Armas nucleares

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Detonación de las bombas atómicas

Se han creado varios sistemas para detonar una bomba atómica. El más simple es utilizar una pistola: se dispara un proyectil de material fisil a un objetivo del mismo material, para que ambos se fundan y formen un conjunto supercrítico. La bomba atómica que Estados Unidos hizo explotar sobre Hiroshima (Japón) el 6 de agosto de 1945 fue un arma de ese tipo. Su energía era equivalente a 20 kilotones de TNT.

Un sistema más complejo, llamado de implosión, se utiliza con bombas de forma esférica. La parte exterior de la esfera consiste en una capa de dispositivos, llamados lentes, con una forma y ensamblado especial. Están hechos de material explosivo y diseñados para concentrar la explosión en el centro de la bomba. Cada sección de este material altamente explosivo tiene un detonador que a su vez está unido por cable con las demás secciones. Una señal eléctrica hace explotar todas las partes del material explosivo de forma simultánea, lo que provoca una onda explosiva que converge en el núcleo de la bomba. En éste hay una esfera de material fisil que se comprime por la poderosa presión ejercida hacia el interior, es decir, la implosión. Esto aumenta la densidad del material y produce un conjunto supercrítico. La bomba que se probó en Alamogordo y la que Estados Unidos lanzó sobre Nagasaki (Japón) el 9 de agosto de 1945 fueron de este tipo. Cada una de ellas equivalía a 20 kilotones de TNT.

Con independencia del método utilizado para alcanzar una configuración supercrítica, la reacción en cadena se produce durante una millonésima de segundo y libera grandes cantidades de energía térmica. La liberación tan rápida de una cantidad tan grande de energía en un volumen relativamente pequeño, provoca que la temperatura alcance decenas de millones de grados. La posterior expansión y vaporización del material de la bomba provoca una potente explosión.

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Producción de material fisil

Fueron necesarios muchos experimentos para hacer factible la producción de material fisil.

6.1

Separación de los isótopos de uranio

El isótopo fisil uranio 235 representa sólo el 0,7% del uranio natural. El resto se compone del más pesado uranio 238. Los métodos químicos no son suficientes para separar el uranio 235 del uranio normal, porque ambos isótopos del uranio son idénticos en su forma química. Se han creado varias técnicas para separarlos, pero todas ellas se basan en la pequeña diferencia de peso que hay entre los dos tipos de átomos de uranio.

Durante la II Guerra Mundial se construyó en Oak Ridge (Tennessee) una inmensa planta de difusión gaseosa. Esta planta se amplió después de la guerra y se construyeron dos similares cerca de Paducah (Kentucky) y de Portsmouth (Ohio). El material de base para este tipo de planta es el gas hexafluoruro de uranio, que es muy corrosivo. Este gas se bombea sobre barreras que tienen millones de pequeños agujeros, a través de los cuales las moléculas más ligeras (que contienen átomos de uranio 235) se difunden a una velocidad mayor que las moléculas más pesadas que contienen átomos de uranio 238 (véase Difusión). Una vez que el gas se ha difundido a través de miles de estas barreras (también llamadas fases), se hace muy rico en el isótopo más ligero del uranio. El producto final es uranio apto para fabricar bombas con más de un 90% de uranio 235.

6.2

Producción de plutonio

Aunque el isótopo de uranio 238 no puede mantener una reacción en cadena, sí puede convertirse en material fisil si se bombardea con neutrones. Este proceso puede llevar a la obtención de un nuevo elemento. Cuando el átomo de uranio 238 captura un neutrón en su núcleo se transforma en un isótopo más pesado: el uranio 239. Éste se desintegra con mucha rapidez y forma neptunio 239 que es un isótopo del elemento 93. Una nueva desintegración convierte este isótopo en otro del elemento 94, llamado plutonio 239. Éste, como el uranio 235, se fisiona después de la absorción de un neutrón y puede usarse como material para bombas. La producción de plutonio 239 en grandes cantidades requiere una intensa fuente de neutrones. Esta fuente se obtiene de la reacción en cadena controlada que se produce en un reactor nuclear. Ver Física nuclear.

Durante la II Guerra Mundial se diseñaron reactores que proporcionaban los neutrones necesarios para producir el plutonio. Se construyeron algunos capaces de producir grandes cantidades de plutonio en Hanford (Washington) y cerca de Aiken (Carolina del Sur).

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Armas termonucleares o de fusión

Antes de que se fabricara la primera bomba atómica los científicos ya se dieron cuenta de que en teoría era posible una reacción nuclear diferente de la fisión, como fuente de energía nuclear. En vez de aprovechar la energía que se produce en una reacción en cadena en el material fisil, las armas nucleares podrían utilizar la energía liberada en la fusión de los elementos más ligeros. Esta reacción es la opuesta a la fisión, ya que consiste en la fusión de dos núcleos de isótopos de algún átomo ligero como el hidrógeno. Por esta razón, las bombas de fusión nuclear se llaman muchas veces bombas de hidrógeno o bombas H. De los tres isótopos de hidrógeno, los dos más pesados, deuterio y tritio, son los que se combinan con más facilidad para formar helio. Aunque la liberación de energía por reacción nuclear durante la fusión es menor que en la fisión, la cantidad de átomos en 0,5 kilogramos de un material ligero es mucho mayor. La energía que liberan 0,5 kilogramos de un isótopo de hidrógeno es equivalente a 29 kilotones de TNT, es decir, tres veces más que la misma cantidad de uranio. Pero esta estimación presupone la fusión de todos los átomos de hidrógeno. La fusión se produce sólo a temperaturas de varios millones de grados y su velocidad sufre un incremento espectacular con la temperatura. Estas reacciones se llaman, por tanto, reacciones termonucleares (inducidas por calor). Hablando en términos estrictos, la palabra “termonuclear” denota que los núcleos tienen un rango (o distribución) de energías característico para cada temperatura. Este hecho es importante, al posibilitar las reacciones de fusión rápidas mediante un incremento de la temperatura.

El desarrollo de las bombas de hidrógeno era imposible antes de que se perfeccionaran las bombas A, dado que sólo éstas podían proporcionar la tremenda cantidad de calor necesaria para iniciar la fusión de los átomos de hidrógeno. Los científicos atómicos consideraban las bombas A como el detonador del dispositivo termonuclear proyectado.