Desde que empecé con Ciencia de Sofá me han llegado varios mensajes preguntándome cómo funcionan las bombas atómicas. Ha llegado el día de explicarlo.
Recomiendo que, antes de seguir leyendo, echéis un ojo a esta entrada sobre uranio empobrecido y a esta otra sobre el agua pesada, donde explicaba qué son la radiación y los isótopos.
La primera prueba con un dispositivo de fisión nuclear, Trinity (1945). Fotografía tomada 16 milisegundos después de la detonación. El «hongo» en formación mide unos 100 metros de diámetro. Crédito: wikimedia commons.
Las bombas atómicas están basadas en la fisión de los núcleos atómicos de plutonio o de uranio enriquecido (que no es más que una manera de decir una masa de uranio que tiene mucho isótopo U-235). Y, cuidado, que hablamos de fisión, no de fusión. La fisión consiste en destrozar los núcleos de los átomos mientras que la fusión se dedica a unirlos.La fisión funciona de la siguiente manera.
Un átomo es radiactivo cuando tiene tantos neutrones que su núcleo no es estable, así que tenderá a soltar de algún neutrón sobrante lanzándolo en una dirección aleatoria. Lo que llamamos radiación, por tanto, son éstas partículas expulsadas por núcleos atómicos inestables.
No hay manera de predecir cuándo un átomo inestable soltará un neutrón pero, como es un proceso muy energético y puedes aprovecharlo para generar trabajo, es posible forzar la situación desestabilizándolo de manera artificial para que lo suelte cuanto antes. Para desestabilizarlo, basta con pegarle una buena castaña y a nivel subatómico. Esto se hace disparándole otro neutrón que se incruste en el núcleo, de manera que el átomo esté más incómodo aún y le entren más ganas de deshacerse de alguno de ellos.
Como hemos dicho, este proceso libera una gran cantidad de energía así que, ¿No sería estupendo que este neutrón forajido consiguiera golpear otro átomo radiactivo y que éste soltara también otro? Claro que lo sería, pero el ese neutrón saldrá disparado de nuestro átomo en una dirección aleatoria que no podemos predecir. La solución, obviamente, es rodear al átomo de los mismos núcleos inestables. Así, salga en la dirección que salga el proyectil, estamos seguros de que impactará contra otro núcleo atómico.
Pasar neutrones de uno en uno es útil si lo que quieres es una cantidad de energía muy controlada. Más o menos, es el método que usan en las centrales nucleares para producir energía: el lento intercambio de neutrones calienta el material radiactivo y ese calor se aprovecha para evaporar agua.
Pero si lo que queremos es desatar el poder de la fisión nuclear, control es lo último que buscamos.
El objetivo de una explosión atómica es que cada átomo libere la mayor cantidad de energía posible. Se fabrican las bombas para que de cada núcleo atómico quede despedazados y salgan disparados unos cuantos neutrones que puedan impactar contra varios átomos, romperlos, y hacer que éstos liberen más neutrones, los que a su vez impactarán contra otros átomos y así hasta que los 151.800 trillones de átomos (en el caso de la bomba de fisión pura más grande jamás fabricada) de material fisible se hayan agotado.
Para ello, una bomba atómica contiene en un núcleo de plutonio con masa supercrítica (la masa necesaria para que la fisión aumente de manera exponencial) rodeado de explosivos convencionales de alta potencia. Cuando estos explosivos detonan, comprimen el material y obligan a los neutrones a escapar de los átomos que los contienen, con lo que el núcleo central de material fisible se convierte en el deseado caos de neutrones siendo disparados en todas direcciones, destrozando los núcleos atómicos y liberando a su vez más neutrones mientras la temperatura se dispara.
La potencia de las bombas atómicas se mide en tons, o toneladas, dicho en castellano. Un ton equivale a la explosión igual a la de una tonelada de TNT, aunque la mayoría de veces se habla de kilotones, (es decir, miles de toneladas) debido a la naturaleza violenta de estas reacciones. El siguiente vídeo es lo más cercano que hemos encontrado a la detonación de una tonelada de material explosivo (aunque probablemente no sea TNT).
www.youtube.com/watch?v=FAYVMXYYAp4
La bomba atómica que cayó sobre Hiroshima tenía una potencia de 13 a 18 kilotones (13.000-18.000 toneladas de TNT) y la de Nagasaki de 20 a 22 kilotones (20.000 a 22.000 toneladas de TNT). Es decir, que tenían de 13.000 a 22.000 veces la fuerza de la bomba del vídeo.
En las dos ciudades se observó más o menos el mismo patrón de daños: un radio de 1.6 kilómetros desde el punto de la explosión quedó devastado (menos las estructuras de hormigón armado), los edificios a una distancia de 1.6 a 3.2 kilómetros del mismo punto sufrieron daños graves y a partir de esa distancia los daños fueron superficiales. Los cristales de las ventanas se rompieron hasta casi 20 kilómetros de distancia.
Crédito: wikimedia commons.
En Hiroshima fueron destruidos el 67% de los edificios, mientras en Nagasaki este porcentaje representa el 40.2% entre dañados y destruidos.
Usando estos datos como referencia, podemos comparar, más o menos, el poder destructivo máximo del arsenal atómico actual.
La King Ivy, por ejemplo, es la bomba atómica (de fisión) más potente jamás probada con una potencia de 500 kilotones o 500.000 toneladas de TNT. Es decir, entre 27 y 38 veces más tonelaje que las de Hiroshima y Nagasaki. Eso no significa que si una bomba atómica arrasa un radio de 1 kilómetro, una 27 veces más potente vaya a arrasar 27 kilómetros. Hay que tener en cuenta que cuanto más se aleja la onda expansiva del punto de la explosión, más le cuesta a esta avanzar.
Aunque esta potencia no es ninguna broma, las armas basadas en la fisión son meras flatulencias comparadas con las bombas que aprovechan la fusión nuclear, que extraen su energía de la fusión entre los núcleos atómicos, lo mismo que hace brillar las estrellas.
Estos dispositivos son tan exageradamente potentes que utilizan explosiones atómicas sólo para activar la reacción de fusión nuclear. De estas armas, la más potente es la Tsar Bomba, fabricada por la URSS en la década de los sesenta y que tiene una potencia de 57 megatones. Esto son 57 millones de toneladas de TNT. A su vez, es 114 veces más potente que la King Ivy o, por decirlo de otra manera, tiene mayor poder destructivo que todos los explosivos utilizados durante la segunda guerra mundial, combinados y multiplicados por diez. Lo más impactante del asunto, de todas maneras, es que el diseño inicial estaba pensado para que la bomba desarrollara 100 megatones.
Rusos.
Y aquí me despido con la imagen de la detonación de una bomba termonuclear con una potencia de 15 megatones.
Prueba de la bomba termonuclear Castle Bravo, de 15 megatones. En vídeo, haciendo click aquí.
