Publicado: Vie Mar 28, 2008 7:55 pm
Reconozco que lo que más me interesa de todo esto son las cuestiones técnicas, incluso de un tema tan ¿horripilante? ¿demoníaco? como las armas nucleares.
Queda ya poco que decir. Tan sólo comparar el ¿boceto? del arma atómica alemana, con el diseño de "Little Boy", y algunos comentarios sobre esa arma.
Recordemos el boceto del arma atómica alemana:
y se compara con el diseño real de la bomba Mk I "Little Boy", la que arrasó Hiroshima
Aparentemente el concepto es muy parecido. Ambas tienen un diseño de "cañón" en el que se dispara una masa de material fisible contra otra masa de material fisible. Al unirse las dos masas el conjunto sobrepasa la masa crítica y estalla.
Pero existen varias diferencias que muestran lo primitivo del diseño alemán (mejor dicho, que era imposible).
La diferencia principal: el artefacto alemán debía usar Plutonio. Ya hemos visto en mensajes anteriores que el Plutonio 239 no sirve para una bomba de este tipo, por la contaminación con Plutonio 240. Este isótopo del Plutonio tiene una alta tasa de fisión espontánea, lo que produce gran cantidad de neutrones que provocan que se inicie una reacción en cadena precozmente. Si esta reacción en cadena se inicia antes de la unión de las masas de material fisible, la explosión desintegra el núcleo antes que se inicie la fusión del Pu239 en cantidades significativas. Produce una explosión prematura de baja potencia (aunque muy radiactiva y contaminante).
Esto ocurre con cualquier material fisible. Si intentamos unir "a mano" dos núcleos de U235 se producirá un "fizzle" que separará las masas (y nos abrasará). Pero si se unen con suficiente velocidad las dos masas de material permanecerán unidas el tiempo suficiente como para que se inicie la reacción en cadena progresiva. Para conseguirlo con U235 se necesita una velocidad de decenas (o centenas, no lo sé exactamente) de metros por segundo, que se pueden conseguir con un cañón.
Durante el Proyecto Manhattan se planteó un problema. Ya hemos visto que con U235 no se tendría un arma hasta el verano de 1945, y se tardaría bastante en tener otra. Para ello es conveniente fabricar Plutonio 239, otro material fisible que se consigue del Uranio 238, el isótopo más abundante. Para ello se expone U238 a neutrones rápidos (dentro de un reactor nuclear). Algunos núcleos absorben un neutrón transmutándose primero en Neptunio 239 y luego en Plutonio 239. Pero algunos de los átomos de Pu239 también absorben neutrones para convertirse en Pu240.
Se puede minimizar la cantidad de Pu240 producida con diferentes técnicas, pero aún así es necesario separar el Pu239 del Pu240 con técnicas parecidas a las de separación del Uranio (aún más difíciles y caras). A pesar de ello, el Plutonio producido en Hanford contenía aproximadamente un 0,7% de Pu240. Ese contaminante produciría un fizzle si se tardaba más de 40 microsegundos en recorrer los últimos centímetros hasta que se reuniesen las dos masas fisibles. La velocidad necesaria era superior a 9.000 Km/h (siete veces la del sonido) y es prácticamente imposible de alcanzar con explosivos químicos, incluso con un cañón de dimensiones enormes.
A más Pu240 mayor velocidad necesaria: simplemente, el sistema de "cañón" es irrealizable con Plutonio.
Otro gravísimo defecto: si se revisa el plano del arma norteamericana, se ve que las dos masas son de tamaño parecido. La del esquema nazi, una masa es casi crítica. Eso es peligrosísimo.
El problema es que esa masa casi crítica puede hacerse crítica en determinadas situaciones. La más corriente: si se sumerge en agua (incluso sin que se rompa la envuelta): actúa como moderador de neutrones (disminuye su velocidad) y los neutrones lentos son mucho más eficaces para provocar fisiones. La masa crítica es ahora mucho menor, y estalla: ese era un riesgo de Little Boy, pero mucho mayor en el arma alemana.
Pero el riesgo no es sólo si se moja. Si el arma recibe un flujo de neutrones (por ejemplo porque sean reflejados por algún escudo) estallará. Si el núcleo es de Plutonio, este puede cambiar de fase (cambiar la estructura de sus cristales) en determinadas situaciones, y al estar más cercanos los núcleos, estallará.
Falta un detalle muy importante. No basta con reunir una masa crítica. La bomba estallará, pero la eficacia será pequeña: al producirse gran cantidad de energía el núcleo se desintegrará y la reacción en cadena cesará. La explosión será potente (para parámetros químicos) pero un fracaso como arma nuclear: otro "fizzle" (la traducción pudiera ser "gatillazo). Lo que interesa es que toda la masa fisible reciba la mayor cantidad posible de neutrones en los primeros nanosegundos, mientras se inicia la reacción.
En la actualidad se usan trucos. Se coloca en el centro del núcleo una pequeña cantidad de Deuterio y de Titrio (otro isótopo de Hidrógeno) en una cavidad en el centro del núcleo. Cuando se inicia la fusión, y antes de desintegrarse el núcleo, se alcanza una elevadísima temperatura que inicia la fusión nuclear. Esta fusión apenas produce energía pero produce gran cantidad de neutrones muy energéticos que "bañan" todo el núcleo provocando muchas más fisiones. La potencia se multiplica hasta por diez, permitiendo usar núcleos más pequeños, seguros (y baratos).
Otro truco, que sí se usó en 1945, es poner un escudo reflector. El material fisible está rodeado de una capa de otro material que refleja los neutrones. En Little Boy era una envuelta de Carburo de Tugsteno. Pero eso crea otros problemas.
Si se pone una masa casi crítica dentro de un escudo de este tipo, los neutrones producidos hacen que la masa sea crítica y estalle, especialmente con masas de Plutonio (repito, más peligroso que una piraña en un bidé). En el caso de Little Boy se usó un sistema especial. Como se esperaba que el rendimiento de una bomba de cañón de U235 (con una pureza de sólo un 80%) fuese bastante escaso, se intentaría que el material fisible fuese algo más del doble de la masa crítica. Luego una de las dos mitades sería de más de una masa crítica. Vaya.
Para que no estallase, la masa mayor tenía forma anular, con gran superficie, permitiendo que se perdiesen neutrones. La masa menor es la que estaba dentro del escudo, y era la mayor la disparada: es como si un cañón disparase en lugar del proyectil el tubo. Pero si se hacía al revés, la masa mayor, dentro del escudo reflector, recibiría tantos neutrones que…
Hay más refinamientos, como el uso de un iniciador de Polonio y Berilio. El polonio emite partículas alfa que al chocar con los núcleos de Berilio produce gran cantidad de neutrones. Etcétera.
Aun así el diseño de Little Boy era muy peligroso. Se construyó para asegurarse de su funcionamiento, pero era notoriamente insegura. Un cortocircuito, un incendio, incluso un rayo, produciría la ignición de la cordita. Por ello el Capitán de Navío Parsons decidió dejar aparte la bolsa de explosivos para montarla en vuelo… y un diligente mecánico la lanzó fuera del avión poco antes de despegar. Para desgracia de Hiroshima Parsons vio lo ocurrido y recuperó la bolsa.
Aunque se construyeron cinco bombas Mk I más, no sé si con núcleo fisible, ninguna llegó a ser armada y menos usada.
De hecho, el grupo de científicos del Proyecto Manhattan había propuesto que Little Boy se desmantelase antes de ser usada, y que su U235 se usase en núcleos mixtos de Uranio y Plutonio que parecían ser mucho más eficaces con menos cantidad de material fisible. De hecho bastantes de las bombas Mk IV (copias de la Mk III Fat Man preparadas para la producción en serie), de las que se construyeron 550 unidades en los años siguientes, tenían estos núcleos, que con algunas mejoras alcanzaban los 50 KT con la mitad de material que la Mk III.
Después de todo este horror creo que las argumentaciones sobre la bomba alemana sobran ¿no?
Saludos
Queda ya poco que decir. Tan sólo comparar el ¿boceto? del arma atómica alemana, con el diseño de "Little Boy", y algunos comentarios sobre esa arma.
Recordemos el boceto del arma atómica alemana:
y se compara con el diseño real de la bomba Mk I "Little Boy", la que arrasó Hiroshima
Aparentemente el concepto es muy parecido. Ambas tienen un diseño de "cañón" en el que se dispara una masa de material fisible contra otra masa de material fisible. Al unirse las dos masas el conjunto sobrepasa la masa crítica y estalla.
Pero existen varias diferencias que muestran lo primitivo del diseño alemán (mejor dicho, que era imposible).
La diferencia principal: el artefacto alemán debía usar Plutonio. Ya hemos visto en mensajes anteriores que el Plutonio 239 no sirve para una bomba de este tipo, por la contaminación con Plutonio 240. Este isótopo del Plutonio tiene una alta tasa de fisión espontánea, lo que produce gran cantidad de neutrones que provocan que se inicie una reacción en cadena precozmente. Si esta reacción en cadena se inicia antes de la unión de las masas de material fisible, la explosión desintegra el núcleo antes que se inicie la fusión del Pu239 en cantidades significativas. Produce una explosión prematura de baja potencia (aunque muy radiactiva y contaminante).
Esto ocurre con cualquier material fisible. Si intentamos unir "a mano" dos núcleos de U235 se producirá un "fizzle" que separará las masas (y nos abrasará). Pero si se unen con suficiente velocidad las dos masas de material permanecerán unidas el tiempo suficiente como para que se inicie la reacción en cadena progresiva. Para conseguirlo con U235 se necesita una velocidad de decenas (o centenas, no lo sé exactamente) de metros por segundo, que se pueden conseguir con un cañón.
Durante el Proyecto Manhattan se planteó un problema. Ya hemos visto que con U235 no se tendría un arma hasta el verano de 1945, y se tardaría bastante en tener otra. Para ello es conveniente fabricar Plutonio 239, otro material fisible que se consigue del Uranio 238, el isótopo más abundante. Para ello se expone U238 a neutrones rápidos (dentro de un reactor nuclear). Algunos núcleos absorben un neutrón transmutándose primero en Neptunio 239 y luego en Plutonio 239. Pero algunos de los átomos de Pu239 también absorben neutrones para convertirse en Pu240.
Se puede minimizar la cantidad de Pu240 producida con diferentes técnicas, pero aún así es necesario separar el Pu239 del Pu240 con técnicas parecidas a las de separación del Uranio (aún más difíciles y caras). A pesar de ello, el Plutonio producido en Hanford contenía aproximadamente un 0,7% de Pu240. Ese contaminante produciría un fizzle si se tardaba más de 40 microsegundos en recorrer los últimos centímetros hasta que se reuniesen las dos masas fisibles. La velocidad necesaria era superior a 9.000 Km/h (siete veces la del sonido) y es prácticamente imposible de alcanzar con explosivos químicos, incluso con un cañón de dimensiones enormes.
A más Pu240 mayor velocidad necesaria: simplemente, el sistema de "cañón" es irrealizable con Plutonio.
Otro gravísimo defecto: si se revisa el plano del arma norteamericana, se ve que las dos masas son de tamaño parecido. La del esquema nazi, una masa es casi crítica. Eso es peligrosísimo.
El problema es que esa masa casi crítica puede hacerse crítica en determinadas situaciones. La más corriente: si se sumerge en agua (incluso sin que se rompa la envuelta): actúa como moderador de neutrones (disminuye su velocidad) y los neutrones lentos son mucho más eficaces para provocar fisiones. La masa crítica es ahora mucho menor, y estalla: ese era un riesgo de Little Boy, pero mucho mayor en el arma alemana.
Pero el riesgo no es sólo si se moja. Si el arma recibe un flujo de neutrones (por ejemplo porque sean reflejados por algún escudo) estallará. Si el núcleo es de Plutonio, este puede cambiar de fase (cambiar la estructura de sus cristales) en determinadas situaciones, y al estar más cercanos los núcleos, estallará.
Falta un detalle muy importante. No basta con reunir una masa crítica. La bomba estallará, pero la eficacia será pequeña: al producirse gran cantidad de energía el núcleo se desintegrará y la reacción en cadena cesará. La explosión será potente (para parámetros químicos) pero un fracaso como arma nuclear: otro "fizzle" (la traducción pudiera ser "gatillazo). Lo que interesa es que toda la masa fisible reciba la mayor cantidad posible de neutrones en los primeros nanosegundos, mientras se inicia la reacción.
En la actualidad se usan trucos. Se coloca en el centro del núcleo una pequeña cantidad de Deuterio y de Titrio (otro isótopo de Hidrógeno) en una cavidad en el centro del núcleo. Cuando se inicia la fusión, y antes de desintegrarse el núcleo, se alcanza una elevadísima temperatura que inicia la fusión nuclear. Esta fusión apenas produce energía pero produce gran cantidad de neutrones muy energéticos que "bañan" todo el núcleo provocando muchas más fisiones. La potencia se multiplica hasta por diez, permitiendo usar núcleos más pequeños, seguros (y baratos).
Otro truco, que sí se usó en 1945, es poner un escudo reflector. El material fisible está rodeado de una capa de otro material que refleja los neutrones. En Little Boy era una envuelta de Carburo de Tugsteno. Pero eso crea otros problemas.
Si se pone una masa casi crítica dentro de un escudo de este tipo, los neutrones producidos hacen que la masa sea crítica y estalle, especialmente con masas de Plutonio (repito, más peligroso que una piraña en un bidé). En el caso de Little Boy se usó un sistema especial. Como se esperaba que el rendimiento de una bomba de cañón de U235 (con una pureza de sólo un 80%) fuese bastante escaso, se intentaría que el material fisible fuese algo más del doble de la masa crítica. Luego una de las dos mitades sería de más de una masa crítica. Vaya.
Para que no estallase, la masa mayor tenía forma anular, con gran superficie, permitiendo que se perdiesen neutrones. La masa menor es la que estaba dentro del escudo, y era la mayor la disparada: es como si un cañón disparase en lugar del proyectil el tubo. Pero si se hacía al revés, la masa mayor, dentro del escudo reflector, recibiría tantos neutrones que…
Hay más refinamientos, como el uso de un iniciador de Polonio y Berilio. El polonio emite partículas alfa que al chocar con los núcleos de Berilio produce gran cantidad de neutrones. Etcétera.
Aun así el diseño de Little Boy era muy peligroso. Se construyó para asegurarse de su funcionamiento, pero era notoriamente insegura. Un cortocircuito, un incendio, incluso un rayo, produciría la ignición de la cordita. Por ello el Capitán de Navío Parsons decidió dejar aparte la bolsa de explosivos para montarla en vuelo… y un diligente mecánico la lanzó fuera del avión poco antes de despegar. Para desgracia de Hiroshima Parsons vio lo ocurrido y recuperó la bolsa.
Aunque se construyeron cinco bombas Mk I más, no sé si con núcleo fisible, ninguna llegó a ser armada y menos usada.
De hecho, el grupo de científicos del Proyecto Manhattan había propuesto que Little Boy se desmantelase antes de ser usada, y que su U235 se usase en núcleos mixtos de Uranio y Plutonio que parecían ser mucho más eficaces con menos cantidad de material fisible. De hecho bastantes de las bombas Mk IV (copias de la Mk III Fat Man preparadas para la producción en serie), de las que se construyeron 550 unidades en los años siguientes, tenían estos núcleos, que con algunas mejoras alcanzaban los 50 KT con la mitad de material que la Mk III.
Después de todo este horror creo que las argumentaciones sobre la bomba alemana sobran ¿no?
Saludos