Publicado: Jue Mar 27, 2008 4:23 pm
Otra vía de conseguir material fisible es obtener Plutonio 239 (si he escrito antes 240 es por error) a partir de Uranio 238. Para ello es preciso construir un reactor nuclear que produzca gran cantidad de neutrones. Algunos átomos de U238 absorben un neutrón, transformándose en Neptunio 239 y luego en Plutonio 239 mediante la siguiente reacción:
Luego el Pu239 puede separarse con métodos químicos.
El Pu239 es aún mejor que el U235 para la fabricación de armas nucleares: no sólo emite neutrones "lentos", es decir, que son absorbidos por otros núcleos, sino que se fisiona con relativa dificultad. Eso (por raro que parezca) es muy favorable, pues evita preexplosiones. Si la fusión espontánea es fácil, la bomba no funciona: se produce una detonación de pequeña potencia (fizzle) antes de alcanzarse la masa crítica.
Para producir Pu239 lo que se hace en la actualidad es construir un reactor nuclear automantenido (el primero fue el diseñado por Fermi en Chicago y que funcionó por primera vez en 1942). Puede o extraerse el combustible y aislarse el Plutonio (que no es práctico) o diseñarse para que se puedan introducir en el núcleo barras de U238 que luego se quitan para extraer el Plutonio. El diseño de estos reactores resultó mucho más complejo de lo esperado, y requiere un combustible rico en U235. Primer problema para Alemania.
Pero el Pu239 tiene un problema añadido: durante su producción se producen cantidades apreciables de Pu240, que es mucho más "reactivo". La contaminación por Pu240 produce preexplosiones. Separar el Pu240 del Pu239 es aún más difícil que el U235 del U238, y se necesita entre otras cosas un diseño muy cuidadoso del reactor.
Además la presencia de cantidades mínimas de Pu240 impide que una bomba tipo Little Boy funcione (con detonador de cañón): antes que se alcance la masa crítica el Pu240 produce una explosión. De hecho, el núcleo puede estallar durante su construcción sin alcanzarse la masa crítica.
Una explicación sobre el "detonador de cañón". Para que un núcleo estalle, debe tener una masa superior a la crítica (o ser supercrítico, esa es otra). Si tenemos dos mitades de una esfera, y las juntamos, se alcanza una masa crítica y estalla ¿o no? Lo que ocurre es que las primeras fisiones se producen en la zona donde se une, y producen suficiente energía como para desintegrar el núcleo (y el incauto que unía las mitades) pero la reacción cesa de inmediato.
Lo que se necesita es unir las dos piezas con mucha fuerza: un cañón dispara un proyectil de material fisible contra una esfera de material fisible (que casi es de masa crítica) y se produce la explosión: es el sistema de la bomba Mk I "Little Boy" de Hiroshima. Y también la de esta otra bomba:
Un esquema que ronda por la red de una supuesta bomba germana. Pero el detalle clave es que en esta bomba el núcleo es de Plutonio. Si se intenta usar ese sistema, la esfera (casi crítica) estallaría. Además el Plutonio tiene una característica muy divertida, puede cambiar de fase (cambiar la estructura de sus cristales) según la presión, temperatura, etcétera, y entonces una masa subcrítica hacerse crítica y ¡PUM! (un pum pequeñito, como un petardo, pero mortal para los presentes por la enorme cantidad de radiación: varios accidentes de este tipo se produjeron en los primeros años).
Se necesita un sistema diferente: conseguir una masa supercrítica. Hay que comprimir una esfera de Pu239 (con contenido muy bajo en Pu240) para conseguir acercar los núcleos. Los neutrones entonces chocan con facilidad con otros núcleos, y se produce una reacción en cadena que además es mucho más eficiente (más potente) necesitándose además mucho menos material fisible.
Para esto se aplicó el concepto de implosión, y luego el de lente explosiva. Este no fue ni atisbado por los científicos alemanes. Estos no habían conseguido suficiente Plutonio como para conocer sus propiedades, ni se habían enfrentado a los problemas de la contaminación y de la separación de los diferentes isótopos. Pensaban que bastaba con tener un reactor nuclear para conseguir cargamentos de Plutonio que usar. Nada más lejos. De hecho, a pesar de la aparente ventaja de las armas de Plutonio, las potencias menores que han desarrollado bombas por su cuenta lo han hecho de U235 que es mucho más caro pero tecnológicamente más sencillo.
Insisto, Alemania estaba por lo menos a uno o dos años de conseguir un reactor automantenido, y a varios de desarrollar una lente explosiva. Simplemente, no se habían aplicado suficientes recursos.
Saludos
Luego el Pu239 puede separarse con métodos químicos.
El Pu239 es aún mejor que el U235 para la fabricación de armas nucleares: no sólo emite neutrones "lentos", es decir, que son absorbidos por otros núcleos, sino que se fisiona con relativa dificultad. Eso (por raro que parezca) es muy favorable, pues evita preexplosiones. Si la fusión espontánea es fácil, la bomba no funciona: se produce una detonación de pequeña potencia (fizzle) antes de alcanzarse la masa crítica.
Para producir Pu239 lo que se hace en la actualidad es construir un reactor nuclear automantenido (el primero fue el diseñado por Fermi en Chicago y que funcionó por primera vez en 1942). Puede o extraerse el combustible y aislarse el Plutonio (que no es práctico) o diseñarse para que se puedan introducir en el núcleo barras de U238 que luego se quitan para extraer el Plutonio. El diseño de estos reactores resultó mucho más complejo de lo esperado, y requiere un combustible rico en U235. Primer problema para Alemania.
Pero el Pu239 tiene un problema añadido: durante su producción se producen cantidades apreciables de Pu240, que es mucho más "reactivo". La contaminación por Pu240 produce preexplosiones. Separar el Pu240 del Pu239 es aún más difícil que el U235 del U238, y se necesita entre otras cosas un diseño muy cuidadoso del reactor.
Además la presencia de cantidades mínimas de Pu240 impide que una bomba tipo Little Boy funcione (con detonador de cañón): antes que se alcance la masa crítica el Pu240 produce una explosión. De hecho, el núcleo puede estallar durante su construcción sin alcanzarse la masa crítica.
Una explicación sobre el "detonador de cañón". Para que un núcleo estalle, debe tener una masa superior a la crítica (o ser supercrítico, esa es otra). Si tenemos dos mitades de una esfera, y las juntamos, se alcanza una masa crítica y estalla ¿o no? Lo que ocurre es que las primeras fisiones se producen en la zona donde se une, y producen suficiente energía como para desintegrar el núcleo (y el incauto que unía las mitades) pero la reacción cesa de inmediato.
Lo que se necesita es unir las dos piezas con mucha fuerza: un cañón dispara un proyectil de material fisible contra una esfera de material fisible (que casi es de masa crítica) y se produce la explosión: es el sistema de la bomba Mk I "Little Boy" de Hiroshima. Y también la de esta otra bomba:
Un esquema que ronda por la red de una supuesta bomba germana. Pero el detalle clave es que en esta bomba el núcleo es de Plutonio. Si se intenta usar ese sistema, la esfera (casi crítica) estallaría. Además el Plutonio tiene una característica muy divertida, puede cambiar de fase (cambiar la estructura de sus cristales) según la presión, temperatura, etcétera, y entonces una masa subcrítica hacerse crítica y ¡PUM! (un pum pequeñito, como un petardo, pero mortal para los presentes por la enorme cantidad de radiación: varios accidentes de este tipo se produjeron en los primeros años).
Se necesita un sistema diferente: conseguir una masa supercrítica. Hay que comprimir una esfera de Pu239 (con contenido muy bajo en Pu240) para conseguir acercar los núcleos. Los neutrones entonces chocan con facilidad con otros núcleos, y se produce una reacción en cadena que además es mucho más eficiente (más potente) necesitándose además mucho menos material fisible.
Para esto se aplicó el concepto de implosión, y luego el de lente explosiva. Este no fue ni atisbado por los científicos alemanes. Estos no habían conseguido suficiente Plutonio como para conocer sus propiedades, ni se habían enfrentado a los problemas de la contaminación y de la separación de los diferentes isótopos. Pensaban que bastaba con tener un reactor nuclear para conseguir cargamentos de Plutonio que usar. Nada más lejos. De hecho, a pesar de la aparente ventaja de las armas de Plutonio, las potencias menores que han desarrollado bombas por su cuenta lo han hecho de U235 que es mucho más caro pero tecnológicamente más sencillo.
Insisto, Alemania estaba por lo menos a uno o dos años de conseguir un reactor automantenido, y a varios de desarrollar una lente explosiva. Simplemente, no se habían aplicado suficientes recursos.
Saludos