-una bomba de uranio o de

plutonio?

-Groves: "Ambas".

Construyendo una infraestructura atómica

masiva

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Construyendo una infraestructura atómica

masiva • Groves selecciona tres sitios

principales para la construcción de la

bomba atómica

-Oak.Ridge,Tennessee,

procesamiento de uranio

-Hanford, Washington, producción de

plutonio

-Los Alamos, Nuevo México-

investigación científica, diseño,

construcción y pruebas de las armas

atómicas (operado por la

Universidad de California)

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Construyendo una infraestructura atómica

masiva: Oak Ridge, TN

• Ubicado cerca de Knoxville, TN; extenso complejo

de 59,000 hectáreas rurales el cual fue adquirido

por Groves

• Las "tropas" de Groves erigieron una pequeña

ciudad con cientos de edificios en los que se

emplea a unos 22,000 hombres y mujeres, y cuenta

con su propia planta de energía eléctrica.

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Vista inicial de Oak Ridge

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Planta de difusión gaseosa de Oak Ridge: Costo $ 500 millones

de dólares (de 1942), 12,000 trabajadores

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Produciendo U-235 en Oak Ridge

• Se probaron dos métodos en conjunto: difusión

gaseosa y separación electromagnética.

• Como Groves, dijo: "Si hay una elección entre

dos métodos, uno de los cuales es bueno y el otro

se ve prometedor, entonces construyan los dos."

(Sin límite para los gastos)

• Ambos métodos estaban basados en los

diferentes tamaños / pesos del U-235 vs U-238. La

meta era obtener unas cuantas onzas de U-235 al

día.

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Proyecto Manhattan: Oak Ridge

1. Proceso de Difusión gaseosa: se construyó primero

-Planta (nombre en clave K-25), construida a un costo de $

10,700 millones de dólares [dólares de 2003]

2. El producto enriquecido se alimentó luego a una segunda

etapa en la se enriqueció aún más

3. Separación electromagnética (una variación de lo que

hace un ciclotrón)-Planta con nombre codificado "Y-12"

construida a un costo de $ 10 mil millones [dólares de 2003]

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Proyecto Manhattan: Oak Ridge

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Oak Ridge: Separación Electromagnética

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Operadoras del “Calutron” en Oak Ridge (Las mujeres militarizadas en proyectos atómicos)

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La “pista de carreras” para separar el U-235

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El producto deseado

U-235

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Construyendo una infraestructura atómica

masiva : Hanford, Washington

Situado en el valle desértico de Washington, cerca

del Río Columbia

-El río cercano fue clave para la refrigeración de los

reactores y el suministro de energía

• Hanford se convirtió en una próspera ciudad en

expansión atómica, construida y operada por

DuPont Chemical Corporation por $ 1 dólar.

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La vida en la ciudad secreta de Hanford

• Una historia de superlativos-Hanford se convierte

en la cuarta ciudad del estado de Washington,

mientras se construyen los reactores.

Tiene la oficina de correos más grande del mundo

-Jornada de trabajo a la semana -54 horas durante

6 días

-Comidas -50 toneladas diarias -costo: 69 centavos

de dólar por todo lo que quisieras comer.

• Ciencia vs. Ingeniería en Hanford: Carrera

continua

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Uno de los tres reactores atómicos construidos en Hanford

Construyendo una infraestructura atómica

masiva : Hanford, WA

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Planta T, Edificio de separación química, Hanford, Washington

Construyendo una infraestructura atómica

masiva : Hanford, WA

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• El plutonio "criado" en Hanford:

-U-238 bombardeado con neutrones

-Poco a poco decae radiactivamente para formar

Pu-239 (con algo de Pu-240 como impureza)

• En 1944, los reactores de Hanford estaban

produciendo unos 250 megavatios de potencia

(frente a medio watt dos años antes en Chicago)

Construyendo una infraestructura atómica

masiva : Hanford, WA

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Construyendo una infraestructura

atómica masiva

• A finales de 1944: el uranio y el plutonio

apropiados para fabricar bombas se están

produciendo en instalaciones de escala industrial.

•El escenario principal... a finales de 1944,

Alemania parece casi derrotada ... Pregunta: ¿Por

qué continuar con el Proyecto Manhattan?

-Nota: la flota japonesa considerada un posible

objetivo ya en 1943.

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Construyendo una infraestructura

atómica masiva

• La visión macro: la inversión de varios cientos de

millones de dólares en fábricas con capacidad de

producir grandes cantidades de uranio y plutonio

indica un factor clave:

• Los EE.UU. se estaban comprometiendo en

forma permanente a fabricar armas atómicas.

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Desarrollos de guerra

• Bombardeo incendiario de

Hamburgo (julio 1943): 45,000

civiles muertos.-Meta establecida:

"Destruir Hamburgo"¿Por qué?

"Acortamiento y ganar la guerra.“

• Una atrocidad en la escalada de

las atrocidades de guerra en todos

los frentes-Bataan, los campos de

concentración, el frente soviético.

• Dresden, Berlín, Tokio, etc., todas

bombardeadas con bombas

incendiarias.

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Mientras, en una meseta desértica de

Nuevo México…

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De izquierda a derecha: James B. Conant, Vannevar Bush, General Leslie Groves

Proyecto Manhattan: El núcleo dirigente

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Proyecto Manhattan: Actores clave

Los cerebros de Los Álamos

Stanislaw Ulam

Matemático

Responsable de calcular la

bomba de hidrógeno

Hans Bethe (Jefe de la División

Teórica)

Edward Teller (padre de la

bomba de hidrógeno)

Enrico Fermi

Ulam, Feynman y John von Neumann

(Responsable de la primera computadora

elctrónica militar)

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Proyecto Manhattan: Sitio Los Álamos

En el laboratorio de Los Álamos, las horas eran largas, y el trabajo

duro. Los coloquios semanales, uno de los cuales se muestra en

esta foto, eran muy estimulantes e intensos y aún se recuerdan

hoy en día.

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Proyecto Manhattan: Los Álamos

La ENIAC en funcionamiento en la Universidad de Pennsylvania. Esta primera computadora electrónica a gran escala fue probada en 1945 con el "problema de Los Álamos", cálculos fundamentales para el diseño de las armas termonucleares. La fotografía inferior muestra cómo la ENIAC era programada interconectando los registros de los bulbos con los cables insertados en tablillas electrónicas de contactos.

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Proyecto Manhattan: Los Álamos

La computadora MANIAC I de Los Álamos durante la construcción (fotografía izquierda) y en 1952 después de su

terminación. Los bancos de tubos de vacío en los cuatro paneles del centro conformaban al procesador aritmético; los

paneles laterales y la parte posterior contenían los controles; la fila de interruptores de la extrema izquierda es la

consola del usuario; las cajas en la parte superior, cada una con un tubo electrostático de rayos catódicos de

almacenamiento de 2 pulgadas constituyen la memoria. Las luces de neón conectada a cada tubo permitían ver los

dígitos binarios contenidos en los registros en forma directa, y, como resultado, el contenido de un registro podía ser

cambiado por un cortocircuito en uno de los lados de un flipflop del tubo de vacío con guías de clip.

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Proyecto Manhattan: Sitio Los Álamos

Preparativos para la 1ª prueba atómica

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Proyecto Manhattan: Sitio Los Álamos

1ª prueba atómica:

16 de julio de 1945 @ 4:00 AM

La bola de fuego en el sitio Trinity.

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Oppenheimer y Groves, inmediatamente después de

la Operación Trinity, Agosto 16, 1945 ~9:00 AM

Cuando Oppenheimer vió la bola de fuego atómica citó el poema hindú sagrado

Bhagavad Gita: “Me he convertido en la muerte, destructor de mundos”.

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Proyecto Manhattan: La dupla estratégica

El bombardero y la bomba lanzada sobre

Hiroshima (uranio)

“Little boy”

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HIROSHIMA UN DÍA DESPUÉS DEL BOMBARDEO

ATÓMICO DEL 6 DE AGOSTO, 1945

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HIROSHIMA 7 DE AGOSTO, 1945

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ÚNICO EDIFICIO EN PIE, AHORA SÍMBOLO DE LA

CIUDAD

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NAGASAKI UN DÍA DESPUÉS DEL BOMBARDEO

ATÓMICO DEL 9 DE AGOSTO, 1945

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NAGASAKI UN DÍA DESPUÉS DEL BOMBARDEO

ATÓMICO DEL 9 DE AGOSTO, 1945

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NAGASAKI UN DIA DESPUES:10 DE AGOSTO, 1945

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Carrera armamentista: Operación Crossroads

En 1946, dos bombas de implosión, idénticas a la prueba efectuada en el Sitio

Trinity (Base uranio) y a la que destruyó Nagasaki (Base plutonio), se pusieron

a prueba como parte de la Operación Crossroads en el Pacífico.

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Proyecto Manhattan: ¿Y luego qué?

Los militares testificando las pruebas de las armas con la capacidad de aniquilar

a la humanidad.

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La Guerra Fría

Cuando Sajarov y otros científicos nucleares soviéticos se reunieron con Nikita Khrushchev en 1961, Sajarov trató de persuadir al primer ministro para poner fin a las pruebas de armas nucleares. "Deja la política para nosotros - que somos los especialistas", espetó Jruschov. "Sería una medusa y no el Presidente del Consejo de Ministros si escuchara a gente como Sajarov!" Pero en sus memorias, Khrushchev reconoció que Sajarov "estaba guiado obviamente, por consideraciones morales y humanitarias. Yo lo conocía y estaba profundamente impresionado por él. Todo el mundo lo estaba. Era, como dicen, un cristal de la moral entre nuestros científicos".Citas de las Memorias de Sakharov y del libro “Habla Khrushchev” (Thomas Whitney, ed.)

Andrei Sakharov Nikita Khrushchev

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La Guerra Fría: El archipiélago nuclear soviético

REF: Soviet nuclear archipelago -R.S. Norris -Army Control Today Jan 1993

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La Guerra Fría: El archipiélago nuclear soviético

Código de instalaciones