El Monumento a la Paz de Hiroshima se erige como un recordatorio visible del día en que la ciudad japonesa fue bombardeada el 6 de agosto. 1945. Después de ese fatídico día, la estructura era lo único que seguía en pie en las proximidades de la explosión. Steve Allen / Getty Images La primera bomba nuclear destinada a matar humanos explotó sobre Hiroshima, Japón, el 6 de agosto 1945. Tres días después, una segunda bomba detonó sobre Nagasaki. La muerte y destrucción causadas por estas armas no tenía precedentes y podría haberlo hecho, en otro mundo con otra raza de seres, puso fin a la amenaza nuclear en ese mismo momento.
Pero los eventos en Japón, aunque trajeron un cierre a la Segunda Guerra Mundial, marcó el comienzo de la Guerra Fría entre los Estados Unidos y la Unión Soviética. Entre 1945 y finales de la década de 1980, Ambas partes invirtieron enormes cantidades de dinero en armas nucleares y aumentaron significativamente sus arsenales. principalmente como un medio para disuadir el conflicto. La amenaza de destrucción catastrófica de The Bomb se cernía sobre todos y todo. Las escuelas llevaron a cabo simulacros de ataque aéreo nuclear. Los gobiernos construyeron refugios contra la lluvia radiactiva. Los propietarios cavaron búnkeres en sus patios traseros.
Durante las décadas de 1970 y 1980, las tensiones comenzaron a disminuir un poco. Luego cayó el Muro de Berlín en 1989, seguido por el colapso del propio gobierno soviético dos años más tarde. La Guerra Fría terminó oficialmente. A medida que mejoraron las relaciones entre los dos países, surgió el compromiso de limitar los arsenales nucleares. Siguieron una serie de tratados, y el último entró en vigor en febrero de 2011. Al igual que sus predecesores, el nuevo Tratado de Reducción de Armas Estratégicas (START) tiene como objetivo reducir y limitar aún más las armas estratégicas. Entre otras medidas, requiere un límite agregado de 1, 550 ojivas [fuente:la Casa Blanca].
Desafortunadamente, incluso cuando Rusia y los EE. UU. se alejan tentativamente del borde, persiste la amenaza de una guerra nuclear. Nueve países pueden ahora lanzar ojivas nucleares en misiles balísticos [fuente:Fischetti]. Al menos tres de esos países:EE. UU., Rusia y China:podrían atacar cualquier objetivo en cualquier parte del mundo. Las armas de hoy podrían rivalizar fácilmente con el poder destructivo de las bombas lanzadas sobre Japón. En 2009, Corea del Norte probó con éxito un arma nuclear tan poderosa como la bomba atómica que destruyó Hiroshima. La explosión subterránea fue tan significativa que creó un terremoto con una magnitud de 4,5 [fuente:McCurry].
Si bien el panorama político de la guerra nuclear ha cambiado considerablemente a lo largo de los años, la ciencia del arma en sí, los procesos atómicos que desencadenan toda esa furia, se conocen desde Einstein. Este artículo revisará cómo funcionan las bombas nucleares, incluida la forma en que se construyen e implementan. Lo primero es una revisión rápida de la estructura atómica y la radiactividad.
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Un átomo, en el modelo más simple, consta de un núcleo y electrones en órbita. Antes de que podamos llegar a las bombas tenemos que empezar poco a poco, atómicamente pequeño. Un átomo , lo recordarás está formado por tres partículas subatómicas: protones , neutrones y electrones . El centro de un átomo, llamó al núcleo , está compuesto por protones y neutrones. Los protones tienen carga positiva, los neutrones no tienen carga alguna y los electrones tienen carga negativa. La relación protón-electrón es siempre uno a uno, por lo que el átomo en su conjunto tiene una carga neutra. Por ejemplo, un átomo de carbono tiene seis protones y seis electrones.
Sin embargo, no es tan simple. Las propiedades de un átomo pueden cambiar considerablemente según la cantidad de cada partícula que tenga. Si cambia el número de protones, terminas con un elemento completamente diferente. Si altera el número de neutrones en un átomo, terminas con un isótopo . Por ejemplo, el carbono tiene tres isótopos:1) carbono-12 (seis protones + seis neutrones), una forma estable y común del elemento, 2) carbono-13 (seis protones + siete neutrones), que es estable pero raro y 3) carbono-14 (seis protones + ocho neutrones), que es raro e inestable (o radiactivo) para arrancar.
Como vemos con el carbono, la mayoría de los núcleos atómicos son estables, pero algunos no son estables en absoluto. Estos núcleos emiten espontáneamente partículas que los científicos denominan radiación . Un núcleo que emite radiación es, por supuesto, radioactivo , y el acto de emitir partículas se conoce como desintegración radioactiva . Si tiene especial curiosidad por la desintegración radiactiva, querrá leer detenidamente Cómo funciona la radiación nuclear. Por ahora, repasaremos los tres tipos de desintegración radiactiva:
Recuerda especialmente esa parte de la fisión. Seguirá apareciendo mientras discutamos el funcionamiento interno de las bombas nucleares.
Las bombas nucleares involucran a las fuerzas, fuerte y débil, que mantienen unido el núcleo de un átomo, especialmente átomos con núcleos inestables. Hay dos formas básicas de liberar energía nuclear de un átomo. En Fisión nuclear (en la foto), los científicos dividen el núcleo de un átomo en dos fragmentos más pequeños con un neutrón. Fusión nuclear - el proceso por el cual el sol produce energía - implica unir dos átomos más pequeños para formar uno más grande. En cualquier proceso, fisión o fusión, Se emiten grandes cantidades de energía térmica y radiación.
Podemos atribuir el descubrimiento de la fisión nuclear al trabajo del físico italiano Enrico Fermi. En la década de 1930, Fermi demostró que los elementos sometidos a bombardeo de neutrones podían transformarse en nuevos elementos. Este trabajo resultó en el descubrimiento de neutrones lentos, así como nuevos elementos no representados en la tabla periódica. Poco después del descubrimiento de Fermi, Los científicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassman bombardearon uranio con neutrones, que produjo un isótopo de bario radiactivo. Llegaron a la conclusión de que los neutrones de baja velocidad causaron la fisión del núcleo de uranio, o romperse en dos pedazos más pequeños.
Su trabajo provocó una intensa actividad en los laboratorios de investigación de todo el mundo. En la Universidad de Princeton, Niels Bohr trabajó con John Wheeler para desarrollar un modelo hipotético del proceso de fisión. Ellos especularon que era el isótopo de uranio uranio-235, no uranio-238, sufriendo fisión. Aproximadamente al mismo tiempo, otros científicos descubrieron que el proceso de fisión resultó en la producción de aún más neutrones. Esto llevó a Bohr y Wheeler a hacer una pregunta trascendental:¿Podrían los neutrones libres creados en la fisión iniciar una reacción en cadena que liberaría una enorme cantidad de energía? Si es así, podría ser posible construir un arma de un poder inimaginable.
Y fue.
Funcionarios del Proyecto Manhattan, el nombre en clave del plan de EE. UU. para desarrollar armas atómicas, inspeccionar el sitio de detonación de la prueba de la bomba atómica Trinity. Ese es el Dr. Robert J. Oppenheimer con sombrero blanco. Laboratorio Nacional de Los Alamos / Time Life Pictures / Getty Images En marzo de 1940, un equipo de científicos que trabaja en la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York confirmó la hipótesis de Bohr y Wheeler:el isótopo uranio-235 , o U-235 , fue responsable de la fisión nuclear. El equipo de Columbia intentó iniciar una reacción en cadena utilizando U-235 en el otoño de 1941, pero falló. Todo el trabajo luego se trasladó a la Universidad de Chicago, dónde, en una cancha de squash situada debajo del Stagg Field de la universidad, Enrico Fermi finalmente logró la primera reacción nuclear en cadena controlada del mundo. Desarrollo de una bomba nuclear, usando U-235 como combustible, procedió rápidamente.
Debido a su importancia en el diseño de una bomba nuclear, echemos un vistazo al U-235 más de cerca. El U-235 es uno de los pocos materiales que puede sufrir fisión inducida . En lugar de esperar más de 700 millones de años para que el uranio se descomponga naturalmente, el elemento puede descomponerse mucho más rápido si un neutrón choca contra su núcleo. El núcleo absorberá el neutrón sin dudarlo, se vuelven inestables y se parten inmediatamente.
Tan pronto como el núcleo captura el neutrón, se divide en dos átomos más ligeros y arroja dos o tres neutrones nuevos (el número de neutrones expulsados depende de cómo se divida el átomo de U-235). Los dos átomos más ligeros emiten luego radiación gamma cuando se asientan en sus nuevos estados. Hay algunas cosas sobre este proceso de fisión inducida que lo hacen interesante:
En 1941, Los científicos de la Universidad de California en Berkeley descubrieron otro elemento, el elemento 94, que podría ofrecer potencial como combustible nuclear. Llamaron al elemento plutonio , y durante el año siguiente, hicieron lo suficiente para experimentos. Finalmente, establecieron las características de fisión del plutonio e identificaron un segundo combustible posible para las armas nucleares.
Si piensa en la masa crítica en términos de canicas, la formación apretada de mármoles representa la masa crítica y los tres mármoles solitarios sustituyen a los neutrones. iStockphoto / Thinkstock En una bomba de fisión el combustible debe mantenerse por separado subcrítico masas, que no soportará la fisión, para prevenir la detonación prematura. Masa critica es la masa mínima de material fisionable necesaria para sustentar una reacción de fisión nuclear. Piense de nuevo en la analogía de la canica. Si el círculo de canicas se separa demasiado (masa subcrítica), se producirá una reacción en cadena más pequeña cuando la "canica de neutrones" golpee el centro. Si las canicas se colocan más juntas en el círculo (masa crítica), existe una mayor probabilidad de que se produzca una gran reacción en cadena.
Mantener el combustible en masas subcríticas separadas conduce a desafíos de diseño que deben resolverse para que una bomba de fisión funcione correctamente. El primer desafío, por supuesto, está uniendo a las masas subcríticas para formar una supercrítico masa, que proporcionará neutrones más que suficientes para sostener una reacción de fisión en el momento de la detonación. Los diseñadores de bombas propusieron dos soluciones, que cubriremos en la siguiente sección.
Próximo, deben introducirse neutrones libres en la masa supercrítica para iniciar la fisión. Los neutrones se introducen haciendo un generador de neutrones . Este generador es una pequeña pastilla de polonio y berilio, separados por una lámina dentro del núcleo de combustible fisionable. En este generador:
Finalmente, el diseño debe permitir que se fisione tanto material como sea posible antes de que la bomba explote. Esto se logra confinando la reacción de fisión dentro de un material denso llamado manosear , que generalmente está hecho de uranio-238. El pisón se calienta y se expande por el núcleo de fisión. Esta expansión del pisón ejerce presión sobre el núcleo de fisión y ralentiza la expansión del núcleo. El sabotaje también refleja los neutrones de regreso al núcleo de fisión, aumentando la eficiencia de la reacción de fisión.
La forma más sencilla de unir a las masas subcríticas es hacer un arma que dispare una masa contra la otra. Se forma una esfera de U-235 alrededor del generador de neutrones y una pequeña bala de U-235 se elimina. La bala se coloca en un extremo de un tubo largo con explosivos detrás, mientras que la esfera se coloca en el otro extremo. Un sensor de presión barométrica determina la altitud apropiada para la detonación y activa la siguiente secuencia de eventos:
Niñito , la bomba lanzada sobre Hiroshima, era este tipo de bomba y tenía un rendimiento de 14,5 kilotones (igual a 14, 500 toneladas de TNT) con una eficiencia de aproximadamente el 1,5 por ciento. Es decir, El 1,5 por ciento del material se fisionó antes de que la explosión se llevara el material.
La segunda forma de crear una masa supercrítica requiere comprimir las masas subcríticas juntas en una esfera por implosión. Hombre gordo , la bomba lanzada sobre Nagasaki, fue uno de estos llamados bombas provocadas por implosión . No fue fácil de construir. Los primeros diseñadores de bombas se enfrentaron a varios problemas, particularmente cómo controlar y dirigir la onda de choque uniformemente a través de la esfera. Su solución fue crear un dispositivo de implosión que consistía en una esfera de U-235 para actuar como sabotaje y un núcleo de plutonio-239 rodeado de explosivos de alta potencia. Cuando detonó la bomba, tenía un rendimiento de 23 kilotones con una eficiencia del 17 por ciento. Esto es lo que pasó:
Los diseñadores pudieron mejorar el diseño básico provocado por la implosión. En 1943, El físico estadounidense Edward Teller inventó el concepto de impulso. Impulsando se refiere a un proceso mediante el cual se utilizan reacciones de fusión para crear neutrones, que luego se utilizan para inducir reacciones de fisión a una velocidad mayor. Pasaron otros ocho años antes de que la primera prueba confirmara la validez del impulso, pero una vez que llegó la prueba, se convirtió en un diseño popular. En los años que siguieron, casi el 90 por ciento de las bombas nucleares construidas en Estados Unidos utilizaron el diseño de impulso.
Por supuesto, Las reacciones de fusión se pueden utilizar como fuente primaria de energía en un arma nuclear. también. En la siguiente sección, veremos el funcionamiento interno de las bombas de fusión.
Las bombas de fisión funcionaron pero no fueron muy eficientes. Los científicos no tardaron en preguntarse si el proceso nuclear opuesto, la fusión, podría funcionar mejor. La fusión ocurre cuando los núcleos de dos átomos se combinan para formar un solo átomo más pesado. A temperaturas extremadamente altas, los núcleos de los isótopos de hidrógeno deuterio y tritio pueden fusionarse fácilmente, liberando enormes cantidades de energía en el proceso. Las armas que aprovechan este proceso se conocen como bombas de fusión , termonuclear bombas o bombas de hidrogeno . Las bombas de fusión tienen un mayor rendimiento en kilotones y una mayor eficiencia que las bombas de fisión, pero presentan algunos problemas que deben resolverse:
Los científicos superan el primer problema mediante el uso de deuterato de litio, un compuesto sólido que no sufre desintegración radiactiva a temperatura normal, como principal material termonuclear. Para superar el problema del tritio, Los diseñadores de bombas se basan en una reacción de fisión para producir tritio a partir de litio. La reacción de fisión también resuelve el problema final. La mayor parte de la radiación emitida en una reacción de fisión es Rayos X , y estos rayos X proporcionan las altas temperaturas y presiones necesarias para iniciar la fusión. Entonces, una bomba de fusión tiene un diseño de dos etapas:un componente de fisión primario o de fisión reforzada y un componente de fusión secundario.
Para entender este diseño de bomba, imagina que dentro de la carcasa de una bomba tienes una bomba de fisión de implosión y una carcasa de cilindro de uranio-238 (manipulación). Dentro del pisón está el deuteruro de litio (combustible) y una varilla hueca de plutonio-239 en el centro del cilindro. Separando el cilindro de la bomba de implosión hay un escudo de uranio-238 y espuma plástica que llena los espacios restantes en la carcasa de la bomba. La detonación de la bomba provoca la siguiente secuencia de eventos:
Todos estos eventos ocurren en aproximadamente 600 mil millonésimas de segundo (550 mil millonésimas de segundo para la implosión de la bomba de fisión, 50 mil millonésimas de segundo para los eventos de fusión). El resultado es una inmensa explosión con un 10, Rendimiento de 000 kilotones:700 veces más potente que la explosión de Little Boy.
Una bomba atómica del tipo 'Little Boy' que fue detonada sobre Hiroshima Japón MPI / Getty Images Una cosa es construir una bomba nuclear. Otra cosa es entregar el arma a su objetivo previsto y detonarla con éxito. Esto fue especialmente cierto en el caso de las primeras bombas construidas por científicos al final de la Segunda Guerra Mundial. Escribiendo en una edición de 1995 de Scientific American, Philip Morrison, miembro del Proyecto Manhattan, dijo esto acerca de las primeras armas:"Las tres bombas de 1945 - la bomba de prueba [Trinity] y las dos bombas lanzadas sobre Japón - eran más piezas improvisadas de equipo de laboratorio complejo que armamento confiable".
La entrega de esas bombas a su destino final fue improvisada casi tanto como su diseño y construcción. El USS Indianapolis transportó las piezas y el combustible de uranio enriquecido de la bomba Little Boy a la isla de Tinian en el Pacífico el 28 de julio. 1945. Los componentes de la bomba Fat Man, llevado por tres B-29 modificados, llegó el 2 de agosto. Un equipo de 60 científicos voló desde Los Álamos, NUEVO MÉJICO., a Tinian para ayudar en la asamblea. La bomba del niño pequeño, que pesa 9, 700 libras (4, 400 kilogramos) y midiendo 10 pies (3 metros) desde la nariz hasta la cola, estaba listo primero. El 6 de agosto un equipo cargó la bomba en el Enola Gay, un B-29 pilotado por el coronel Paul Tibbets. El avión hizo las 750 millas (1, 200 kilómetros) de viaje a Japón y arrojó la bomba al aire sobre Hiroshima, donde detonó exactamente a las 8:12 a.m. El 9 de agosto, los casi 11, 000 libras (5, 000 kilogramos) La bomba Fat Man hizo el mismo viaje a bordo del Bockscar, un segundo B-29 pilotado por el mayor Charles Sweeney. Su carga mortal explotó sobre Nagasaki poco antes del mediodía.
Hoy dia, el método utilizado en Japón - bombas de gravedad transportadas por aviones - sigue siendo una forma viable de lanzar armas nucleares. Pero a lo largo de los años como las ojivas han disminuido de tamaño, otras opciones están disponibles. Muchos países han almacenado varios misiles balísticos y de crucero armados con dispositivos nucleares. La mayoría misiles balísticos se lanzan desde submarinos o silos terrestres. Salen de la atmósfera terrestre, viajar miles de millas hasta sus objetivos y volver a entrar en la atmósfera para desplegar sus armas. Misiles de crucero tienen alcances más cortos y ojivas más pequeñas que los misiles balísticos, pero son más difíciles de detectar e interceptar. Se pueden lanzar desde el aire, desde lanzadores móviles en tierra y desde buques de guerra.
Armas nucleares tácticas , o TNW , también se hizo popular durante la Guerra Fría. Diseñado para apuntar a áreas más pequeñas, Los TNW incluyen misiles de corto alcance, proyectiles de artillería, minas terrestres y cargas de profundidad. TNW portátiles, como el rifle Davy Crockett, hacen posible que los equipos pequeños de uno o dos hombres realicen un ataque nuclear.
Una fotografía muestra la primera prueba de bomba atómica el 16 de julio, 1945, a las 5:30 a.m., en Trinity Site en Nuevo México. Joe Raedle / Getty Images La detonación de un arma nuclear desencadena una tremenda destrucción, pero las ruinas contendrían evidencia microscópica de la procedencia de los materiales de las bombas. La detonación de una bomba nuclear sobre un objetivo, como una ciudad poblada, causa un daño inmenso. El grado de daño depende de la distancia desde el centro de la explosión de la bomba, que se llama el hipocentro o zona de impacto . Cuanto más cerca estás del hipocentro, cuanto más severo sea el daño. El daño es causado por varias cosas:
En el hipocentro todo es de inmediato vaporizado por la alta temperatura (hasta 500 millones de grados Fahrenheit o 300 millones de grados Celsius). Hacia afuera desde el hipocentro, la mayoría de las víctimas son causadas por quemaduras causadas por el calor, Lesiones por los escombros voladores de edificios colapsados por la onda de choque y la exposición aguda a la alta radiación. Más allá del área de explosión inmediata, las bajas son causadas por el calor, la radiación y los incendios generados por la ola de calor. A largo plazo, La lluvia radiactiva ocurre en un área más amplia debido a los vientos predominantes. Las partículas radiactivas de la lluvia radiactiva ingresan al suministro de agua y son inhaladas e ingeridas por personas a cierta distancia de la explosión.
Los científicos han estudiado a los supervivientes de los bombardeos de Hiroshima y Nagasaki para comprender los efectos a corto y largo plazo de las explosiones nucleares en la salud humana. La radiación y la lluvia radiactiva afectan las células del cuerpo que se dividen activamente (cabello, intestino, médula ósea, Órganos reproductivos). Algunas de las condiciones de salud resultantes incluyen:
Estas afecciones a menudo aumentan el riesgo de leucemia, cáncer, infertilidad y defectos de nacimiento.
Los científicos y los médicos todavía están estudiando a los supervivientes de las bombas lanzadas sobre Japón y esperan que aparezcan más resultados con el tiempo.
En la década de 1980, Los científicos evaluaron los posibles efectos de la guerra nuclear (muchas bombas nucleares explotaron en diferentes partes del mundo) y propusieron la teoría de que un invierno nuclear podría ocurrir. En el escenario del invierno nuclear, la explosión de muchas bombas levantaría grandes nubes de polvo y material radioactivo que viajarían alto en la atmósfera de la Tierra. Estas nubes bloquearían la luz solar. El nivel reducido de luz solar reduciría la temperatura de la superficie del planeta y reduciría la fotosíntesis de plantas y bacterias. La reducción de la fotosíntesis interrumpiría la cadena alimentaria, causando la extinción masiva de la vida (incluidos los humanos). Este escenario es similar a la hipótesis de los asteroides que se ha propuesto para explicar la extinción de los dinosaurios. Los defensores del escenario del invierno nuclear señalaron las nubes de polvo y escombros que viajaron a lo largo del planeta después de las erupciones volcánicas del Monte Santa Elena en los Estados Unidos y del Monte Pinatubo en las Filipinas.
Las armas nucleares tienen increíbles Poder destructivo a largo plazo que viaja mucho más allá del objetivo original. Esta es la razón por la que los gobiernos del mundo están tratando de controlar la propagación de la tecnología y los materiales de fabricación de bombas nucleares y reducir el arsenal de armas nucleares desplegadas durante la Guerra Fría. También es la razón por la que las pruebas nucleares realizadas por Corea del Norte y otros países obtienen una respuesta tan fuerte de la comunidad internacional. Los atentados de Hiroshima y Nagasaki pueden haber pasado muchas décadas, pero las horribles imágenes de esa fatídica mañana de agosto arden tan claras y brillantes como siempre.
