Arma nuclear

miniaturadeimagen|350x350px|Explosión de una bomba nuclear.

Un arma nuclear es un explosivo de alto poder que utiliza la energía nuclear, ya sea mediante fisión nuclear, fusión nuclear o una combinación de ambas. Este tipo de armas pueden ser las ojivas que podrían portar los misiles balísticos intercontinentales, los misiles balísticos de lanzamiento submarino, los bombarderos de largo alcance y, los portadores de misiles de crucero, tanto subsónicos, supersónicos e hipersónicos.

También se encuentran entre estos misiles tanto de tipo balístico, a saber, misil balístico de corto alcance, misil balístico de alcance medio, misil balístico de alcance intermedio, y misil antibalístico, como los de crucero polivalentes, que pueden ser de "doble uso" porque pueden incorporar tanto ojivas cargadas con armas de destrucción masiva, que encuadra tanto las cargas nucleares (medidas en potencia con mT y kT) como las biológicas (ejemplo típico: ántrax o carbunco), radiológicas (ejemplo típico: bomba de neutrones) y químicas (ejemplo típico: napalm, —palmitato de sodio + combustible—), comúnmente llamadas armas binarias, porque se componen siempre de dos agentes aislados entre ellos, pero que cuando estalla la bomba se unen provocando la destrucción y contaminación de un área determinada. Normalmente estos misiles se utilizan para misiones tácticas, que solo influyen en una determinada zona, pero también pueden utilizarse con fines estratégicos dotándolos con ojivas de NBQR o genéricamente WMD.

La primera detonación nuclear fue la Prueba Trinity, realizada en la población de Alamogordo, Nuevo México, Estados Unidos el 16 de julio de 1945, como parte experimental del Proyecto Manhattan.Unidades del ejército fueron enviadas como observadoras y se situaron a 16 km del lugar de la explosión. Estudios posteriores demostraron que la contaminación radiactiva se extendió hasta unos 100 km al nordeste. Poco tiempo después otras dos bombas atómicas de uranio y de plutonio fueron detonadas, respectivamente, sobre las ciudades de Hiroshima y Nagasaki, Japón, provocando alrededor de 200 mil muertos. Esto provocó un gran impacto en Japón y aceleró su rendición incondicional, dando así fin a la Segunda Guerra Mundial en el Teatro del Pacífico. Algunos autoresNathan, James; Oliver, James; Efectos de la política exterior estadounidense en el orden mundial. Buenos Aires: Grupo Editor Latinoamericano, 1991 señalan que el ataque atómico a Japón también tenía la intención de mostrar a la URSS la nueva arma con la que contaba los Estados Unidos.

Las bombas nucleares se encuentran entre las armas con mayor poder de destrucción, por lo que comúnmente se les incluye dentro de la clasificación ABQR (siglas en inglés). Su radio de acción alcanza decenas o centenares de kilómetros a partir del punto de detonación. Además, producen daños como contaminación radiactiva y, si fueran utilizadas a gran escala posiblemente el invierno nuclear.

Historia

Tecnología de las armas nucleares

Procesado del uranio y plutonio

En torno al 98 % de los átomos de uranio que existen en la biosfera tiene un peso atómico de 238, mientras que el 1 % remanente contiene el isótopo 235, por lo que se requiere separarlo físicamente para reunir las cantidades necesarias para sostener una reacción nuclear en cadena, ya que solamente el uranio-235 es el isótopo fisible. La separación de ambos isótopos exige procesos extensos, complicados y costosos. El enriquecimiento que se llevó a cabo en el Proyecto Manhattan usó dos mecanismos: la separación electromagnética en un Calutrón, y la difusión gaseosa.

El elevado costo y el tedioso proceso del enriquecimiento de uranio alentó a los científicos a buscar otro combustible para la fabricación de artefactos nucleares. Descubrieron otro material, el plutonio 239, que se produce al bombardear neutrones lentos sobre el uranio 238 en un reactor, convirtiéndolo en el elemento más pesado. Luego de esto, el plutonio se retira de los subproductos radiactivos del uranio y se envía a una planta de reprocesamiento.

La obtención de un solo kilogramo de uranio implica la extracción de más de un millón de kilos de mineral de uranio, puesto que una tonelada de este mineral solo concentra algunos gramos de uranio. El procesado del uranio implica la lixiviación con ácido del mineral de uranio triturado, lo que da lugar a un aglutinado seco, purificado, calificado como pastel amarillo. En el proceso, se producen metales pesados tóxicos y radiactivos (torio y radio), derivados de la trituración, que tienen que ser debidamente estabilizados. El denominado "pastel amarillo" se trata en diversas plantas que completan su idoneidad para sus distintas aplicaciones. En las plantas de enriquecimiento se lleva a cabo un procedimiento meticuloso que aparta el uranio 235 del más pesado y abundante uranio 238.

La bomba de fisión, bomba atómica o "bomba A"

La criticidad es el punto en que una masa de material fisionable es capaz de sostener una reacción en cadena continuada. Es una función de la cantidad de masa y la densidad de la misma. La mejor configuración geométrica (al menos hasta las armas de 6 ª generación) es la esfera, donde se necesitarían 52 kg de U-235, 16 kg de U-233 o 9-10 kg de Pu-239 para lograr la criticidad.

Hasta la quinta generación, básicamente la construcción consistía en introducir algo más de 9 kg de Plutonio en una "esfera desmontada", normalmente dividida en secciones más pequeñas que por sí solas no tienen ni masa ni geometría adecuada para alcanzar la criticidad. Cuando se activa la bomba, se disparan dichas secciones simultáneamente contra un punto determinado, donde colapsan formando una esfera que sí tiene masa y geometría suficientes para alcanzar la criticidad. A continuación se detona una capa de explosivos convencionales, que`producen una onda de choque de gran velocidad (superior a 8000 m/s) y alta simetría esférica (mezclas de RDX/TNT o nitrato de urea, por ejemplo). Por implosión, comprimen aún más la esfera (logrando un estado de hipercriticidad, al incrementar el factor temperatura/densidad) y la mantienen unida durante la liberación de energía de las primeras "reduplicaciones" de la reacción en cadena (si no fuera así, la primera liberación de energía desarmaría la esfera e interrumpiría el proceso).

Los principales problemas en el diseño de este tipo de arma, están relacionados con los tiempos de inserción y, en el caso de la fisión por implosión, con la sincronización de los disparos (han de ser estrictamente simultáneos para que no se desequilibre el sistema).

Generaciones miniaturadeimagen|Arma de tipo nuclear "Generación cero" o "bomba A": Dispositivos experimentales de fisión por disparo y uranio altamente enriquecido (HEU), con una masa en torno a una tonelada, capaces de liberar entre 10 y 25 kt (Kilotones). Esta fue el tipo de bomba lanzada en Hiroshima, «Little Boy». Hoy en día se les considera poco más que demostradores de tecnología. Difícilmente militarizable, son muy pesadas y miden dos metros y medio de longitud. Fue la bomba que desarrollaron los sudafricanos.

1.ª generación ("bomba A"): Dispositivos experimentales de fisión por implosión de plutonio, también de una masa en torno a una tonelada, capaces de liberar entre 10 y 45 kt. Esta fue la primera bomba que detonó en el desierto de Nuevo México ("Gadget"), así como la bomba de Nagasaki ("Fat Man") y la primera rusa, "Joe-1". Mucho más versátiles que las de fisión por disparo, especialmente en lo que se refiere a manipular la hidrodinámica de la radiación, constituyen la base de todas las armas nucleares modernas. Su tecnología es de los años 1930-40, la cual requiere un importante apoyo de electrónica y química compleja.

2.ª generación: Dispositivos mejorados de fisión por implosión de plutonio, en particular en lo referente a la geometría de la bomba y a la miniaturización de la electrónica. Se pueden obtener rendimientos de más de 200 kt con pesos y dimensiones razonablemente reducidos, lo que permite militarizarlos más fácilmente y trabajar aún más con la hidrodinámica de la radiación, abriendo así paso a las siguientes generaciones. Esta tecnología data de la década de 1940, y se cree que es la que utiliza Pakistán. Una de sus pruebas en Chagai fue, en principio, del tipo "fission-boosted", pero liberó muy poca potencia. Corea del Norte, al parecer, se encontraría en esta generación y en avance hacia la siguiente, aunque sus esfuerzos parecen enfocados más en reducir el tamaño de sus dispositivos nucleares a fin de usarlos en misiles balísticos más que en aumentar la potencia. De hecho, sus pruebas nucleares se han caracterizado por su escasa potencia hasta el momento. 3.ª generación (fission-boosted): Aquí básicamente faltan los conocimientos y el refinamiento suficientes para construir una bomba termonuclear, pero se dispone de deuterio y tritio (isótopos del hidrógeno) de litio-6 y litio-7 suficientemente purificados. Se rodea la carga de fisión con estos isótopos ligeros y se confía en que el primer pulso de rayos X provoque un cierto grado de fusión de los mismos. Permite fabricar explosivos en torno a medio megatón con un peso y tamaño aún aptos para ser militarizables con facilidad. Esta tecnología data de los años 1940-50.

La bomba de fusión, bomba nuclear, bomba termonuclear o "bomba H"

Conforme los gobiernos invirtieron mayores recursos en el desarrollo de tecnología nuclear, surgieron dos nuevos conceptos: la bomba termonuclear (bomba H) y los misiles intercontinentales.

Con el conocimiento obtenido de las primeras explosiones, los físicos idearon una nueva clase de arma basada en las reacciones físicas conocidas más poderosas del universo, las que se producen en el corazón de las estrellas: las reacciones de fusión nuclear, en este orden:

Ésta es la reacción nuclear más energética de todo el Universo.

Reacción que consume energía.

thumb|250px|Fusión del hidrógeno pesado (deuterio) y del tritio, utilizados en las bombas

Se descubrió que en un recipiente que contuviera los isótopos del hidrógeno deuterio (2H) y tritio (3H), y litio (en sus isótopos 6Li y 7Li) se podría generar mediante fusión una serie de reacciones en serie, como por ejemplo D + D -> 3H + D -> 4He o D + T -> neutrón + 6Li -> 4He + T que a su vez D + T, etc., liberando gran cantidad de energía en cada uno de los pasos (excepto la reacción 6, que consume energía, pero sirve para generar más tritio) hasta reducirse al isótopo estable del helio, He-4 y una gran cantidad de neutrones. Las dos últimas no son reacciones estrictamente de fusión, sino más bien neutrónicas.

Para que estas reacciones de fusión comiencen, hace falta inicialmente contar con una muy alta temperatura, del orden de 20 millones Kelvin (que se puede obtener a base de radiación infrarroja pura o de combinaciones infrarrojo/presión/radiación de otros tipos).

Un inconveniente del tritio es su rápido decaimiento radiactivo, por lo que desde el punto de vista militar no es adecuado (ya que después de un corto tiempo se pierde el material combustible), así que se siguió la vía de la reacción deuterio + deuterio en presencia de litio (para que el tritio se vaya formando durante el proceso), utilizando solo un poco de tritio al principio como combustible inicial, para comenzar la reacción.

Generaciones