O Projeto Dayton foi um projeto de pesquisa e desenvolvimento para produzir polônio durante a Segunda Guerra Mundial, como parte do Projeto Manhattan para construir as primeiras bombas atômicas. O trabalho ocorreu em vários locais em Dayton, Ohio, e arredores. Os envolvidos no projeto foram responsáveis pela criação dos iniciadores de nêutrons modulados baseados em polônio, usados para iniciar as reações em cadeia nas bombas atômicas.

O Projeto Dayton começou em 1943, quando Charles Allen Thomas, da Monsanto, foi recrutado pelo Projeto Manhattan para coordenar o trabalho de purificação e produção de plutônio em diversos locais. Cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos calcularam que uma bomba de plutônio necessitaria de um iniciador de nêutrons. As fontes de nêutrons mais conhecidas usavam polônio e berílio, então Thomas assumiu a produção de polônio nos laboratórios da Monsanto em Dayton. Diferentemente da maioria das atividades do Projeto Manhattan, realizadas em locais remotos, o Projeto Dayton foi conduzido em uma área urbana povoada. Ele funcionou de 1943 a 1949, quando os Laboratórios Mound foram concluídos em Miamisburg, Ohio, e o trabalho foi transferido para lá.

O projeto desenvolveu técnicas para extrair polônio do minério de em que ocorre naturalmente e de alvos de bismuto bombardeados por nêutrons em um reator nuclear. Os iniciadores de nêutrons baseados em polônio foram usados tanto na arma de fissão de tipo balístico Little Boy quanto na bomba de implosão Fat Man, empregadas nos bombardeios atômicos de Hiroshima e Nagasaki. O uso de polônio como iniciador permaneceu classificado até a década de 1960, mas George Koval, técnico do Destacamento Especial de Engenheiros do Projeto Manhattan, infiltrou-se no Projeto Dayton como espião da União Soviética.

Contexto Em dezembro de 1942, durante a Segunda Guerra Mundial, Charles Allen Thomas, químico e diretor de pesquisa da Monsanto em St. Louis, ingressou no Comitê de Pesquisa de Defesa Nacional (NDRC) como chefe adjunto da Divisão 8, responsável por propelentes e explosivos. No início de 1943, ele viajou ao leste com Richard C. Tolman, membro do NDRC, e James B. Conant, presidente da Universidade Harvard e presidente do NDRC, para assistir a uma demonstração de um novo explosivo subaquático. Conant e Tolman aproveitaram para investigar discretamente o histórico de Thomas. Ele foi então convidado para uma reunião em Washington, D.C., com o Brigadeiro-General Leslie R. Groves, Jr., diretor do Projeto Manhattan. Thomas encontrou Conant também presente.

Groves e Conant buscavam aproveitar a expertise industrial de Thomas. Eles ofereceram a ele o cargo de adjunto de Robert Oppenheimer, diretor do Laboratório Nacional de Los Alamos no Novo México, mas Thomas não quis mudar sua família nem abandonar suas responsabilidades na Monsanto. Em vez disso, aceitou coordenar o trabalho de purificação e produção de plutônio realizado em Los Alamos, no Laboratório Metalúrgico em Chicago, no Laboratório de Radiação em Berkeley e no Laboratório Ames () em Iowa. A química e metalurgia em Los Alamos seriam lideradas pelo jovem Joseph W. Kennedy.

Em Los Alamos, o físico Robert Serber propôs que, em vez de depender da fissão espontânea, a reação em cadeia da bomba atômica deveria ser iniciada por um iniciador de nêutrons. As fontes de nêutrons mais conhecidas eram rádio-berílio e polônio-berílio. O polônio foi escolhido devido à sua meia-vida de 138 dias, intensa o suficiente para ser útil, mas não tão longa a ponto de ser estocada. Thomas assumiu o desenvolvimento de técnicas para refinar polônio industrialmente para uso com berílio nos iniciadores de nêutrons internos "urchin". Esse esforço tornou-se o Projeto Dayton.

Organização direita|miniaturadaimagem|Projeto Dayton – Unidade III em setembro de 1943. Thomas trouxe pessoal-chave dos Laboratórios Thomas e Hochwalt da Monsanto em Dayton, Ohio, incluindo Caroll Hochwalt, James Lum e Nicholas Samaras. Thomas tornou-se Diretor do Projeto Dayton, com Hochwalt como Diretor Assistente e Lum como Diretor do Laboratório. Decidiram que cerca de doze químicos seriam necessários, e Lum começou a recrutar professores, estudantes de pós-graduação e químicos industriais de universidades e laboratórios da região. Os primeiros recrutas começaram em agosto de 1943, mas poucos tinham experiência em radioquímica. O número de funcionários cresceu de 46 em tempo integral no final de 1943 para 101 no final de 1944, 201 no final de 1945 e 334 no final de 1946, incluindo 34 membros do Destacamento Especial de Engenheiros do Exército.

Locais O espaço de escritório foi inicialmente encontrado nos escritórios da Monsanto na 1515 Nicholas Rd, conhecidos como Unidade I. A Unidade II era a fábrica de propelentes de foguetes da Monsanto perto da Betty Lane, próxima à Ohio State Route 741. Embora administrada pela Monsanto, não foi usada pelo Projeto Dayton. O local manipulava explosivos como nitrato de amônio e picrato de amônio, mas nenhum material radioativo foi tratado lá. As atividades na Unidade II cessaram no outono de 1945. Considerou-se usá-la em dezembro de 1946, mas a proposta foi rejeitada em favor da construção de um barracão Quonset na Unidade III.

Um local para laboratório foi encontrado na 1601 W. First Street, originalmente construído para abrigar o Seminário Teológico Unido. Era um prédio de tijolos de três andares construído em 1879, pertencente ao Conselho de Educação de Dayton, que o usava como armazém. A Monsanto alugou o local em 15 de outubro de 1943 e começou a convertê-lo em laboratório, conhecido como Unidade III. O prédio estava em péssimo estado, com muitas janelas quebradas e a escada entre o segundo e terceiro andares ausente. Foram instalados novos sistemas de aquecimento e iluminação, janelas foram substituídas, novo piso foi colocado e algumas salas foram replastradas. Foram adicionadas duas guaritas, conhecidas como edifícios J e K, um galpão de armazenamento químico chamado edifício F e uma cerca de arame. As atividades laboratoriais foram transferidas da Unidade I em 25 de setembro. Inicialmente, apenas os dois andares inferiores foram ocupados, fornecendo 557 m² de espaço laboratorial. Posteriormente, o terceiro andar também foi ocupado, adicionando mais 280 m². Em maio de 1945, cinco edifícios temporários adicionais foram construídos em terreno alugado do Conselho de Educação, abrigando escritórios, uma cafeteria, vestiários, um laboratório de física e uma lavanderia. Uma nova guarita também foi construída. Dois edifícios portáteis foram adicionados em 1946. esquerda|miniaturadaimagem|Projeto Dayton – Unidade IV em outubro de 1947. Em 1944, o espaço estava escasso, e a Monsanto começou negociações para adquirir o Runnymede Playhouse no rico subúrbio residencial de Oakwood. Construído em 1927, o Playhouse era uma instalação de lazer que incluía uma piscina ao ar livre, um salão de baile, uma quadra de squash, uma quadra de tênis com piso de cortiça e um palco para teatro comunitário. Possuía chuveiros com mármore italiano e uma garagem de um andar e meio. O imóvel pertencia à Talbott Realty Company, controlada pela família da esposa de Thomas. Os Talbotts eram herdeiros da Delco, então parte da General Motors. O Conselho Municipal de Oakwood queria o Playhouse como centro comunitário. Thomas compareceu ao conselho e garantiu que não seria danificado, embora não pudesse revelar seu propósito. Quando a Talbott Realty hesitou em vender, o Corpo de Engenharia do Exército dos Estados Unidos desapropriou a propriedade, que se tornou a Unidade IV em 15 de fevereiro de 1944. Um contrato de locação foi assinado em 10 de março de 1944, pagando à Talbott Realty $4.266,72 por ano. O contrato, inicialmente até 30 de junho de 1944, foi prorrogado anualmente até 30 de junho de 1949, estipulando a devolução do imóvel em sua condição original. A Talbott Realty foi informada que o local seria usado para produzir filmes de treinamento. direita|miniaturadaimagem|Projeto Dayton – Unidade III em outubro de 1947. A remodelação começou em 17 de março de 1944. As quadras de tênis foram subdivididas em várias salas. O teto foi rebaixado, e sistemas de aquecimento, ar-condicionado e filtragem de ar foram adicionados. Uma das estufas foi convertida em um dique de carregamento. O imóvel foi cercado por uma cerca de arames farpados, iluminada à noite e patrulhada 24 horas por guardas armados; havia 43 guardas nas Unidades III e IV. O Grupo de Produção começou a se instalar em 1 de junho. Foram adicionadas três guaritas e uma cerca de arame. As alterações no local foram minimizadas para facilitar a restauração posterior. Por estar em uma área residencial, esforços foram feitos para minimizar ruídos e outras perturbações.

Em maio de 1945, a Monsanto alugou três andares de um armazém na 601 East Third Street da General Electric. Inicialmente, foi usado para receber e armazenar equipamentos do projeto. Mais tarde, o quarto andar foi usado como escritório, e um laboratório foi estabelecido no quinto andar para estudos sobre os efeitos do polônio em animais. Análises de bioensaio foram realizadas lá para minimizar a contaminação por polônio.

Pesquisa Poucas pessoas haviam visto polônio antes. Era um metal prateado que, em um quarto escuro, emitia um brilho roxo misterioso. O polônio ocorre naturalmente em vários minérios, e os resíduos de dióxido de chumbo da refinaria em , Ontário, após a remoção de urânio e rádio, continham cerca de 0,2 a 0,3 mg de polônio por tonelada métrica. Um curie de polônio pesa cerca de 0,2 mg. Port Hope já estava sob contrato do Projeto Manhattan para fornecimento e refino de minério de urânio. O primeiro lote de 3.289 kg de dióxido de chumbo radioativo foi entregue ao Projeto Dayton em 10 de novembro de 1943. O primeiro lote de 227 kg foi processado até 8 de dezembro, disponibilizando 30 µCi de polônio para experimentos uma semana depois.

Três processos foram investigados para extrair o polônio do minério. J. H. Dillon, da Firestone Tire and Rubber Company, havia patenteado um processo em que o óxido de chumbo era dissolvido em ácido clorídrico:

+ 4 HCl → + + 2

O polônio podia então ser depositado em chapas de cobre ou níquel. Isso exigia equipamentos de grande escala revestidos de vidro, indisponíveis em Dayton, mas disponíveis na planta B da Monsanto em Sauget, Illinois. Após testes em pequena escala na Unidade III confirmarem a viabilidade, cerca de três toneladas de dióxido de chumbo foram enviadas à planta B, recuperando 2,50 Ci. Remover o polônio das chapas de cobre e níquel foi problemático.

Um segundo método tentou um processo em forno. A ideia era torrar o dióxido de chumbo e vaporizar o polônio. O problema era que o dióxido de chumbo formava escória a 700 °C, temperatura baixa demais. Então, tentou-se o ortofosfato de chumbo, que formava escória a 900 °C, produzido pela mistura do dióxido de chumbo com ácido fosfórico. Experimentos mostraram que o polônio vaporizava bem quando o ortofosfato de chumbo era aquecido a 750 °C por quatro horas. No entanto, o processo enfrentou problemas com poeira, matérias estranhas e contaminação de pessoal e equipamentos.

O terceiro método dissolveu o dióxido de chumbo em uma mistura de ácido nítrico concentrado e peróxido de hidrogênio:

+ 2 + → + + 2

Esse foi o melhor método para separar o polônio do dióxido de chumbo, embora houvesse problemas com a precipitação de contaminantes como ferro e alumínio. Cerca de 32 toneladas de dióxido de chumbo foram tratadas com ácido nítrico, produzindo cerca de 40 Ci de polônio, mas o processo não passou da fase piloto, pois uma fonte melhor de polônio tornou-se disponível. O dióxido de chumbo não foi comprado pelo Projeto Manhattan e, no início da guerra, foi adquirido pelo governo canadense. Em junho de 1945, o chumbo foi precipitado como uma pasta de carbonato de chumbo e enviado à área de Madison Square do Projeto Manhattan para secagem e devolução ao Canadá.