Resultados encuesta: 6 meses después de que empezaran los accidentes nucleares de Fukushima, ¿cuál crees que va a ser el futuro próximo de la energía nuclear de fisión?

Resultados encuesta septiembre 2011.

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Resultados encuesta de la Pizarra de Yuri, septiembre 2011: Seis meses después de que empezaran los accidentes nucleares de Fukushima, ¿cuál crees que va a ser el futuro próximo de la energía nuclear de fisión?

Resultados encuesta de la Pizarra de Yuri, septiembre 2011: Seis meses después de que empezaran los accidentes nucleares de Fukushima, ¿cuál crees que va a ser el futuro próximo de la energía nuclear de fisión?

Una vez cerrada la decimotercera encuesta, realizada entre el 1 y el 30 de septiembre de 2011 (inclusives), los 608 votos emitidos han dado lugar a los siguientes resultados en detalle:

Seis meses después de que empezaran los accidentes nucleares de Fukushima, ¿cuál crees que va a ser el futuro próximo de la energía nuclear de fisión?

 

  1. Se quedará más o menos como está ahora: 225 (37,01%)
  2. Con Fukushima o sin Fukushima, será una de las fuentes de energía claves para el futuro próximo: 191 (31,41%)
  3. Irá desapareciendo poco a poco hasta quedar reducida a algunas aplicaciones específicas: 173 (28,45%)
  4. Tengo otra opinión: 19 (3,13%)

Los porcentajes pueden no totalizar el 100% debido a los redondeos decimales.

Esta encuesta no es científica. Sólo refleja la opinión de aquellas personas que eligieron participar.
Los resultados no representan necesariamente la opinión del público, de los usuarios de Internet en general o de los lectores de La Pizarra de Yuri en su totalidad.

Encuesta de octubre:

Sin calculadora (y sin consultarlo), ¿sabrías resolver ahora mismo una raíz cuadrada?

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Así funciona una central nuclear

Energía nuclear de fisión.


La película El Síndrome de China (1979) sigue conteniendo una de las mejores explicaciones sencillas del funcionamiento de una central nuclear.
Sin embargo, hoy intentaremos profundizar un poquito más.

Pues… que me he dado cuenta de que aquí hemos hablado con detalle sobre armas nucleares, termonucleares e incluso del juicio final. Y sobre las perspectivas de la fisión y de la fusión, sobre los héroes y mitos de Chernóbyl, sobre la central nuclear más grande del mundo, mil cosas… pretendo incluso elaborar un todavía futuro post sobre lo sucedido de verdad en Chernóbyl (ya te dije, resulta más difícil distinguir la paja del grano de lo que parece, y ese quiero que sea riguroso y documentado hasta el extremo)… pero aún no he explicado cómo funciona realmente una central nuclear y el ciclo de su combustible. Yo, que soy así de chulo. :-/

La central nuclear de Cofrentes vista desde el pueblo. Foto de la Pizarra de Yuri.

La central nuclear de Cofrentes (Valencia) vista desde el pueblo. Contiene bajo la cúpula un reactor de agua en ebullición (BWR) que produce 1.092 MWe. (Clic para ampliar)

Producción, demanda y balance de importación - exportación de la Red Eléctrica de España

Producción, demanda y balance importador/exportador de la Red Eléctrica de España, 1995-2010. Datos tomados de los informes mensuales en www.ree.es/operacion/balancediario.asp (Clic para ampliar)

Seguramente sabrás, y si no ya te lo cuento yo, que una central nuclear es una fábrica de electricidad. Cualquier día típico en España, las centrales nucleares producen uno de cada cinco vatios que consumimos para mover nuestras vidas (¿te imaginas un mundo sin electricidad?). Esta cifra del 19%, que antes era mayor (hace quince años era del 35%), es ahora similar a la de los Estados Unidos o el Reino Unido. Por el momento, vamos servidos: España es, desde hace más de un lustro, exportador neto de electricidad (sí, exportador; y sí, desde mucho antes de la crisis: si te han dicho otra cosa, te han mentido. Observa que en los informes de la REE el saldo importador aparece en positivo y el exportador en negativo).

Una central nuclear es, además, un tipo particular de central térmica. Es decir: la energía eléctrica se produce generando calor. En las centrales térmicas corrientes se utilizan grandes quemadores a carbón, gas natural o derivados del petróleo como el gasoil, bien sea en ciclo convencional o en ciclo combinado, con o sin cogeneración. En todo caso se trata, básicamente, de calentar agua en unas calderas hasta que ésta se convierte en vapor con fuerza suficiente como para hacer girar una turbina según los ciclos de Carnot y Rankine. El eje rotativo de la turbina impulsa a su vez el de uno o varios alternadores, que son los que producen la energía eléctrica en sí. Cuando hablamos de estos grandes generadores instalados en las centrales eléctricas y conectados a potentes turbinas de vapor, se suelen denominar turboalternadores.

La pura verdad es que no resulta un método muy eficiente: se pierde aproximadamente entre una tercera parte y las dos terceras partes de la energía térmica producida (y por tanto del combustible consumido) debido a las ineficiencias acumulativas de estos mecanismos y a las limitaciones teóricas del ciclo de Carnot. Toda central térmica del presente, nuclear o convencional, necesita producir entre dos y tres vatios térmicos para generar un vatio eléctrico. Esto es: uno o dos de cada tres kilos o litros de su valioso combustible –petróleo, gas natural, carbón, uranio– se malgastan en estropear cosas caras dentro de la instalación y ocasionar contaminación térmica en el exterior. Típicamente, una central nuclear capaz de generar mil megavatios eléctricos debe producir tres mil térmicos. Es lo que hay. Si se te ocurre alguna manera de mejorarlo, no dejes de comentármelo, que tú y yo tenemos que hablar de negocios. :-D

Así pues, la clave de toda central térmica consiste en calentar agua para producir vapor que haga girar unas turbinas y con ellas unos alternadores eléctricos. En el caso particular de una central nuclear, este calor se origina por medios… eso, nucleares. :-) Específicamente, hoy por hoy, mediante la fisión de átomos pesados e inestables como algunos isótopos del uranio. Veámoslo.


Cualquier cosa capaz de hacer girar el eje de un alternador producirá energía eléctrica.
Arriba, un alternador manual;
abajo, el eje de un gigantesco generador hidroeléctrico en la Presa Hoover, Estados Unidos.

Fisión nuclear y reacción en cadena.

Ya te conté un poquito de cómo va esto de la fisión y la reacción en cadena en Así funciona un arma nuclear. Vamos a repasarlo por encima, centrándonos en esta aplicación civil. Como sabes, existen algunas sustancias en la naturaleza que son radioactivas. ¿Qué quiere decir esto? Bueno, su propio nombre nos da una pista: radio-activas. O sea: no son totalmente inertes desde el punto de vista físico, como cualquier otro piedro, líquido o gas. Por el contrario, los núcleos de sus átomos presentan una actividad física que se expresa en forma de radiación; para ser más exactos, en forma de radiaciones ionizantes. Estas radiaciones son más energéticas y pueden causar más alteraciones en la materia que las no ionizantes, como las que emite una televisión de tubo, una antena de radio o un teléfono móvil.

¿Por qué se produce esta radioactividad? Para contestar a eso hay que responder primero a otra pregunta: ¿por qué algunos núcleos atómicos no son estables? Esto se debe a que la configuración de protones y neutrones en su núcleo es anómala y tiende a un estado de menor energía. Veámoslo con un ejemplo, que ya introdujimos en Así funciona un arma termonuclear. La mayor parte del carbono que nos compone (a nosotros y a otro buen montón de cosas en este universo) es carbono-12 (12C). Se llama así porque tiene en su núcleo seis protones y seis neutrones: en total, doce partículas. Este es un núcleo estable, que no tiende espontáneamente a un estado de menor energía bajo condiciones corrientes. El hecho de tener seis protones en su núcleo es lo que hace que sea carbono; este número no debe variar o pasará a ser otra cosa.

Algunos isótopos del carbono: carbono-12, carbono-13 y carbono-14.

Algunos isótopos del carbono: carbono-12, carbono-13 y carbono-14.

Sin embargo, su número de neutrones sí que puede variar, y seguirá siendo carbono. Por ejemplo, cuando tiene seis protones y siete neutrones (total, trece partículas) estamos ante el carbono-13 (13C). El carbono-13 es también estable en condiciones estándar y, de hecho, aproximadamente el 1,1% del carbono natural (incluyendo el que forma nuestro cuerpo) pertenece a esta variante. Como sigue siendo carbono, sus propiedades químicas (y bioquímicas) son prácticamente idénticas; las físicas varían un poquito, pero muy poco.

Si este núcleo presenta un neutrón más, entonces estamos ante el carbono-14 (14C), que constituye una billonésima parte del carbono natural y está compuesto por seis protones y ocho neutrones. ¡Ah! Aquí cambia la cosa. Esta combinación ya no es estable: tiende a perder energía (y algún neutrón) para transformarse en otra cosa. Sus propiedades químicas y bioquímicas siguen siendo las mismas, pero las físicas difieren sustancialmente. Entre estas diferencias, de manera muy notoria, surge la radioactividad. Con el paso del tiempo, estos núcleos de carbono-14 van a sufrir transmutación espontánea para convertirse en otra cosa. Por ejemplo, en una muestra de carbono-14, la mitad de sus átomos transmutarán en 5.730 años aproximadamente. Cualquiera de ellos puede hacerlo en cualquier momento, por mero azar.

El carbono-14 lo hace por desintegración beta negativa: uno de sus neutrones se reajusta, pierde una carga negativa (en forma de un electrón) y con eso deja de ser neutrón (sin carga) y pasa a tener una carga positiva, con lo que ahora es un protón. Dicho en términos sencillos: un neutrón (neutro, como su nombre indica) «expulsa un negativo» para «quedarse en positivo». Y al «quedarse en positivo» ya no es un neutrón, porque ya no es neutro: se ha convertido en protón (que es positivo). Con lo que ahora tenemos en el núcleo siete protones y siete neutrones. ¿Hemos dicho siete protones? ¡Entonces ya no puede ser carbono! Acaba de transformarse en nitrógeno, un gas en condiciones estándar con propiedades físico-químicas totalmente distintas; para ser exactos, en nitrógeno-14 (14N), el nitrógeno común. Sí, como en la transmutación que soñaban los alquimistas y que finalmente resolvió la física nuclear. (Observa que durante este último proceso el número de partículas en el núcleo no ha cambiado. Lo que ha cambiado es su naturaleza y configuración.)

Uranio-235 altamente enriquecido.

Uranio-235 altamente enriquecido. Rebajado con uranio-238 y dispuesto en forma de pastillas, constituye el combustible más frecuente de las centrales nucleares.

¿Y qué pasa con el electrón («el negativo») que ha emitido? Pues que escapa hacia el exterior, y además lo hace con una cierta energía: 156.000 electronvoltios. Estamos ante la radiación beta. Ya tenemos nuestra radioactividad.

Los núcleos atómicos pueden decaer y desintegrarse de distintas maneras, lo que ocasiona los distintos tipos de radioactividad. Pueden hacerlo en forma de un pequeño grupo de dos protones y dos neutrones (o sea, un núcleo de helio-4), que se llama partícula alfa y constituye la radiación alfa. O como acabamos de ver, emitiendo un electrón o un positrón, lo que forma la radiación beta. O en forma de fotones muy energéticos, de naturaleza electromagnética, que da lugar a la radiación gamma y X. O lanzando neutrones libres, en lo que viene a ser la radiación neutrónica. Cada una de ellas tiene unos efectos y una peligrosidad diferentes, pero todas son distintas manifestaciones del mismo fenómeno: la radioactividad. Todas estas emisiones son capaces de desarrollar trabajo, hacer cosas; entre otras, producen calor. Este calor es el que vamos a utilizar para calentar el agua que moverá las turbinas y con ellas los generadores de electricidad.

Algunos núcleos resultan tan inestables que además son fisionables. Es decir: no se conforman con hacerse retoques aquí y allá, sino que se parten en otros núcleos más pequeños. Al hacerlo, despiden una notable cantidad de energía en forma de energía cinética de los fragmentos, fotones (radiación gamma) y neutrones libres. De manera espontánea, esto sólo ocurre con núcleos muy grandes y pesados, que pueden contener unas configuraciones de lo más raro. Entre estos se encuentra el torio-232 (232Th) o el uranio-238 (238U).

Unos pocos núcleos fisionables son además fisibles. Es decir: la energía que emiten cuando se rompen es tan alta, su estabilidad resulta tan pobre y su sensibilidad al impacto de los neutrones libres es tan elevada que pueden fisionarse entre sí muy rápidamente, intecambiando neutrones una y otra vez. Cuando esto sucede, estamos ante la reacción en cadena: la fisión espontánea de un solo núcleo puede romper varios más, que a su vez rompen muchos más, y así hasta que se agote el material fisible. Hay muy pocos isótopos que reúnan estas condiciones; en la práctica, sólo dos sirven para producir energía de fisión a gran escala. Uno está presente en la naturaleza: el uranio-235 (235U). El otro hay que producirlo artificialmente: se trata del plutonio-239 (239Pu). Hay algunos más, todos ellos sintéticos, como el uranio-233 (233U).


La reacción en cadena. Un neutrón fragmenta un núcleo fisible, lo que produce más neutrones que fisionan los de alrededor, y así sucesivamente hasta que se agota el material o la reacción se contamina demasiado. Cada una de estas fisiones produce energía que se plasma, entre otras cosas, en forma de calor.

Es posible que hayas oído también hablar del torio como combustible para la fisión nuclear. Hablaré de ello con más detalle próximamente, pero ya te adelanto que no es ni con mucho la «solución mágica» que algunos pretenden.

Pila Chicago 1

La Pila Chicago-1, en Estados Unidos, donde Enrico Fermi y Leó Szilárd consiguieron la primera reacción en cadena autosostenida de la historia.

Masa crítica.

Hecho este inciso, sigamos. ¿Cómo se consigue la reacción en cadena? Pues es muy sencillo: simplemente acumulando el suficiente material fisible. Sí, sí, si echas el suficiente uranio-235 enriquecido o plutonio-239 en un cubo, él solito se activará y comenzará a producir energía. De hecho, así ocurren los accidentes de criticidad, como los dos del famoso núcleo del demonio en el Laboratorio Nacional Los Álamos.

¿Cómo es esto posible? Sencillo. En cualquier masa de material fisible hay siempre algún átomo sufriendo fisión espontánea, que vimos más arriba. Si no hay mucho material, los neutrones generados escapan al medio exterior y la reacción en cadena no se produce. Pero cuando se alcanza cierta cantidad de material fisible, la probabilidad de que estos neutrones alcancen a otros núcleos durante su fuga se incrementa; entonces, estos núcleos fisionan y producen más neutrones. Ya tenemos la reacción en cadena.

En consecuencia, por el simple hecho de echar suficiente material fisible en una piscina de agua, éste sufrirá una reacción en cadena y el agua se calentará. Usando uranio-235 puro, bastaría con unir las dos mitades de una esfera de 52 kg dentro de una balsa y tendrías tu reactor nuclear. Claro, la cosa no es tan sencilla. Para empezar, tú no quieres hacer eso; porque si lo haces, obtendrás una excursión instantánea de energía nuclear y con ella uno de esos bonitos accidentes de criticidad abierta que se parecen a una bomba atómica floja aunque no sean realmente una bomba atómica. Y luego, ¿cómo lo paras?

El primer reactor nuclear de la historia fue la Pila Chicago-1, creada por Enrico Fermi y Leó Szilárd: un precario montaje de madera que soportaba capas alternas de grafito mezclado con seis toneladas de uranio puro junto a otras 34 de óxido de uranio. El grafito es un potente moderador neutrónico capaz de ralentizar los neutrones rápidos producidos por la fisión y transformarlos en neutrones térmicos (los alemanes tuvieron un error con el grafito y por eso no pudieron completar nucna un reactor operativo).  Esto tiene dos efectos. El primero es que facilita la fisión entre todo ese material disperso: los neutrones rápidos son demasiado energéticos y tienden a escapar al exterior, mientras que los térmicos están en su punto justo para mantener la reacción en cadena. El segundo es que lo puedes utilizar para acelerar y decelerar la reacción a tu gusto. Sin embargo, la Pila Chicago-1 sólo usaba el grafito para la primera función; la segunda quedaba asegurada mediante unas barras de cadmio, que absorbe los neutrones. Esto dio lugar al peculiar puesto de trabajo del hombre del hacha, quien debía cortar la cuerda para que estas barras cayeran de golpe si todo saliera mal. A las 3:25 de la tarde del día 2 de diciembre de 1942, esta Pila Chicago-1 situada en la ciudad estadounidense del mismo nombre produjo la primera reacción en cadena sostenida de la historia de la humanidad. Comenzaba así la Era Atómica.

Gráfica de intensidad neutrónica de la Pila Chicago-1

Gráfica de intensidad neutrónica de la Pila Chicago-1, el 2 de diciembre de 1942. Puede observarse el momento en que la reacción en cadena neutrónica se dispara por sí misma y no deja de aumentar hasta que se insertan las barras de control.

Las centrales nucleares modernas.

Tomemos como ejemplo la Central Nuclear de Cofrentes (Valencia), que me pilla cerca de casa. Cofrentes es un diseño estadounidense, desarrollado por General Electric, que se llama de reactor de agua en ebullición (BWR). Es el segundo diseño más popular entre los utilizados comúnmente en Occidente,  sólo por detrás del reactor de agua a presión (PWR). Veamos una representación esquemática de este BWR:

Diseño esquemático BWR de la Central Nuclear de Cofrentes (Valencia)

Diseño esquemático BWR de la Central Nuclear de Cofrentes (Valencia). (Iberdrola) (Clic para ampliar)

Vamos a concentrarnos en la parte central derecha de la imagen anterior, que es donde se genera la energía y se halla distribuida del siguiente modo:

Distribución general de los edificios de reactor, combustible y turbinas en la Central Nuclear de Cofrentes

Distribución general de los edificios de reactor, combustible y turbinas en la Central Nuclear de Cofrentes. (Iberdrola) (Clic para ampliar)

…y específicamente en el reactor, donde se produce la energía térmica que luego convertiremos en eléctrica. Ya dijimos que las centrales térmicas son muy poco eficientes: este reactor en particular genera 3.237 megavatios térmicos; sin embargo, la potencia final resultante es de 1.092 megavatios eléctricos. Eso es un 33,7%, apenas un pelín más de la tercera parte. Expresado de otra manera, el 66,3% de la producción (o sea, del valioso combustible nuclear) se pierde por las vías ya mencionadas (sin contar la emisión neutrínica que se funde casi el 5% antes incluso de empezar a producir energía térmica).

Detalle esquemático del reactor nuclear de Cofrentes.

Detalle esquemático del reactor nuclear de Cofrentes. 1.- Venteo y rociador de la tapa. 2.- Barra para izado del secador. 3.- Conjunto del secador de vapor. 4.- Salida de vapor. 5.- Entrada para rociadores del núcleo. 6.- Conjunto de separadores de vapor. 7.- Entrada de agua de alimentación. 8.- Distribuidor de agua de alimentación. 9.- Entrada de la inyección de refrigerante. 10.- Tubería de rociadores del núcleo. 11.- Distribuidor para rociadores del núcleo. 12.- Guía superior. 13.- Bombas de chorro. 14.- Envolvente del núcleo. 15.- Elementos combustibles. 16.- Barra de control. 17.- Placa soporte del núcleo. 18.- Entrada de agua de recirculación. 19.- Salida de agua de recirculación. 20.- Soporte de la vasija. 21.- Blindaje del reactor. 22.- Accionadores de las barras de control. 23.- Tuberías de accionamiento hidráulico de las barras de control. 24.- Detectores internos de neutrones. (Iberdrola)

El reactor es una vasija de acero SA-533 GrB con revestimiento interior inoxidable, de 21,3 metros de altura por 5,53 de diámetro; el grosor mínimo del acero asciende a 13,6 cm, para soportar una presión máxima de 87,5 kg/cm2 (unas 84,7 atmósferas). Los reactores BWR utilizan agua destilada corriente como refrigerante y como moderador, por lo que aquí no nos encontramos con grafito ni agua pesada ni nada de eso; pero, por esta razón, requiere para funcionar uranio ligeramente enriquecido en el isótopo fisible 235U. En el caso particular de Cofrentes, utiliza uranio enriquecido al 3,6% (el llamado uranio natural tiene un 0,7% de 235U).

Este combustible está organizado en forma de pequeñas esferas o perdigones de dióxido de uranio, introducidos en varillas y ensamblajes de un material que se llama zircaloy. El zircaloy es una aleación compuesta en su gran mayoría por zirconio. El zirconio, un metal, tiene una característica peculiar: es muy transparente a los neutrones. O sea: los neutrones que aseguran el sostenimiento de la reacción en cadena pueden pasar libremente a su través, saltando de barra en barra.

Para el uranio natural, el agua corriente (agua ligera) es un absorbente neutrónico y bloquea la reacción en cadena. Sin embargo, con este uranio enriquecido al 3,6%, la radiación neutrónica es lo bastante intensa para mantenerla y entonces el agua ligera actúa de moderador como si fuera grafito o agua pesada. Esto presenta varias ventajas significativas. La primera es que el agua ligera destilada sale enormemente más barata y accesible que el agua pesada. Al mismo tiempo, no presenta el riesgo de incendio del grafito (en Chernóbyl, el incendio principal fue un incendio de grafito). Sirve para transportar el calor producido. Y, adicionalmente, el flujo y temperatura del agua se pueden utilizar en el control de la reacción.

Pero el control principal corre por cuenta de 154 barras de carburo de boro, un poderoso absorbente neutrónico con poca tendencia a crear isótopos raros como resultado de esta absorción. Cuando se insertan estas barras entre las de combustible, atrapan los neutrones producidos por la fisión del uranio presente en estas últimas y deceleran o interrumpen la reacción en cadena. Al extraerlas, permiten la circulación de los neutrones y el reactor se acelera.

La lógica del invento resulta bastante sencilla. Hemos quedado en que la mera acumulación de un material fisible como el uranio-235 inicia espontáneamente una reacción en cadena, cuya intensidad depende fundamentalmente del enriquecimiento y de la densidad; esta reacción se produce porque los neutrones emitidos en cada fisión espontánea pueden alcanzar otros átomos de uranio-235, haciéndolos fisionar a su vez, y así sucesivamente.

En un reactor recién cargado pero aún parado tenemos las barras de combustible introducidas en el agua, lo que debería iniciar de inmediato esta reacción en cadena espontánea; sin embargo, hemos metido por entre medias las barras de control, el absorbente neutrónico, con lo que los neutrones no pueden saltar de barra en barra y por tanto la reacción no se produce o lo hace con una intensidad muy pobre.

Entonces, para poner en marcha la central comenzamos a extraer las barras de control (de absorbente neutrónico). Las fisiones espontáneas en los núcleos de uranio-235 (o, para el caso, plutonio-239) comienzan a lanzar neutrones en todas direcciones, y específicamente hacia las demás barras de combustible.

Estos neutrones producidos por la fisión son mayoritariamente neutrones rápidos. Los neutrones rápidos tienen una capacidad relativamente pobre de provocar nuevas fisiones; ya dijimos que, por explicarlo de algún modo, pasan demasiado deprisa para tener un efecto. Pero entonces se encuentran con el moderador, que tradicionalmente era grafito o agua pesada y aquí es agua destilada corriente. Cuando el uranio está poco enriquecido, el agua actúa como absorbente neutrónico –igual que si fuera una enorme barra de control– y los detiene por completo, interrumpiendo la reacción. Pero cuando el uranio está algo más enriquecido (como en este caso, al 3,6%), el agua actúa como moderador neutrónico: es decir, los ralentiza hasta convertirlos en neutrones térmicos, óptimos para provocar nuevas fisiones.

Así que al extraer las barras de control y dejar a las de combustible envueltas en agua, la reacción en cadena comienza a acelerar, calentando este agua de su alrededor. Mediante una compleja combinación de barras de control y flujo del agua, se puede ajustar la reacción en cada zona exacta del núcleo con gran precisión.

De este modo, la temperatura del agua circundante aumenta rápidamente. En la gran mayoría de los reactores nucleares, esta agua moderadora-controladora-transportadora se encuentra contenida en un circuito cerrado con circulación forzada que nunca entra en contacto directo con el exterior (o no debe hacerlo, vamos). Este circuito cerrado que pasa por dentro del reactor se llama circuito primario.

En un reactor de agua en ebullición, el agua de este circuito primario se halla a unas 70 o 75 atmósferas de presión (en Cofrentes está a 70,1). Esto permite que entre en ebullición cuando la temperatura alcanza unos 285ºC (los reactores de agua a presión se mantienen a casi 160 atmósferas, lo que no deja que haya ebullición). Así se forma rápidamente vapor en la parte superior de la vasija, que circula por unas canalizaciones hacia la turbina de alta presión. Ya tenemos energía. Ahora hay que convertirla en electricidad.

Central nuclear de Cofrentes desde una loma cercana.

La central nuclear de Cofrentes vista desde una loma cercana, con las torres de refrigeración proyectando los característicos –e inocuos– penachos de vapor.

Cuando este vapor a elevada presión y temperatura llega a la turbina de alta presión, la hace girar sobre su eje siguiendo las leyes de Carnot y Rankine que mencionamos más arriba. Y con ello hace girar un alternador que produce energía eléctrica, exactamente como cualquier otra clase de central térmica y la inmensa mayoría de los generadores. De ahí, el vapor –que aún mantiene una cantidad importante de energía aprovechable– pasa a las turbinas de baja presión, cuyos alternadores producen más electricidad. Toda esta corriente es remitida a los transformadores exteriores y de ahí a la red de 400.000 voltios para su distribución comercial.

Ahora ya sólo queda asegurarnos de que el agua vuelve al reactor para mantener el ciclo sin fin, más fría y de nuevo en estado líquido. Esta es la función de los condensadores, que son, en esencia, cambiadores de calor. Los condensadores se mantienen fríos con agua procedente de algún río o mar próximo, que viaja por su propio circuito: el circuito secundario. Así, cuando el agua del circuito primario pasa por estos condensadores, pierde temperatura suficiente como para volver al estado líquido por completo y regresar al reactor. Ambos circuitos no entran nunca en contacto, garantizando que la contaminación radioactiva ocasionada al pasar por el reactor permanezca contenida en el primario.

Finalmente, el agua del secundario –que se ha calentado al pasar por los condensadores– es enfriada en las torres de refrigeración. Así se forman esas características nubes de vapor blanco que podemos ver en la imagen de la izquierda.

En mi opinión, las centrales nucleares de fisión son una buena manera de producir la muy necesaria electricidad. Lo que pasa es que tienen sus limitaciones. En realidad, no son ni la pesadilla que creen unos ni la panacea que creen otros. Ya apunté las razones en el post El renacimiento nuclear, en la incubadora. De manera muy resumida, es cara, es incierta, tiene sus riesgos y resulta poco flexible en los mercados liberalizados. Resulta tremendamente significativo que el 89% de los reactores que se construyen en la actualidad pertenezcan a empresas monopolísticas estatales o paraestatales, mientras sólo seis unidades representan una apuesta privada.

De hecho, la energía nuclear de fisión ha sido la más subvencionada de toda la historia: sólo en los Estados Unidos, representó el 96% de los subsidios totales al desarrollo energético entre 1947 y 1999. El coste de instalación por kilovatio es varias veces mayor que el de, por ejemplo, una central de ciclo combinado a gas natural. El precio en el mercado del kilovatio final no sale tan ventajoso. Y tampoco garantiza la independencia en tecnologías energéticas: por razones de liberalización y deslocalización de los mercados, existen componentes esenciales de las centrales nucleares que únicamente se fabrican en Japón, China y Rusia. Las mayores minas de uranio sólo están en Canadá, Australia, Kazajstán, Rusia, Namibia y Níger: muchos menos países que productores de petróleo o gas. Si se opta por combustible reprocesado, únicamente quedan reactores regeneradores a gran escala en Rusia. (Los datos de todo esto están en el post mencionado sobre el renacimiento nuclear)

En suma: después de décadas de cultura de la seguridad, ni milagro ni diablo. Sólo una fuente de energía más, al menos en el presente orden socioeconómico, que nos obliga a seguir investigando otras maneras de extraerle a la naturaleza la energía que necesitamos. Y necesitaremos.


Otra explicación básica del funcionamiento de una central nuclear.

Próximamente: El ciclo del combustible nuclear.

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El error de un Nobel que condenó el proyecto atómico nazi

Una demostración palmaria de lo importante que resulta la verificación independiente en ciencia.

Los documentos secretos del proyecto atómico nazi.

Para este post contamos con los documentos secretos originales del programa nuclear de la Alemania nazi, que no fueron desclasificados por sus posteriores propietarios hasta muchos años después. En el Deutsches Museum, Munich.

Fueron muchas las razones científicas, políticas, materiales y humanas por las que la Alemania nazi no produjo nunca una bomba atómica. Entre ellas, que no creyeron poder alcanzarla antes del fin de la Segunda Guerra Mundial y por tanto dedicaron sus esfuerzos a otras cosas más perentorias. Vamos, que no llegaron a proponérselo en serio y la historia siguió adelante por los caminos que ya conocemos.

Sin embargo, el asunto tiene aguijón: parte de esta dejadez  en materia atómica obedeció a un error científico crucial, pero fácilmente subsanable con una mera verificación independiente. Tal verificación no se produjo y el error, cometido por un futuro premio Nobel, les hizo creer que la energía nuclear estaba mucho más lejos de lo que quizá podría haber estado. ¿Pudo ser diferente? ¿Existió alguna posibilidad de que el Tercer Reich consiguiese la bomba atómica y con ello cambiara el curso de la historia?

El submarino U-202 de la Kriegsmarine.

El submarino U-202 de la Marina de Guerra nazi. El 12 de junio de 1942, este navío desembarcó con éxito a un equipo de saboteadores en Long Island, Nueva York. Seis días después, el U-584 hizo lo propio cerca de Jacksonville, Florida. Aunque los saboteadores fueron traicionados antes de alcanzar sus objetivos, ambos buques habían cumplido su misión y regresaron sin novedad a su base en Brest. Durante 1942 y 1943 hubo más de veinte submarinos alemanes operando en el Golfo de México hasta la misma boca del Mississippi. Y en fecha tan tardía como el 5 de mayo de 1945, dos días antes de la rendición, el U-853 torpedeó aún a un último mercante norteamericano enfrente de Rhode Island antes de ser hundido a su vez. Cualquiera de ellos podría haber transportado a bordo una primitiva bomba atómica con destino a la Costa Este de los Estados Unidos.

El club del uranio.

Werner Heisenberg, permio Nobel de física 1932, en una fotografía de 1933.

Werner Heisenberg, premio Nobel de física 1932, en una fotografía de 1933. Heisenberg, como director del Instituto de Física Kaiser-Wilhelm de Berlín durante la Segunda Guerra Mundial, fue la cabeza más visible de las investigaciones nucleares en la Alemania nazi.

El 3 de julio de 1967, veintidós años después de que terminara la Segunda Guerra Mundial, el físico teórico alemán Werner Heisenberg concedía una entrevista a un profesor de universidad estadounidense en la que hizo varias declaraciones sorprendentes para muchas mentalidades:

Ya al principio, sospechamos que si era realmente posible hacer explosivos [atómicos], tomaría tanto tiempo y requeriría un esfuerzo tan enorme que había una muy buena probabilidad de que la guerra terminase antes de lograrlo.

Cuando tuvimos éxito en el experimento L-4, cuando supimos que podíamos hacer reactores y, gracias al trabajo de Weizsacker, que así se podía hacer plutonio o algo parecido, supimos que en principio éramos capaces de crear bombas atómicas.

Pero aún así no hicimos ningún esfuerzo serio en ese dirección. Hablemos en serio: si queríamos fabricar el agua pesada necesaria, nos costaría de uno a tres años conseguir suficiente cantidad. Producir plutonio bastante se tomaría otros tres años. Así que, con la mejor conciencia del mundo, le dijimos al gobierno: «no será posible hacer una bomba hasta al menos dentro de cinco años.»

Ya sabíamos que prohibirían cualquier nuevo desarrollo que no pudiera usarse durante el año siguiente o así. Estaba claro que iban a decir: «¡No, no! ¡No dediquemos esfuerzos a la bomba atómica!». Y eso fue lo que pasó.

El líder más destacado del programa atómico alemán nos está diciendo que, básicamente… no hubo un proyecto atómico alemán digno de tal nombre. Que en la carrera por la bomba, Estados Unidos estuvo esencialmente solo a pesar de todos los temores geniales emigrados allí huyendo del nazifascismo. Y además, apostilla:

La decisión de no hacer bombas [atómicas] tomada por nuestro gobierno fue muy sensata. Habría sido muy sensata incluso para el gobierno de ustedes, porque podrían haber ganado antes la guerra contra Alemania si no se hubieran puesto a hacer bombas. No hay ninguna duda sobre esto: si ustedes hubieran dedicado todo ese esfuerzo a hacer aviones y tanques y demás, la guerra habría terminado antes. Esto puede no ser cierto en el caso de Japón, porque la guerra contra Japón era distinta; pero si hablamos sólo de la guerra contra Alemania, esto es un hecho.

Uno podría pensar que Heisenberg trata de limpiar su biografía con estas palabras. Nosotros no hacíamos nada malo, nosotros no sabíamos nada de lo que pasaba y todo ese rollo. Lo que pasa es que las pruebas hablan fehacientemente en su favor. O, mejor dicho, la ausencia de pruebas. Por toda la Alemania derrotada, tanto la misión Alsos norteamericana como su versión soviética sólo encontraron indicios de unas investigaciones dispersas, poco decididas, apenas dotadas de recursos y orientadas fundamentalmente a la construcción de reactores experimentales… ninguno de los cuales logró alcanzar masa crítica. Los documentos, los testimonios, las pruebas materiales: todo indica que Alemania en ningún momento se planteó seriamente el desarrollo de armamento nuclear. La carrera por la bomba no existió.

¿Cómo puede ser tal cosa? Vamos, en serio, los nazis no eran precisamente unos pacifistas ni gente tiquismiquis ante el derramamiento de sangre ajena. Resulta francamente dudoso que los fundadores de Auschwitz, Treblinka o Sobibor, los autores del Generalplan Ost que quiso exterminar a los infrahombres del este tanto como a los judíos, los gitanos o los comunistas, hubieran dudado mucho a la hora de volar por los aires a algún millón de personas con bombas atómicas. Heisenberg ya nos apuntaba un motivo de los dirigentes nazis para descartar esta opción: la muy dudosa posibilidad de construir un arma nuclear antes del fin de la guerra. Este premio Nobel alemán, en la entrevista mencionada, aún sugiere alguna más:

Había, por supuesto, una intención muy clara por nuestra parte: teníamos que impedir que nos implicaran en un gran esfuerzo para hacer bombas atómicas. Lo que queríamos era conseguir el dinero justo para seguir adelante con nuestro proyecto de reactor, pero nada más. Teníamos mucho miedo de que, en otro caso, alguien dijera: «Ahora, vamos a por la bomba atómica.» […] Esto salió como esperábamos. Definitivamente, no queríamos que nos metieran en este asunto de la bomba.

No quiero idealizar esta cuestión: lo hicimos también por nuestra seguridad personal. Pensábamos que la probabilidad de que esto condujera al desarrollo de bombas atómicas durante la guerra era casi cero. Si no hubiéramos actuado así, y si se hubiese puesto a trabajar a miles de personas en ello sin resultados… podría haber tenido consecuencias extremadamente desagradables para nosotros.

Equipo con el que se descubrió la fisión en Alemania, 1938.

Experimento con el que Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann descubrieron la fisión del núcleo atómico en Alemania, 1938. Deutsches Museum, Munich. (Clic para ampliar)

¿Y la dirigencia nazi no se olió nada? Es decir, numerosos científicos y algunos políticos y militares venían hablando ya del advenimiento de la energía nuclear desde antes de la guerra. ¡Pero si Otto Hahn y Lise Meitner habían descubierto la fisión nuclear en la misma Alemania nazi, siendo 1938! El 22 de abril de 1939 Georg Joos y Wilhelm Hanle comunicaron a Abraham Esau –director de la división de física del Consejo de Investigaciones del Reich– las posibles aplicaciones militares de la fisión del átomo. Apenas dos días después Paul Harteck, asesor científico de la Oficina de Municionamiento del Reich, hacía lo propio dirigiéndose al estamento militar. El 29 del mismo mes, un montón de físicos se reunieron en el Ministerio de Educación para considerar todas estas cuestiones, fundando así el primer Uranverein: el club del uranio. Tenían a Hans Geiger, el del contador Geiger. Manfred von Ardenne iba por su cuenta, investigando la separación de isótopos con el apoyo entusiasta del ministro de Correos nazi Wilhelm Ohnesorge. Todo en el más riguroso secreto… pero, en los ámbitos del poder nazi, un secreto a voces. Evidentemente, el Führer y sus lugartenientes tanto políticos como militares tenían que estar al tanto de lo que se cocía en materia atómica; aunque fuera por encima.

Es más. En junio el químico nuclear Nikolaus Reihl, director científico de la empresa Auergesellschaft, se puso también en contacto con la Oficina de Municionamiento del Reich para comunicarles que la compañía estaba en posesión de una respetable cantidad de basura de uranio como resultado de su producción de radio. Y que si estaban interesados, podían ponerse a procesar este uranio, obtenido en las minas de la Checoslovaquia ocupada. Estuvieron interesados y pronto abrían la planta de Oranienburg, al norte de Berlín, que produciría óxido de uranio y otros metales de interés hasta casi el final de la guerra.

El 1 de septiembre de 1939 estalló la Segunda Guerra Mundial, sin pillar por sorpresa a casi nadie: desde años atrás, estaba cantado que se avecinaba algo gordo. Ese mismo día se fundaba el segundo Uranverein bajo los auspicios del Consejo de Investigaciones del Reich, ahora en manos militares. El 19 de este mes, mientras las últimas tropas polacas caían ante la Wehrmacht en la Batalla de Buzra, los científicos atómicos alemanes del segundo club se reunían en secreto por primera vez. Poco después el Instituto de Física Kaiser-Wilhelm y el Instituto Max Planck, las dos instituciones más relevantes de Alemania en asuntos relacionados con la física avanzada, pasaban también a la jurisdicción militar. Sabían que el isótopo uranio-235 era la clave de todo aquel asunto y que había otro aún más prometedor, no presente en la naturaleza pero descubierto igualmente en Alemania: un cierto eka-osmio, al que hoy en día llamamos plutonio.

Werner Heisenberg en 1940.

Werner Heisenberg en 1940, poco antes de descubrir que podía construir un reactor nuclear. Deutsches Bundesarchiv.

En el mes de diciembre, el profesor Heisenberg –por entonces, aún en la Universidad de Leipzig– descubrió con gran emoción que era posible construir un reactor nuclear de uranio-235, que se estabilizaría a sí mismo en torno a 800ºC de temperatura operacional. En los últimos días de 1939, Heisenberg escribía una carta a la Oficina de Guerra del Reich que terminaba así:

Conclusiones: Según las evidencias actuales, el proceso de fisión del uranio descubierto por Hahn y Strassmann puede utilizarse para la producción de energía a gran escala. El método más seguro para construir un reactor capaz de hacer esto sería enriquecer el isótopo uranio-235. Cuanto más alto sea el grado de enriquecimiento, más pequeño se puede hacer el reactor. El enriquecimiento de uranio-235 es la única manera de conseguir que el volumen del reactor sea pequeño, comparado con un metro cúbico.

Es, además, el único método de producir explosivos varios órdenes de magnitud más potentes que los explosivos más poderosos conocidos ahora.

De todos modos, para la generación de energía se puede usar incluso uranio ordinario, sin enriquecer ei isótopo 235, si se utiliza en conjunción con otra sustancia que ralentice los neutrones del uranio sin absorberlos. El agua no es apropiada para esto. Por el contrario, el agua pesada y el grafito muy puro podrían bastar según las evidencias actuales. Las impurezas más minúsculas siempre pueden impedir la generación de energía.

Vaya. Cualquiera diría que en esos momentos de finales de 1939, el buen doctor Heisenberg no tenía tan claro eso de omitir las posibilidades explosivas del invento. Por otra parte, también especifica claramente la necesidad de un moderador neutrónico y las mejores opciones para obtenerlo: el carbono ultrapuro en forma de grafito y el agua pesada. A mediados de 1940 se realizaron varios intentos de construir pequeños reactores en Berlín-Dahlem, demasiado primitivos para funcionar (llegaron a intentar el uso del papel como moderador). En la siguiente carta de Georg Joos a la Oficina de Municionamiento del Reich, fechada en marzo de 1940, ya se plasman las necesidades de pureza del carbono para su uso en reactores nucleares. Pero, ¿qué es esto de un moderador neutrónico?

Carta de Georg Joos sobre el carbono

Carta de Georg Joos a la Oficina de Municionamiento del Reich explicando los detalles de pureza del carbono para constituir grafito de uso nuclear. Se especifican con detalle las proporciones máximas de boro, un poderoso absorbente neutrónico que altera las propiedades de la reacción en cadena. Deutsches Museum, Munich. (Clic para ampliar)

Moderadores neutrónicos.

Reacción en cadena

Reacción en cadena por fisión del núcleo atómico. Para sostenerla con uranio poco enriquecido, hay que reducir la energía de los neutrones rápidos y convertirlos en neutrones térmicos. Esto lo hace el moderador. (Clic para ampliar)

En la reacción en cadena, los neutrones producidos durante la fisión del núcleo atómico provocan nuevas fisiones en los átomos de alrededor. Si hay suficiente masa de material fisible para que estos neutrones se encuentren con algo útil –la masa crítica–, entonces la reacción es capaz de sostenerse a sí misma, generando más energía y más fisiones. En los explosivos nucleares esta reacción es muy rápida, utilizando uranio-235 o plutonio-239 muy enriquecidos sin moderación de ninguna clase, buscando un pico de energía instantánea. Sin embargo, en un reactor nuclear ocurre lo contrario: se desea una reacción en cadena eficiente, económica y progresiva, que funcione con una proporción baja de material fisible y a ser posible usando uranio natural (uranio refinado y concentrado, pero con la misma proporción isotópica que se da en la naturaleza). En aquellos tiempos resultaba aún más importante: la cantidad de uranio disponible era baja y las posibilidades de enriquecerlo, endiabladamente difíciles y costosas usando la tecnología de la época.

Resulta que durante la fisión la mayor parte de los neutrones se emiten en forma de neutrones rápidos, muy energéticos. Se podría pensar que esto es estupendo para provocar nuevas fisiones que aseguren la reacción en cadena, pero… resulta que no va así. La fisión del núcleo atómico se produce mejor cuando es alcanzado por neutrones térmicos, menos energéticos. Dicho en términos sencillos, los neutrones rápidos «pasan demasiado deprisa» para producir una reacción eficaz, mientras que los térmicos lo hacen a la velocidad adecuada. Por tanto, la construcción de un reactor nuclear eficiente exige decelerar estos neutrones rápidos; la sustancia encargada de tal cosa es el moderador. Entre los mejores moderadores neutrónicos se encuentran, como predijeron Heisenberg y otros, el grafito y el agua pesada.

Sin embargo, esta sustancia no debe ser tan efectiva que tienda a frenarlos por completo, porque en ese caso ya no tenemos un moderador sino un absorbente neutrónico que captura los neutrones e interrumpe la reacción. Entre estos tenemos, por ejemplo, al cadmio o el boro. Esta «resistencia al paso de los neutrones» se puede medir de varias maneras. Una de ellas es la longitud de absorción, difusión o atenuación, que indica la probabilidad de que una partícula no sea absorbida durante su paso por estas sustancias. Para construir un reactor con uranio natural, sin enriquecimiento alguno, la longitud de difusión en el moderador debe estar aproximadamente entre cuarenta centimetros y un metro y pico. Si es mayor, no provocará la atenuación necesaria y la reacción en cadena no llegará a producirse. Si es menor, la sustancia actuará como absorbente neutrónico y la detendrá por completo. La longitud de difusión mínima para un moderador básico de uranio natural está en 37 cm.

Agua pesada de Norsk Hydro

Agua pesada de Norsk Hydro al 99,6%. En toda Europa no había ninguna otra instalación donde se produjera en las cantidades industriales precisas. (Clic para ampliar)

El agua pesada es H2O con los átomos de hidrógeno corriente sustituidos por átomos de deuterio; es decir, 2H2O (o D2O, óxido de deuterio). Con una longitud de difusión de 116 cm, constituye un excelente moderador neutrónico. Pero presenta varios problemas de orden práctico. Fundamentalmente es difícil, costosa y complicada de producir; y no te digo ya con el grado de pureza necesario (más del 99%), por lo que en último término sale cara de narices y llega con cuentagotas. Tanto, que en tiempos de los nazis sólo había una fábrica en Europa que la produjese, y eso gracias a un acúmulo de casualidades y rarezas: la planta de Norsk Hydro en Vemork, Noruega. Desde 1927 Norsk Hydro mantenía una sociedad con el inmenso consorcio químico alemán IG Farben y además Noruega fue invadida por los nazis en abril de 1940, con lo que gozaban de libre acceso a este recurso. Pero eso no hacía que el agua pesada resultase más económica, fácil o rápida de producir. Además, había que transportarla en un complicado viaje hasta los laboratorios atómicos alemanes.

El grafito, en cambio, es básicamente carbono y hay por todas partes. Al principio cuesta un poco de producir con el grado de pureza exigido, que es puñetero, pero después sale por toneladas en forma de bloques económicos fáciles de manejar, transportar y utilizar. Por ello, todos los primeros reactores construidos por todas las potencias nucleares fueron de uranio natural moderado por grafito. Cuando partes de cero, ese es el camino más rápido, barato y directo para obtener energía nuclear y armas atómicas.

¿Y el reactor, para qué?

A todo esto, ¿para qué necesitamos un reactor si queremos hacer bombas? Pues por dos motivos fundamentales. El primero es que sin un reactor operativo hay una serie de detalles sobre el funcionamiento íntimo del núcleo atómico que no se pueden aprender; y sin esos detalles, tendrás que construir tu arma nuclear a ciegas en una montaña de consideraciones técnicas importantes. Y el segundo, para producir plutonio en cantidad fácil y rápidamente.

Hay, esencialmente, dos aproximaciones para fabricar tu primera bomba atómica. Una es pillar mineral de uranio y enriquecerlo una y otra vez hasta que obtienes decenas de kilos del preciado isótopo uranio-235 para hacer una bomba del tipo de la de Hiroshima. Esto es un lío, cuesta una fortuna y encima ese tipo de bomba es un rollo, un arma muy limitada. Hubo un momento en que, para realizar este proceso, la planta norteamericana de Oak Ridge consumía la sexta parte de toda la energía eléctrica producida en los Estados Unidos. La Alemania nazi no podía permitirse semejante cosa ni por casualidad, ni en Oranienburg ni en ninguna otra parte.

El reactor B de Hanford.

El reactor B de Hanford, donde se produjo el plutonio estadounidense para Trinity, Nagasaki y numerosas armas de posguerra, era de uranio natural moderado por grafito.

Ni falta que hace. Los americanos es que fueron por las dos vías a la vez, pero la gente que sabe lo que quiere y cómo conseguirlo a un precio justo opta siempre por el plutonio. El plutonio resulta enormemente más práctico como arma que el uranio; cuesta mucho menos de producir y separar; permite más fácilmente el diseño de armas más avanzadas; y no necesitas instalaciones tan grandes, caras y conspicuas. Por eso la primera bomba atómica fue de plutonio, la de Nagasaki fue de plutonio, la primera de los soviéticos fue de plutonio  y hoy en día todas son de plutonio total o parcialmente. Hágame caso, joven: para jugar a los soldaditos atómicos, uranio kk, plutonio mola. Y de buen grado o a la fuerza, a Alemania no le quedaba otra que ir por la vía del plutonio.

El plutonio sólo tiene un par de pejiguerías, y una de ellas es que no se da en la naturaleza. Estamos ante un elemento sintético que hay que producir por completo. Sólo hay una manera de hacerlo a escala industrial: con un reactor nuclear. Es muy sencillo. Bueno, bastante sencillo. Metes uranio natural, que está compuesto fundamentalmente por uranio-238 con una pequeña proporción de uranio-235. El uranio-235 es fisible, el -238 no (en condiciones normales). Entonces le das mecha al reactor. El -235 empieza a fisionar en cadena y una parte de sus neutrones alcanzan al -238. Pero ya hemos dicho que el -238 no puede fisionar, así que los va absorbiendo y al hacerlo se convierte en uranio-239. El uranio-239 es virulentamente inestable y en cuestión de minutos decae a neptunio-239, que tampoco está muy p’acá y transmuta en… ¡tachán! ¡Nuestro deseado plutonio-239! Todo esto ocurre en cadena, sin ningún esfuerzo adicional. De lo único que tienes que llevar cuidado es de que no se te desmande el reactor (por la acumulación de un nuevo material fisible, el propio plutonio-239) y de no acumular mucho plutonio-240, que a este nivel sólo sirve para tocar las narices. Yendo por el camino del plutonio consigues una bomba mejor, antes y con más posibilidades. Todo son ventajas.

Pero necesitas un reactor. Aunque sea un reactor experimental del año de la picor. Sin reactor no hay plutonio (ni electricidad, en las aplicaciones civiles de la energía nuclear). A todos los efectos prácticos de la Alemania nazi, sin reactor no hay bomba, ni programa nuclear ni nada.

Así pues, no quedaba otra que construir un reactor. Tenían los conocimientos, tenían los especialistas, tenían las materias primas (no muchas, pero tenían) y dos opciones para el moderador: el agua pesada, difícil, remota y cara; y el grafito, fácil, cercano y barato (¡será por carbón en Alemania!). ¿Con cuál te quedarías tú? Exacto: a diferencia de todos los demás, eligieron el agua pesada. Pero, ¿por qué?

Opciones tecnológicas para el desarrollo de las primeras armas nucleares

Opciones tecnológicas para el desarrollo de las primeras armas nucleares 1940-1960. (Clic para ampliar)

Walther Bothe en Stuttgart, 1935.

Walther Bothe durante una reunión de físicos en Stuttgart, 1935.

Un pequeño error para un hombre, un gran golpe para el proyecto atómico nazi.

Aunque Heisenberg estaba convencido por motivos teóricos de que tanto el grafito como el agua pesada valían de moderador neutrónico, resultaba preciso verificarlo experimentalmente y determinar cuánto con absoluta precisión. Con exactitud germánica, como si dijéramos. Del agua pesada se encargó él mismo, en colaboración con el matrimonio Robert y Klara Döpel. Debido a la importancia de este estudio, el grafito lo estudiaría otro físico prestigiosísimo distinto, con quien Heisenberg sustentaba alguna rivalidad: el doctor Walther Bothe de Heidelberg, director de la unidad de física del Centro de Investigaciones Médicas Kaiser-Wilhelm, padre del primer acelerador de partículas alemán digno de tal nombre y futuro premio Nobel. Si te crees más capaz que él, siempre puedes levantar la mano y ofrecerte voluntario, kamerad.

Esfera de Bothe para medir la longitud de difusión neutrónica en el electrografito.

La esfera de Bothe para medir la longitud de difusión neutrónica en el electrografito, a finales de 1940. En Walther Bothe, «La Longitud de difusión de los neutrones térmicos en el electrografito», fechado el 20 de enero de 1941, Kernphysikalische Forschungsberichte (G-71). Deutsches Museum, Munich.

Además, el doctor Bothe tenía experiencia en la materia. Entre otros trabajos relativos al uranio como combustible para obtener energía nuclear, el 5 de junio de 1940 ya había realizado el correspondiente estudio sobre una muestra de carbono común, concluyendo que su longitud de difusión ascendía a 61 cm. Esto es: bien por encima del límite mínimo de 37 cm y más de la mitad que el agua pesada, situada convencionalmente entre 100 y 116 cm. Pensaba que esa cifra de 61 cm aún podía mejorarse, porque su muestra de carbono estaba bastante contaminada con calcio, magnesio y otras cosas que alteran el resultado; según sus estimaciones, al usar grafito ultrapuro podría llegarse a 70 cm. Así lo plasmó en sus conclusiones:

…siguiendo [el dato] G1.(3) la absorción es del 6% con una longitud de difusión de 61 cm. Esto se acerca bien al valor de 70 cm, donde Heisenberg ha demostrado que es posible la Máquina [el reactor] […]. Con el límite de error estimado, queda determinada en el límite mínimo de la longitud de difusión (37 cm). […] Usando carbono puro, la longitud de difusión podría ser mayor que 70 cm, con una sección eficaz de captura inferior a 0,003 x 10-24.

En todo caso, se precisan más experimentos con el carbono. Parece que la idea es ensamblar inmediatamente una Máquina juntando Preparado 38 [uranio] y carbono. El carbono puro podría obtenerse, por ejemplo, mediante las vías propuestas por Joos, para después llevarlo al método del electrografito hasta una densidad de 1,5.

–Walther Bothe, «La Longitud de difusión de los neutrones térmicos en el carbono». Fechado el 5 de junio de 1940, Kernphysikalische Forschungsberichte (G-12).

Así pues, durante las últimas semanas de 1940 el doctor Bothe de Heidelberg se puso a la labor junto con Peter Jensen y algunos estudiantes universitarios de confianza reclutados como ayudantes. Con el máximo secreto, montaron en un sótano del Centro de Investigaciones Médicas un apparat para realizar la medición usando electrografito de la máxima calidad suministrado por Siemens-Plania: el mejor grafito que se podía conseguir en la Alemania del periodo.

Este dispositivo era básicamente una esfera de 110 cm de diámetro formada por bloques de este electrografito con una funda exterior de caucho, que se sumergía en un tanque de agua. La esfera estaba provista con una estructura de aluminio en la parte inferior, montada sobre una base de hierro y madera encerada, pero por lo demás era autoportante; en la parte exterior había cintas de cadmio. Por arriba dejaron un canal libre para introducir las sondas y la fuente neutrónica, un preparado de radón-berilio con una actividad de setenta milicurios; este canal se cerraba a continuación introduciendo más grafito en bloques cilíndricos. En un determinado momento del informe que escribiría con posterioridad, Bothe se queja de no tener medios para hacer un montaje más elaborado.

El 20 de enero de 1941, el futuro premio Nobel da a conocer sus resultados entre los miembros del segundo club del uranio con un informe ultrasecreto titulado La longitud de difusión de los neutrones térmicos en el electrografito (W. Bothe y P. Jensen, Die Absorption thermischer Neutronen in Elektrographit, en Kernphysikalische Forschungsberichte G-71). Las mediciones obtenidas hacen empalidecer a más de uno:

[…] se calcula la longitud de difusión:

L = 36 ±2 cm.

El error de Bothe que condenó al programa atómico alemán

El error de Bothe que condenó al programa atómico alemán en su documento secreto original «La Longitud de difusión de los neutrones térmicos en el electrografito», fechado el 20 de enero de 1941. Kernphysikalische Forschungsberichte (G-71), Deutsches Museum, Munich. La verdadera longitud de difusión neutrónica para el grafito son 54,4 cm, no 36 cm.

Así, destacadito, porque el resultado es de lo más sorprendente, contrario a la teoría y un verdadero jarro de agua helada para el programa atómico alemán. Treinta y seis centímetros resultaban radicalmente insuficientes, uno por debajo del mínimo absoluto de 37. Y un gravísimo error: la verdadera longitud de difusión neutrónica en el grafito es de 54,4 cm, muy correcta para un moderador, cosa que en los Estados Unidos midió Szilárd con éxito. Inmediatamente a continuación, Bothe afirma:

Con los [valores] sobre los que se basan los cálculos de Heisenberg se esperaría una longitud de difusión L0 = 61 cm. La longitud de difusión medida es mucho menor y la absorción mucho más fuerte, por lo que el carbono estudiado aquí difícilmente debería tomarse en consideración como un material moderador para la Máquina [el reactor].

La conclusión derivada del error de Bothe

La conclusión derivada del error de Bothe: el grafito no sirve como moderador para un reactor nuclear. Esta creencia errónea no desaparecería hasta los últimos meses de la guerra.

Con todas las letras. Por cierto, que el buen doctor Bothe se nos antoja un poco listillo a la hora de quitarse marrones de encima: cabría recordar que esos «valores sobre los que se basan los cálculos de Heisenberg» son los mismos que él dedujo siete meses antes. Pero da igual: es una catástrofe de todos modos. Tras un cuidadoso análisis de impurezas obtenido quemando una cantidad del carbono para estudiar sus cenizas, determina en las conclusiones:

En todo caso, se puede juzgar a partir del estado presente de la teoría que el carbono [grafito], aunque haya sido manufacturado con los mejores métodos técnicos conocidos y esté libre de impurezas, probablemente no sirve como material moderador para la Máquina en cuestión a menos que se acumule [enriquezca] el isótopo 235.

Conclusión de Bothe

La conclusión final de Bothe, en el mismo documento: el grafito sólo serviría como moderador neutrónico si se usara uranio enriquecido, que Alemania no podía producir en cantidades suficientes y de hecho ningún país utilizó en sus primeros intentos.

Cénit y ocaso del proyecto atómico alemán.

Estas conclusiones fueron devastadoras. Si para Alemania el grafito no servía como moderador y enriquecer uranio resultaba inviable económicamente, entonces la vía del plutonio debía discurrir necesariamente por el camino del agua pesada, largo, caro y complicado. A partir de este momento, el pesimismo comienza a instalarse poco a poco en la comunidad de los científicos atómicos nazis, lo que se va traduciendo en un progresivo desinterés por parte de los dirigentes políticos. Siguiendo a Werner Heisenberg:

[No hubo más interés en el grafito, a pesar de saber que el agua pesada era muy escasa] debido a que el experimento de Bothe no era correcto. Bothe había hecho esta medida del coeficiente de absorción del carbono puro y se le deslizó un error en el experimento. Sus valores eran demasiado altos [en absorción; bajos en difusión] pero asumimos que eran correctos y no creíamos que el grafito se pudiera usar.

Atención de nuevo a las fechas. Las fechas son muy importantes:

Fecha y firma del documento erróneo de Bothe.

Fecha y firma del documento erróneo de Bothe «La Longitud de difusión de los neutrones térmicos en el electrografito». Kernphysikalische Forschungsberichte (G-71), Deutsches Museum, Munich.

Adolf Hitler en París con Albert Speer y Arno Breker.

Adolf Hitler en París con Albert Speer (izda.) y Arno Breker (dcha.), 23 de junio de 1940; Francia se había rendido el día anterior. A principios de 1941, casi toda Europa estaba controlada directa o indirectamente por los nazis. Las grandes batallas contra los Estados Unidos y la Unión Soviética no habían comenzado aún. Todas las opciones políticas y militares permanecían abiertas en esas fechas.

Estamos todavía en enero de 1941. La Europa continental entera, desde el Vístula y el Danubio hasta el Atlántico, está en manos nazis o de amigos de los nazis a excepción de un par de países neutrales: una buena posición para atrincherarse. Aún no han invadido la Unión Soviética, con la que mantienen una paz precaria. Pearl Harbor no ha ocurrido tampoco todavía: los Estados Unidos siguen fuera del conflicto. En estos momentos, sólo el tropezón de la Batalla de Inglaterra empaña los éxitos alemanes. La guerra se lucha ahora mismo en África, lejos de la Fortaleza Europa. Los grandes bombardeos que más adelante aniquilarían las ciudades e industrias alemanas caen de momento principalmente sobre el Reino Unido, a manos de la Luftwaffe. Faltaba más de un año para que el Proyecto Manhattan se pusiera en marcha en serio. Von Braun y los suyos seguían en Alemania. Todas las posibilidades estaban abiertas aún.

¿Qué habría sucedido si Bothe no se hubiera equivocado y alguien hubiese dicho a la dirigencia nazi durante la primavera de 1941: «podemos construir un reactor de grafito y fabricar plutonio, podemos hacer bombas atómicas, consígannos algo de tiempo y uranio; es cosa de cuatro o cinco años, puede que menos si nos dotan con la mitad de los medios que harían falta para invadir la URSS el próximo verano»?

Por supuesto, resulta imposible saberlo. Sí conocemos, en cambio, lo que sucedió en realidad. En estas mismas fechas de 1941, la empresa Auergesellschaft que mencioné más arriba ya había fabricado varias decenas de toneladas de óxido de uranio y Degussa de Fráncfort, los primeros 280 kg de uranio metálico para el reactor de Heisenberg (en parte con mineral capturado durante la conquista de Bélgica). Los norteamericanos no empezarían a disponer de este material hasta 1942, cuando los científicos alemanes ya contaban con siete toneladas y media. En diciembre de 1942, la Pila Chicago-1 de Fermi y Szilárd necesitó 6 toneladas de uranio puro y 34 de óxido de uranio para convertirse en el primer reactor operativo de la historia. Pero no estamos en 1942: estamos aún en 1941, y el Tercer Reich tiene ya casi todo el uranio necesario.

En Alemania había (y hay) grandes minas de carbón; con él, compañías como Siemens-Plania, IG Farben, Degussa y otras podrían haber producido grafito de calidad nuclear a poco que sus científicos atómicos les hubieran dicho cómo hacerlo. Esto, evidentemente, no sucedió. En vez de eso, el agua pesada se convirtió en un recurso estratégico de primer orden, la única posibilidad. A partir de estas fechas, se realizaron numerosas actuaciones para asegurar el agua pesada noruega de Norsk Hydro, y también para empezar a producirla en Alemania, esto último con reducido éxito. Hacia finales del verano de 1941, encargaban a Norsk Hydro 1.500 kilos de agua pesada. Para fin de año, ya habían recibido los primeros 361.

Durante el mismo 1941 hubo diversos intentos para enriquecer uranio de manera más eficiente, lo que habría despertado un interés renovado en el grafito (posiblemente sacándoles de su error). Pero a pesar de que alguno tuvo éxito, no se vieron capaces de continuar por ese camino debido a las limitaciones económicas. Así, les quedó definitivamente vedada la vía del uranio. Sólo era posible la vía del plutonio, como concluyera el singular Fritz Houtermans en agosto de este año, lo que exigía construir un reactor sí o sí. A partir de finales de 1941, todos los intentos de los científicos atómicos alemanes estuvieron orientados a crear este reactor de uranio natural-agua pesada. En palabras de Heisenberg, fue en septiembre de 1941 cuando vimos ante nosotros un camino abierto que conducía a la bomba atómica.

En octubre, un atribulado Heisenberg se reunía en Dinamarca con Niels Bohr para conversar sobre la moralidad de que los científicos contribuyeran a esta clase de invenciones terribles; Bohr malinterpretó la conversación por completo y transmitió que Alemania estaba cerca de conseguir la bomba atómica a los norteamericanos (adonde Bohr huiría también poco después). Puede imaginarse la alarma que despertaron estas palabras, reforzando la reciente decisión de Roosevelt de iniciar el desarrollo de esta nueva clase de arma (en esos momentos y durante unos meses más, el proyecto Manhattan aún se compondría de investigaciones aisladas).

Operación Barbarroja

El 22 de junio de 1941, Alemania invadió la Unión Soviética. Comenzaba así la mayor batalla de la historia de la Humanidad, que se cobraría decenas de millones de víctimas civiles y militares y culminó con el colapso total del régimen nazi. Esto provocó enormes tensiones en la economía alemana desde el invierno de 1941, obligándoles a concentrarse en aquellos proyectos que pudieran ofrecer resultados militares de manera más inmediata. Deutsches Bundesarchiv.

En diciembre de 1941, con las fuerzas alemanas detenidas a las puertas de Moscú, el ministro de Armamento y Municiones Fritz Todt comunicaba a Hitler que la economía de guerra alemana estaba próxima a su punto de ruptura. Desde ese momento, cualquier incremento de gasto en un ámbito debía conducir necesariamente a una reducción en otros o el país colapsaría. Así pues, se cursaron órdenes para evaluar todos los programas armamentísticos y concentrar los recursos en aquellos que pudieran obtener resultados antes de que acabase la guerra. El profesor Schumann, director de investigaciones militares, escribió a los distintos institutos del uranio transmitiéndoles estas instrucciones.

Hubo una primera reunión evaluadora a principios de 1942. Durante esa reunión se vio que sus expectativas militares eran demasiado remotas: pasaría un largo tiempo antes de que se pudiera construir un reactor de uranio natural – agua pesada capaz de producir plutonio en cantidad. No habría bomba atómica en breve. Así pues, se decidió sacar este proyecto del ámbito militar y devolverlo al civil, bajo control del Ministerio de Educación. En ese momento, el cénit del programa atómico nazi, apenas había un total de setenta personas implicadas directamente en el mismo.

El 26 y 27 de febrero de 1942 se convocaron dos reuniones simultáneas para tratar el asunto en mayor profundidad, con la participación de todos los científicos nucleares principales. Se invitó a  Himmler y Keitel pero, debido a una equivocación administrativa, ambos declinaron su asistencia (les mandaron el programa de conferencias científicas por error, en vez de los encuentros de interés político-militar, lo que les hizo pensar «¿qué demonios pintamos nosotros en unas jornadas de físicos?»). A pesar de esto las reuniones resultaron satisfactorias y se aceleró la construcción de una planta de agua pesada en Leuna por cuenta de IG Farben. Pero seguían dependiendo de Norsk Hydro, que ahora producía unos 140 kg de calidad superior al 99% cada mes; la planta de Leuna no estaría lista hasta finales de la guerra… fabricando agua pesada a apenas el 1%. De todos modos, el programa atómico no regresó al ámbito militar.

Pila atómica alemana L-IV de Leipzig.

La pila atómica L-IV de Leipzig, el primer intento serio de construir un reactor nuclear en la Alemania nazi. Fue activada en mayo de 1942 y produjo más neutrones de los que gastaba, un 13%, aún lejos de lo necesario para sostener una reacción en cadena.

En mayo, Degussa había manufacturado ya tres toneladas y media de uranio para la pila atómica de Heisenberg. Hacia finales de mayo realizaron el primer intento en Leipzig: el reactor L-IV, con 750 kilos de uranio puro y 140 de agua pesada. Produjo neutrones, un 13% más de los que consumía, pero aún estaba muy lejos de sostener una reacción en cadena. Sin embargo, era un éxito: simplemente aumentando su tamaño, conseguirían un reactor nuclear efectivo. Heisenberg calculó que con diez toneladas de uranio metálico y cinco de agua pesada bastaría. El 28 de mayo, Degussa enviaba la primera tonelada a sus talleres de Fráncfort para cortarla en piezas del tamaño adecuado. Pero el agua pesada seguía llegando desde Noruega a un ritmo exasperantemente lento. ¡Si hubiera algo para sustituirla…! Alrededor, las fábricas germanas producían constantemente miles de toneladas de carbono purificado y grafitos elaborados con buen carbón alemán, para múltiples usos civiles y militares, ignorando que tenían en sus manos la clave de la bomba atómica.

El 4 de junio llegó el momento más decisivo del programa atómico alemán. Heisenberg viajó a Berlín para entrevistarse con el poderoso ministro del Reich Albert Speer, íntimo de Hitler. En la reunión, celebrada en el Instituto Kaiser-Wilhelm de Berlín-Dahlem, estaban también presentes otros pesos pesados de la ciencia, la política y el ejército. Heisenberg les explicó que era posible construir una bomba del tamaño de una piña capaz de aniquilar una ciudad. Pero, a continuación, anunció que Alemania no podría construirla en muchos meses; y, de hecho, representaba una imposibilidad económica con las tecnologías disponibles. Los asistentes, que se habían excitado mucho con la primera afirmación, quedaron decepcionados tras la segunda.

El día 23, Speer se reunía con Hitler. En el transcurso de una larga conversación sobre múltiples temas, apenas mencionó el asunto de la bomba atómica, y de manera poco entusiasta. Así, el programa nuclear nazi perdió definitivamente el interés de los políticos y los soldados. A pesar de ello siguieron financiándolo y prestándole asistencia hasta el final de la guerra, aunque como un proyecto civil de orden secundario para la futura producción de energía eléctrica.

En torno a esas fechas, los aliados identificaron el interés nazi en el deuterio noruego y pusieron en marcha una campaña de sabotajes y bombardeos contra la instalación de Norsk Hydro en Vemork, conocida por la historia como la batalla del agua pesada. Hubo grandes actos de heroísmo y famosas películas… pero en realidad, a esas alturas, Alemania ya estaba fuera de la carrera por la bomba atómica. Lo único que lograron estas acciones bélicas fue retrasar aún más la investigación civil. En torno a 1944, la instalación estaba tan dañada que ya sólo producía agua pesada al 1%.

Aún así, siguieron avanzando. Cada vez más despacio, conforme la guerra en el Este demandaba más y más de la sociedad alemana, los bombarderos del Oeste aniquilaban sus ciudades e industrias, el agua pesada llegaba cada vez más despacio y más impura. Varias instalaciones esenciales resultaron destruídas durante los bombardeos de alfombra. El suministro de corriente eléctrica era a cada día más azaroso, los recursos más raros y caros. Hacia el otoño de 1944 los cohetes balísticos V-2 de Von Braun comenzaron a atacar las ciudades enemigas… con componentes realizados en un grafito de alta calidad muy similar al que habría salvado el programa atómico tres años y medio antes.

También fue en esa época cuando, por el propio avance de la ciencia, los científicos alemanes adquirieron consciencia de que habían estado equivocados todo ese tiempo. De que las mediciones de Bothe estaban mal: el grafito era un extraordinario moderador neutrónico que habría permitido a la Alemania nazi crear rápidamente reactores generadores de plutonio. Pero a esas alturas ya no tenía arreglo. Aún llegaron a construir un último reactor en marzo de 1945, el B-VIII de Haigerloch, utilizando una solución mixta de agua pesada y grafito. Tenía las características tecnológicas para alcanzar la reacción en cadena autosostenida, pero aún resultaba demasiado pequeño debido a las carencias de agua pesada. A esas alturas, los Estados Unidos ya estaban produciendo plutonio industrialmente en Hanford. Con uranio natural y grafito, por supuesto.

Soldados norteamericanos y británicos desmontan el reactor B-VIII de Haigerloch.

Soldados norteamericanos y británicos desmontan el reactor nuclear nazi B-VIII de Haigerloch tras su captura. Archivo Gubernamental del Reino Unido.

A finales de abril de 1945, las tropas anglonorteamericanas conquistaban Haigerloch y otras instalaciones esenciales para el programa nuclear alemán, mientras el Ejército Rojo hacía lo propio por el este. El día 30, Hitler se suicidaba en su búnker. El 2 de mayo, el comandante de Berlín rendía la capital del Tercer Reich al general soviético Vasily Chuikov. Cinco días después, los restos de la Alemania nazi se rendían incondicionalmente a los aliados. Las misiones Alsos norteamericana y soviética hicieron su particular agosto. La historia aún tuvo un último coletazo: el 14 de mayo, un buque estadounidense capturaba al submarino U-234. Iba cargado con materiales nucleares y otros componentes tecnológicos avanzados, en dirección a Japón. Algunos de estos productos llegarían a su destino tres meses después… como parte de las bombas de Hiroshima y Nagasaki.

¿Qué fue lo que falló?

Aún hoy se discute por qué un físico tan extraordinario como Walther Bothe, que ganaría el premio Nobel en 1954, cometió ese error fatal en sus mediciones del grafito. Algunos creen que el electrografito purísimo suministrado por Siemens-Plania para el experimento estaba contaminado con boro, un poderoso absorbente neutrónico capaz de alterar los resultados: un solo gramo de boro captura tantos neutrones como cien kilos de carbono. En aquella época era común que el proceso de elaboración industrial del grafito incorporase carburo de boro, un hecho que Szilárd sabía y tuvo en cuenta durante sus experimentos análogos en los Estados Unidos. Pero Bothe, aparentemente, no estaba al tanto de este detalle. A pesar del cuidadoso análisis de la pureza del grafito realizado por este último, incluso cantidades minúsculas de boro bastarían para reducir la longitud de absorción de la muestra por debajo del mínimo exigible en un moderador neutrónico. Otros deducen que los bloques de grafito utilizados no encajaban perfectamente entre sí y, al sumergirlos en el agua, mantuvieron burbujas de aire en su interior. En este caso, el nitrógeno del aire podría haber producido un efecto parecido. Esta era la opinión del propio Werner Heisenberg.

Hay incluso quien piensa que Bothe saboteó los resultados. Walther Bothe despreciaba profundamente a los nazis por el asunto de la física aria, estaba casado con una rusa y –a diferencia de lo ocurrido con sus colegas– los vencedores no le molestaron tras el fin de la Segunda Guerra Mundial. En este caso Bothe, perfecto conocedor de las fortalezas y debilidades de Alemania, habría bloqueado deliberadamente el único camino practicable por los nazis para conseguir la bomba atómica. Al cortar el paso al grafito, sabiendo de las dificultades relacionadas con el enriquecimiento de uranio y con el agua pesada, cerraba también de hecho la vía del plutonio al Tercer Reich. O al menos se lo ponía muy difícil. Bothe jamás reconoció esta posibilidad, aunque sin duda le habría hecho quedar como un héroe tras la victoria aliada. Lo único que dijo respecto a sus resultados erróneos fue que Heisenberg no había tenido en cuenta los márgenes de error (aunque, como hemos visto en el texto original, eran unos márgenes muy ajustados).

Soldados soviéticos en Berlín, mayo de 1945

Soldados soviéticos en el hotel Adlon de Berlín, frente a la Puerta de Brandemburgo, en mayo de 1945. Algunas de las principales instituciones científicas, situadas en el área de Berlín, caían así en manos de la URSS. Deutsches Bundesarchiv.

En realidad el fallo esencial de la ciencia alemana en el programa nuclear fue no contar con un mecanismo de verificación independiente. Así lo reconocía Heisenberg, en la entrevista mencionada al principio:

Había tan pocos grupos [de investigación] que nunca repetíamos un experimento dos veces. Cada grupo tenía alguna tarea asignada. Nosotros, en Leipzig, hicimos las mediciones para el agua pesada y a partir de ese momento todo el mundo aceptó nuestro resultado; nadie lo comprobó. Y nadie comprobó tampoco las medidas de Bothe.

Si hubiera existido un mecanismo de verificación independiente que comprobara los datos de sus colegas, el error de Bothe se habría tornado evidente en el mismo 1941 y Alemania habría podido usar el grafito como moderador desde el principio. En ausencia de verificaciones independientes, toda afirmación tiene que darse por buena sin garantía alguna, incluso aunque vaya en contra de todo lo que se sabe hasta el momento (como en este caso: la teoría no predecía una longitud de difusión tan corta, ni tampoco las mediciones preliminares anteriores del propio Bothe). Por eso se insiste tantas veces: todo experimento debe ser reproducible y reproducido, todos los resultados deben verificarse independientemente. Esto es esencial para el método científico. Cuando no se respeta, ya vemos las consecuencias, en este o en cualquier otro ámbito.

Pero, ¿habría sido realmente posible?

El error de Bothe no fue, ni con mucho, el único problema que plagó al programa atómico de la Alemania nazi. Uno de los más fundamentales fue el volumen económico total del Tercer Reich, al menos en comparación con el de los Estados Unidos. Durante la mayor parte de la guerra, el producto nacional bruto alemán era superior al británico, el francés o el soviético; pero entre dos y tres veces más pequeño que el estadounidense. Este abismo económico explica por sí solo la relativa facilidad con que la potencia norteamericana pudo desarrollar el proyecto Manhattan. No obstante, los Estados Unidos recorrían simultáneamente la vía del plutonio y la del uranio, mucho más cara. Yendo sólo por la del plutonio, un programa nuclear resulta notablemente menos costoso; puede que incluso hasta el punto de igualar estas diferencias en poderío económico total.

Comparación del volumen económico de los principales contendientes en la Segunda Guerra Mundial

Comparación del volumen económico de los principales contendientes en la Segunda Guerra Mundial. Datos tomados de Mark Harrison (1998), «The economics of World War II: Six great powers in international comparison», Cambridge University Press. Clic para ampliar.

Otro problema notable fue la llamada generación perdida de científicos alemanes. Debido a las persecuciones políticas y raciales, un gran número de científicos europeos y específicamente alemanes huyeron a los Estados Unidos, donde terminarían constituyendo la columna vertebral del proyecto Manhattan. Estupideces racistas como el asunto de la Física aria, junto a las distintas ciencias patrióticas o la depuración política del profesorado, no hicieron nada por mejorar el estado de la ciencia que quedó en la Europa controlada por el nazifascismo y sus aliados. Y sin embargo, como hemos visto, Alemania mantenía un número significativo de científicos destacados pertenecientes a la generación anterior.

Un tercer problema significativo fue la dificultad de acceso a algunos productos esenciales. Europa no es un continente que se caracterice por la abundancia de recursos naturales; incluso conquistando la mayor parte, como había logrado el Tercer Reich a finales de 1940, sigues necesitando un montón de cosas. El mismo uranio –aunque suficiente– hubo que rebuscarlo por varias fuentes distintas, desde las minas de Checoslovaquia a las reservas belgas. No tenían helio. El petróleo y los combustibles fueron un quebradero de cabeza para los nazis durante toda la guerra. Y así, mil cosas. En general, a Alemania todo le salía mucho más caro y trabajoso de obtener, porque debía conseguirlo fuera de Europa. Esto produjo también importantes carencias entre la población. A pesar de ello, no hay ningún motivo claro por el que estas carencias hubieran podido detener o retrasar significativamente la vía del plutonio, si no hubiera sido por ese asunto del agua pesada.

Y, por supuesto, conforme avanzaba la guerra los bombardeos y las derrotas constreñían la economía alemana cada vez más y les iban privando de industrias y recursos fundamentales. Hacia el final del conflicto, algunas instalaciones clave para el programa atómico resultaron destruidas o severamente dislocadas. Pero para cuando eso ocurrió, la guerra ya estaba perdida y el camino al arma nuclear, abandonado tiempo atrás en favor de aquellos últimos reactores de juguete.

El error de Bothe fue el único factor determinante que cerró decisivamente el único camino practicable hacia la bomba atómica para el Tercer Reich. Precisamente por todas estas limitaciones, Alemania debía haber tomado desde el primer momento y sin dudarlo la vía del plutonio producido en reactores de uranio natural-grafito. Así lo consiguieron casi todas las potencias nucleares. Como hemos visto, gozaban de uranio y grafito suficiente para intentarlo, así como de un número de científicos muy destacados que ya habían alcanzado muchos de los conocimientos necesarios en fecha tan temprana como 1941. Quizá no tuvieran gente con la talla de Einstein o Szilárd o Fermi u Oppenheimer, pero los científicos atómicos alemanes eran muy brillantes sin duda alguna. No obstante, al obligarles a ir por el camino del agua pesada, el error de Bothe retrasó y encareció absurdamente el programa nuclear nazi hasta tornarlo impracticable por completo en el escaso tiempo de que disponían.

Walther Bothe en 1954

Walther Bothe en 1954, tras obtener el premio Nobel. Fundación Nobel, Suecia.

Fueron estos retrasos y encarecimientos los que desmotivaron a la dirigencia política y militar del Tercer Reich, así como a los propios científicos. Si en Alemania no hubo una acción política decidida para unificar el proyecto atómico y dotarlo de medios abundantes fue precisamente porque el largo camino del agua pesada lo hacía poco atractivo de cara al desenlace de la guerra. Si hubiera habido una vía rápida –el reactor de grafito–, seguramente se habrían tomado mucho más interés.

Opino que sin el error de Bothe, y con un programa atómico decidido y bien dotado, la Alemania nazi podría haber completado su primer reactor de uranio natural-grafito al mismo tiempo que los estadounidenses o poco después: finales de 1942, principios de 1943. Incluso algo antes, mediando cierta genialidad. Tampoco veo ningún motivo claro por el que no hubieran podido empezar a producir plutonio a escala industrial hacia finales de 1943 o principios de 1944 (los norteamericanos lo lograron a mediados de 1943). Y una bomba primitiva entre 1945 y 1946.

Para ser de utilidad, obviamente, la Segunda Guerra Mundial tendría que haber durado un poco más; pero no debemos olvidar que las decisiones científicas principales se tomaron a principios de 1941, cuando todas las opciones políticas y militares estaban abiertas aún. No era estrictamente preciso invadir la URSS en junio de 1941, sobre todo si piensas que pronto tendrás bombas atómicas para devastarla a tu gusto. Tampoco era totalmente necesario que Japón atacara Pearl Harbor en diciembre de 1941, propiciando así la entrada de Estados Unidos en la guerra y la activación final del Proyecto Manhattan durante 1942. Todo eso era en gran medida inevitable y habría terminado por suceder de una manera u otra, pero no tenía por qué ocurrir tan deprisa como sucedió. Si los nazis hubieran sustentado la convicción íntima de que sus científicos andaban detrás de algo importante, una wunderwaffe como jamás vio la Humanidad, habrían tenido una motivación clara para enfriar la evolución del conflicto en vez de acelerarla como hicieron. Un 1941-1942 de moderada intensidad (parecida a lo que fue el periodo agosto de 1940 – junio de 1941, con enfrentamientos eminentemente periféricos y un reforzamiento de la Defensa del Reich) habrían sido suficientes con alguna probabilidad.

Pues si Alemania hubiera podido seguir la vía del plutonio usando reactores de uranio natural-grafito, creo –creo– que habría bastado con retrasar las cosas catorce o dieciocho meses para asegurarse una bomba atómica como la de Nagasaki antes del final de la guerra. Dado que no había ningún motivo por el que retrasarlas, dado que el programa nuclear alemán se había convertido en poco más que una curiosidad científica irrelevante a partir del error de Bothe en enero de 1941 y sobre todo desde la reunión con Speer de junio de 1942, las cosas sucedieron como sucedieron. El Tercer Reich invadió a la URSS en junio de 1941, Japón atacó Pearl Harbor en diciembre, Estados Unidos y la Unión Soviética entraron en modo overkill, y el resto de la historia resulta sobradamente conocido. Para bien.

Pila atómica nazi B-VIII de Haigerloch

El último intento nazi por alcanzar la criticidad: la pila atómica B-VIII de Haigerloch, capturada por los aliados en abril de 1945. Nunca pudo alcanzar la reacción en cadena autosostenida: debería haber sido un 50% mayor para lograrlo. Réplica en el Museo Atómico de Haigerloch, Alemania.

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La bomba del juicio final.

Autoextinción humana.

En este blog ya te he contado cómo funciona un arma nuclear. Y un arma termonuclear. Y un misil balístico intercontinental. Y unas cuantas cosas más, como las posibilidades reales de los satélites espías, los aviones sin piloto o las armas láser. Hasta hemos hablado del HAARP y la bomba del arco iris, para acabar con la civilización moderna en menos de un segundo, aunque tenga poco que ver con las especulaciones de los conspiranoicos. ¿Qué nos falta? Bueno, pues aún nos faltan cosas, claro. En esto de aplicar el ingenio para joder al prójimo (en ambos sentidos del término, el bueno y el malo), los seres humanos hemos resultado ser un bicho excepcionalmente brillante.

Claro que, por otro lado, también fuimos capaces de erradicar la viruela y otras muchas enfermedades, realizar viajes interplanetarios, crear elementos nuevos, empezar a comprender el cosmos del que formamos parte y otras mil cosas que nos permitieron abandonar un pasado de mierda. Sí, los seres geniales siempre son así de contradictorios. Un delfín jamás construiría un Treblinka nazi, ni podría organizar a los jemeres rojos, ni perpetraría la colonización imperialista del Congo, ni funda tiranías teocráticas, ni se dota de dioses vengativos; pero tampoco es capaz de traer niñas pequeñas desde más allá de la muerte o preguntarse con quién más comparte la realidad. En suma, colectivamente y a pesar de todos los pesares, según mi personal opinión no nos ha ido del todo mal desde que echamos a andar por los caminos de la ciencia.

Leó Szilárd a los 18 años de edad.

Leó Szilárd a los 18 años de edad.

Hablando de seres muy geniales y muy contradictorios, permíteme presentarte al físico de origen húngaro Leó Szilárd, discípulo de Einstein y Von Laue. Hay distintas maneras de describir al doctor Szilárd, todas ellas a medio camino entre «el jodío genio» y «el puto amo», pero elevado al cubo y multiplicado por alguna potencia de diez. Resulta difícil sobreestimar su inteligencia, capacidad y visión de futuro. Entre sus aportaciones a la humanidad se cuentan el motor de Szilárd, el refrigerador por absorción y la reacción nuclear en cadena que abrió el paso a la Era Atómica. Junto con Enrico Fermi, es el inventor del reactor nuclear.

Desafortunadamente, sus creaciones también incluyen la bomba atómica (solicitó la patente en fecha tan temprana como 1934) y una hipotética bomba del juicio final capaz de acabar con la humanidad entera, que vamos a comentar en este post. A tenor de estas dos últimas invenciones se podría pensar que el doctor Szilárd, por muy genial que fuese, era también un pelín hideputa. Nada más lejos de la realidad. Leó Szilárd, un judío secular de ideas izquierdistas y esencialmente pacifista, estaba considerado por todos los que le conocieron como un tipo estupendo, una bellísima persona y un trabajador nato: la clase de hombre con el que cualquiera se iría a tomar cañas y no te importaría si le tirara los trastos a una hija tuya aunque fuese algo extravagante. Se decía sobre él que de tan bueno y cariñoso y currante y genial, casi daba miedo.

Aunque era el padre de la bomba atómica y el verdadero redactor de la carta de Einstein a Roosevelt para recomendar su construcción, fue también el impulsor de la carta de los 155 para pedir que no se usara contra poblaciones civiles, sino que se realizara una demostración disuasoria en lugar despoblado. Obviamente, en esto último no le hicieron ni caso. Persistente, fundó junto a gente como Einstein o Linus Pauling la primera organización pacifista y antinuclear del mundo: el Comité de Emergencia de los Científicos Atómicos. Más tarde, el Council for a Livable World. Y en cuanto llegó a la conclusión de que este nuevo tipo de armamento devastador había llegado para quedarse, no quiso tener nada más que ver en el asunto y cambió de profesión: se hizo biólogo molecular. Sí, hablamos de la clase de inteligencia que es capaz de saltar de la física atómica a la biología molecular como quien se cambia de pantalones y continuar realizando contribuciones valiosas.

¿Qué es lo que empuja a un tipo tan listo y tan majo para convertirse en el padre de las armas nucleares y en el teórico de la bomba del juicio final? Sencillo: el miedo. Además de todas estas capacidades, Szilárd era un brillante analista político que supo predecir el advenimiento de la Primera Guerra Mundial, el ascenso de los nazis al poder y su conquista de Europa. Esto le empujó, judío y rojillo como era, a residir en hoteles con la maleta siempre preparada. En 1933, el mismo año en que Hitler se convertía en canciller de Alemania, dijo aquello de «estos aquí no me pillan de pardillo» y se marchó a vivir en el Reino Unido para trabajar con Ernest Rutherford. En 1936, entregaba al Almirantazgo Británico la patente de la bomba atómica que poseía con el propósito de garantizar su secreto.

Alberto Einstein y Leo Szilard

Leó Szilárd con Albert Einstein.

Aún le debió parecer que no había puesto suficiente océano por medio entre su persona y el régimen de Herr Hitler. En 1938, un año antes de que empezara la Segunda Guerra Mundial, aceptó una propuesta de la Universidad de Columbia y se mudó a Nueva York. Durante este proceso se fue encontrando con otros refugiados atómicos huídos de los nazis como Enrico Fermi, Edward Teller, Eugene Wigner, Lise Meitner, Hans Bethe o el propio Albert Einstein (y posteriormente con Niels Bohr): la más magnífica colección de cerebros reunida jamás, todos con un miedo y un enemigo común. Desde allí, Szilárd seguía con atención los avances alemanes en física nuclear hasta que éstos fueron clasificados. Entonces, temiendo que la Alemania nazi pudiera construir una bomba atómica y apoderarse del mundo con ella, sugirió a Einstein que firmara la cartita de marras a Roosevelt. El resto es historia.

Y, derrotados ya los nazis y sus aliados euroasiáticos excepto Franco, ¿a qué vino el puntito de la bomba del juicio final, postulada en febrero de 1950? Pues a una razón un poco más retorcida, pero también sustentada en el temor: observando cómo la Humanidad se deslizaba hacia una posible guerra nuclear, Szilárd quiso advertir a todo el mundo de los peligros de seguir semejante camino por el procedimiento de meterles el miedo en el cuerpo. Quiso decir que por esa vía íbamos propulsados a la autodestrucción de la humanidad, a la extinción, y que lograrlo de manera absoluta sería tan sencillo como… como esto:

Destrucción mutua asegurada por la vía de la extinción.

Lo que vino a decir Szilárd es que cualquier potencia nuclear sometida al terror absoluto de la devastación atómica, incluso ya derrotada, podía garantizar la destrucción mutua asegurada mediante una última y definitiva represalia total sin salir siquiera de su propio territorio por el expeditivo procedimiento de matar a todo el mundo literalmente; con lo que no tenía sentido intentar vencer en una guerra así, ni gastar recursos para prepararla, porque estaba empatada a cero de antemano. A población cero, quiero decir.

En aquellos momentos de principios de la Era Atómica, esta idea le parecía exageradísima a los políticos, a los militares y a buena parte de la sociedad. En 1950 faltaba casi una década para el desarrollo del primer misil balístico intercontinental, la URSS acababa de detonar su primera bomba nuclear, el número de núcleos explosivos en todo el mundo ascendía a unas pocas decenas y aún iba al colegio buena parte de la gente que se apuntaría entre sí con decenas de miles de cabezas termonucleares veinte o treinta años después. El invierno nuclear ni se sospechaba todavía. Por lo que respectaba a los presidentes y generales, las armas atómicas eran aún sólo una bomba gorda (en el sentido explosivo, pero también por su peso) que había que transportar trabajosamente hasta sus blancos con bombarderos emergidos de la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, científicos de la talla de Szilárd ya preveían lo que se avecinaba y quisieron dar la alarma. Pero los políticos, militares, periodistas y el público estaban muy cegados con sus delirios atómicos de grandeza, poder, éxito y falsa seguridad.

Gráfico en la patente de la bomba atómica de Leó Szilárd

Gráfico en la patente original de Leó Szilárd para una cierta "bomba atómica" (1934)

Así que Szilárd quiso hacerles ver la realidad. Y el hombre tan bondadoso que daba miedo se sentó y pergeñó un arma capaz de exterminar a la especie humana entera con una sola explosión o un número muy reducido de explosiones en cualquier parte del mundo. Quizá así toda aquella gente poderosa se aviniera a razones. No podían estar tan locos, ¿no? Quizá la gente escucharía.

Incluso usando bombas termonucleares, por aquellos tiempos aún en el tablero de diseño, causar un daño directo a la Tierra tan grande que condujera a la extinción humana completa resultaba impracticable –y en gran medida sigue siéndolo, en ausencia de tecnologías de la antimateria y sin tener en cuenta el invierno nuclear o los efectos sinérgicos de una gran cantidad de detonaciones durante el transcurso de una guerra termonuclear a gran escala–. Así que Szilárd fue por otro camino: dado que todos los seres humanos dependemos de la estrecha franja vertical de aire respirable que rodea a la Tierra y los primeros metros de mar, si esta capa (y/o el suelo) resultara contaminada con dosis mortíferas de radiación por todo el globo durante el tiempo suficiente, entonces la bomba del juicio final sería posible. Tendría que ser una bomba sucia o, más técnicamente, un arma de radiación residual incrementada.

Sin embargo, esto resulta más fácil de decir que de hacer. Por un lado, no hay isótopos que sean al mismo tiempo muy radioactivos y muy duraderos: cuanto más activo es un isótopo, antes se consume. O, dicho más técnicamente, menor es su vida media y antes transmuta en otras cosas que no son radioactivas o son poco radioactivas. Por otro, cubrir cada kilómetro cuadrado de la Tierra con suficiente cantidad de isótopos radioactivos como para cargarse a todo bicho viviente requiere una notable cantidad de material. En consecuencia, esta sustancia aniquiladora no puede ser muy cara y el mecanismo de dispersión debe ser extremadamente eficaz. A favor juegan los vientos, que tienden a repartir la contaminación por todo el planeta, como podemos ver en estas simulaciones de 2007 que contemplan distintos escenarios de dispersión de los humos en una guerra nuclear tradicional:

Animación con la diseminación de 5 Tg de humos en caso de guerra nuclear entre India y Pakistán.

Animación con la diseminación de 5 Tg de humos en caso de guerra nuclear entre India y Pakistán, a partir de un 14 de mayo, utilizando todo su arsenal disponible en 2007. Realizada por Luke Oman, NASA, sobre las conclusiones del estudio de la Universidad de Colorado, la Universidad Rutgers y la Universidad de California en Los Angeles: Climatic Consequences of Regional Nuclear Conflicts (en Atmospheric Chemistry and Physics, 7, 2003–2012, 2007). El modelo computacional utilizado es el ModelE del Centro Goddard de la NASA. Esta diseminación provocaría fuertes alteraciones climáticas y problemas agrícolas pero probablemente no un invierno nuclear global.

Animación con la diseminación de 50 Tg de humos en caso de guerra nuclear entre EEUU y Rusia usando un tercio de su arsenal en 2007.

Animación con la diseminación de 50 Tg de humos en caso de guerra nuclear entre Estados Unidos y Rusia, a partir de un 14 de mayo, utilizando un tercio de su arsenal disponible en 2007. Realizada por Luke Oman, NASA, sobre las conclusiones del estudio de la Universidad John Hopkins y la Universidad Rutgers: Nuclear winter revisited with a modern climate model and current nuclear arsenals: Still catastrophic consequences (en Journal of Geophysical Research, Vol. 112:2007, D13107, doi:10.1029/2006JD008235.). El modelo computacional utilizado es el ModelE del Centro Goddard de la NASA. Esta diseminación provocaría con bastante probabilidad un invierno nuclear global.

Animación con la diseminación de 150 Tg de humos en caso de guerra nuclear entre EEUU y Rusia usando todo su arsenal en 2007.

Animación con la diseminación de 150 Tg de humos en caso de guerra nuclear entre Estados Unidos y Rusia, a partir de un 14 de mayo, utilizando todo su arsenal disponible en 2007. Realizada por Luke Oman, NASA, sobre las conclusiones del estudio de la Universidad John Hopkins y la Universidad Rutgers: Nuclear winter revisited with a modern climate model and current nuclear arsenals: Still catastrophic consequences (en Journal of Geophysical Research, Vol. 112:2007, D13107, doi:10.1029/2006JD008235.). El modelo computacional utilizado es el ModelE del Centro Goddard de la NASA. Esta diseminación provocaría con gran probabilidad un invierno nuclear global fuerte y prolongado.

Esta acción de los vientos es clave para el diseño de la bomba del juicio final: si se consigue propulsar a la alta atmósfera suficiente cantidad de material fuertemente irradiado y capaz de mantener la radioactividad durante un periodo prolongado, en vez de un invierno nuclear nos hallaríamos ante un verano radiológico… y muy calentito. Pero, ¿qué clase de material puede ser este? ¿Y cómo aseguraremos su diseminación de semejante modo?

Cobalto refinado electrolíticamente.

Cobalto natural (cobalto-59) refinado electrolíticamente, con una pureza del 99,9%. Mediante activación neutrónica se transforma en cobalto-60, un isótopo radioactivo con 5,26 años de vida media, potente emisor de radiación gamma.

La bomba-C.

Szilárd consideró varios isótopos posibles para su bomba del juicio final y finalmente se centró en cuatro: el cobalto-59, el oro-197, el tantalio-181 y el zinc-64. Para la propulsión, lo tuvo claro: una bomba termonuclear de alta potencia, muchos megatones, sobradamente capaz de proyectar el material a la estratosfera y más allá. Ninguno de todos estos isótopos es radioactivo en condiciones normales: se trata de elementos corrientes bajo su forma más normal en la naturaleza. El oro es raro y caro, así como el tantalio, pero zinc hay a patadas y el cobalto se extrae a razón de más de 50.000 toneladas anuales.

La idea radica en que, sometidos a la intensa radiación neutrónica generada por un explosivo termonuclear, estos cuatro elementos absorben un neutrón y pasan a convertirse –respectivamente– en cobalto-60, oro-198, tantalio-182 y zinc-65. Y, mi estimado lector, mi estimada lectora, eso no es la clase de cosa que quisieras ver en el aire que respiras. Los cuatro son inestables y virulentamente radioactivos. Si prescindimos del oro y el tantalio por caros, el zinc-65 tiene una vida media de 244 días y el cobalto-60, de cinco años y cuarto antes de que 1/e del material vuelva a estabilizarse.

Así pues, la bomba del juicio final de Leó Szilárd, el pacifista bondadoso, sería una bomba de cobalto. Existe un dispositivo médico para radioterapia llamado comúnmente bomba de cobalto, con gran utilidad en el tratamiento del cáncer. Sin embargo, la bomba de cobalto de Szilárd tiene poco que ver: sólo se parecen, de forma bastante paralela, en su mecanismo de acción a nivel nuclear. La cuestión en ambos casos es que el cobalto-60 emite dos rayos gamma para convertirse en níquel corriente, con una energía 320 veces superior a la del radio; y sigue haciéndolo durante mucho tiempo. En su potencial aplicación militar, asegura una notable cantidad de fuentes de radiación gamma repartiéndose por toda la atmósfera y permaneciendo en ella o en el suelo y el mar a lo largo de años.

Para que nos hagamos una idea: en una bomba termonuclear de fisión-fusión-fisión corriente, la contaminación producida por la funda exterior o el tamper interior de uranio-238 es muy intensa al principio pero decae rápidamente. Una hora después de la explosión de un arma termonuclear normal, la radiación emitida por los productos derivados del U-238 es 15.000 veces más intensa que la ocasionada por el cobalto-60. Una semana después, 35 veces más. Un mes después, cinco veces. A los seis meses, son iguales. Pero en un año la radiación generada por el cobalto-60 es ocho veces superior a la de los productos resultantes de la fisión del uranio-238, y a los cinco años, 150 veces más intensa. El cobalto asegura que la radiación producida por una explosión atómica perdurará durante tiempo prolongado. Toda vida expuesta a esta radiación irá deteriorándose y ocasionalmente mutando, en una especie de Hiroshima interminable que puede extenderse a lo largo de décadas antes de que la radioactividad retorne a cifras sensatas. Si se consigue cubrir todo el planeta con cobalto-60, las probabilidades de supervivencia para la especie humana son francamente limitadas: vendría a ser algo así como someter a toda la humanidad a radioterapia permanente.

Disposición especulativa de una carga del juicio final.

Disposición especulativa de una posible "carga del juicio final". 1.- Acceso / control. 2.- Operaciones / mantenimiento. 3.- Generador eléctrico autónomo. 4.- Controlador automático (posible "mano del hombre muerto"). 5.- Carga termonuclear de alta potencia. 6.- "Balsa" de cobalto. - Esta disposición provocaría también que, si alguien atacara la instalación con un arma nuclear, ocasionaría parcialmente el efecto que pretende evitar. (Clic para ampliar)

Dicen que Szilárd bautizó su creación como bomba-C. C, de cobalto. Estimó que, por el sencillo procedimiento de sustituir la funda de uranio por otra de cobalto en cuatrocientas de los miles de bombas atómicas que se llegarían a construir, bastaría para cepillarse a la humanidad entera. O, alternativamente, se podría construir un solo gran dispositivo en cualquier lugar. O unos pocos. Y se dedicó a hablar de ella abiertamente, incluso en la radio, buscando provocar la reflexión a través del temor.

Inmediatamente, surgieron partidarios del armamento nuclear tratando de demostrar que tal cosa no resultaba posible. James R. Arnold, del Instituto de Estudios Nucleares de Chicago, intentó rebatir su idea sacando los cálculos matemáticos para semejante arma de extinción… y concluyó que era posible, sin duda, con una masa de unas 110.000 toneladas de cobalto. Caro y poco practicable, pero no imposible. Otros estudios redujeron la cifra significativamente. En principio, para cubrir cada kilómetro cuadrado de la superficie terrestre con un gramo de cobalto-60, sólo se requieren 510 toneladas; pero esto supone una dispersión perfecta imposible de obtener. En algún punto entre las 510 y las 110.000 toneladas se encuentra la verdad. Si uno se conforma con asegurar el exterminio en un área determinada, o con hacerle la vida muy difícil al mundo entero aunque no llegue a ocasionar la extinción, la cantidad desciende mucho más. Utilizando cargas múltiples, la eficiencia en la dispersión aumenta enormemente.

Pero no fueron estos detractores conversos los que horrorizaron a Szilárd, sino descubrir que le estaban tomando en serio. El geoquímico nuclear Harrison Brown, que se había destacado aislando plutonio para el proyecto Manhattan, declaraba triunfalmente a quien le quisiera escuchar: «las potencias occidentales podrían hacer estallar bombas de hidrógeno-cobalto en una línea norte-sur sobre la longitud de Praga, que destruiría toda vida en una franja de mil quinientas millas de ancho, extendiéndose desde Leningrado a Odessa; y tres mil millas de profundidad, desde Praga hasta los Montes Urales. Este ataque producidía una tierra quemada sin precedentes en la historia.» Diversas autoridades políticas y militares comenzaron a ponerse en contacto con él para considerar las posibilidades de su nueva arma. La gente que tomaba las decisiones no sólo no se había asustado, sino que se estaban interesando en construir esas temibles bombas de cobalto. Quizás fue en este momento cuando el bueno de Leó, que ya era el padre de un arma devastadora y no quería serlo de dos, decidió abandonar definitivamente la física atómica –cosa que ya había empezado a hacer en 1947– y pasarse con armas y bagajes a la biología molecular. No le faltaron acusaciones de traidor, comunista, perroflauta y prosoviético por negarse a seguir desarrollando la bomba del juicio final.

Portacontenedores

Hasta la más poderosa de las armas termonucleares actuales cabe muy sobradamente en un contenedor estándar de 20 pies, con o sin tamper o funda de cobalto. Incrementar su capacidad contaminante sería tan sencillo como introducir más cobalto común en los contenedores de alrededor, sin ningún límite específico. Un arma así ni siquiera necesitaría entrar a puerto para provocar inmensa mortandad de alcance regional y graves problemas debido al arrastre de la contaminación por los vientos. Una tonelada de cobalto vale actualmente unos 33.000 euros; usando zinc en su lugar, el precio cae a aproximadamente 1.700 euros por tonelada.

¿Pero es realmente practicable?

Todos los indicios apuntan a que ni EEUU ni la URSS ni nadie más llegaron a construir realmente una de estas armas de hidrógeno-cobalto. Sin embargo, resulta evidente por sí mismo que no existe ningún motivo por el que no se pueda envolver un arma nuclear o termonuclear en una cantidad mayor o menor de cobalto común.

Se ha postulado recientemente de modo muy insistente la posibilidad de que un grupo terrorista pudiera optar por una bomba sucia, recurriendo a explosivos convencionales con residuos nucleares en vez de un arma atómica verdadera: esto no tendría ni una fracción del efecto de una bomba de cobalto y su alcance sería eminentemente local. La posibilidad de que un grupo terrorista consiga y opere un arma nuclear se ha demostrado francamente remota: son equipos tecnológicos complejos cuyas exigencias de mantenimiento y operación pegan mal con la naturaleza clandestina de estas organizaciones. En todo caso, una bomba del juicio final digna de tal nombre es asunto de estados modernos o entidades de similar poder y sofisticación.

¿Y por qué no la crearon? Básicamente, porque su utilidad militar es reducida y existen maneras más flexibles y selectivas de llevar la devastación total al enemigo sin necesidad de cargarse a media humanidad… o la humanidad entera.

¿Sería verdaderamente capaz de cargarse a la humanidad entera? Es difícil de decir. Con el suficiente cobalto, sí. ¿Pero cuánto es ese cobalto? Aparentemente, según los estudios mencionados más arriba, harían falta unas decenas de miles de toneladas. ¿Cuánta radiación hace falta para matarnos? También resulta complicado de asegurar. En general, se considera que una absorción de cuerpo entero superior a ocho grays es prácticamente letal, y una de treinta, mortífera con toda seguridad. Sin embargo, estos estudios contemplan una absorción puntual, en un solo episodio (una explosión, un accidente, etc.) del que normalmente somos rescatados y evacuados; por su parte, los pacientes de radioterapia pueden absorber fácilmente treinta grays en lugares localizados del organismo a lo largo de un tratamiento. En general, somos más resistentes a la radiación cuando la absorción se produce por partes (en episodios separados en el tiempo y/o en puntos determinados del cuerpo).

Diseño esquemático de una bomba de hidrógeno-cobalto

Diseño esquemático de una bomba termonuclear de hidrógeno-cobalto. Para entender el funcionamiento de un arma de esta clase, lee el post "Así funciona un arma termonuclear". (Clic para ampliar)

No parece haber mucha información pública disponible sobre los efectos de una irradiación sostenida en el tiempo como la que podría ocasionar una de estas bombas de cobalto. En principio la absorción se acumularía rápidamente, conduciendo a la muerte con celeridad. Sin embargo, los seres humanos también somos notablemente capaces en la habilidad de salir por patas, ponernos a cubierto y buscarnos la vida en condiciones extremas. Aunque la mortandad sería enorme y la calidad de vida empeoraría radicalmente (por no mencionar el nivel de vida, que se iría a paseo de hoy para mañana), tengo mis dudas de que no pudiera sobrevivir una fracción significativa de la especie humana a menos que la diseminación sea abismalmente alta (imprácticamente alta, de hecho). Si estas explosiones atómicas de hidrógeno-cobalto se produjeran durante el transcurso de una guerra nuclear, en combinación con el efecto invernadero provocado por la misma, entonces sí considero bastante probable que nos viésemos abocados a una situación Toba.

Como te digo, parece que al final la idea de Szilárd tuvo algún efecto parcial y este tipo de arma no se llegó a construir. Realmente, es que no tiene mucho sentido: a pesar de esas organizaciones extrañas que crean los guionistas para las pelis, no conozco ninguna idea política, doctrina económica o dogma religioso digno de mención que proponga el exterminio total de la especie humana (incluyendo el suicidio completo, claro). Militarmente, tampoco tiene demasiada lógica: los soldados quieren alcanzar la victoria y derrotar al enemigo, o en su caso disuadirle, no erradicar toda vida animal del planeta Tierra. En términos generales, todo el mundo tiene hijos, sobrinos, ahijados o a sí mismos; la mayoría de personas –incluidos quienes detentan algún cargo de poder– quiere dejar alguna clase de herencia positiva para el futuro a título individual o colectivo, sobre unas convicciones más acertadas o más equivocadas. Como Leó Szilárd, por ejemplo, el hombre bueno que inventó la manera de matarnos a todos. Y para eso, tiene que haber un futuro.

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Así funciona un arma termonuclear

De la  fusión, lo único que no sabemos hacer aún es contenerla.
Si no tenemos la menor intención de contenerla, por supuesto que sabemos encender estrellas. ¿Qué te creías?
Modelo del núcleo de un arma nuclear israelí

Modelo de producción del núcleo de fisión de un arma nuclear clandestina israelí. Fotografía obtenida por el Dr. Mordechai Vanunu mientras trabajaba en Dimona, en 1985.

Te dejamos en el post anterior entre un montón de esferas de metal tibio, con una bolsa de polvo blanco en las manos y un tipo de uniforme o bata blanca sujetando un termo de café pequeño en tu cara. Ya aprendiste la manera de hacer una bomba de fisión, como la de Nagasaki, o en general las primeras que ha realizado cualquier país. Sin embargo, tu acompañante habló de un tipo de arma increíblemente más poderosa. Habló de encender una estrella sobre una ciudad.

–Esa no me la voy a creer tan fácil –dijiste, o algo así.
–¿Y para qué te crees que es ese polvo blanco que tienes ahí y este termo que tengo yo aquí? –te contestó– Ese polvo es deuteruro de litio, que llamamos liddy. Y en este envase tengo un poquito de tritio.
–¿Y eso qué es? –preguntaste.
–La materia de la que están hechas las estrellas.
–No j*das.
–Ajá. Y las pesadillas, también.

La materia de la que están hechas las estrellas.

Las estrellas son, fundamentalmente, grandes cantidades de hidrógeno comprimido en un solo lugar por atracción gravitatoria entre sus átomos. Cualquier aglomeración de hidrógeno lo bastante grande terminará encendiéndose en forma de un sol, aunque sea un sol muy pequeñito y débil, como las enanas marrones. AB Doradus C lo hace con sólo 93 veces la masa de Júpiter.

¿Y esto a qué se debe? ¿Por qué se encendieron y se encienden las estrellas?

El hidrógeno es el elemento más antiguo y común que hay en este universo, por la sencilla razón de que es el más simple de todos: un solo protón con un electrón dando vueltas alrededor. La inmensa mayoría de la materia que se formó durante el Big Bang era hidrógeno –el Big Bang fue demasiado primario para producir nada más complejo–, y ahí sigue desde entonces. Como el hidrógeno es muy reactivo, a menudo se presenta combinado con otras cosas; por ejemplo, formando agua junto al oxígeno –que apareció junto al resto de elementos dentro de las mismas estrellas–. En realidad, todo y todos somos una mezcla del hidrógeno primigenio y polvo de estrellas, en palabras de Carl Sagan.

Tabla periódica de los elementos

Dado que lo que distingue a cada elemento de la materia es el número de protones en su núcleo, con independencia de los neutrones o electrones que contenga, la tabla periódica de los elementos está ordenada secuencialmente por esta cifra: el número atómico. Todo lo que tiene un solo protón en su núcleo es hidrógeno, todo lo que tiene dos es helio, y así sucesivamente hasta las más remotas islas de estabilidad de la materia.

Por otra parte, los elementos de este universo existen bajo la forma de distintos isótopos. Lo que define qué es una cosa es su número de protones: toda materia con un protón en su núcleo es hidrógeno, si tiene dos es helio, si tiene tres es litio y así sucesivamente. Sin embargo, el número de neutrones puede variar dentro de un cierto rango y no por eso deja de ser el mismo elemento. Normalmente existe una combinación más común de protones y neutrones, que constituye cada uno de los elementos básicos que conocemos, y otras más raras hasta que el núcleo se vuelve totalmente inestable y transmuta en otra cosa. Estas variantes del mismo elemento que tienen idéntico número de protones pero un número variable de neutrones se llaman isótopos.

Por eso ordenamos la tabla periódica de los elementos según el número de protones (número atómico), ya que el número de neutrones puede variar para el mismo elemento. Como hemos apuntado, un núcleo con un solo protón es siempre hidrógeno; pero si lleva dos es helio, y si carga tres será litio, sea cual sea su número de neutrones. Un núcleo con seis protones es siempre carbono. Setenta y nueve protones, y será oro. Noventa y dos protones, y tenemos uranio. Noventa y cuatro es plutonio. Y así con todos. Así existen en la naturaleza, así los organizamos en la tabla periódica y sobre esa base creamos elementos nuevos. Como querían –y nunca lograron– los alquimistas.

Para distinguir unos isótopos de otros, les añadimos un numerito detrás (o, más técnicamente, un superíndice antes de su símbolo). Este numerito representa la suma total de protones y neutrones en su núcleo. Por ejemplo, el uranio-235 (o 235U) se llama así porque contiene 92 protones y 143 neutrones: total, 235. El uranio-238 (238U) tiene 92 protones (esto no puede cambiar o dejaría de ser uranio) y 146 neutrones: total, 238. Así sabemos a qué isótopo nos estamos refiriendo. Los isótopos del mismo elemento tienen un comportamiento químico muy parecido, pero el físico puede llegar a variar bastante.

Otro isótopo muy conocido es el carbono-14 (14C), ampliamente usado en datación, con seis protones y ocho neutrones. La mayor parte del carbono natural es carbono-12 (12C), cuyo núcleo posee seis protones y seis neutrones. Comparando la presencia de uno y otro, podemos descubrir la antigüedad de las cosas (ya hablaremos más a fondo de este asunto). Esto ocurre con todos los elementos de este universo, con todo lo que somos.

Isótopos naturales del carbono

Los tres isótopos naturales del carbono: carbono-12 (6 protones y 6 neutrones), carbono-13 (6 protones y 7 neutrones) y carbono-14 (6 protones y 8 neutrones). En los tres casos es carbono, tiene el aspecto de carbono y se comporta químicamente como carbono, por tener seis protones (y forma parte de nuestro organismo, por ejemplo). Sin embargo, sus propiedades físicas varían. Por ejemplo, mientras que el carbono-12 y el carbono-13 son estables, el carbono-14 es inestable y radioactivo: emite radiación beta, uno de sus neutrones "extras" se transforma así en un protón y el núcleo se convierte en nitrógeno-14 (que tiene 7 protones y 7 neutrones), con el aspecto y las propiedades del nitrógeno (por tener 7 protones). Dado que la mitad de la masa del carbono-14 pasa a ser nitrógeno-14 cada 5.730 años aproximadamente (más o menos lo que llevamos de civilización humana), la presencia de este isótopo natural resulta especialmente útil para la datación precisa de objetos históricos.

El hidrógeno no constituye una excepción a todas estas reglas; sólo que, por razones históricas, le pusimos nombres propios a sus distintos isótopos. Con mucha diferencia, el isótopo más común del universo es hidrógeno-1 (1H), históricamente denominado protio. Esto es, un protón y ningún neutrón en su núcleo: si 1 + 0 = 1, pues estamos ante hidrógeno-1. Sin embargo, una muy pequeñita parte del hidrógeno que existe tiene un neutrón junto a su protón. Como 1 + 1 = 2, lo denominamos hidrógeno-2 (2H) e históricamente le pusimos el nombre deuterio y el símbolo D; una práctica antigua cada vez más abandonada por poco sistemática.

Isótopos naturales del hidrógeno

Los tres isótopos del hidrógeno. El protio y el deuterio son estables, pero el tritio no: uno de sus neutrones emite pronto una partícula beta y se convierte en un protón, dando lugar al helio-3 (2 protones, 1 neutrón). El hidrógeno-4, aunque existe, es en extremo inestable y pierde rápidamente su tercer neutrón para convertirse de nuevo en tritio.

Debido a sus características químicas, la mayoría del hidrógeno del universo está en forma de moléculas de dos átomos juntos (H2). Cuando uno de estos átomos es de hidrógeno-1 y otro de hidrógeno-2, se le llama hidruro de deuterio y se representa como 1H2H o HD. En la Tierra, en cambio, la mayor parte de este deuterio está combinado con otras cosas, como el resto del hidrógeno. Una de las más comunes es el agua: H2O. La inmensa mayor parte del agua natural es 1H2O, con el hidrógeno corriente. Sin embargo, una minúscula proporción es 1H2HO (óxido de deuterio-protio, a veces representado HDO) o bien 2H2O (óxido de deuterio, también representado como D2O). A estas formas de agua que tienen algún hidrógeno distinto del hidrógeno-1 se les llama agua pesada (porque la pesencia de los neutrones adicionales la hace pesar un pelín más por cada unidad de volumen).

Existe aún otro isótopo natural del hidrógeno, en proporciones aún mucho más pequeñas: el hidrógeno-3 (3H), llamado tritio y simbolizado T. Siguiendo la misma lógica, su núcleo continúa teniendo un protón (o dejaría de ser hidrógeno) y dos neutrones; 1 + 2 = 3. Resulta extremadamente raro y, a diferencia de sus hermanos, ya no es estable: uno de sus neutrones tiende a desestabilizarse, emitir un rayo beta y convertirse en un nuevo protón. ¿Dos protones en el mismo núcleo? Entonces ya no es hidrógeno: ahora es helio. Para ser exactos, helio-3 (3He).

El tritio es tan raro que incluso el producido en centrales nucleares vale unas mil veces más que el oro. Su suministro está estrictamente controlado y un particular sólo puede adquirirlo en cantidades minúsculas; casi siempre, para iluminadores por fosforescencia o experimentos científicos. Si intentas comprar algo más que microgramos, aunque tengas el dinero para pagarlo, algunas personas de humor muy esaborío van a hacerte una visita y preguntar por tu rollo. El deuterio, en cambio, es de venta casi libre y su precio a peso sólo duplica el del oro y anda cerca del rodio; tiene variadas aplicaciones industriales y científicas.

¿Y todo esto qué tiene que ver con las estrellas y con las armas termonucleares? ¡Todo! Porque el hidrógeno-2 (deuterio) y el hidrógeno-3 (tritio) son los dos isótopos del universo conocido que fusionan con más facilidad. ¿Y qué es fusionar?

Núcleos atómicos maniáticos.

Los núcleos pequeñitos pueden fusionar entre sí. Bueno, en realidad podría hacerlo cualquier núcleo, pero la cantidad de energía necesaria para lograrlo a partir de determinado tamaño no se concentra en el mismo punto en ningún lugar del universo conocido. Porque esa es una pega esencial de la fusión: hay que aportar mucha energía inicial para que llegue a producirse; lo que pasa es que cuando se produce, entrega un montón de energía aún mayor.

La razón de que haya que aportar tanta energía para que se produzca la fusión es bastante sencilla: simple repulsión electromagnética. Dijimos más arriba que los núcleos de los átomos están formados por protones (que tienen carga eléctrica positiva) y neutrones (que no tienen carga eléctrica, y por eso se llaman así); los electrones de carga negativa, por su parte, no están en el núcleo sino en orbitales cuánticos a bastante distancia del mismo.

Esto quiere decir que todos los núcleos tienen carga eléctrica positiva (la de sus protones); y cuanto más grandes sean, más (porque tienen más protones). ¿Recuerdas aquello de que polos opuestos se atraen y polos iguales se repelen? Pues eso: a los núcleos no les gusta mucho acercarse entre sí y se mantienen a una respetable distancia, los muy dignos. Para que se animen a arrimarse, hay que ponerlos ciegos de energía. Cuando se ponen bien calientes, se les quitan las manías. Lo que pasa es que eso requiere mucha calentura.

Más técnicamente, es preciso acelerarlos a temperaturas termonucleares para que se produzca la unión (y por eso la fusión fría no cuadra… ya hablaremos). Entonces los dos átomos se fusionan en uno solo, liberan un neutrón y con él una cantidad enorme de energía. En realidad, si contamos átomo a átomo, menos que con la fisión que vimos en el post anterior; pero la densidad energética de la fusión es muy superior, lo que se transforma en una liberación de energía mucho más grande por unidad de masa (por cada gramo de material «fusible» empleado, vamos). Si un kilogramo de uranio-235 military grade puede soltar 88 terajulios cuando fisiona, un kilogramo de deuterio-tritio (2H+3H) entrega 337 terajulios: casi cuatro veces más (ah, sí… la reacción materia-antimateria podría producir cerca de noventa mil terajulios por kilo). Por comparación, los explosivos convencionales más poderosos como el octanitrocubano generan una energía de 0,0000085 terajulios por kilogramo y el tradicional TNT, poco más que la mitad de este último; y nunca podrían hacerlo con una eficacia, instantaneidad y variedad energética tan grandes, por muchos órdenes de magnitud.

Repulsión y fusión nuclear

Polos opuestos se atraen, polos iguales se repelen. Los núcleos atómicos están compuestos por neutrones (sin carga) y protones (con carga positiva); como resultado, los núcleos en su conjunto son fuertemente positivos y por tanto se repelen con fuerza entre sí. En condiciones normales, esta repulsión los mantiene separados e impide que puedan llegar a fusionar. Sin embargo, a temperaturas termonucleares (millones de grados), los núcleos vibran violentamente y la inercia de estos movimientos es capaz de vencer a la repulsión electrostática, haciéndolos colisionar y fusionar entre sí con alta liberación de energía. En la imagen, dos núcleos de deuterio (hidrógeno-2) y tritio (hidrógeno-3) colisionan, fusionan y liberan un núcleo de helio-4 y un neutrón altamente energéticos.

Hidruro de litio

Hidruro de litio. En su variante isotópica deuteruro de litio ("liddy") constituye el combustible de fusión de las armas termonucleares.

El hidrógeno-1 fusiona mal, porque sólo tiene protones que tienden a repelerse fuertemente entre sí y carece de neutrones que hagan de mediadores. Sin embargo, el hidrógeno-2 (deuterio) y el hidrógeno-3 (tritio) lo hacen mucho mejor, precisamente porque poseen neutrones. La fusión más fácil de lograr, la que más pronto se produce, es la de deuterio + tritio para transformarse en helio-4 (helio común), un neutrón libre y 17,59 MeV de energía total.

–¿El tritio es lo que tienes en esa especie de termo de café? –preguntas entonces a tu guía.
–Exacto.
–¿Y el deuterio es lo que tengo yo aquí en las manos?
–Ajá. Pero combinado con otro elemento: el litio. Específicamente, en su isótopo litio-6.
–¿Y eso? ¿Litio, para qué?

De todas las reacciones de fusión posibles, la que une deuterio con litio-6 es la más energética de todas: genera dos átomos de helio y 22,4 MeV de energía. Se da la circunstancia de que el hidruro de litio es un viejo conocido de la química; esto es, una molécula compuesta por un átomo de hidrógeno y otro de litio. Sustituyendo el hidrógeno corriente por su isótopo hidrógeno-2 (deuterio) y el litio corriente (litio-7) por su isótopo litio-6, obtenemos una variante isotópica del hidruro de litio convencional que se llama deuteruro de litio-6 cuyo descubridor Igor Kurchatov denominó liddy. Al igual que el hidruro de litio, es un polvo blancuzco y un poco cristalino, no radioactivo, muy tenue y ligero; barato, estable y fácil de manipular.

Entonces miras con algún escepticismo la bolsa de polvo terrible al que llaman liddy, apartándotela quizá un poquito de la barriga, y apuntas:

–Pues no parece gran cosa.
–Eso es porque no lo has magreado bien –te contesta tu guía, con una risita.

Fusión.

En las estrellas, la energía para superar la repulsión electrostática viene dada por la gravedad, que atrae entre sí grandes masas de hidrógeno con su correspondiente porcentaje de deuterio y tritio. La gravedad va comprimiendo unos átomos contra otros hasta que la temperatura aumenta de tal modo debido al incremento de la presión que sus núcleos –cada vez más próximos y con mayor inercia– comienzan a fusionar y liberar energía. Entonces la estrella se enciende: ha nacido un sol. Y quiere estallar, pues la energía generada es mucha; pero la inmensa gravedad contiene su explosión hasta que alcanza un punto de equilibrio durante los siguientes millones de años (hasta que se va consumiendo el material fusionable).

Para encender una estrella con una ínfima fracción de esa masa, teníamos que encontrar una manera de sustituir la gravedad por otra fuerza igualmente capaz de superar la repulsión electrostática entre núcleos, aunque fuera durante un instante; y también de contener la reacción por un momentín mientras se completa. El problema es que la cantidad de energía necesaria para conseguirlo tiene que calentar el material fusionable a unas temperaturas equivalentes a varios cientos de millones de grados centígrados. Pero no hay ningún explosivo ni combustible en este mundo capaz de lograr algo así, por muchísimo.

Los Pilares de la Creación (Nebulosa del Águila)

Los Pilares de la Creación, un criadero de estrellas en la Nebulosa del Águila. La materia molecular de la nebulosa va colapsando sobre sí misma por atracción gravitatoria, formando discos de acreción en torno a esferas de gas, de donde surgen respectivamente los planetas y las estrellas. La esfera central, si es lo bastante grande, seguirá comprimiéndose hasta alcanzar temperaturas termonucleares, permitiendo así la fusión del hidrógeno que contiene. Ha nacido un sol.

Un momento… ¿cómo que no?

Pues claro que sí. Tenemos bombas atómicas, ¿no? ¡Lo vimos en el post anterior! Si recuerdas, cuando la energía emitida por la fisión del uranio-235 o el plutonio-239 pasa a la materia circundante, la calienta a temperaturas equivalentes a trescientos millones de grados o más. Tenemos una fuente de energía instantánea capaz de generar esa clase de calentón y transferírselo a un contenedor de materiales fusionables situado en las proximidades.

Así pues, sólo tenemos que encontrar una manera de mantener una cierta cantidad de materiales fusionables quieta en un sitio mientras le estalla una bomba atómica al lado. Lamentablemente, la explosión de una bomba atómica no es la clase de suceso que deja las cosas quietas y tranquilitas a su alrededor, y menos aún dentro del radio de aniquilación. Si pones algo al lado de un arma nuclear mientras detona, pasará a estado plasmático y se desintegrará sin importar de qué material esté hecho. Eso incluye al liddy este y a cualquier otra materia del universo conocido. ¿Cómo lo resolveremos?

La genialidad diabólica de Teller, Ulam y Sakharov.

Las primeras ideas consistieron en inyectar una mezcla de gases deuterio y tritio (que forman el combustible de fusión idóneo) en el centro de la esfera de implosión de un arma nuclear clásica. Esto tiene dos virtudes: la primera, sirve como estupenda fuente neutrónica para iniciar la reacción de fisión, en sustitución de las bolitas anteriores de polonio/berilio y cosas por el estilo. La segunda es que, cuando la fisión del plutonio se produce, va a fusionar una pequeña cantidad de este deuterio y tritio generando una cantidad aún mayor de neutrones y energía. Sin embargo, esta aproximación tiene enormes limitaciones.

Una de ellas es que, como vimos más arriba, el tritio sale enormemente caro: mil veces más que el oro. Un arma que use mucho tritio cuesta una fortuna, mucho más de lo que resulta prudente cuando tienes la intención de hacerte un arsenal con esta clase de dispositivos. Otra de ellas es que el tritio es inestable y decae naturalmente en forma de helio-3: si almacenas un kilo de tritio, en doce años y pico se habrá convertido en medio kilo de tritio y otro medio kilo de helio-3, que no nos sirve. Esto es indeseable y obliga a constantes mantenimientos y purificaciones del tritio del arma. Por otra parte, esta disposición básica no permite que las reacciones de fusión se completen eficazmente, pues el material resulta disgregado demasiado pronto.

Las armas nucleares en las que se ha inyectado deuterio + tritio en su centro, y/o se ha dispuesto a su alrededor en distintas formas, no son verdaderas armas termonucleares por el sencillo motivo de que la mayor parte de la energía no procede de las reacciones de fusión, sino todavía de las de fisión. Se llaman armas aceleradas por fusión (fusion-boosted), y pueden incrementar hasta un 20% la potencia original del arma de fisión hasta un máximo teórico de un megatón aproximadamente.

Vamos, que nos hemos quedado como estábamos. Tenemos un arma sólo un poco más potente, mucho más cara, igualmente limitada por debajo del megatón y aún más complicada y menos flexible. Sobre todo, aún no hemos aprendido a hacer estrellas. No mola.

Resulta fascinante descubrir cómo el equipo norteamericano y soviético dieron casi los mismos pasos, sin que hubiera mucho espionaje efectivo entre ambos para el proyecto termonuclear (a diferencia del nuclear). Ya se sabe que los equipos de similar cualificación, enfrentados al mismo problema, suelen alcanzar soluciones muy parecidas. Al final, la solución la encontró primero el equipo estadounidense encabezado por Edward Teller y Stanislaw Ulam: iban más avanzados por haber echado a andar antes por el camino de las armas atómicas, ya con el Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial, lo que se saldó con los bombardeos de Hiroshima y Nagasaki.

Diseño Teller-Ulam

Diseño básico de Teller-Ulam. La radiación generada por un primario de fisión comprime una etapa secundaria concebida para ultracomprimir y calentar a temperaturas termonucleares un combustible de fusión.

Hay que decirlo: es una genialidad. Diabólica, terrible, lo que quieras, pero una genialidad. Se llama el diseño Teller-Ulam de fusión por etapas, y resuelve elegantemente de un plumazo todos los problemas anteriores (en la URSS fue redescubierto independientemente poco después, y allí se llamó la tercera idea de Sakharov). La idea consiste en situar los elementos de fisión y de fusión en etapas consecutivas, separadas entre sí, de modo que cada una active a la siguiente. Para lograrlo sin que todo resulte destruido antes de llegar a funcionar, se basa en un hecho simple: la energía generada por una bomba atómica está compuesta en gran medida por rayos X avanzando a la velocidad de la luz; mientras que el núcleo se expande a sólo unos mil kilómetros por segundo o cosa así (es decir, una tricentésima parte).

Vamos a aprovechar esa diferencia de velocidades para utilizar la energía del arma nuclear antes de que ésta destruya el contenedor de productos de fusión. Trataremos de crear un delicadísimo mecanismo de relojería que sólo empieza a funcionar cuando ya ha comenzado a dejar de existir y tiene que funcionar del todo antes de que termine de dejar de existir. Una tontería de nada, vaya.

La gran explosión, la gigantesca explosión.

Así pues, vamos a situar varios elementos en nuestra arma termonuclear. A un lado, colocaremos una pequeña bomba atómica: se llama el primario, porque es quien lo va a poner en marcha todo. Al otro lado, situamos el contenedor de productos de fusión, que está compuesto fundamentalmente por cilindros o esferas concéntricas de uranio-235 o plutonio-239 rellenas con este polvo que hemos bautizado como liddy –deuterio y litio–; este contenedor es el secundario. Entre ambos colocaremos espuma de poliestireno o un aerogel del tipo del FOGBANK, un disco de metal pesado (frecuentemente uranio-238) y un par de cosillas más que me temo que siguen siendo bastante secretas.

La idea es sencilla: lograr que la explosión de la bomba atómica normal (el primario) transfiera un porcentaje importante de su energía al contenedor de liddy cebado con plutonio (el secundario); de tal modo que el liddy se vea atrapado entre las reacciones de fisión del primario y las de las esferas de uranio y plutonio que lo contienen. Así se producirá un pico inmenso de energía, suficiente para que el deuterio y el litio que lo forman no sólo estén combinados químicamente sino que pasen a fusionarse físicamente. Pues, al hacerlo, liberarán una inmensa, una monumental cantidad de energía. La energía de las estrellas.

Disposición de las cabezas MIRV y la carga termonuclear en un ICBM

Disposición de las cabezas MIRV/MaRV y la carga termonuclear en un ICBM avanzado (en la fotografía, un RS-24 Yars ruso). El esquema interior del MIRV/MaRV es una estimación a partir de la información pública disponible al respecto. (Clic para ampliar)

Una vez organizado el montaje, la manera de ponerlo en marcha es muy simple. Sólo hay que hacer detonar la bomba atómica del primario y todo lo demás ocurrirá en cadena sin necesidad de ninguna otra intervención. Las fases van como sigue:

  1. El primario de fisión detona como vimos en el post anterior. Al hacerlo, emite grandes cantidades de rayos X y radiación gamma muy energéticos en todas direcciones. Una parte de este frente fotónico comienza a avanzar hacia la etapa secundaria.
  2. Entre el primario y el secundario se encuentra un sistema denominado etapa interetapas. La naturaleza exacta de este sistema es uno de los secretos mejor guardados de la historia, y después de medio siglo sigue sin llegar al público. Su función es participar en la contención de la detonación del primario pero, sobre todo, enfocar la energía del frente fotónico hacia el secundario de una manera específica exacta. La idea es que esta radiación caliente la cavidad interior de la bomba («hohlraum») de forma homogénea e incida sobre el secundario desde todos los ángulos a la vez.
  3. Toda esta energía viaja a la velocidad de la luz, y el equilibrio térmico en el interior del hohlraum se alcanza rápidamente. El material que contiene –espuma de poliestireno, FOGBANK o similar– pasa de golpe a estado plasmático. Ahora la carcasa del secundario se encuentra bombardeada desde todos los ángulos por la radiación que emite el primario, y además está sumergida en un plasma que aumenta su temperatura a gran velocidad.
  4. Debido a la elevada temperatura del plasma circundante, se inicia un fenómeno conocido como ablación en la superficie exterior del secundario. Los materiales sometidos a ablación van perdiendo partículas de fuera hacia adentro, lo que provoca una fuerza expansiva-compresiva por acción-reacción. Básicamente, cuando la cantidad de energía es muy alta –y con una bomba atómica estallando a pocos centímetros, la energía es muy alta– la ablación es muy rápida y esta fuerza adquiere todas las características de una explosión que comprime violentamente el combustible de fusión y el núcleo de plutonio-239 que hay en su interior.
  5. Cuando el núcleo de plutonio-239 del secundario (la «bujía», sparkplug) se ve ultracomprimido por las fuerzas de ablación procedentes del exterior… pues se convierte exactamente en el núcleo de plutonio de una bomba atómica de fisión. O sea que fisiona y empieza a estallar como si fuera un segundo primario. Ahora el liddy está atrapado entre dos bombas atómicas detonando a la vez: la del primario y el plutonio fisionando en el núcleo del secundario.
  6. La carcasa del secundario (en ablación) suele estar fabricada de uranio-238. El uranio-238 no es fisible en condiciones normales, pero en situaciones de alta temperatura, presión y densidad neutrónica fisiona estupendamente. Y en estos momentos está comprimiéndose y desintegrándose entre el plasma de muy alta temperatura generado por la detonación del primario y la avalancha neutrónica procedente de la fisión del núcleo del secundario. Ya te puedes imaginar lo que pasa a continuación: fisiona a su vez, y además muy energéticamente.
  7. Con esto, el combustible de fusión está atrapado entre tres bombas atómicas estallando a la vez: dos concéntricas, que lo ultracomprimen, lo calientan a cientos de millones de grados y lo bañan en neutrones de alta energía; y la del primario que sigue suministrando grandes cantidades de energía a todo el conjunto para mantener el proceso.
  8. Entonces, ocurre una brujería de estas a las que los físicos son tan aficionados. Resulta que el liddy sería un magnífico combustible de fusión (la fusión deuterio-litio es la segunda reacción más energética de todo el universo, sólo por detrás de la materia-antimateria). Pero presenta dos problemas: su sección eficaz es relativamente pobre y además no produce neutrones. Esto significa que la probabilidad de que suceda es relativamente baja y encima no nos aporta neutrones para algo que va a venir después: tendríamos una bomba termonuclear flojucha. Sin embargo, esto no es problema: las avalanchas neutrónicas que proceden de las dos bombas atómicas entre las cuales el liddy está atrapado ahora fisionan sus átomos de litio y forman tritio. Rápidamente, el liddy –deuteruro de litio– se transforma en triddy –deuteruro de tritio– y eso es deuterio y tritio: exactamente la materia con la que fusionan las estrellas, también muy energética pero además con una sección eficaz altísima y abundante emisión neutrónica. La bomba está fabricando ahora su combustible sobre la marcha, incluyendo el costosísimo tritio, y en el proceso se está convirtiendo en una estrella pequeñita autocontenida por ablación.
  9. Fusión. Conforme el litio transmuta en tritio, la sección eficaz aumenta bruscamente y, a cientos de millones de grados y millones de atmósferas de presión, los núcleos de deuterio y tritio fusionan de repente. Eso provoca un rápido embalamiento energético y neutrónico, que dispara hasta otras cinco reacciones de fusión adicionales mediante distintas combinaciones de deuterio, tritio, litio y el helio-3 que se va formando en el proceso también. La estrella acaba de encenderse.
  10. La masiva andanada neutrónica instantánea producida por estas reacciones de fusión alcanza rápidamente al resto de metales pesados que aún se encuentran pulverizados en su entorno: el plutonio-239 de los núcleos del primario y el secundario, el uranio-235 o -238 de la carcasa del secundario y el uranio-238 de la funda exterior. Al hacerlo, realimenta enormemente sus reacciones de fisión, aumentando aún más la energía total del dispositivo termonuclear. La bomba Zar llegó a producir el 1,4% de la potencia de salida del Sol durante 39 nanosegundos.
  11. Detonación termonuclear. Las fuerzas de compresión y ablación ya no son capaces de contener este pico de energía monumental por más tiempo. Surge una densa esfera de radiación fotónica que se expande a la velocidad de la luz y otra sólo un poco más lenta de neutrones muy energéticos. La radiación fotónica (fundamentalmente en forma de luz, rayos X y radiación gamma) se transfiere velozmente al aire circundante, calentándolo y dilatándolo de manera explosiva. Los neutrones irradian y vuelven radioactiva la materia circundante. Se produce una gigantesca explosión, que a diferencia de las de fisión no tiene límite teórico. Con las más potentes que se llegaron a construir, no queda nada en decenas de kilómetros a la redonda.
Animación con el funcionamiento y efectos de un arma termonuclear

Animación con el funcionamiento y efectos de un arma termonuclear

No obstante, la ventaja más significativa de las armas termonucleares sobre las nucleares no es sólo su enorme potencia, sino su coste mucho más bajo y su mayor flexibilidad. ¿Coste bajo, con todos estos materiales exóticos? Sí: como la energía producida por unidad de masa es mucho mayor, la cantidad de material necesaria para hacer la misma bomba es significativamente menor. Una bomba de fisión de medio megatón, cerca de su máximo teórico, es un trasto inmenso atiborrado de costoso plutonio que necesita un bombardero pesado para transportarla; la misma bomba, pero en fusión, sale mucho más barata y además caben seis en la punta de cualquier ICBM. Y encima cuesta menos de mantener.

También, como hemos dicho, son más flexibles. Aumentar o reducir la potencia de un arma termonuclear es sencillo, lo que ha dado lugar a las armas de potencia variable o dial a yield. Mediante un mando analógico o digital que modifica algunas particularidades de la activación del secundario, es posible modificar la energía producida por el mismo entre la máxima permitida por el diseño y ninguna en absoluto (cerrando el secundario y dejando la detonación del primario a pelo). Otra flexibilidad de los explosivos termonucleares es que se puede variar su diseño para producir armas de propósito especial: bombas de neutrones, bombas exoatmosféricas de pulso electromagnético incrementado, bombas de radiación residual reducida o aumentada (la bomba del juicio final de Szilard) y un largo etcétera.

¿Por qué es tan difícil?

Pergeñar un precario petardo nuclear es relativamente fácil; no deja de ser una tecnología con 65 años de antigüedad. Cualquier doctorando en física nuclear de cualquier universidad del mundo debería ser capaz de parir un diseño básico con mayor o menor esfuerzo; cualquier país provisto de centrales nucleares y alguna industria debería poder construirlo con algún tiempo y gasto –mucho tiempo y mucho gasto si se quiere mantener la discreción–. Lo que ocurre es que acabas con un trasto monumental de poca potencia, menor eficiencia y casi nula utilidad militar en el mundo moderno. Es poco más que un juguete físico, a lo mejor capaz de lograr que a tu sector más patriotero y militarista se le ponga durísima, pero cuyas posibilidades prácticas son sumamente limitadas.

Lanzamiento de un SLBM Trident II D-5 desde un submarino en inmersión

Lanzamiento de un SLBM norteamericano Trident II D-5 desde un submarino en inmersión

En realidad, tú no quieres una bomba nuclear. Tú quieres una fuerza nuclear, compuesta por armas nucleares. Y, amigo mío, amiga mía, eso es una liga completamente distinta. Es como querer jugar la final de la Champions con el bravo y mítico Alcoyano C.D. Este es el momento en que la cosa comienza a complicarse. Para empezar, ahora ya no necesitas una cosa, sino dos: un vector –es decir: una manera de llevarla hasta su blanco– y un arma lo bastante pequeña y ligera como para que quepa en tu vector. Ops. Esto empieza a complicarse.

Como no vas a ponerte a trastear con ICBMs avanzados desde el primer día –más que nada, porque para eso necesitas un programa espacial de envergadura, o su equivalente– tendrás que apañarte con aviones. Siempre podrías lanzar tu trasto físico del tamaño de un turismo desde un Hércules o cosa parecida. Lo que pasa es que, por menos pasta de la que te va a costar todo el proyecto, podrías hincharte a comprar Eurofighters Tranche Sopotocientos y armamento aire-superficie con una potencia explosiva equivalente a muchas unidades de tu primitiva bomba atómica; lo cual, por cierto, sería bastante más flexible y adaptativo en una guerra real.

Quien empieza a adentrarse por el camino de las armas nucleares, debe saber que ese es un camino muy largo, con muchas bifurcaciones sin salida y con un coste inmenso. Para empezar, necesitas un enemigo; es una estupidez meterte en un lío semejante sin un enemigo claro, una estrategia definida y unos usos específicos. Este enemigo debe ser lo bastante poderoso como para que no puedas derrotarlo sin recurrir a las armas atómicas, pero al mismo tiempo no tan poderoso que su represalia te convierta a ti y a tu país entero en contaminación ambiental (a menos que pretendas jugar en la liga de la Guerra Termonuclear Total, claro; en tal caso, te sugiero ingresarte en un psiquiátrico porque tienes algún problema de percepción de la realidad).

El caso clásico de entrada tardía razonable en el mundo del armamento nuclear es el de India y Pakistán. India y Pakistán son dos países con muchos motivos para odiarse y muy pocos para quererse, centrados en un severo conflicto sobre partes importantes de su territorio; entre ellas, Bengala, Cachemira y el Punjab. En sesenta años han tenido cuatro guerras y cinco broncas serias. Más o menos desde 1971 India suele ganar estas trifulcas –a pesar del apoyo chino y estadounidense a Pakistán–, pero ambos saben que el día menos pensado el otro les da una sorpresa; mientras que, por otra parte, la victoria final resulta muy poco probable (e incluso indeseable: ¿qué haces tú mañana con ciento setenta y cinco millones de pakistaníes o mil doscientos millones de indios?). Este es el caso paradigmático que justifica un programa nuclear militar: enemigo claro, invencible –en el sentido de levantar la bandera sobre su Parlamento mientras sus últimas tropas huyen– y potencial de conflicto nítido y constante. «Potencial de conflicto» del tipo de cuatro guerras recientes y a la espera de la quinta, no meras paranoias patrioteras o simplemente racistas y xenófobas.

Sólo en una situación así, el inmenso coste y esfuerzo de poner en marcha un programa nuclear militar tiene algún sentido razonable. Al principio, porque pueden decantar a tu favor una guerra que de otro modo tendría un resultado incierto; después, porque disuaden al oponente de comenzarlas. En el proceso, porque te otorga palancas negociadoras que no podrías obtener de ninguna otra manera. Eso sí, prepárate a adoptar en tu país la filosofía del pakistaní Zulfikar Ali Bhutto: «comeremos hierba, pero haremos una bomba nuclear». Si no tienes razones muy buenas (y recursos igualmente buenos) para implantar semejante política, más vale que lo dejes estar.

Este es un poder grande, duro y fuerte; quienes lo adquirieron, lo hicieron con presupuestos prácticamente ilimitados y porque temían a otros hombres más que al mismísimo demonio. En cuanto ese miedo cedió un poco, los esfuerzos para reducirlo han sido constantes. Muchos países se han declarado a sí mismos zonas libres de armas nucleares. Ellas siguen ahí, en sus guaridas, acechando día y noche la vida de todos y los destinos de la Humanidad; pero quizá hayamos aprendido algo de tanto miedo y necedad. Las armas termonucleares no se pueden desinventar, y quizás ni siquiera sería juicioso prescindir completamente de la tecnología por si las moscas. Siendo realistas, proporcionan una garantía de seguridad tan inmensa que difícilmente desaparecerán en su totalidad, y hasta es posible que aparezcan nuevos usuarios. Sin embargo, todo avance que reduzca el riesgo de exterminarnos a nosotros mismos será un progreso de la Humanidad; y quizá, en algún futuro hacia el que merecería la pena empujar, no necesitemos de estas ni de ninguna otra clase de armas. Ojalá.

La bomba Zar, la más potente de la historia, era una termonuclear de tres etapas y liberó entre 50 y 60 megatones.

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¡Qué malo!Pschá.No está mal.Es bueno.¡¡¡Magnífico!!! (87 votos, media: 4,90 de 5)
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