Armas nucleares

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Introducción

Armas nucleares, dispositivos explosivos utilizados con fines bélicos que liberan energía nuclear a gran escala. La primera bomba atómica (o bomba A) fue probada el 16 de julio de 1945 cerca de Alamogordo (Nuevo México). Se trataba de un explosivo completamente nuevo. Hasta ese momento todos obtenían su potencia de la descomposición o combustión rápida de algún compuesto químico. Las reacciones químicas de este tipo sólo liberan la energía de los electrones más externos del átomo.

En cambio, los explosivos nucleares ponen en juego la energía contenida en el núcleo del átomo. La bomba A obtenía su potencia de la ruptura o fisión de los núcleos atómicos de varios kilos de plutonio. Una esfera del tamaño de una pelota de béisbol produjo una explosión equivalente a 20.000 toneladas de trinitrotolueno (TNT).

La bomba A se desarrolló, construyó y probó en el marco del Proyecto Manhattan. Se trataba de una extraordinaria empresa estadounidense iniciada en 1942 durante la II Guerra Mundial. En ella participaron muchos científicos eminentes, como los físicos Enrico Fermi, Richard Phillips Feynman y Edward Teller, y el químico Harold Clayton Urey. El director militar era el ingeniero Leslie Groves, comandante general del Ejército de Estados Unidos. El director científico del proyecto, localizado en el Laboratorio Nacional Los Álamos, fue el físico estadounidense Julius Robert Oppenheimer.

Terminada la guerra, la Comisión para la Energía Atómica de Estados Unidos se responsabilizó de todas las cuestiones nucleares, incluida la investigación armamentística. Se construyeron otro tipo de bombas que obtenían la energía de elementos más ligeros como el hidrógeno. En ellas la reacción que proporciona la energía es la fusión. Durante este proceso los núcleos de los isótopos de hidrógeno se combinan y forman un núcleo, más pesado, de helio (ver más adelante Armas termonucleares o de fusión). La investigación en este campo dio como resultado la producción de bombas cuya potencia oscila de una fracción de kilotón (equivalente a 1.000 toneladas de TNT) hasta muchos megatones (equivalentes a un millón de toneladas de TNT). Además se ha reducido de forma drástica el tamaño físico de las bombas, con lo que han podido desarrollarse bombas nucleares de artillería y pequeños misiles que pueden ser disparados desde lanzadores portátiles en pleno campo de batalla. Aunque en un principio se pretendía que las bombas atómicas fuesen armas estratégicas transportadas por grandes bombarderos, en la actualidad las armas nucleares pueden utilizarse para diversos fines, tanto estratégicos como tácticos. No sólo se pueden lanzar desde diferentes tipos de avión, sino en cohetes o misiles teledirigidos con cabeza nuclear desde la tierra, el aire o bajo el agua. Los cohetes grandes pueden transportar varias cabezas con diferentes objetivos. La investigación en armas nucleares prosigue en la actualidad en Los Álamos y en el Laboratorio Lawrence Livermore (California), en Estados Unidos, y en Aldermaston, en Gran Bretaña.

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Armas de fisión

En 1905 Albert Einstein publicó la teoría de la relatividad. De acuerdo con ella, la relación entre la masa y la energía viene dada por la ecuación E = mc². Esto significa que a una masa m dada, corresponde una cantidad de energía E, equivalente a la masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz c. Una pequeña cantidad de materia equivale a una gran cantidad de energía. Por ejemplo: un kilogramo de materia que se convirtiese por completo en energía equivaldría a la energía liberada por la explosión de 22 megatones de TNT.

En sus experimentos, los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann dividieron el átomo de uranio en dos partes casi iguales bombardeándolo con neutrones. Más tarde, en 1939, la física Lise Meitner y su sobrino, Otto Robert Frisch, explicaron la reacción de la fisión nuclear, lo que posibilitó la liberación de la energía atómica.

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La reacción en cadena

Cuando el uranio u otro núcleo apropiado se fisiona, produce un par de fragmentos nucleares y libera energía. Al mismo tiempo el núcleo emite rápidamente cierto número de neutrones rápidos, la misma partícula que inició la fisión del núcleo de uranio. Esto hace posible que se produzcan una serie de reacciones de fisión nuclear de forma automantenida: los neutrones que se emiten durante la fisión provocan una reacción en cadena y una liberación sostenida de energía.

El isótopo ligero del uranio, el uranio 235, se divide sin dificultad a causa de los neutrones producto de la fisión y al hacerlo emite una media de 2,5 neutrones. Para sostener una reacción en cadena basta con un neutrón por cada generación de fisiones nucleares. Otros pueden perderse al escapar del material reactivo, o ser absorbidos por las impurezas o por los isótopos más pesados como el uranio 238, si existen. Cualquier sustancia capaz de mantener una reacción de fisión en cadena se llama material fisilfisil.

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Masa crítica

Una pequeña esfera, del tamaño de una pelota de golf, de un material fisilfisil puro, como el uranio 235, no mantendría una reacción en cadena. Escaparían demasiados neutrones de la reacción en cadena a través de su superficie que es demasiado grande respecto a su volumen. Sin embargo, en el caso de una masa de uranio 235 del tamaño de una pelota de béisbol, el número de neutrones perdidos en la superficie se compensaría por el número de neutrones generados por las reacciones internas de fisión. La cantidad mínima de material fisil con una forma dada necesaria para mantener la reacción en cadena se llama masa crítica. Al aumentar el tamaño de la esfera producimos una configuración supercrítica en la que las sucesivas generaciones de fisiones aumentan con mucha rapidez, con lo que se puede llegar a una posible explosión, como resultado de la liberación en extremo rápida de una gran cantidad de energía. Por tanto, en una bomba atómica se debe ensamblar y mantener en contacto una masa de material fisil mayor que la crítica durante una millonésima de segundo. Esto permite que la reacción en cadena se propague antes de la explosión. Un contenedor, hecho de algún material pesado, rodea el material fisil y evita su explosión prematura. El contenedor también reduce el número de neutrones que se escapan.

Si se dividiese cada átomo de 0,5 kilogramos de uranio, la energía producida equivaldría a la potencia explosiva de 9,9 kilotones de TNT. En este hipotético caso la eficiencia de la reacción sería del 100%. En las primeras pruebas de la bomba A no se acercaron a ella. Además 0,5 kilos de uranio es poco para alcanzar la masa crítica.