"Arromboidéese sobre el diván y disfrute de su filete frito sobre roca del Sáhara con extractos de moho amazónico, mientras lee posts de lo más interesantes"

10 nov. 2010

Así funciona un arma nuclear. Parte I


Todos hemos oído hablar de ellas alguna vez. Algunos les temen, otros las admiran, hay quien simplemente las ignora; pero lo que esta claro es que para toda persona que aprecie un mínimo la ciencia resultan interesantes. ¿Quien no se ha preguntado alguna vez como funcionan? Como se puede producir tan enorme devastación con un artefacto que en esencia... ¡¡¡No es mas grande que una bomba de uso militar común!!!Envueltas siempre en un halo de secretismo de estado en esencia producto de la guerra fría, en este mi primer articulo para este blog voy a intentar desenmarañar dicho misterio ( dentro de lo que es posible, pues aun a día de hoy... era de las telecomunicaciones y de la información, siguen siendo tremendamente secretas ) y explicar a grandes rasgos su funcionamiento. Desde las primeras bombas de fisión como las de Hiroshima y Nagasaki que tenían poco mas que un par de decenas de Kilotones, hasta las cataclismicas bombas multimegatonicas de la guerra fría.
Señoras y señores, ponganse cómodos y bienvenidos al "show de los horrores"

Un poco de historia

El primer país del mundo en intentar desarrollar la bomba atómica de forma seria y decidida fue la Alemania de Hitler, en un afán de poseer un arma terriblemente poderosa con la que poder alcanzar sus ambiciones de dominacion ya fueran mediante su uso practico o mediante intimidación. Sin embargo el programa nuclear alemán estuvo repleto de dificultades; desde científicos que no estaban familiarizados con el trabajo practico de ese campo, pasando por
sabotajes de comandos británicos, e incluso científicos alemanes contrarios a Hitler que
solapadamente falseaban resultados o arruinaban sutilmente experimentos para retrasar la investigación.
Al final de la segunda guerra mundial con Hitler derrocado y los aliados repartiéndose los territorios de los vencidos, el gobierno estadounidense determino que finalmente el programa nuclear aleman no habia llegado a desarrollarse por completo.
Algo menos de 3 años antes estados unidos había comenzado su propio programa nuclear conocido como "Proyecto Manhattan" en una ciudad laboratorio industrial emplazada en Los alamos ( Nuevo México ) con el fin de enriquecer uranio y desarrollar la bomba atómica.
El 16 de julio de 1945 en el desierto de Alamogordo ( Nuevo Mexico ) tuvo lugar la primera detonacion nuclear de la historia. Se la denomino prueba "trinity" y el artefacto nombre en clave
"Gadget" basado en un diseño de implosión de plutonio ( algo que explicaremos mas adelante ) desarrollo una potencia total de 20KT ( 1KT = 1.000 toneladas de TNT ) y pocos días después lo hacían otras dos bombas de potencias similares sobre Hiroshima y Nagasaki con 12,5 kilotones y 22 respectivamente. Era el comienzo... de la era Nuclear

Conceptos básicos

Para comprender el funcionamiento de uno de estos monstruos es necesario hacer primero una pequeña explicación de determinados conceptos sin los cuales es imposible comprender su funcionamiento.
Intentare definirlos de la forma mas breve y clara posible:

-Reaccion en cadena: es el proceso en el que los núcleos atómicos de un elemento son divididos en dos partes por un bombardeo de partículas subatómicas (normalmente neutrones ). Dichos núcleos al dividirse producen grandes cantidades de energía en forma de radiación ionizante y
varios neutrones mas que impactaran con nuevos núcleos y así sucesivamente. ¿Alguna vez le has contado a un amigo una anecdota curiosa y este se lo ha contado a dos mas, y estos dos a otros mas cada uno etc etc? Pues en esencia es eso.
Dicha reacción es la base fundamental de la energía destructiva de una detonación nuclear.

-Masa critica: es la cantidad de material fisible mínima necesaria para poder sostener una
reacción en cadena. Sin esa cantidad de material una bomba nuclear jamas podrá detonar.
La masa critica del Plutonio-239 ( base de cualquier arma nuclear moderna ) es de 10kg para ser exactos

-Masa subcrítica: es una cantidad de masa de material fisible próxima a poder sostener la
reacción en cadena, pero que no llega.
Tiene su utilidad en este campo como se vera mas adelante

Funcionamiento

¿Comencemos con lo interesante no?
Hemos visto que las bombas nucleares están basadas en una reacción en cadena descontrolada que provoca enormes cantidades de energía, pero antes de entrar de lleno en materia vamos a nombrar los dos tipos de armas nucleares que podemos encontrar hoy en día militarizadas.

La bomba de fisión o bomba A:
Básicamente aprovecha la energía de la ruptura fortuita de gran cantidad de núcleos atómicos en estado de masa critica que son bombardeados con neutrones.
Esto se puede lograr de dos modos, mediante el ensamblaje de cañón o mediante el de implosión. nos centraremos en el de implosión por ser el standard, ya que el de cañón cayó en desuso haya
por los años 50 y no tendría mucho sentido explicarlo.

La bomba de fusión o bomba de hidrógeno, bomba H o bomba Termonuclear:
Su planteamiento es complétamente opuesto. Obtiene su energía de la unión de dos núcleos atómicos en otro mas grande.
Son tremendamente mas poderosas que las bombas de fisión, pero tienen un pequeño problemilla... no se puede iniciar una reacción de fusión sin aplicarle grandísimas cantidades de energía, es por ello que toda bomba de fusión requiere de una pequeña bomba de fisión en su estructura para "encender la mecha"

El gordito ( ensamblaje de implosión )

Bien ahora empezamos con lo divertido ( enserio ahora si XD ).
para hacer funcionar una bomba de fisión de implosión necesitamos básicamente:
-material fisible ( plutonio-239)
-un iniciador de neutrones ( deuterio-tritio )
-una coraza de acero o plutonio-238
-explosivo plástico convencional de alta potencia

Imaginemos que la estructura interna del plutonio a fisionar es una alambrada común de las que encontramos en los aparcamientos, y que un neutrón para impactar en el plutonio es una
pequeña piedrecilla, ¿deacuerdo? ¿que ocurre si colocamos varias de esas alambradas una detrás de otra con una separación de varios metros y lanzamos la piedrecilla? Bueno... posiblemente la piedrecilla pase entre medias de los agujeritos y se pare sin lograr impacto. ¿Pero y si ahora
cogemos y ponemos las mismas alambradas separadas por solo unos pocos centímetros? Puede pasar la primera, la segunda y la tercera, pero casi seguro que por el camino golpea con alguna de ellas. Bien mis queridos alumnos, eso es la masa critica, una cantidad de material fisible que garantiza que los neutrones impactaran en su camino con alguno de los núcleos. Sin embargo las bombas atómicas no utilizan una masa critica, sino una subcrítica, ¿cual es el motivo de esto, si ya comentamos que anteriormente que una masa subcrítica no puede fisionar? Sencillo, si hubiera
que usar tanto material fisible la bomba seria muy grande y poco practica, ademas de que habria
un riesgo constante de detonación accidental. Vale todo eso es muy bonito ¿pero como conseguimos que esa masa critica fisione? Eso es lo que vamos a explicar a continuación.

En el centro una esfera de plutonio-239 subcrítica colocaremos un pequeño iniciador de
neutrones que se encargara de bombardear los núcleos de plutonio para que fisionen, pero que por el momento no hace nada por que no esta en masa critica. Esta esfera la rodeamos con acero o berilio ( para reflejar los neutrones y que reboten de nuevo hacia el material fisible consiguiendo así mas núcleos rotos y por ende mas eficiencia ). Por ultimo esta esfera de varias capas la rodeamos con una capa de explosivos normales totalmente simetrica que cuando detonen formaran una onda expansiva perfecta que comprimira la esfera de plutonio "acercando las alambradas" es decir convertirá la masa subcrítica en critica.
Es entonces cuando comienza el espectáculo, los neutrones que salen disparados en todas
direcciones del iniciador de neutrones del centro de la esfera comienzan a romper átonos del plutonio, estos a su vez generan mas neutrones que causan el mismo efecto. A su vez el escudo
de berilio o acero que rodeaba la esfera rebota hacia el plutonio por segunda vez a los que intentan escapar; de esta forma la reacción en cadena se descontrola y produce cantidades de energía desmesuradas que al interactuar con el aire circundante a la explosión provocan una gigantesca bola de fuego que se eleva formando la característica nube en forma de "seta" que todos conocemos.

Para que se entienda el proceso de una forma mas gráfica adjunto aquí un GIF animado.
No es mio, el merito es todo de Yuri, un blogger del que he aprendido mucho sobre este tema.



En el próximo capitulo explicaremos como funcionan las Bombas Termonucleares que superan en potencia a las ya explicadas del orden de miles o incluso decenas de miles de veces.
Esta ha sido mi primera entrada en el blog, así que tendré que ir mejorando poco a poco. Ante cualquier duda, o cualquier cosa que no entendáis no vacileis en preguntármelo y yo intentare aclararlo un poco mas

3 comentarios:

Impresionante! Gran artículo, me ha encantado de verdad, esta bien explicado y completisimo, ya estoy esperando la segunda parte!

gracias platter. para mi no esta bien explicado del todo, pero se agradece el cumplido, me alegro de que te haya gustado.
el proximo que tratara sobre las armas termonucleares de fusion ( las mas usadas hoy en dia ) es aun mas complejo, de hecho aun estoy pensando en como voy a explicarlo. habra que esmerarse ;)

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