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.

Anterior: Tras la retirada del transbordador norteamericano, ¿cuál es el futuro de la exploración espacial tripulada?

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?

3 Comentarios Trackbacks / Pingbacks (15)
¡Qué malo!Pschá.No está mal.Es bueno.¡¡¡Magnífico!!! (10 votos, media: 4,20 de 5)
Loading...
Be Sociable, Share!

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.

93 Comentarios Trackbacks / Pingbacks (35)
¡Qué malo!Pschá.No está mal.Es bueno.¡¡¡Magnífico!!! (87 votos, media: 4,90 de 5)
Loading...
Be Sociable, Share!