V. LOS EFECTOS DE UNA EXPLOSI�N NUCLEAR
PARA comprender el significado de un arsenal nuclear que guarda
45 000 bombas, es necesario conocer la capacidad destructora de cada una de
ellas. Este cap�tulo explica cu�les son los efectos principales causados por
la explosi�n de una bomba nuclear detonada sobre una ciudad moderna.
El poder destructivo de una bomba, sea de tipo nuclear o qu�mico, est� relacionado directamente con la energ�a que se libera durante la explosi�n. La energ�a que se libera en la explosi�n de 1 000 kilogramos de TNT (trinitrotolueno) es inmensa comparada con las energ�as encontradas en nuestras necesidades diarias. Por ejemplo, la detonaci�n de una tonelada de TNT, libera 4 000 veces m�s energ�a que la necesaria para alzar un coche de 1 000 kilogramos de peso a una altura de 100 metros. Las explosiones de bombas nucleares liberan energ�as que son entre 1 000 y 1 000 000 de veces mayores a�n que las detonaciones qu�micas, como ser�a la del TNT. El poder explosivo de una bomba nuclear, llamado rendimiento, se expresa mediante la comparaci�n con el poder destructivo del TNT, y as� se habla de bombas de un kilot�n (un kt) si la energ�a liberada es la misma que se produce al detonar 1 000 toneladas de TNT. La bomba lanzada sobre Hiroshima tuvo un rendimiento cercano a los 13 kt. Si el rendimiento es de 1 000 kt, se trata de una bomba de un megat�n (un Mt). Energ�as del orden de megatones son imposibles de imaginar dentro de las situaciones de nuestra vida diaria. El arsenal nuclear de los Estados Unidos y la URSS juntos hoy en d�a suma unos 12 000 megatones.
Los efectos de una explosi�n nuclear dependen de muchos factores, entre ellos el rendimiento del artefacto, la altura sobre la superficie a la que es detonado, las condiciones clim�ticas, etc. El an�lisis que se presenta a continuaci�n es el resultado de consideraciones f�sicas sencillas y de las observaciones y estudios realizados en Hiroshima y Nagasaki, las �nicas dos oportunidades en que se han empleado bombas nucleares contra una poblaci�n. A continuaci�n se describen las consecuencias locales de una explosi�n nuclear superficial. Si la detonaci�n es subterr�nea, submarina, o en la alta atm�sfera, los resultados ser�n diferentes. Los efectos se encuentran agrupados en inmediatos (calor, presi�n, radiaci�n y pulso electromagn�tico) y tard�os (lluvia radiactiva e incendios extendidos).
Figura 2. Cuando ocurre una explosi�n a una altura H el punto cero se encuentra
sobre la superficie exactamente debajo de la detonaci�n.
La figura 2 ilustra lo que se entiende por punto cero de una explosi�n nuclear ocurrida a cierta altura, H. El punto cero se encuentra sobre la superficie, exactamente debajo del lugar de la detonaci�n. Un objeto en un punto P cualquiera est� a distancia R de la explosi�n y a distancia D del punto cero.
Una millon�sima de segundo despu�s de una explosi�n nuclear la temperatura dentro de la bomba alcanza unos 10 000 000 °C. El material que compone la bomba y el aire que la rodea brillan intensamente formando lo que se conoce como la bola de fuego. El brillo de la bola, unos segundos despu�s de la detonaci�n de una bomba de un megat�n, es mayor que el del Sol al mediod�a a distancias de hasta 80 km del punto cero. La bola se expande y en 10 segundos alcanza di�metros de un par de kil�metros para detonaciones de un Mt, y luego comienza a contraerse. El aire alrededor de la bola se calienta, la hace ascender a velocidades de unos 100 metros por segundo y forma el conocido hongo, cuyo tallo lo forma una corriente de aire caliente ascendente. A medida que la bola de fuego se enfr�a, la condensaci�n de vapor de agua causa el color blanco, como una nube, en su extremo superior. Despu�s de cuatro minutos, la nube de una explosi�n de 1 Mt ha llegado a su m�xima altura, 20 km, y su di�metro alcanza unos 16 km.
El calor liberado en la explosi�n llega a los lugares cercanos despu�s de algunos segundos en la forma de un pulso t�rmico. La energ�a transportada por este pulso se mide en calor�as por cent�metro cuadrado por segundo. Como ejemplo, mencionamos que el Sol brillando normalmente entrega 2 calor�as por cent�metro cuadrado cada minuto. El da�o que el pulso t�rmico puede causar depende de varios factores: la energ�a que transporta, el tipo de material con que se encuentra, y el tiempo durante el cual act�a.
En los seres humanos expuestos al pulso, el da�o adem�s depende de la pigmentaci�n de la piel, siendo mayor para pieles morenas que blancas debido a la mayor absorci�n t�rmica que presentan las sustancias oscuras. Una quemadura de segundo grado —aquella en que se pierde parte de la piel— cicatriza normalmente en dos semanas, siempre que menos de 25% del cuerpo haya sido quemado; en caso contrario, se requiere de hospitalizaci�n. Este tipo de quemaduras se producen al recibir entre cinco y seis calor�as por cent�metro cuadrado en 10 segundos, lo que ocurrir� a distancias cercanas a los 13 km de una detonaci�n de un megat�n. Quemaduras m�s graves se producen al recibir mayor energ�a, lo que ocurre a distancias menores. La observaci�n directa de la bola de fuego causa ceguera permanente en individuos que se encuentren a menos de 25 km, y quemadura de la retina a quien mire la explosi�n en un d�a despejado hasta los 60 km de distancia.
Cualquier material opaco act�a como blindaje contra el pulso t�rmico, de modo que las personas que se encuentren protegidas detr�s de un �rbol, una pared, o incluso sus propias vestimentas, no sufren los efectos directos de la energ�a cal�rica. Sin embargo, es posible que sufran da�o serio de modo indirecto a causa de los incendios que el pulso puede desencadenar a su paso. La ropa se enciende con 20-25 calor�as por cent�metro cuadrado recibidas en pocos segundos, situaci�n que se encuentra hasta a ocho km del punto de detonaci�n. Entre los materiales que m�s f�cil prenden se encuentran el papel y las hojas secas, 10 calor�as por cent�metro cuadrado en 10 segundos, y los materiales de relleno en muebles y colchones. Estos incendios pueden verse empeorados debido a los fuertes vientos que acompa�ar�n la onda de choque, tal como se describe en la pr�xima secci�n. Sobra recordar que en caso de una explosi�n nuclear sobre una ciudad los sistemas de urgencia, ambulancias, carros de bomberos, etc., estar�n imposibilitados de circular en calles totalmente bloqueadas por los restos de edificios y construcciones. La probabilidad de sufrir una infecci�n debido a las quemaduras recibidas se ver� aumentada a causa del da�o que el sistema inmunol�gico recibe por la radiaci�n.
La energ�a liberada por la explosi�n nuclear calienta la zona de la bomba —de aproximadamente un metro de di�metro inicial— a altas temperaturas. Esto produce una regi�n de alt�sima presi�n que ejerce gran fuerza sobre las capas de aire vecinas, las que comienzan a expandirse a gran velocidad. La velocidad es mayor que la del sonido en aire, as� que se forma una onda de choque esf�rica compuesta por aire muy denso que se desplaza alej�ndose del punto de explosi�n. Al pasar esta onda por cualquier obst�culo, edificio, �rbol, o cuerpo humano, �stos sentir�n un aumento repentino de la presi�n atmosf�rica. Una vez que el frente de la onda ha pasado, y debido a la diferencia de presiones, se generan vientos huracanados de gran velocidad. Son estos dos factores, la onda de choque y el viento que la sigue, la causa del da�o ocasionado a personas y construcciones. La energ�a transportada por estos mecanismos llega a ser 50% de la energ�a liberada por la bomba.
El aumento instant�neo de la presi�n durante el paso de la onda de choque se mide respecto de la presi�n atmosf�rica normal, a la diferencia entre ambas se la llama sobrepresi�n, y su unidad de medida es el psi (iniciales de libras por pulgada cuadrada, en ingl�s). Sobrepresiones entre medio y un psi tienen como efecto la ruptura de los vidrios de las ventanas, cinco psi causan la destrucci�n de construcciones de madera, entre ocho y 10 psi destruyen viviendas de ladrillo, y sobrepresiones de 45 psi causan la muerte de 50% de las personas debido a la compresi�n del cuerpo causada por la alt�sima presi�n. Los silos donde actualmente se guardan los misiles nucleares son construidos para soportar sobrepresiones de m�s de 2 000 psi. Los vientos que siguen al paso de la onda de choque llegan a alcanzar 50 kil�metros por hora tras sobrepresiones de un psi y 500 km/h tras 10 psi.
El da�o en las construcciones se debe al efecto directo de la sobrepresi�n y del viento. En caso de una explosi�n de un megat�n a 1 500 m de altura, todo lo que se encuentre en la superficie a una distancia menor que 2.5 km del punto cero sentir� sobrepresiones mayores que 20 psi seguidas por vientos de al menos 700 km/hora. En estas condiciones, incluso los edificios de concreto reforzado resultan destruidos. Sobrepresiones cercanas a un psi se dar�n en puntos que se encuentran a unos 15 km del punto cero, y en esta zona el da�o a viviendas y comercio ser� moderado.
En los seres humanos el efecto directo m�s serio de la sobrepresi�n es el da�o a la estructura pulmonar, que comienza a las 12 psi. A 100 psi de sobrepresi�n pr�cticamente no hay sobrevivencia humana.
Sin embargo, la mayor�a de v�ctimas y heridos se deben a los efectos indirectos, sobre todo al impacto de objetos que han sido lanzados por el viento. Una ventana destruida por una sobrepresi�n de cuatro psi se transforma en miles de proyectiles llevados por vientos de casi 200 kil�metros por hora.
La protecci�n de la poblaci�n frente a los efectos de la onda de presi�n se puede lograr adentro de edificios que eviten el impacto de los objetos que vuelan en el exterior. Hay que recordar que basta un psi de sobrepresi�n para que trozos de vidrio y otros materiales se desplacen peligrosamente por el aire libre. En caso de existir un aviso lo bastante anticipado de la explosi�n, se ha recomendado a la poblaci�n ingresar a un edificio, abrir las ventanas y puertas interiores para evitar que se rompan, quitar todo objeto suelto que pueda transformarse en proyectil, y cubrirse (idealmente con colchones) como protecci�n.
Es preferible acostarse sobre el piso que permanecer de pie y, de ser posible, alejarse de las paredes ya que la onda de presi�n al ser reflejada por �stas pueden alcanzar fuerzas de hasta ocho veces el valor original. En Hiroshima un edificio p�blico a s�lo 160 metros del punto cero protegi� efectivamente a sus ocupantes que sobrevivieron en 50% a pesar de una sobrepresi�n estimada de 30 psi en el lugar.
Las reacciones nucleares que ocurren durante la explosi�n de una bomba producen diferentes tipos de part�culas energ�ticas y de radiaciones. Algunas son emitidas de inmediato y otras, tiempo despu�s de la detonaci�n. En esta secci�n nos referiremos a la radiaci�n que es emitida dentro del primer minuto despu�s de la explosi�n.
Los �nicos productos de las reacciones nucleares que escapan fuera del material que forma la bomba son los rayos gamma y los neutrones. Los primeros son una forma energ�tica de radiaci�n electromagn�tica que se desplaza a la velocidad de la luz, y los segundos son part�culas sin carga el�ctrica que forman parte de los n�cleos at�micos. La intensidad de estas radiaciones disminuye con la separaci�n al punto de explosi�n principalmente debido a que son atenuadas por el aire.
El da�o causado por una exposici�n a esta radiaci�n se debe a que, al atravesar el organismo del ser vivo expuesto, los rayos gamma y los neutrones son absorbidos por el cuerpo, pudiendo resultar lesionadas algunas de sus c�lulas. Este da�o celular se traduce posteriormente en trastornos f�sicos que, seg�n la cantidad de radiaci�n absorbida, pueden llegar a ocasionar la muerte.
De acuerdo con los conocimientos actuales, el da�o biol�gico causado por cualquier tipo de radiaci�n est� directamente relacionado con la cantidad de energ�a depositada por la radiaci�n en el organismo, a lo que llamaremos dosis.
Figura 3. Efectos inmediatos causados por una bomba de fusi�n de 1 kilot�n
detonada a 200 metros de altura. Las curvas comparan el efecto de la radiaci�n,
el calor, y la presi�n. Se indican las distancias desde el punto cero donde
la mortalidad es superior al 50%. (Figura tomada del libro de Craig y Jugerman.)
La unidad que se usa para medir dosis de radiaci�n es el rad. Todo ser vivo
sobre la Tierra recibe anualmente alrededor de un d�cimo de rad a causa de factores
ambientales naturales, como los rayos c�smicos que nos llegan desde el centro
de la galaxia, o la radiactividad natural de la corteza terrestre. Dosis similares
a este valor se consideran relativamente libres de riesgo debido a que la vida
que hoy conocemos sobre nuestro planeta ha logrado desarrollarse y evolucionar
en la presencia continua de estos niveles de radiaci�n. En el extremo opuesto,
una dosis de 400 rads se considera letal para 50% de los seres humanos expuestos
a ella. Las muertes ocurren dentro de los 30 d�as posteriores a la exposici�n,
y aquellos que consiguen sobrevivir lo hacen gracias a la atenci�n m�dica especializada.
Figura 4. Efectos inmediatos causados por una bomba termonuclear de 1 megat�n
detonada a 2 000 metros de altura. N�tese que en este caso el efecto m�s letal
es el del calor, mientras que en la fig. 3, para una bomba de bajo rendimiento,
el efecto que m�s se extiende es el de la radiaci�n. (Figura tomada del libro
de Craig y Jungerman.)
La dosis inmediata causada por una explosi�n nuclear puede llegar a los millones de rads cerca del lugar de la detonaci�n, pero es r�pidamente atenuada por el aire. En el caso de una bomba de alto rendimiento (megatones), la zona de dosis letal se sit�a adentro de la regi�n devastada por el calor y la presi�n, por lo que la radiaci�n inmediata no contribuye con nuevas v�ctimas. Para bombas peque�as (pocos kilotones), la zona de dosis superior a los 400 rads coincide con la zona donde los efectos de la onda de choque y del calor son causa probable de muerte. Las figuras 3 y 4 ilustran el efecto relativo de los factores inmediatos para la detonaci�n de bombas de un kilot�n y de un megat�n cerca de la superficie.
En contraste con los tres efectos inmediatos ya descritos, el pulso electromagn�tico no causa ni la destrucci�n f�sica de viviendas ni da�o directo a los seres vivos. En cambio, puede ser devastador para los sistemas telef�nicos, de comunicaciones, de c�mputo, y en general para cualquier circuito que contenga componentes electr�nicos. Los efectos del pulso llegan a miles de kil�metros de distancia de la explosi�n.
Al detonar una bomba nuclear se produce una gran cantidad de rayos gamma emitidos en todas direcciones. Estos rayos se encuentran con las mol�culas del aire, les arrancan algunos de sus electrones que son as� acelerados, y se produce un pulso de campo electromagn�tico que se desplaza por el espacio a la velocidad de la luz. Ya que la intensidad inicial de radiaci�n es muy grande, las diferencias de potencial producidas por este fen�meno son inmensas, llegando a alcanzar miles de voltios por metro. Diferencias de potencial de esta magnitud inducen corrientes del orden de miles de amperes en los materiales conductores encontrados por el pulso. Estos pueden ser las l�neas de alumbrado, las antenas, los aparatos de radio y TV, las estaciones de transmisi�n y las computadoras. Como estos equipos por lo general no est�n protegidos contra corrientes tan altas, seguramente quedar�n inservibles una vez pasado el pulso. Otros sistemas que podr�an resultar da�ados por el pulso electromagn�tico son los de control militar, que quedar�an as� incapacitados para responder al ataque.
Se estima que una sola bomba de un megat�n detonada a gran altura (unos 500 km) sobre el centro de los Estados Unidos o la URSS, podr�a destruir gran parte del sistema de telecomunicaciones, la red de distribuci�n de energ�a el�ctrica, y da�ar seriamente el equipo de radares, aviones y misiles militares.
Una posible protecci�n contra los efectos del pulso consistir�a en encerrar todos los circuitos en "jaulas" met�licas con excelentes conexiones a tierra. Sin embargo, esto no se puede hacer con todas las l�neas de tel�fono ni las de energ�a el�ctrica debido al alt�simo costo de la operaci�n. Las medidas de seguridad contra los efectos del pulso electromagn�tico, que son hoy en d�a parte fundamental de cualquier estrategia basada en la capacidad de respuesta ante un ataque nuclear, se limitan al blindaje del sistema de comunicaci�n militar.
Se llama lluvia radiactiva a la ca�da sobre la superficie terrestre del material radiactivo producido por una explosi�n nuclear. Los �tomos que forman esta lluvia emiten continuamente alg�n tipo de radiaci�n que en potencia es da�ina para los seres vivos alcanzados por ella.
Durante la explosi�n de una bomba nuclear, se producen muchos tipos de n�cleos radiactivos, en particular los fragmentos de la fisi�n del uranio. Estos n�cleos permanecen localizados en la zona que ocupaba la bomba y son vaporizados por la alta temperatura de la bola de fuego. Tambi�n se producen neutrones que escapan de la bomba a gran velocidad y son absorbidos por los materiales sobre la superficie. Muchos n�cleos estables al absorber un neutr�n se transforman en n�cleos radiactivos que a partir de ese momento comienzan a emitir radiaci�n espont�neamente. Gran parte del material situado cerca del punto cero de la explosi�n (para una detonaci�n de baja altura) es aspirado por la corriente de aire ascendente creada por la bola de fuego y sube a la atm�sfera a trav�s del tallo del hongo nuclear. Entre las sustancias que son inyectadas a la atm�sfera por la explosi�n se encuentran los fragmentos de fisi�n y los n�cleos activados por los neutrones. Este material radiactivo regresar� a la superficie terrestre dentro de algunos d�as, meses o a�os, de acuerdo con el tama�o de la part�cula a la cual est�n incorporados. Las part�culas grandes —de algunos mil�metros— ascienden hasta la baja atm�sfera y vuelven a caer dentro de uno o dos meses arrastrados principalmente por la lluvia y la nieve. El polvo m�s fino —de mil�simas de mil�metro— logra llegar a la alta atm�sfera, y ah� puede permanecer entre uno y tres a�os antes de regresar a la superficie. Los vientos y la circulaci�n del aire entre las capas atmosf�ricas determinan d�nde caer� la lluvia radiactiva, pudiendo trasladarse incluso de un hemisferio a otro antes de volver a la superficie.
Debido a la lluvia radiactiva se producen altos niveles de radiaci�n que disminuyen
a medida que transcurre el tiempo. La figura 5 es una gr�fica de valores relativos
de la dosis recibida en un lugar cualquiera a causa de la explosi�n de una bomba
nuclear. Los niveles de radiaci�n disminuyen aproximadamente en proporci�n con
el tiempo transcurrido.
Figura 5. Valores relativos de la dosis recibida en un punto cualquiera
debido a la lluvia radiactiva durante el primer mes despu�s de la explosi�n.
(Figura tomada del libro de Craig y Jungerman.)
As�, si la dosis en un punto es de 100 rads/hora una hora despu�s de la detonaci�n, ser� de 50 rads/ hora dos horas despu�s, de 25 rads/ hora cuatro horas despu�s, etc. Los valores absolutos de la dosis dependen del tipo de bomba, del rendimiento, de la altura de la explosi�n, y de la distancia al punto cero, entre otros factores. Si todo el material radiactivo producido por la detonaci�n de una bomba de fisi�n de un kilot�n se distribuyera en un cuadrado de 1 kil�metro por lado, una hora despu�s de la explosi�n la dosis a un metro de altura en el centro del cuadrado ser�a de unos 5 000 rads/ hora.
El principal riesgo biol�gico de la lluvia radiactiva lo constituyen los rayos gamma emitidos por el material activado. Esta radiaci�n es muy penetrante y atraviesa el cuerpo de los seres humanos depositando en ellos parte de su energ�a. Tambi�n se emiten part�culas alfa y beta, pero son poco penetrantes, el grosor de la ropa o la piel las detiene, y s�lo causar�an quemaduras si se depositaran directamente sobre la piel. Un riesgo especial lo constituye la incorporaci�n de n�cleos radiactivos a la cadena alimentaria, ya sea a trav�s de la comida ingerida por los animales o en forma directa por el ser humano. En este caso, la radiaci�n poco penetrante emitida desde el interior del cuerpo es totalmente absorbida por el mismo organismo y el riesgo de enfermedades gen�ticas y de c�ncer es muy alto, incluso para dosis peque�as de radiaci�n. Este punto se discute m�s en detalle en el cap�tulo sobre los efectos globales de una guerra nuclear.
La figura 6 muestra la distribuci�n de la dosis causada por un ensayo nuclear
norteamericano ocurrido en las islas Marshall en 1954. La bomba que fue probada
en esa ocasi�n tuvo un rendimiento de 15 megatones, produjo un cr�ter de dos
kil�metros de di�metro, y lanz� varios millones de toneladas de material radiactivo
a la atm�sfera. Seg�n fuentes de informaci�n estadounidense, un cambio repentino
en el viento caus� que el atol�n Rongelap, a 160 km del lugar de la explosi�n,
recibiera en su extremo norte dosis acumuladas (durante las 96 horas que siguieron
a la detonaci�n) muy superiores a las letales (unos 400 rads).
Figura 6. Dosis acumuladas (en rads) 96 horas despu�s de la explosi�n de ensayo
Bravo ocurrida en las islas Marshall. La bomba fue detonada en el Atol�n Bikini
y la radiaci�n alcanz� niveles letales en el Atol�n Rongelap, que estaba habitado.
Cientos de isle�os que normalmente habitaban en el norte de la isla se encontraban en la parte sur, asistiendo a una celebraci�n religiosa. Recibieron unos 175 rads y se salvaron por milagro de la muerte inmediata, pero el grupo present� posteriormente alta incidencia de c�ncer y enfermedades en la gl�ndula tiroides. Los niveles letales de dosis llegaron hasta los 350 km de distancia, y la radiactividad fue tal que se debi� controlar la pesca en el Jap�n, pues las corrientes marinas transportaron sustancias radiactivas y peces contaminados por ellas hasta las costas niponas.
La figura 7 muestra los niveles de contaminaci�n radiactiva del aire en diferentes
puntos del territorio chileno despu�s de las pruebas nucleares atmosf�ricas
francesas durante junio y julio de 1972. Francia acostumbra realizar sus ensayos
nucleares en territorios de ultramar, y la figura se refiere a la detonaci�n
de 60 kilotones en su terreno de pruebas del archipi�lago Tuamot�, en el Pac�fico
Sur, unos 6 000 km al Oeste de las costas chilenas.
Figura 7. Niveles de radiaci�n en el aire chileno despu�s de los ensayos atmosf�ricos
franceses en el pac�fico sur. Las explosiones ocurrieron el 25 de junio, el
1 y el 29 de julio de 1972.
Los niveles de actividad llegaron a ser 100 veces los normales como consecuencia del transporte de la lluvia radiactiva por el viento. La isla de Pascua, que se encuentra a unos 3 000 km del lugar del ensayo, recibi� menos lluvia a causa de las condiciones meteorol�gicas.
Una protecci�n sencilla contra la lluvia radiactiva la constituye cualquier subterr�neo o construcci�n de muros suficientemente gruesos. Unos 30 cm de concreto o medio metro de tierra reducen la intensidad de la radiaci�n en un factor de 10. Ya que 80% de la dosis es recibida durante el primer d�a, la permanencia en un refugio puede reducir considerablemente los efectos de la radiaci�n.
Como consecuencia del da�o inmediato causado por la onda de presi�n y el calor, se producir�n incendios aislados que podr�an incorporarse a uno m�s generalizado. Tuber�as de gas destrozadas, acumulaciones de madera o papeles, y sobre todo detalles geogr�ficos de la ciudad determinar�n la extensi�n del fen�meno. Despu�s de la explosi�n sobre Hiroshima se produjo un gran incendio que asol� varias manzanas de la ciudad. En Nagasaki esto no ocurri� debido al terreno accidentado, lleno de colinas, que bloquearon parcialmente el calor y el viento e impidieron que los incendios peque�os se fundieran en uno solo. Estos incendios son similares a las "tormentas de fuego" conocidas en ciudades europeas despu�s de los bombardeos a�reos de la segunda Guerra Mundial.
Cualquier edificio o subterr�neo es un refugio seguro, al menos durante un
par de horas, en la posibilidad de uno de estos grandes incendios. Las principales
precauciones que se deben tomar son mantener una reserva suficiente de ox�geno
y evitar la entrada del mon�xido de carbono producido en la combusti�n externa
al refugio.
