I. QU� ES Y C�MO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR

MUCHAS veces hemos visto en el cine o en la televisi�n las im�genes sobrecogedoras de un ensayo nuclear sobre la superficie terrestre en que poco a poco se forma y asciende el caracter�stico hongo de polvo y humo. Hemos o�do decir que el poder destructor de cada bomba nuclear es 1 000 000 de veces mayor que el poder destructivo de un explosivo qu�mico, como ser�an la dinamita o el TNT. Podr�amos, con todo derecho entonces, imaginarnos que una bomba nuclear ha de ser inmensamente voluminosa y pesada. Y la realidad es todo lo contrario: el combustible explosivo de una bomba de fisi�n tiene una masa alrededor de los 10 kilogramos y es del tama�o de una pelota de b�isbol. �C�mo es posible que algo as� de peque�o tenga tanto poder? �De qu� manera se puede esconder dentro de una pelota de b�isbol toda la energ�a que hemos visto liberarse y transformarse en luz, calor y polvo transportado a las alturas?

La respuesta a esta pregunta es simple. La materia est� compuesta de unidades llamadas �tomos que tienen en su centro un n�cleo capaz de liberar, bajo ciertas condiciones, una cierta cantidad de energ�a. La energ�a que cada n�cleo puede liberar es peque��sima comparada con las energ�as que conocemos en nuestra vida diaria. Por ejemplo, cada n�cleo de uranio dentro de la bomba lanzada contra Hiroshima emiti� una cantidad de energ�a equivalente a la que un aparato de radio de transistores necesita para funcionar durante una cien millon�sima de segundo. Dicho de otra forma, se necesitar�an unos cien millones de n�cleos de uranio emitiendo energ�a ordenadamente para que nuestro receptor —suponiendo que la pudiera aprovechar en un 100%— funcione durante un segundo. Pero si la energ�a que cada n�cleo puede liberar es tan poca, �c�mo resulta una bomba tan poderosa? Esto se debe a que los �tomos son unidades tan peque�as que hay much�simos en cada gramo de materia. Por ejemplo, un gramo de uranio tiene tantos �tomos que el n�mero de ellos requiere escribir un 3 seguido por 21 ceros. Recordando el ejemplo del radio de transistores, ahora podemos calcular cu�nto tiempo funcionar�a nuestro aparato si un gramo de uranio liberara su energ�a. El resultado es... 1 000 000 de a�os.

La energ�a almacenada en los n�cleos de los �tomos se llama energ�a nuclear. El ejemplo del aparato de radio nos ense�a que si la energ�a es extra�da lenta y controladamente de los n�cleos, resulta ser muy �til. �ste es el principio de operaci�n de un reactor nuclear. Sin embargo, hay otro modo de liberar la energ�a de los n�cleos, y esto es hacerlo de manera r�pida y violenta. Regresando al ejemplo, en vez de usar la energ�a nuclear durante mucho tiempo, podr�amos lograr que todos los n�cleos de un gramo de uranio liberaran su parte al mismo tiempo. La energ�a ser�a tanta que el proceso ser� una explosi�n tan potente como la de 17 mil kilogramos de TNT. Esto se considerar�a como una explosi�n nuclear relativamente d�bil. La bomba detonada sobre Hiroshima fue unas mil veces m�s potente, ya que liber� tanta energ�a como la explosi�n de 13 mil toneladas de TNT.

La energ�a que cada n�cleo de uranio libera cuando explota una bomba proviene de su rompimiento (fisi�n) en n�cleos m�s livianos. Por este motivo, a las bombas nucleares que utilizan como material combustible n�cleos de elementos pesados se las llama bombas de fisi�n (tambi�n se las conoce como bombas at�micas o bombas A). Cada vez que un n�cleo de uranio se fisiona se forman dos fragmentos de aproximadamente la mitad de la masa original, m�s dos o tres part�culas livianas llamadas neutrones. Los neutrones, junto a los protones, son los constituyentes habituales de todos los n�cleos. El uranio tiene 92 protones y 143 neutrones. Durante cada fisi�n algunos de los neutrones quedan libres y el resto, junto a todos los protones, pasan a formar el par de fragmentos. Este proceso de fisi�n ocurre de modo espont�neo, pero muy lentamente. Para poderlo aprovechar, ya sea en reactores o en bombas, hay que "ayudar" al uranio a romperse. Esto se consigue lanzando algunos neutrones, ya que al chocar con los n�cleos de uranio los rompen y comienza la liberaci�n de energ�a.

Podemos imaginarnos lo que ocurre adentro de un trozo de uranio: alguno de los neutrones enviados del exterior choca contra un primer n�cleo de uranio, lo fisiona produciendo dos fragmentos y dos o tres nuevos neutrones que se alejan r�pidamente del lugar, hasta que chocan, cada uno contra un n�cleo de uranio, que a su vez se fisiona liberando dos o tres nuevos neutrones. As� se desarrolla una reacci�n en cadena, en que se tienen cada vez m�s fisiones debido a que cada una produce m�s de un neutr�n libre. Existen mecanismos que pueden hacer "desaparecer" algunos de los neutrones, por ejemplo si alg�n n�cleo diferente al fisionable los absorbe o si simplemente se escapan del material. Para que las fisiones contin�en, a pesar de las p�rdidas de neutrones, debe haber en todo momento un n�mero suficiente de neutrones. Esta condici�n, que depende del tipo de n�cleo que se va a fisionar (no s�lo sirve el uranio, sino tambi�n otros como el plutonio), de la forma y tama�o del aparato dise�ado, y del material que rodea al combustible, define una masa cr�tica. Una masa cr�tica de combustible es la m�nima que mantiene la reacci�n en cadena, y una bomba necesita una masa mayor que la cr�tica. Se opina que masas de un kilogramo del uranio fisionable (se le llama uranio 235) ser�an suficientes para construir una bomba, si se cuenta con un excelente dise�o. Un kilogramo de uranio es una esfera de cinco cent�metros de di�metro, �el tama�o de una pelota de ping-pong!

El material que se usa como elemento fisionable de una bomba debe ser de alta pureza para aumentar la energ�a liberada y minimizar las p�rdidas de neutrones. El uranio 235 es muy escaso en la naturaleza; en las minas de uranio solamente 0.7% de todo el uranio es del tipo 235, apropiado para reacciones de fisi�n. Para construir una bomba se necesita enriquecer el combustible hasta valores cercanos a 95%. �ste fue el gran problema t�cnico durante la construcci�n de las primeras bombas. Por otro lado, en un reactor nuclear, en que las fisiones ocurren de modo lento y controlado, no se necesita tener un enriquecimiento tan alto del combustible nuclear y generalmente �ste no sobrepasa el 3%. �sta es la raz�n (adem�s del dise�o) por la cual un reactor nuclear no podr�a explotar como una bomba.

Hacer que una bomba de fisi�n explote es relativamente simple. Una vez que se tiene cantidad suficiente de material fisionable como para sobrepasar la masa cr�tica se forman dos semiesferas que deben mantenerse separadas hasta el momento de la explosi�n. La explosi�n ocurrir� apenas las semiesferas se junten y alg�n neutr�n inicie la reacci�n en cadena. Una fuente de neutrones externa act�a como iniciador de la detonaci�n. La bomba de uranio 235 lanzada sobre la ciudad de Hiroshima fue del tipo "ca��n". Consist�a de un mecanismo de disparo, contenido adentro de la bomba, que lanz� una masa contra la otra a una velocidad de algunos kil�metros por segundo.

 

Figura 1. Dise�o simplificado de una bomba tipo "ca�on", como la que se utiliz� en Hiroshima. El explosivo qu�mico, al detonar, lanza una masa contra la otra, logrando que se forme la masa cr�tica necesaria para mantener la reacci�n en cadena.

Cada masa por separado era inferior a la masa cr�tica y apenas se juntaron, la bomba explot�. El dise�o era tan simple (figura 1) que nunca antes fue probado. En cambio, la bomba lanzada contra Nagasaki usaba plutonio 239 como combustible y el dise�o tuvo que ser mucho m�s elaborado. Este n�cleo emite muchos neutrones con espontaneidad y se corr�a el riesgo de que la bomba empezara a detonar antes de estar totalmente formada. La primera explosi�n nuclear, llamada Trinity, y que ocurri� un mes antes de Hiroshima en un terreno de pruebas en Los �lamos, fue el ensayo del mecanismo de ensamblaje que se us� en Nagasaki. La raz�n para usar bombas de plutonio en vez de uranio es la facilidad para conseguir el combustible. El enriquecimiento del uranio es un proceso dif�cil y costoso; en cambio, el plutonio para las bombas se produce en reactores nucleares especialmente dise�ados y operados para tales fines.

Este tipo de bombas era todo lo que se ten�a hasta 1952, a�o en que los Estados Unidos lograron producir un artefacto basado en otro proceso nuclear, igualmente liberador de energ�a. Este consiste en la fusi�n de dos n�cleos peque�os para formar uno m�s grande. El mismo proceso emplea el Sol para producir la energ�a que nos mantiene vivos. Las bombas que lo utilizan se llaman bombas de fusi�n, pero son m�s conocidas como bombas termonucleares, bombas H, o bombas de hidr�geno. El primer artefacto termonuclear utiliz� dos tipos de hidr�geno como combustible y el mecanismo era tan complicado que el aparato completo m�s bien parec�a un edificio. Posteriormente se empezaron a fabricar con un compuesto de litio, mucho m�s f�cil de manejar. Para que se produzca la fusi�n de los n�cleos se necesitan temperaturas alt�simas (de ah� el nombre termonuclear) y durante la explosi�n de una bomba H es una bomba de fisi�n la que produce la temperatura adecuada. Siempre una bomba de fusi�n contiene una de fisi�n como detonante.

Existe un tipo de bomba termonuclear de poca potencia en que se maximiza la producci�n de radiaci�n (sobre todo neutrones) respecto de los otros efectos. El principal resultado de su detonaci�n es el da�o biol�gico causado por los neutrones y los rayos gamma emitidos durante la explosi�n. Se las llama armas de radiaci�n intensificada, m�s conocidas como bombas de neutrones, y su fabricaci�n por los Estados Unidos desde 1981 ha causado gran pol�mica. Debido al poco da�o f�sico ("poco" quiere decir destrucci�n total en un radio de unos 600 metros) que producir�an en los alrededores del punto de detonaci�n a causa de su baja potencia, las bombas de neutrones resultan muy atractivas para las autoridades militares, pues se presenta la posibilidad de "solamente" causar v�ctimas sin destruir ni el equipo militar ni las instalaciones industriales del enemigo. Esto mismo las hace ser armas particularmente inhumanas.

Cada vez que se producen reacciones de fisi�n, tanto en la explosi�n de bombas at�micas como termonucleares, los fragmentos en que se rompe el uranio o el plutonio resultan ser n�cleos radiactivos. Esto quiere decir que no son estables y para lograr estabilidad deben emitir radiaci�n o part�culas. Existen varios mecanismos de emisi�n radiactiva que se tardan tiempos muy variados, desde fracciones de segundo hasta miles de a�os en ocurrir.

La intensidad de la radiaci�n emitida disminuye a medida que transcurre el tiempo, dependiendo de la rapidez con que cada n�cleo se estabiliza. La consecuencia principal de este hecho es que, incluso mucho tiempo despu�s de la explosi�n, algunos de los materiales que formaban parte de la bomba seguir�n emitiendo radiaci�n de modo espont�neo. La radiaci�n emitida por los n�cleos radiactivos es potencialmente da�ina para los seres vivos, con efectos biol�gicos inmediatos y retardados, por lo que las consecuencias de una explosi�n para la poblaci�n atacada y su ambiente se extienden durante un largo periodo.