Las armas nucleares son dispositivos explosivos que aprovechan la tecnología nuclear. Conocidas de forma popular como bombas atómicas, más correctamente deberían denominarse bombas nucleares,
pues la explosión que produce se basa en una reacción física subatómica
en el núcleo. En líneas generales, puede decirse que la energía
generada en la explosión se obtiene por una fisión nuclear en la que el núcleo de un átomo se separa en otros más ligeros, tanto estables como radiactivos (la radiactividad residual es un fenómeno secundario de la explosión debido a la aparición de átomos de sustancias radiactivas), o bien por una fusión nuclear, en la que varios núcleos de átomos se unen para generar otros más pesados. En el primer caso se tiene una bomba atómica de fisión y en el segundo una bomba de hidrógeno,
pero en ambas reacciones la masa final es menor que la inicial y la
cantidad de energía desarrollada puede calcularse mediante la ecuación
de Einstein:
de= dm. c²
donde dm es la diferencia de masas, de es la energía liberada y c la velocidad de la luz.
Existe también un tercer grupo de bombas, intermedias entre los grupos anteriores, conocidas como bombas de neutrones, y que combinan ambas reacciones.
En la bomba nuclear de fisión se aprovecha la fisión del U235, isótopo natural del uranio o del plutonio 239, obtenido artificialmente a partir del uranio en las pilas atómicas; el neutrón lo proporciona la radiactividad misma del isótopo.
En cambio, en la bomba de fusión, las barreras de energía que tienen
que superar los átomos ligeros para fusionarse en otros más pesados son
muy elevadas y, además, hacen falta temperaturas y presiones muy altas
para que la reacción se produzca; debido a esto la reacción se inicia
mediante la explosión de una bomba atómica de fisión.
En las
explosiones convencionales, la energía química almacenada se libera en
forma de una onda de choque y de calor, y se liberan compuestos químicos
que, aunque pueden ser tóxicos, tienen unos efectos limitados; por el
contrario, en la explosión nuclear, además de la onda de choque, se
produce una fortísima radiación térmica que puede inflamar y calcinar el entorno circundante, una instantánea y fortísima emisión de radiaciones (neutrones y radiación gamma
fundamentalmente) y la dispersión de núcleos radiactivos, los cuales
producen una radiactividad residual a largo plazo, de efectos
terriblemente perniciosos.
Las armas nucleares son los explosivos
más potentes que se han inventado. La unidad de medida de la potencia de
los artefactos nucleares es el kilotón, que corresponde a la potencia
de un millón de toneladas de trinitrotolueno
(explosivo convencional muy potente), o el megatón, que corresponde a
1.000 kilotones. Las armas nucleares pueden ser portadas por aviones,
misiles y otros dispositivos militares.
Se han llevado a cabo
numerosos experimentos en la atmósfera, bajo tierra o submarinos tanto
con bombas de fisión como de fusión, pero con fines bélicos sólo se han
utilizado bombas de fisión en Hiroshima y Nagasaki en el año 1945.
Recorramos su historia,a comienzos de 1939, varios físicos pusieron de manifiesto que cuando el núcleo de un isótopo de uranio absorbía un neutrón se partía emitiendo varios neutrones, lo que suponía la viabilidad de establecer una reacción en cadena con la consiguiente liberación de una gran cantidad de energía. Caundo el presidente de EE.UU. Franklin D. Roosevelt fue alertado de las posibilidades militares del nuevo descubrimiento, decidió poner en marcha lo que se conoce con el nombre de Proyecto Manhattan, con el objetivo de construir la primera bomba atómica antes que los alemanes.
Recorramos su historia,a comienzos de 1939, varios físicos pusieron de manifiesto que cuando el núcleo de un isótopo de uranio absorbía un neutrón se partía emitiendo varios neutrones, lo que suponía la viabilidad de establecer una reacción en cadena con la consiguiente liberación de una gran cantidad de energía. Caundo el presidente de EE.UU. Franklin D. Roosevelt fue alertado de las posibilidades militares del nuevo descubrimiento, decidió poner en marcha lo que se conoce con el nombre de Proyecto Manhattan, con el objetivo de construir la primera bomba atómica antes que los alemanes.
En el Proyecto Manhattan intervinieron los mejores científicos
americanos y de otros países, incluidos algunos alemanes que habían
abandonado su país huyendo del nazismo.
Los distintos grupos de científicos se encargaban de resolver
diferentes problemas técnicos en varios lugares a lo largo de la
geografía norteamericana. El 2 de diciembre de 1942, el grupo de
Chicago, logró provocar una reacción en cadena automantenida. Los
investigadores de Los Álamos (Nuevo México) probaron la primera bomba atómica en Alamogordo (localidad situada a 190 km de Albuquerque, en Nuevo México) a las 5:30 del 16 de julio de 1945, casi tres años después de que comenzara el proyecto de construcción del primer reactor nuclear de tamaño crítico, que dirigió el físico Enrico Fermi.
Durante ese período de tiempo, el cuerpo de ingenieros de la armada
estadounidense dirigió la construcción de plantas monumentales para el
enriquecimiento de uranio, de tres reactores para producir plutonio y dos plantas de reprocesamiento de el plutonio. En 1939, el Premio Nobel Niels Bohr
había argumentado que la construcción de una bomba atómica nunca podría
llevarse a cabo a menos que los Estados Unidos se convirtieran en una
enorme fábrica. Años más tarde, él mismo le dijo a su colega Edward Teller: "Te dije que no podría hacerse a menos que todo el país se convirtiese en una factoría, eso es justo lo que tu has logrado".
Esa primera bomba atómica experimental llamada Trinity de 21 kilotones era de plutonio y se activaba por un mecanismo de implosión. Su explosión, observada por un grupo de científicos desde un búnquer situado a unos 7.000 metros, vaporizó la torre metálica donde estaba situada y la arena de los alrededores. Medio minuto después de la explosión se desató una intensa corriente de aire que arrojó a los observadores contra el suelo, e incluso derribó un depósito de acero de 200 toneladas de peso. Mientras se realizaba esta prueba, tenía lugar en Berlín la conferencia de Potsdam para la reconstrucción de Europa después de la Guerra, entre Estados Unidos, Gran Bretaña y Rusia.
Esa primera bomba atómica experimental llamada Trinity de 21 kilotones era de plutonio y se activaba por un mecanismo de implosión. Su explosión, observada por un grupo de científicos desde un búnquer situado a unos 7.000 metros, vaporizó la torre metálica donde estaba situada y la arena de los alrededores. Medio minuto después de la explosión se desató una intensa corriente de aire que arrojó a los observadores contra el suelo, e incluso derribó un depósito de acero de 200 toneladas de peso. Mientras se realizaba esta prueba, tenía lugar en Berlín la conferencia de Potsdam para la reconstrucción de Europa después de la Guerra, entre Estados Unidos, Gran Bretaña y Rusia.
El presidente norteamericano Truman
quería evitar a toda costa una invasión de Japón que podría costar
numerosas bajas a su ejército, así que, informado de que las bombas
atómicas estaban listas, el 26 de julio instó a los japoneses a la
rendición incondicional -si querían librarse de su inminente
destrucción-; como ya es sabido, los japoneses se negaron. El 6 de
agosto de 1945, los Estados Unidos arrojaron en Hiroshima una bomba de uranio de 15 kilotones denominada Little Boy, que no había sido probada, desde el bombardero B-29 Enola Guy al mando del comandante Paul Tibbets.
-
- Bomba atómica lanzada sobre Hiroshima llamada "Little Boy".
La bomba detonó a 600 metros de altutud y devastó inmediatamente una superficie de más de 10 km2
(dos tercios de la ciudad); de los 342.000 habitantes con que contaba
la población, 66.000 murieron inmediatamente y otros 67.000 resultaron
gravemente heridos, y el 66% de las estructuras de la ciudad,
construcciones y viviendas fueron destruidas o seriamente dañadas.
-
- Imagen de Hiroshima después del bombardeo.
Tres días después, el 9 de agosto, el ejército estadounidense dejó caer una nueva bomba atómica, similar a Trinity sobre la ciudad de Nagasaki.
El objetivo inicial era el arsenal de Korura, pero el mal tiempo hizo
que el piloto eligiese su objetivo secundario, la ciudad de Nagasaki,
sede de la fábrica de torpedos Mitsubishi. Esta segunda bomba, apodada Fat Man, era de plutonio
y su potencia estimada fue de 21 kilotones. Nagasaki era una ciudad más
moderna y con mayor número de construcciones de hormigón y piedra que
Hiroshima, lo que hizo que los efectos fueron menores; aún así, 39.000
personas murieron inmediatamente, 25.000 fueron gravemente heridas y el
40% de la ciudad fue destruida. Los japoneses se rindieron el 14 de
agosto de 1945.
Se ha especulado mucho sobre la justificación de la segunda explosión atómica; por una parte parece ser que los militares norteamericanos querían ver si los efectos de la bomba de plutonio eran similares a los de la bomba de uranio y además querían probarlos en una ciudad construída en su mayor parte de hormigón y no de madera, como ocurría en Hiroshima. Frente a esta posible actitud, que no deja en buen lugar al ejército estadounidense, otras teorías dicen que, al parecer, los japoneses estaban convencidos de que los Estados Unidos no tenían mas bombas atómicas, razón por la cual los norteamericanos se vieron obligados a hacer una segunda demostración de fuerza. Los Estados Unidos gastaron en el Proyecto Manhattan 2.000 millones de dólares de la época, equivalentes a 40.000 millones actuales, (aproximadamente el presupuesto anual del Ministerio de Sanidad español); de hecho, la magnitud de la empresa hizo necesario fundir la plata del tesoro de los Estados Unidos para fabricar electroimanes para el proyecto.
Cabe señalar que durante la Segunda Guerra Mundial, también desde el bando aliado, se sacrificó inútilmente a muchos cientos de miles de civiles, simplemente para experimentar nuevas armas o nuevas formas de utilizar éstas. El bombardeo de Dresde es uno de los casos en que se asesinó a más de 100.000 civiles con bombas incendiarias, simplemente por el capricho de algunos generales ingleses en experimentar una nueva estrategia de bombardeo masivo.
Se ha especulado mucho sobre la justificación de la segunda explosión atómica; por una parte parece ser que los militares norteamericanos querían ver si los efectos de la bomba de plutonio eran similares a los de la bomba de uranio y además querían probarlos en una ciudad construída en su mayor parte de hormigón y no de madera, como ocurría en Hiroshima. Frente a esta posible actitud, que no deja en buen lugar al ejército estadounidense, otras teorías dicen que, al parecer, los japoneses estaban convencidos de que los Estados Unidos no tenían mas bombas atómicas, razón por la cual los norteamericanos se vieron obligados a hacer una segunda demostración de fuerza. Los Estados Unidos gastaron en el Proyecto Manhattan 2.000 millones de dólares de la época, equivalentes a 40.000 millones actuales, (aproximadamente el presupuesto anual del Ministerio de Sanidad español); de hecho, la magnitud de la empresa hizo necesario fundir la plata del tesoro de los Estados Unidos para fabricar electroimanes para el proyecto.
Cabe señalar que durante la Segunda Guerra Mundial, también desde el bando aliado, se sacrificó inútilmente a muchos cientos de miles de civiles, simplemente para experimentar nuevas armas o nuevas formas de utilizar éstas. El bombardeo de Dresde es uno de los casos en que se asesinó a más de 100.000 civiles con bombas incendiarias, simplemente por el capricho de algunos generales ingleses en experimentar una nueva estrategia de bombardeo masivo.
Hirosima supuso el inicio de una carrera mundial por parte de
los países más importantes para dominar la tecnología nuclear. Poco
después de la Segunda Guerra Mundial, las relaciones entre los Estados
Unidos y la Unión Soviética comenzaron a deteriorarse y dieron lugar al
período conocido como la Guerra Fría,
que dejó el legado de la carrera armamentística de armas nucleares.
Estados Unidos llevó la delantera y realizó decenas de explosiones
nucleares en los desiertos de Nevada y en los atolones de las islas
Bikini, en el océano Pacífico. La URSS realizó su primera experiencia
atómica el 29 de agosto de 1949. La prueba sorprendió a los científicos y
militares norteamericanos, quienes pensaban que los rusos estaban lejos
de conseguir la tecnología necesaria. La noticia también sorprendió a
la opinión pública y se creó una psicosis de miedo a un posible
bombardeo ruso, por lo que muchos norteamericanos se apostaron con
prismáticos a vigilar los cielos en espera de la inminente invasión.
Inglaterra en 1952, Francia en 1960, China en 1964, India en 1974 y Paquistán en 1998 también desarrollaron su propias bombas atómicas. En realidad, todos los países industrializados y muchos en vías de desarrollo tendrían capacidad para desarrollar su propia bomba atómica; que no lo hagan es más bien debido a la inutilidad del hecho que a las limitaciones técnicas. Sólo los países que se sienten amenazados o que quieren amenazar a otros están interesados en ello en la actualidad.
El desarrollo de las bombas de fusión fue más tardío que las de fisión, debido en parte a los complejos cálculos involucrados en la fabricación, para lo que fue necesario contar con los ordenadores más potentes de la época. El 1 de noviembre de 1952, EE.UU. probó con éxito la primera bomba termonuclear o bomba de hidrógeno en una isla del océano Pacífico; la Unión Soviética lo consiguió en 1953, Gran Bretaña en 1957, China en 1967 y Francia en 1968.
La carrera de armamentos provocó en los Estados Unidos la creación de una amplia red industrial en torno a las armas nucleares, conocida como el complejo de las armas nucleares. Durante medio siglo, este complejo fabricó unas decenas de miles de cabezas nucleares y detonó más de mil. El complejo nuclear se expandía por los estados de Nevada, Idaho, Washington y Carolina del Sur. Las armas eran probadas en el desierto de Nevada e incluso una vez se llegó almacenar uranio debajo de la ciudad de Nueva York. Los laboratorios de Nuevo México y California diseñaban las armas que se producían en Colorado, Florida, Missouri, Ohio, Tennesse y Washington. Hoy en día algunos de los lugares utilizados para esta empresa se han reconvertido para darles otros usos.
En 1989 se fabricó la última cabeza nuclear construida con plutonio en los Estados Unidos; hasta entonces, la producción de armas nucleares había aumentado desde la Segunda Guerra Mundial, cuando se fabricó el primer reactor para producir plutonio.
El complejo de producción de dichas armas fue cerrado en los ochenta, cierre que en principio fue temporal, y que más tarde llegó a ser permanente, cuando en 1991 se disolvió la Unión Soviética. La carrera armamentística se había interrumpido por primera vez desde la invención de la bomba atómica: una nueva era había comenzado.
Inglaterra en 1952, Francia en 1960, China en 1964, India en 1974 y Paquistán en 1998 también desarrollaron su propias bombas atómicas. En realidad, todos los países industrializados y muchos en vías de desarrollo tendrían capacidad para desarrollar su propia bomba atómica; que no lo hagan es más bien debido a la inutilidad del hecho que a las limitaciones técnicas. Sólo los países que se sienten amenazados o que quieren amenazar a otros están interesados en ello en la actualidad.
El desarrollo de las bombas de fusión fue más tardío que las de fisión, debido en parte a los complejos cálculos involucrados en la fabricación, para lo que fue necesario contar con los ordenadores más potentes de la época. El 1 de noviembre de 1952, EE.UU. probó con éxito la primera bomba termonuclear o bomba de hidrógeno en una isla del océano Pacífico; la Unión Soviética lo consiguió en 1953, Gran Bretaña en 1957, China en 1967 y Francia en 1968.
La carrera de armamentos provocó en los Estados Unidos la creación de una amplia red industrial en torno a las armas nucleares, conocida como el complejo de las armas nucleares. Durante medio siglo, este complejo fabricó unas decenas de miles de cabezas nucleares y detonó más de mil. El complejo nuclear se expandía por los estados de Nevada, Idaho, Washington y Carolina del Sur. Las armas eran probadas en el desierto de Nevada e incluso una vez se llegó almacenar uranio debajo de la ciudad de Nueva York. Los laboratorios de Nuevo México y California diseñaban las armas que se producían en Colorado, Florida, Missouri, Ohio, Tennesse y Washington. Hoy en día algunos de los lugares utilizados para esta empresa se han reconvertido para darles otros usos.
En 1989 se fabricó la última cabeza nuclear construida con plutonio en los Estados Unidos; hasta entonces, la producción de armas nucleares había aumentado desde la Segunda Guerra Mundial, cuando se fabricó el primer reactor para producir plutonio.
El complejo de producción de dichas armas fue cerrado en los ochenta, cierre que en principio fue temporal, y que más tarde llegó a ser permanente, cuando en 1991 se disolvió la Unión Soviética. La carrera armamentística se había interrumpido por primera vez desde la invención de la bomba atómica: una nueva era había comenzado.
La producción de armas nucleares requiere tecnologías y
materiales especiales como el uranio altamente enriquecido y el
plutonio. Ambos necesitan diferentes procesos que parten del mineral de
uranio. La minería del uranio es, por tanto, el primer eslabón en la
cadena de este complejo proceso de fabricación de armas atómicas.
Aunque tanto el uranio como el plutonio son parte esencial de las
modernas armas nucleares, es posible su consecución utilizando
únicamente uno de los dos materiales. De hecho, la primera generación
así lo hizo, aunque en seguida se construyeron armas nucleares de dos
tipos:
- Bombas que utilizaban dos masas de uranio altamente enriquecido y que, al ser forzadas a unirse, formaban una masa crítica que podía sostener una reacción en cadena que daba lugar a una explosión posterior.
- Bombas de implosión: bombas que utilizaban altos explosivos que presionaban una esfera de plutonio de manera simétrica y muy rápidamente hasta conseguir una explosión nuclear.
La bomba lanzada sobre Hiroshima (Little Boy) pertenecía al primer tipo, mientras que la de Nagasaki al segundo.
Los diseños de armas nucleares mejoraron y se desarrolló una nueva generación de bombas denominadas armas termonucleares que funcionan según un proceso de fusión, pero que hasta el momento sólo no se han usado con fines militares. La mayoría de las armas modernas usan plutonio y uranio conjuntamente.
El titrio, un gas radiactivo producido por el bombardeo de litio con neutrones en un reactor, se usa para aumentar el poder explosivo de muchas armas modernas.
En la naturaleza, más del 99% de átomos de uranio tienen un peso atómico de 238, el restante uno por ciento es un isótopo que posee un peso de 235, y que tiene que ser separado físicamente en cantidades suficientes como para sostener una reacción nuclear en cadena. Para separar cantidades suficientes de uranio 235 se requieren cantidades enormes de energía y una operación larga, compleja y meticulosa. Durante el Proyecto Manhattan se utilizaron dos métodos de enriquecimiento: la separación electromagnética en el "Calutron" (California University Cyclotron) y la difusión gaseosa, método que, sin embargo, ha sido el más utilizado en los Estados Unidos.
El uranio altamente enriquecido (cuando se consigue más del 20% de uranio 235) es el utilizado para las armas nucleares. El uranio de bajo enriquecimiento tiene menos de un 20% de uranio 235 y no puede ser utilizado en las bombas pero sí como combustible en los reactores nucleares. El uranio 238 que se elimina en el proceso de enriquecimiento se utiliza para producir plutonio y, en algunas partes, también se usa como protector de la radiación.
Para evitar la carestía y complejidad del proceso de enriquecimiento del uranio, los científicos encontraron otro material, el plutonio 239, elemento que se produce en el reactor nuclear: el uranio 235 utilizado como combustible del reactor, se desintegra en subproductos radiactivos y neutrones lentos; los neutrones bombardean el uranio 238 en el reactor, y lo transforman en un elemento más pesado, el plutonio 239. Una vez creado, el plutonio se separa del uranio y de los subproductos radiactivos en una planta de reprocesamiento. Esta planta disuelve el uranio irradiado en ácido y deja como residuo un líquido conocido como residuo de alto nivel radiactivo (véase Residuos radiactivos en el artículo Tratamiento de residuos urbanos e industriales). Como los niveles de radiación dentro de una planta de reprocesamiento son muy altos, ésta debe estar muy protegida y se opera por control remoto.
Para conseguir un kilogramo de uranio, hay que extraer más de mil toneladas de mineral de uranio. Esto se debe a que una tonelada de mineral de uranio contiene sólo unos pocos kilos de metal de uranio. Mediante un proceso de lixiviación con ácido del mineral de uranio triturado, se obtiene un concentrado seco purificado denominado pastel amarillo. La trituración produce un alto volumen de subproductos en la mena, que contiene metales pesados tóxicos y radiactivos como el radio y el torio, que deben ser adecuadamente estabilizados. El pastel amarillo se envía a unas plantas que lo transforman en materia prima adecuada para los diferentes usos. Para lograr uranio altamente enriquecido, las plantas de enriquecimiento utilizan un proceso elaborado que quita y separa la mayoría del uranio 235 del más abundante isótopo 238.
Bomba nuclear de fisión
- Bombas que utilizaban dos masas de uranio altamente enriquecido y que, al ser forzadas a unirse, formaban una masa crítica que podía sostener una reacción en cadena que daba lugar a una explosión posterior.
- Bombas de implosión: bombas que utilizaban altos explosivos que presionaban una esfera de plutonio de manera simétrica y muy rápidamente hasta conseguir una explosión nuclear.
La bomba lanzada sobre Hiroshima (Little Boy) pertenecía al primer tipo, mientras que la de Nagasaki al segundo.
Los diseños de armas nucleares mejoraron y se desarrolló una nueva generación de bombas denominadas armas termonucleares que funcionan según un proceso de fusión, pero que hasta el momento sólo no se han usado con fines militares. La mayoría de las armas modernas usan plutonio y uranio conjuntamente.
El titrio, un gas radiactivo producido por el bombardeo de litio con neutrones en un reactor, se usa para aumentar el poder explosivo de muchas armas modernas.
En la naturaleza, más del 99% de átomos de uranio tienen un peso atómico de 238, el restante uno por ciento es un isótopo que posee un peso de 235, y que tiene que ser separado físicamente en cantidades suficientes como para sostener una reacción nuclear en cadena. Para separar cantidades suficientes de uranio 235 se requieren cantidades enormes de energía y una operación larga, compleja y meticulosa. Durante el Proyecto Manhattan se utilizaron dos métodos de enriquecimiento: la separación electromagnética en el "Calutron" (California University Cyclotron) y la difusión gaseosa, método que, sin embargo, ha sido el más utilizado en los Estados Unidos.
El uranio altamente enriquecido (cuando se consigue más del 20% de uranio 235) es el utilizado para las armas nucleares. El uranio de bajo enriquecimiento tiene menos de un 20% de uranio 235 y no puede ser utilizado en las bombas pero sí como combustible en los reactores nucleares. El uranio 238 que se elimina en el proceso de enriquecimiento se utiliza para producir plutonio y, en algunas partes, también se usa como protector de la radiación.
Para evitar la carestía y complejidad del proceso de enriquecimiento del uranio, los científicos encontraron otro material, el plutonio 239, elemento que se produce en el reactor nuclear: el uranio 235 utilizado como combustible del reactor, se desintegra en subproductos radiactivos y neutrones lentos; los neutrones bombardean el uranio 238 en el reactor, y lo transforman en un elemento más pesado, el plutonio 239. Una vez creado, el plutonio se separa del uranio y de los subproductos radiactivos en una planta de reprocesamiento. Esta planta disuelve el uranio irradiado en ácido y deja como residuo un líquido conocido como residuo de alto nivel radiactivo (véase Residuos radiactivos en el artículo Tratamiento de residuos urbanos e industriales). Como los niveles de radiación dentro de una planta de reprocesamiento son muy altos, ésta debe estar muy protegida y se opera por control remoto.
Para conseguir un kilogramo de uranio, hay que extraer más de mil toneladas de mineral de uranio. Esto se debe a que una tonelada de mineral de uranio contiene sólo unos pocos kilos de metal de uranio. Mediante un proceso de lixiviación con ácido del mineral de uranio triturado, se obtiene un concentrado seco purificado denominado pastel amarillo. La trituración produce un alto volumen de subproductos en la mena, que contiene metales pesados tóxicos y radiactivos como el radio y el torio, que deben ser adecuadamente estabilizados. El pastel amarillo se envía a unas plantas que lo transforman en materia prima adecuada para los diferentes usos. Para lograr uranio altamente enriquecido, las plantas de enriquecimiento utilizan un proceso elaborado que quita y separa la mayoría del uranio 235 del más abundante isótopo 238.
Cuando un neutrón incide adecuadamente en el núcleo de un átomo
de uranio 235 o de plutonio 238, el núcleo se fragmenta en dos núcleos
aproximadamente de la mitad de masa. Cada uno de los núcleos tiene
alrededor de la mitad de protones y de neutrones que el núcleo original. En el proceso de fisión,
además de los dos núcleos mencionados se producen dos o más neutrones y
se libera una gran cantidad de energía en forma de calor y radiación gamma.
El tiempo en que un núcleo de uranio 235 absorbe un neutrón y se rompe
en dos fragmentos es tan sólo del orden de picosegundos (millonésimas de
microsegundo).
Si alrededor del núcleo que se fisiona hay otros núcleos del mismo material, dos de estos núcleos pueden a su vez fisionarse y producir cuatro o más neutrones. Si este proceso se generaliza en fracciones de microsegundos, una gran cantidad de núcleos se habrán fisionado con gran desprendimiento de energía, lo que dará lugar a una explosión atómica. Esta progresión geométrica de reacciones de fisión, en la cual prácticamente se fisionan todos los núcleos disponibles, se conoce como reacción en cadena.
Al fisionarse un átomo de uranio 235, emite un promedio de 2,43 neutrones, pero estos neutrones no chocan con otro átomo colindante ya que, al carecer de carga, el neutrón puede atravesar mucha materia sin que colisione con un núcleo, por lo que si la cantidad de uranio no es muy grande puede salir de la masa de uranio sin haber producido una nueva fisión. La probabilidad de que la emisión espontánea de un neutrón sea absorbida crece con la masa total de uranio 235 y decrece conforme crece la concentración de otros núcleos que absorben neutrones sin producir otros neutrones. Existe una cantidad de masa, llamada masa crítica, por encima de cual la emisión espontánea de un neutrón se convierte inmediatamente en una reacción en cadena que da lugar a una explosión nuclear.
En el caso del uranio 235 puro, la masa crítica es de 0,45 kilogramos aproximadamente; si el isótopo no es totalmente puro, la masa total debe aumentarse para compensar los neutrones que son absorbidos por material no fisionable, y si la cantidad de uranio 235 es mayor, la reacción en cadena crece mas rápidamente, y se fisiona más material con mayor fuerza explosiva. Evidentemente, la masa crítica depende de la forma en que esté agrupado el material fisionable; la forma óptima es una esfera, forma que siempre se emplea cuando se requiere conseguir la masa crítica con el mínimo material.
En la práctica, conseguir uranio 235 en concentraciones próximas a la pureza es un proceso difícil y caro, ya que los únicos métodos para conseguir la separación entre el uranio 238 (99%) no fisionable y el uranio 235 se basan únicamente en las diferencias de masa de ambos, pues sus propiedades químicas son idénticas. Por este motivo, en la fabricación de bombas atómicas se emplean mezclas de ambos isótopos enriquecidas en el isótopo 235, cuya riqueza es superior al 20%. Con estas concentraciones típicas, la masa crítica se sitúa en 7 kilogramos. Mezclas con concentraciones inferiores al 20% aumentan considerablemente la masa crítica y hacen perder eficacia a la bomba, aunque se emplean, no obstante, en los reactores nucleares para obtener energía (generalmente se emplea uranio enriquecido al 3%).
El procedimiento habitual para lograr una masa crítica de material fisionable suele ser unir rápidamente varios trozos de masa subcrítica en forma de esfera. Un procedimiento básico, suponiendo uranio 235 puro, sería disponer de dos semiesferas de 300 gramos lo bastante separadas como para que mediante un mecanismo se uniesen rápidamente. Una vez unidas, la masa total ya sería de 600 gramos, superior a la crítica, con lo que se iniciaría espontáneamente la reacción en cadena. En la práctica se emplean más de dos fragmentos para poder superar ampliamente la masa crítica sin que ninguno de los fragmentos se aproxime a la masa crítica. Los fragmentos se rodean de un explosivo convencional que, al explotar, prácticamente los funde en uno solo de forma instantánea. Aunque la explosión se produce espontáneamente, se asegura el rápido inicio de la reacción en cadena mediante un intenso generador de neutrones berilio-radio, o de materiales que se fusionan con abundante emisión de neutrones, como el deuterio y el tritio.
En el caso del plutonio, los procedimientos para lograr una explosión nuclear son ligeramente diferentes, debido en parte a que todo el plutonio 238 que se obtiene en las pilas o reactores nucleares es fisionable y separable de otros elementos por procedimientos químicos, lo que permite su obtención en estado casi puro. La masa crítica del plutonio puro es de sólo 280 gramos, razón por la cual los diferentes trozos de masa súbdita deberían ser muy pequeños. Sin embargo, las bombas de plutonio no emplean el procedimiento de segmentar la masa sino un procedimiento de implosión.
Para ello se dispone de una masa de plutonio de masa suficientemente inferior a la crítica -para que ésta sea segura-; en estas condiciones no se produce la reacción en cadena porque muchos de los neutrones de la reacción se perderían. Sin embargo, si el plutonio se somete a presiones muy altas, el volumen disminuiría por efecto de la presión y el espacio vacío entre los núcleos de plutonio sería menor, con lo que las posibilidades de que un neutrón colisione con el núcleo aumentarían en mayor o menor medida, en función de la disminución del volumen (esto es más fácil de imaginar si se piensa en un gas).
Esto se consigue construyendo el núcleo de la bomba en forma de esfera, compuesta por capas concéntricas de material fisionable, rodeadas por una capa exterior de explosivos convencionales de alta potencia. Cuando todos los explosivos del exterior son detonados de forma simultánea se crea una altísima presión que comprime suficientemente el núcleo durante un instante, tiempo suficiente para que se alcance la masa crítica y se produzca la reacción en cadena. Otro procedimiento que ayuda a conseguir la masa crítica con menos material fisionable consiste en rodear éste de un material que pueda reflejar los neutrones e impedir que éstos salgan del interior del material fisionable o que se redirijan hacia el núcleo debido a un rebote con los núcleos. Uno de los materiales más empleados para este fin es el óxido de berilio.
El procedimiento de compresión del material fisionable, entre otras particularidades, consigue fisionar cantidades de material fisionable inferiores a la crítica, por lo que con él se pueden fabricar bombas atómicas de menor potencia y tamaño, las denominadas tácticas (de 1 kilotón e incluso menores).
Cuando un kilogramo de uranio 235 se fisiona completamente, libera una energía equivalente a 17.000 toneladas de trilita (la bomba lanzada en Hiroshima tenía una potencia de 15 kilotones). Un 50% de esa energía se libera en forma de onda de choque, el 35 % en forma de radiación térmica, el 5% en radiación instantánea (radiación gamma y neutrones) y el 10% en radiación residual.
Los efectos que causaría una bomba de 10 kilotones son devastadores. En el momento de la detonación se produce una bola de fuego en cuyo interior se alcanzan temperaturas de varios millones de grados, así como una intensa radiación electromagnética instantánea que cubre todas las longitudes de onda del espectro, sobre todo desde la región del infrarrojo hasta la radiación gamma. Esta radiación electromagnética se propaga a la velocidad de la luz y cada tipo produce su particular efecto. Casi con la misma velocidad se propaga un chorro de neutrones cuyos efectos son similares a la radiación gamma.
La radiación de longitudes de ondas largas, como la térmica y la visible, produce el inmediato calentamiento de todos los objetos expuestos. A una distancia de cientos de metros los objetos se volatilizan, un poco más lejos se calientan y se funden. Hasta más de 2,5 kilómetros, los objetos inflamables se calentarían lo suficiente para que se produzca una inflamación masiva, mientras que las personas que no llevasen protección antitérmica sufrirían quemaduras de segundo grado. Afortunadamente, estas radiaciones no pueden atravesar materiales opacos, así que no se verían afectadas las personas o instalaciones protegidas de esta manera. La radiación gamma y los neutrones que se producen simultáneamente son capaces de penetrar varios metros en el suelo y en las construcciones de hormigón, y más de 15 centímetros en el acero, de manera que los supervivientes a la radiación térmica inicial resultarían fulminados por esta radiación en caso de encontrarse a una distancia inferior a 700 metros. A 1.500 metros resultarían gravemente dañados y sólo vivirían unas horas, y a distancias mayores, morirían (en un plazo más largo, obviamente) o sufrirían mutaciones y diversos tipos de cáncer, tanto ellos como sus descendientes.
La explosión produce una onda mecánica similar a la producida por una explosión convencional, aunque más intensa, llamada onda de choque, que se propaga a velocidades supersónicas. En un radio inferior a 1,7 kilómetros la sobrepresión de esta onda de choque superaría los 350 gr/cm2, suficiente para destruir todos los edificios. Mas allá de esta distancia, los daños decrecerían rápidamente. La mayor parte de las personas en esta área, supervivientes a los anteriores efectos, morirían por los derrumbamientos, y fuera de ella se producirían numerosos muertos o heridos por cristales rotos y demás objetos impulsados por la onda de choque.
Mientras esto ocurre, la bola de fuego inicial se expande, se enfría y se eleva sobre el lugar de la explosión. La masa de aire caliente, que contiene mucho material radiactivo, ilumina con radiación térmica neutrones y rayos gamma desde un punto más alto, debido a lo cual podrá alcanzar lugares anteriormente protegidos por las construcciones o por los obstáculos del terreno. Al elevarse la bola de fuego se crea un centro de bajas presiones, lo que origina una corriente de aire de velocidades superiores a los 100 km/h, que se forma en dirección a la base para llenar el espacio vacío. Esta corriente de aire arrastra a su paso materiales y polvo. La nube inicial y esta corriente dan forma al característico hongo propio de las explosiones nucleares. Cuando la nube llega a alturas estratosféricas (más de 15.000 metros) los restos de la bomba atómica, y de los materiales inicialmente vaporizados, se condensan en forma de un fino polvo que contiene materiales altamente radiactivos, resultado de la fisión, como el polonio 239 y el estroncio 90. En la estratosfera, estos materiales pueden ser arrastrados por corrientes de aire hacia otros lugares más lejanos, y/o precipitarse en forma de lluvia radiactiva cuyos efectos perniciosos pueden hacer letal la zona durante semanas después de la explosión y peligrosamente radiactiva durante meses.
Si alrededor del núcleo que se fisiona hay otros núcleos del mismo material, dos de estos núcleos pueden a su vez fisionarse y producir cuatro o más neutrones. Si este proceso se generaliza en fracciones de microsegundos, una gran cantidad de núcleos se habrán fisionado con gran desprendimiento de energía, lo que dará lugar a una explosión atómica. Esta progresión geométrica de reacciones de fisión, en la cual prácticamente se fisionan todos los núcleos disponibles, se conoce como reacción en cadena.
Al fisionarse un átomo de uranio 235, emite un promedio de 2,43 neutrones, pero estos neutrones no chocan con otro átomo colindante ya que, al carecer de carga, el neutrón puede atravesar mucha materia sin que colisione con un núcleo, por lo que si la cantidad de uranio no es muy grande puede salir de la masa de uranio sin haber producido una nueva fisión. La probabilidad de que la emisión espontánea de un neutrón sea absorbida crece con la masa total de uranio 235 y decrece conforme crece la concentración de otros núcleos que absorben neutrones sin producir otros neutrones. Existe una cantidad de masa, llamada masa crítica, por encima de cual la emisión espontánea de un neutrón se convierte inmediatamente en una reacción en cadena que da lugar a una explosión nuclear.
En el caso del uranio 235 puro, la masa crítica es de 0,45 kilogramos aproximadamente; si el isótopo no es totalmente puro, la masa total debe aumentarse para compensar los neutrones que son absorbidos por material no fisionable, y si la cantidad de uranio 235 es mayor, la reacción en cadena crece mas rápidamente, y se fisiona más material con mayor fuerza explosiva. Evidentemente, la masa crítica depende de la forma en que esté agrupado el material fisionable; la forma óptima es una esfera, forma que siempre se emplea cuando se requiere conseguir la masa crítica con el mínimo material.
En la práctica, conseguir uranio 235 en concentraciones próximas a la pureza es un proceso difícil y caro, ya que los únicos métodos para conseguir la separación entre el uranio 238 (99%) no fisionable y el uranio 235 se basan únicamente en las diferencias de masa de ambos, pues sus propiedades químicas son idénticas. Por este motivo, en la fabricación de bombas atómicas se emplean mezclas de ambos isótopos enriquecidas en el isótopo 235, cuya riqueza es superior al 20%. Con estas concentraciones típicas, la masa crítica se sitúa en 7 kilogramos. Mezclas con concentraciones inferiores al 20% aumentan considerablemente la masa crítica y hacen perder eficacia a la bomba, aunque se emplean, no obstante, en los reactores nucleares para obtener energía (generalmente se emplea uranio enriquecido al 3%).
El procedimiento habitual para lograr una masa crítica de material fisionable suele ser unir rápidamente varios trozos de masa subcrítica en forma de esfera. Un procedimiento básico, suponiendo uranio 235 puro, sería disponer de dos semiesferas de 300 gramos lo bastante separadas como para que mediante un mecanismo se uniesen rápidamente. Una vez unidas, la masa total ya sería de 600 gramos, superior a la crítica, con lo que se iniciaría espontáneamente la reacción en cadena. En la práctica se emplean más de dos fragmentos para poder superar ampliamente la masa crítica sin que ninguno de los fragmentos se aproxime a la masa crítica. Los fragmentos se rodean de un explosivo convencional que, al explotar, prácticamente los funde en uno solo de forma instantánea. Aunque la explosión se produce espontáneamente, se asegura el rápido inicio de la reacción en cadena mediante un intenso generador de neutrones berilio-radio, o de materiales que se fusionan con abundante emisión de neutrones, como el deuterio y el tritio.
En el caso del plutonio, los procedimientos para lograr una explosión nuclear son ligeramente diferentes, debido en parte a que todo el plutonio 238 que se obtiene en las pilas o reactores nucleares es fisionable y separable de otros elementos por procedimientos químicos, lo que permite su obtención en estado casi puro. La masa crítica del plutonio puro es de sólo 280 gramos, razón por la cual los diferentes trozos de masa súbdita deberían ser muy pequeños. Sin embargo, las bombas de plutonio no emplean el procedimiento de segmentar la masa sino un procedimiento de implosión.
Para ello se dispone de una masa de plutonio de masa suficientemente inferior a la crítica -para que ésta sea segura-; en estas condiciones no se produce la reacción en cadena porque muchos de los neutrones de la reacción se perderían. Sin embargo, si el plutonio se somete a presiones muy altas, el volumen disminuiría por efecto de la presión y el espacio vacío entre los núcleos de plutonio sería menor, con lo que las posibilidades de que un neutrón colisione con el núcleo aumentarían en mayor o menor medida, en función de la disminución del volumen (esto es más fácil de imaginar si se piensa en un gas).
Esto se consigue construyendo el núcleo de la bomba en forma de esfera, compuesta por capas concéntricas de material fisionable, rodeadas por una capa exterior de explosivos convencionales de alta potencia. Cuando todos los explosivos del exterior son detonados de forma simultánea se crea una altísima presión que comprime suficientemente el núcleo durante un instante, tiempo suficiente para que se alcance la masa crítica y se produzca la reacción en cadena. Otro procedimiento que ayuda a conseguir la masa crítica con menos material fisionable consiste en rodear éste de un material que pueda reflejar los neutrones e impedir que éstos salgan del interior del material fisionable o que se redirijan hacia el núcleo debido a un rebote con los núcleos. Uno de los materiales más empleados para este fin es el óxido de berilio.
El procedimiento de compresión del material fisionable, entre otras particularidades, consigue fisionar cantidades de material fisionable inferiores a la crítica, por lo que con él se pueden fabricar bombas atómicas de menor potencia y tamaño, las denominadas tácticas (de 1 kilotón e incluso menores).
Cuando un kilogramo de uranio 235 se fisiona completamente, libera una energía equivalente a 17.000 toneladas de trilita (la bomba lanzada en Hiroshima tenía una potencia de 15 kilotones). Un 50% de esa energía se libera en forma de onda de choque, el 35 % en forma de radiación térmica, el 5% en radiación instantánea (radiación gamma y neutrones) y el 10% en radiación residual.
Los efectos que causaría una bomba de 10 kilotones son devastadores. En el momento de la detonación se produce una bola de fuego en cuyo interior se alcanzan temperaturas de varios millones de grados, así como una intensa radiación electromagnética instantánea que cubre todas las longitudes de onda del espectro, sobre todo desde la región del infrarrojo hasta la radiación gamma. Esta radiación electromagnética se propaga a la velocidad de la luz y cada tipo produce su particular efecto. Casi con la misma velocidad se propaga un chorro de neutrones cuyos efectos son similares a la radiación gamma.
La radiación de longitudes de ondas largas, como la térmica y la visible, produce el inmediato calentamiento de todos los objetos expuestos. A una distancia de cientos de metros los objetos se volatilizan, un poco más lejos se calientan y se funden. Hasta más de 2,5 kilómetros, los objetos inflamables se calentarían lo suficiente para que se produzca una inflamación masiva, mientras que las personas que no llevasen protección antitérmica sufrirían quemaduras de segundo grado. Afortunadamente, estas radiaciones no pueden atravesar materiales opacos, así que no se verían afectadas las personas o instalaciones protegidas de esta manera. La radiación gamma y los neutrones que se producen simultáneamente son capaces de penetrar varios metros en el suelo y en las construcciones de hormigón, y más de 15 centímetros en el acero, de manera que los supervivientes a la radiación térmica inicial resultarían fulminados por esta radiación en caso de encontrarse a una distancia inferior a 700 metros. A 1.500 metros resultarían gravemente dañados y sólo vivirían unas horas, y a distancias mayores, morirían (en un plazo más largo, obviamente) o sufrirían mutaciones y diversos tipos de cáncer, tanto ellos como sus descendientes.
La explosión produce una onda mecánica similar a la producida por una explosión convencional, aunque más intensa, llamada onda de choque, que se propaga a velocidades supersónicas. En un radio inferior a 1,7 kilómetros la sobrepresión de esta onda de choque superaría los 350 gr/cm2, suficiente para destruir todos los edificios. Mas allá de esta distancia, los daños decrecerían rápidamente. La mayor parte de las personas en esta área, supervivientes a los anteriores efectos, morirían por los derrumbamientos, y fuera de ella se producirían numerosos muertos o heridos por cristales rotos y demás objetos impulsados por la onda de choque.
Mientras esto ocurre, la bola de fuego inicial se expande, se enfría y se eleva sobre el lugar de la explosión. La masa de aire caliente, que contiene mucho material radiactivo, ilumina con radiación térmica neutrones y rayos gamma desde un punto más alto, debido a lo cual podrá alcanzar lugares anteriormente protegidos por las construcciones o por los obstáculos del terreno. Al elevarse la bola de fuego se crea un centro de bajas presiones, lo que origina una corriente de aire de velocidades superiores a los 100 km/h, que se forma en dirección a la base para llenar el espacio vacío. Esta corriente de aire arrastra a su paso materiales y polvo. La nube inicial y esta corriente dan forma al característico hongo propio de las explosiones nucleares. Cuando la nube llega a alturas estratosféricas (más de 15.000 metros) los restos de la bomba atómica, y de los materiales inicialmente vaporizados, se condensan en forma de un fino polvo que contiene materiales altamente radiactivos, resultado de la fisión, como el polonio 239 y el estroncio 90. En la estratosfera, estos materiales pueden ser arrastrados por corrientes de aire hacia otros lugares más lejanos, y/o precipitarse en forma de lluvia radiactiva cuyos efectos perniciosos pueden hacer letal la zona durante semanas después de la explosión y peligrosamente radiactiva durante meses.
La bomba de hidrógeno
Esta arma obtiene la energía de destrucción de la pérdida de
masa que resulta de la fusión de dos núcleos de átomos ligeros en otro
núcleo más pesado. Sus efectos son similares a los de la bomba atómica,
aunque su potencia es incluso más de mil veces más potente.
Afortunadamente, nunca hasta ahora se ha empleado en conflictos bélicos.
También es conocida como bomba H.
La base teórica para la creación de la bomba de hidrógeno fue expuesta en 1935, cuando Hans Bethe (Premio Nobel de Física, quien luego participó en el Proyecto Manhattan) logró explicar el proceso termonuclear por el cual las estrellas brillan.
En el transcurso de la carrera armamentística de la Guerra Fría, la bomba de hidrógeno fue probada con éxito por los Estados Unidos, en 1952, en el atolón de Enewetak (en las Islas Marshall). Muchos científicos calificaron el proyecto de la bomba de hidrógeno como el arma del genocidio por excelencia, por su terrible potencia destructora, y muchos instaron al entonces presidente Truman a que no la desarrollase. Truman dudó y resolvió: "Si los rusos pueden hacerla nosotros debemos hacerla antes".
Su fundamento es la pérdida de masa que se produce cuando dos núcleos de átomos ligeros se fusionan en un núcleo más pesado. Su reacción se aproxima a la síntesis natural de elementos que se producen en las estrellas; en él, a partir del hidrógeno y otros átomos ligeros, se van formando elementos más pesados con conversión de masa en energía que mantiene las condiciones para que esa fusión siga produciéndose.
La reacción más accesible para lograr una fusión de elementos de manera masiva debería emplear deuterio y tritio, dos isótopos de hidrógeno con uno y dos neutrones en su núcleo respectivamente. El tritio es altamente radiactivo, por lo que no es conveniente su almacenamiento en estas armas. Se sintetiza por la propia bomba durante la reacción previa de fisión, mediante el bombardeo de litio con neutrones para formar helio, tritio y energía.
Como fuente de deuterio y litio se emplea deuteruro de litio, que es sólido (hidruro de litio, pero empleando deuterio en vez de hidrógeno). Al producirse la reacción de fisión, el deuteruro de litio se descompone en deuterio y litio. El litio es fisionado a su vez por los neutrones excedentes de la fisión en tritio, helio y energía, con lo que la temperatura de los materiales se eleva varios millones de grados, lo que es suficiente para que los núcleos de deuterio y tritio, y los de tritio con tritio, se fusionen.
La disposición aproximada que se supone es un núcleo de material fisionable de plutonio, rodeado de una capa de deuteruro de litio sólido que a su vez está rodeada de potentes explosivos químicos; esta disposición en forma de cebolla estaría rodeada a su vez de más material fisionable que reaccionaría y también se fisionaría al producirse la fusión, a la vez que contribuiría con neutrones para producir la fusión. La fisión de esta capa contribuye también a aumentar la potencia de la bomba de hidrógeno.
Una bomba de hidrógeno pura o, en otras palabras, una reacción de fusión, produce mucha radiactividad instantánea por la emisión de neutrones y radiación gamma, aunque, a diferencia de la fisión, no produce residuos radiactivos contaminantes, muy perjudiciales a medio y largo plazo. Por estas razones, la reacción de fusión no explosiva está siendo considerada como una de las más prometedoras fuentes de energía, limpia y barata, a largo plazo (véase Fusión fría y Energía nuclear).
La realización de la bomba de hidrógeno supuso un nuevo orden de magnitud en la potencia autodestructora del hombre, ya que las potencias conseguidas con esta arma eran del orden de mil veces más grandes que las de las bombas atómicas de fisión. Por ello, las potencias de las bombas de hidrógeno se miden en megatones, o millones de toneladas de trilita, en vez de en kilotones, o miles de toneladas de trilita .
La base teórica para la creación de la bomba de hidrógeno fue expuesta en 1935, cuando Hans Bethe (Premio Nobel de Física, quien luego participó en el Proyecto Manhattan) logró explicar el proceso termonuclear por el cual las estrellas brillan.
En el transcurso de la carrera armamentística de la Guerra Fría, la bomba de hidrógeno fue probada con éxito por los Estados Unidos, en 1952, en el atolón de Enewetak (en las Islas Marshall). Muchos científicos calificaron el proyecto de la bomba de hidrógeno como el arma del genocidio por excelencia, por su terrible potencia destructora, y muchos instaron al entonces presidente Truman a que no la desarrollase. Truman dudó y resolvió: "Si los rusos pueden hacerla nosotros debemos hacerla antes".
Su fundamento es la pérdida de masa que se produce cuando dos núcleos de átomos ligeros se fusionan en un núcleo más pesado. Su reacción se aproxima a la síntesis natural de elementos que se producen en las estrellas; en él, a partir del hidrógeno y otros átomos ligeros, se van formando elementos más pesados con conversión de masa en energía que mantiene las condiciones para que esa fusión siga produciéndose.
La reacción más accesible para lograr una fusión de elementos de manera masiva debería emplear deuterio y tritio, dos isótopos de hidrógeno con uno y dos neutrones en su núcleo respectivamente. El tritio es altamente radiactivo, por lo que no es conveniente su almacenamiento en estas armas. Se sintetiza por la propia bomba durante la reacción previa de fisión, mediante el bombardeo de litio con neutrones para formar helio, tritio y energía.
Como fuente de deuterio y litio se emplea deuteruro de litio, que es sólido (hidruro de litio, pero empleando deuterio en vez de hidrógeno). Al producirse la reacción de fisión, el deuteruro de litio se descompone en deuterio y litio. El litio es fisionado a su vez por los neutrones excedentes de la fisión en tritio, helio y energía, con lo que la temperatura de los materiales se eleva varios millones de grados, lo que es suficiente para que los núcleos de deuterio y tritio, y los de tritio con tritio, se fusionen.
La disposición aproximada que se supone es un núcleo de material fisionable de plutonio, rodeado de una capa de deuteruro de litio sólido que a su vez está rodeada de potentes explosivos químicos; esta disposición en forma de cebolla estaría rodeada a su vez de más material fisionable que reaccionaría y también se fisionaría al producirse la fusión, a la vez que contribuiría con neutrones para producir la fusión. La fisión de esta capa contribuye también a aumentar la potencia de la bomba de hidrógeno.
Una bomba de hidrógeno pura o, en otras palabras, una reacción de fusión, produce mucha radiactividad instantánea por la emisión de neutrones y radiación gamma, aunque, a diferencia de la fisión, no produce residuos radiactivos contaminantes, muy perjudiciales a medio y largo plazo. Por estas razones, la reacción de fusión no explosiva está siendo considerada como una de las más prometedoras fuentes de energía, limpia y barata, a largo plazo (véase Fusión fría y Energía nuclear).
La realización de la bomba de hidrógeno supuso un nuevo orden de magnitud en la potencia autodestructora del hombre, ya que las potencias conseguidas con esta arma eran del orden de mil veces más grandes que las de las bombas atómicas de fisión. Por ello, las potencias de las bombas de hidrógeno se miden en megatones, o millones de toneladas de trilita, en vez de en kilotones, o miles de toneladas de trilita .
La bomba de neutrones
Esta bomba atómica, de reducidas dimensiones, se optimiza para
producir el mínimo daño posible por efecto térmico y onda expansiva y
que, sin embargo, produzca una intensa radiación letal para las personas
y los animales. Se le llama también Arma de Radiación Intensiva (Enhanced Radiation Warhead),
y con ella se pretende causar el mayor número de bajas entre las tropas
enemigas y, sin embargo, no destruir edificios e instalaciones ni
afectarlos gravemente para que puedan ser rápidamente ocupados y
utilizados.
Como cualquier otro explosivo termonuclear, las bombas de neutrones producen un intenso calor y ondas mecánicas destructoras, aunque en este caso estos efectos se reducen a una zona de tan sólo unos cientos de metros de diámetro alrededor del centro de la explosión; por contra, las emisiones de neutrones y la radiación gamma son muy intensas. Los neutrones generados carecen de carga, y la alta energía de la radiación gamma tiene una penetración muy grande por lo que puede atravesar estructuras metálicas de varios decímetros de espesor (como las corazas de los tanques) y penetrar en el hormigón o en el suelo varios metros, por lo que las personas, aunque estén teóricamente a cubierto, no están a salvo de estos efectos. Estas bombas emiten gran cantidad de neutrones de alta velocidad que tardan mucho en ser absorbidos por el aire y el material circundante, por lo que tienen un radio de acción comparativamente más grande. La radiación creada por estas fuentes decae en poco tiempo, por lo que las áreas afectadas pueden poblarse nuevamente sin tener que esperar el período de tiempo habitual en un arma nuclear.
El concepto de las bombas de neutrones surge en la década de 1970 en plena Guerra Fría, en el seno de la OTAN, que buscaba un arma táctica capaz de detener una posible invasión de Europa por parte de los ejércitos soviéticos. Los militares norteamericanos temían una posible invasión rusa con carros blindados (en aquellos momentos el ejército soviético disponía de más de veinte mil) desde los países limítrofes con Alemania, invasión que no podría ser parada por las fuerzas de la OTAN con armamento tradicional. En caso de que se emplearan contra los carros soviéticos armas nucleares supondría un riesgo muy alto de guerra total sin vencedores, algo evidentemente poco aconsejable, no sólo por las ingentes y lógicas bajas en ambos ejércitos y la pérdida de vidas humanas en la zona de conflicto, sino que, además, las áreas afectadas por las explosiones atómicas quedarían contaminadas con niveles muy altos de radiactividad y habría que esperar varios años para que pudieran ser repobladas.
Básicamente, una bomba de neutrones es muy similar a una bomba de fusión (bomba de hidrógeno) pequeña, es decir, una pequeña bomba atómica de 1 a 10 kilotones rodeada de una mezcla de deuterio y tritio que se fusionan como consecuencia de las altas temperaturas generadas por la bomba de fisión. La diferencia con una bomba de hidrógeno convencional es que no dispone de la corteza de uranio-238 que rodea todo el dispositivo y que aumenta considerablemente la potencia de la bomba. Al explotar este ingenio se producen muchos más neutrones y radiación gamma que en las bombas atómicas clásicas y, además, los neutrones de esta explosión tienen una energía de 14 MeV, siete veces mayor que en la bomba atómica, por lo que el efecto de la radiación cubre un área cuyo radio es tres o cuatro veces mayor para la misma potencia.
En una bomba de fisión el 50% de la energía se libera en forma de onda de choque, el 35% en forma de radiación térmica, el 5% en radiación instantánea (radiación gamma y neutrones) y el 10% en radiación residual. Por contra, en una bomba de fusión pura (que no necesite del proceso de cebado) el 20% sería en forma de onda de choque, el 80% en forma de radiación instantánea, y la radiación residual sería muy baja. En teoría, este sería el caso ideal de una bomba de neutrones, caso no posible puesto que para cebar la bomba de fusión es necesaria una bomba de fisión. Esta es la razón por lo que a las bombas de neutrones se las conoce como bombas de fusión-fisión.
Las bombas de neutrones se han concebido para uso táctico y para ser lanzadas mediante piezas de artillería de calibre medio (de 8 a 10 pulgadas, o 200 a 250 mm) y mediante los pequeños misiles como los Lance. La potencia de estos artefactos en general es pequeña (1 a 10 kilotones), lo cual hace que la influencia del cebador se manifieste de manera notable en la distribución de la energía, con un 40% en forma de onda de choque, un 25% en radiación térmica, un 30% en radiación instantánea y un 10% en radiactividad residual.
Cuando estas armas se desarrollaron, algunos militares de la OTAN más radicales pensaban que era posible un ataque nuclear limitado con este tipo de armas tácticas sin llegar a una guerra nuclear total que hubiese supuesto la destrucción de la vida sobre la Tierra. Por contra, el pensamiento más generalizado era que estas armas suponían un escalón intermedio entre las armas convencionales y una guerra nuclear total, y que este escalón intermedio de alguna manera facilitaba esta fatal escalada.
Por otra parte, una invasión europea con tanques rusos hubiese exigido para su contención el lanzamiento de más de cinco mil de estas bombas de neutrones (cuyo coste supera el millón de dólares por unidad). Una cifra equivalente destinada a armas convencionales hubiese permitido lograr una eficaz defensa de Europa sin los altísimos costes de la radiactividad residual y del peligro de una guerra total.
Aunque en Estados Unidos el programa de bombas de neutrones fue demorado en 1978 y definitivamente anulado en 1981, y los acuerdos Salt II y otros desmantelaron parte de los arsenales nucleares, otros países, sin embargo, de fuera de la OTAN (como la India y Paquistán) siguieron su carrera armamentística, con mención especial de China, que anunció la disponibilidad de estas armas. Este anuncio tuvo una escandalosa repercusión, ya que la tecnología china fue obtenida por espionaje en los Estados Unidos y estaba dirigida a ser utilizada como una posible advertencia a Taiwán, aliado precisamente del gigante norteamericano.
Como cualquier otro explosivo termonuclear, las bombas de neutrones producen un intenso calor y ondas mecánicas destructoras, aunque en este caso estos efectos se reducen a una zona de tan sólo unos cientos de metros de diámetro alrededor del centro de la explosión; por contra, las emisiones de neutrones y la radiación gamma son muy intensas. Los neutrones generados carecen de carga, y la alta energía de la radiación gamma tiene una penetración muy grande por lo que puede atravesar estructuras metálicas de varios decímetros de espesor (como las corazas de los tanques) y penetrar en el hormigón o en el suelo varios metros, por lo que las personas, aunque estén teóricamente a cubierto, no están a salvo de estos efectos. Estas bombas emiten gran cantidad de neutrones de alta velocidad que tardan mucho en ser absorbidos por el aire y el material circundante, por lo que tienen un radio de acción comparativamente más grande. La radiación creada por estas fuentes decae en poco tiempo, por lo que las áreas afectadas pueden poblarse nuevamente sin tener que esperar el período de tiempo habitual en un arma nuclear.
El concepto de las bombas de neutrones surge en la década de 1970 en plena Guerra Fría, en el seno de la OTAN, que buscaba un arma táctica capaz de detener una posible invasión de Europa por parte de los ejércitos soviéticos. Los militares norteamericanos temían una posible invasión rusa con carros blindados (en aquellos momentos el ejército soviético disponía de más de veinte mil) desde los países limítrofes con Alemania, invasión que no podría ser parada por las fuerzas de la OTAN con armamento tradicional. En caso de que se emplearan contra los carros soviéticos armas nucleares supondría un riesgo muy alto de guerra total sin vencedores, algo evidentemente poco aconsejable, no sólo por las ingentes y lógicas bajas en ambos ejércitos y la pérdida de vidas humanas en la zona de conflicto, sino que, además, las áreas afectadas por las explosiones atómicas quedarían contaminadas con niveles muy altos de radiactividad y habría que esperar varios años para que pudieran ser repobladas.
Básicamente, una bomba de neutrones es muy similar a una bomba de fusión (bomba de hidrógeno) pequeña, es decir, una pequeña bomba atómica de 1 a 10 kilotones rodeada de una mezcla de deuterio y tritio que se fusionan como consecuencia de las altas temperaturas generadas por la bomba de fisión. La diferencia con una bomba de hidrógeno convencional es que no dispone de la corteza de uranio-238 que rodea todo el dispositivo y que aumenta considerablemente la potencia de la bomba. Al explotar este ingenio se producen muchos más neutrones y radiación gamma que en las bombas atómicas clásicas y, además, los neutrones de esta explosión tienen una energía de 14 MeV, siete veces mayor que en la bomba atómica, por lo que el efecto de la radiación cubre un área cuyo radio es tres o cuatro veces mayor para la misma potencia.
En una bomba de fisión el 50% de la energía se libera en forma de onda de choque, el 35% en forma de radiación térmica, el 5% en radiación instantánea (radiación gamma y neutrones) y el 10% en radiación residual. Por contra, en una bomba de fusión pura (que no necesite del proceso de cebado) el 20% sería en forma de onda de choque, el 80% en forma de radiación instantánea, y la radiación residual sería muy baja. En teoría, este sería el caso ideal de una bomba de neutrones, caso no posible puesto que para cebar la bomba de fusión es necesaria una bomba de fisión. Esta es la razón por lo que a las bombas de neutrones se las conoce como bombas de fusión-fisión.
Las bombas de neutrones se han concebido para uso táctico y para ser lanzadas mediante piezas de artillería de calibre medio (de 8 a 10 pulgadas, o 200 a 250 mm) y mediante los pequeños misiles como los Lance. La potencia de estos artefactos en general es pequeña (1 a 10 kilotones), lo cual hace que la influencia del cebador se manifieste de manera notable en la distribución de la energía, con un 40% en forma de onda de choque, un 25% en radiación térmica, un 30% en radiación instantánea y un 10% en radiactividad residual.
Cuando estas armas se desarrollaron, algunos militares de la OTAN más radicales pensaban que era posible un ataque nuclear limitado con este tipo de armas tácticas sin llegar a una guerra nuclear total que hubiese supuesto la destrucción de la vida sobre la Tierra. Por contra, el pensamiento más generalizado era que estas armas suponían un escalón intermedio entre las armas convencionales y una guerra nuclear total, y que este escalón intermedio de alguna manera facilitaba esta fatal escalada.
Por otra parte, una invasión europea con tanques rusos hubiese exigido para su contención el lanzamiento de más de cinco mil de estas bombas de neutrones (cuyo coste supera el millón de dólares por unidad). Una cifra equivalente destinada a armas convencionales hubiese permitido lograr una eficaz defensa de Europa sin los altísimos costes de la radiactividad residual y del peligro de una guerra total.
Aunque en Estados Unidos el programa de bombas de neutrones fue demorado en 1978 y definitivamente anulado en 1981, y los acuerdos Salt II y otros desmantelaron parte de los arsenales nucleares, otros países, sin embargo, de fuera de la OTAN (como la India y Paquistán) siguieron su carrera armamentística, con mención especial de China, que anunció la disponibilidad de estas armas. Este anuncio tuvo una escandalosa repercusión, ya que la tecnología china fue obtenida por espionaje en los Estados Unidos y estaba dirigida a ser utilizada como una posible advertencia a Taiwán, aliado precisamente del gigante norteamericano.
Los efectos de una explosión nuclear son devastadores. En las
explosiones por fisión se forma primero un globo de fuego constituido
por la masa de la bomba (y eventualmente, por el agua o terreno
circundante) vaporizada por la alta temperatura; a continuación, la
esfera se distiende y genera una masa de gases y partículas suspendidas
que se expansiona a gran velocidad y forma el característico hongo, que
llega a ascender hasta más de veinte kilómetros de altitud. Los efectos
de la onda se notan a distancias superiores a veinte kilómetros (para
explosiones en la atmósfera), con una destrucción completa hasta un
kilómetro del epicentro de la explosión y destrucciones grandes hasta
dos kilómetros. Además de esto, se produce una gran emisión de calor que
causa incendios en un amplio radio. Otro efecto lo constituye la
emisión de radiaciones gamma y neutrones, que lesionan gravemente los
organismos vivos, incluso a gran distancia de aquel epicentro. Los
productos de la fisión son en gran parte radiactivos y al caer
lentamente sobre el terreno causan un polvillo radiactivo (sobre todo el
estroncio 90) que afecta también a las regiones cercanas en una medida
distinta, según las condiciones atmosféricas, y que multiplica a través
del tiempo y del espacio los daños de la explosión nuclear. Este efecto
secundario y sus consecuencias son tan terribles como la misma
explosión.
Las consecuencias del armamento nuclear no se circunscriben solamente al empleo de estas armas. Como la mayoría de las operaciones industriales, las fabricación de armas nucleares ha generado unos residuos, polución y contaminación que son únicamente característicos de esta industria: riesgos provocados por la radiación, volúmenes sin precedentes de agua y tierra contaminadas, y un abanico de estructuras contaminadas que se extiende desde los reactores de las plantas químicas que extraen los materiales nucleares hasta los producidos por la evaporación de los acuíferos de líquido de alto nivel.
Desde casi el principio de la producción de armas nucleares se comenzaron a plantear los problemas de la eliminación de los residuos nucleares (véase Residuos radiactivos en el artículo Tratamiento de residuos urbanos e industriales). Aunque se trató de limitar el problema con diversos métodos, durante la Guerra Fría primó el imperativo de la carrera de armas nucleares sobre el problema de la contaminación ambiental.
El legado que dejó la producción de armas nucleares durante la Guerra Fría con los excesos de residuos radiactivos almacenados y su contaminación llevó a la creación, en 1989 en los Estados Unidos, de la Oficina para la Dirección del Medio Ambiente (Office of Environmental Management), que perseguía fundamentalmente estos objetivos:
- Eliminar los riesgos urgentes.
- Subrayar la importancia de la salud y seguridad de los trabajadores y las personas.
- Establecer un sistema de control de la gerencia y de las finanzas.
- Demostrar los resultados tangiblemente.
- Desarrollar una tecnología capaz de superar los obstáculos que impidan progresar.
Las actividades de alto riesgo más urgentes suponen la estabilización y el mantenimiento de un amplio número de materiales e instrumentos nucleares. Por ejemplo, las plantas de reprocesamiento ya no van a ser necesitadas para la extracción del plutonio, utilizado en las armas, ni tampoco los materiales de su interior. La tarea de estabilizar todos estos materiales, así como la sensibilidad de los mismos, hace necesario prevenir las fugas, explosiones, robos o ataques terroristas, radiación etc. El mantenimiento de todos los instrumentos es difícil, puesto que muchos de ellos tienen más de cuarenta años, con lo que alcanzan o exceden el tiempo de vida para el que fueron diseñados: así, han comenzado a deteriorarse y, por tanto, deben ser estabilizados y guardados en condiciones de seguridad antes de emprender las tareas de descontaminación.
La siguiente actividad consiste en organizar el destino de una amplia cantidad y variedad de residuos que provienen, en primer lugar, de las actividades que se realizaron durante la Guerra Fría para la producción de armas nucleares, y, en segundo lugar, de los residuos generados por la energía nuclear destinada a producir electricidad y otros. Lo que ocurre con la mayoría de estos residuos es que, al ser radiactivos, no pueden ser eliminados, sólo almacenados mientras su radiactividad va disminuyendo, aunque su peligrosidad se mantiene durante miles de años. Éstos son depositados en minas o excavaciones muy profundas que cumplen unas determinadas condiciones de seguridad; además la manipulación de estos residuos requiere llevar a cabo actividades de diseño, construcción y diversos tratamientos con el fin de acondicionarlos antes de su almacenamiento.
Por último, impulsar el desarrollo y la comercialización de la tecnología para minimizar el impacto ambiental derivado de las actividades del complejo de armas nucleares, es el más vital de los éxitos que se puede conseguir. Un ejemplo de ello es una técnica que convierte el residuo de baja radiactividad en pequeñas laminillas de cristal, fáciles de manipular, que permanecen estables después de su almacenamiento.
Las consecuencias del armamento nuclear no se circunscriben solamente al empleo de estas armas. Como la mayoría de las operaciones industriales, las fabricación de armas nucleares ha generado unos residuos, polución y contaminación que son únicamente característicos de esta industria: riesgos provocados por la radiación, volúmenes sin precedentes de agua y tierra contaminadas, y un abanico de estructuras contaminadas que se extiende desde los reactores de las plantas químicas que extraen los materiales nucleares hasta los producidos por la evaporación de los acuíferos de líquido de alto nivel.
Desde casi el principio de la producción de armas nucleares se comenzaron a plantear los problemas de la eliminación de los residuos nucleares (véase Residuos radiactivos en el artículo Tratamiento de residuos urbanos e industriales). Aunque se trató de limitar el problema con diversos métodos, durante la Guerra Fría primó el imperativo de la carrera de armas nucleares sobre el problema de la contaminación ambiental.
El legado que dejó la producción de armas nucleares durante la Guerra Fría con los excesos de residuos radiactivos almacenados y su contaminación llevó a la creación, en 1989 en los Estados Unidos, de la Oficina para la Dirección del Medio Ambiente (Office of Environmental Management), que perseguía fundamentalmente estos objetivos:
- Eliminar los riesgos urgentes.
- Subrayar la importancia de la salud y seguridad de los trabajadores y las personas.
- Establecer un sistema de control de la gerencia y de las finanzas.
- Demostrar los resultados tangiblemente.
- Desarrollar una tecnología capaz de superar los obstáculos que impidan progresar.
Las actividades de alto riesgo más urgentes suponen la estabilización y el mantenimiento de un amplio número de materiales e instrumentos nucleares. Por ejemplo, las plantas de reprocesamiento ya no van a ser necesitadas para la extracción del plutonio, utilizado en las armas, ni tampoco los materiales de su interior. La tarea de estabilizar todos estos materiales, así como la sensibilidad de los mismos, hace necesario prevenir las fugas, explosiones, robos o ataques terroristas, radiación etc. El mantenimiento de todos los instrumentos es difícil, puesto que muchos de ellos tienen más de cuarenta años, con lo que alcanzan o exceden el tiempo de vida para el que fueron diseñados: así, han comenzado a deteriorarse y, por tanto, deben ser estabilizados y guardados en condiciones de seguridad antes de emprender las tareas de descontaminación.
La siguiente actividad consiste en organizar el destino de una amplia cantidad y variedad de residuos que provienen, en primer lugar, de las actividades que se realizaron durante la Guerra Fría para la producción de armas nucleares, y, en segundo lugar, de los residuos generados por la energía nuclear destinada a producir electricidad y otros. Lo que ocurre con la mayoría de estos residuos es que, al ser radiactivos, no pueden ser eliminados, sólo almacenados mientras su radiactividad va disminuyendo, aunque su peligrosidad se mantiene durante miles de años. Éstos son depositados en minas o excavaciones muy profundas que cumplen unas determinadas condiciones de seguridad; además la manipulación de estos residuos requiere llevar a cabo actividades de diseño, construcción y diversos tratamientos con el fin de acondicionarlos antes de su almacenamiento.
Por último, impulsar el desarrollo y la comercialización de la tecnología para minimizar el impacto ambiental derivado de las actividades del complejo de armas nucleares, es el más vital de los éxitos que se puede conseguir. Un ejemplo de ello es una técnica que convierte el residuo de baja radiactividad en pequeñas laminillas de cristal, fáciles de manipular, que permanecen estables después de su almacenamiento.
Cada una de las etapas de producción de materiales y
componentes utilizados en la construcción de cabezas nucleares, genera
residuos y otros subproductos. Cada gramo de plutonio, cada elemento de
combustible del reactor, cada contenedor de uranio enriquecido y hasta
el uranio agotado, conllevan un residuo asociado a ellos. Los métodos
que utilizó la industria del armamento nuclear para tratar los residuos
durante el período comprendido entre 1943 y 1970, aceptables para
aquellos tiempos, resultan primitivos hoy en día. Uno de los resultados
de estas prácticas fue la contaminación del terreno y del agua; por
ejemplo, algunos residuos líquidos eran dejados en charcas para su
evaporación, porque los ingenieros no sabían que algunos de los
materiales radiactivos podía filtrarse dentro del terreno, como así
sucedía.
Los residuos se clasifican dentro de varias categorías, ya que
según el riesgo que posean, la longitud del tiempo que permanecen
radiactivos o su origen, necesitan un tratamiento antes de su
almacenamiento. Así, se pueden dividir en los siguientes tipos:
- Combustible utilizado: comprende los elementos de combustible y los irradiados en los reactores. Son altamente reactivos y deben ser almacenados en contenedores especiales que los aíslen y los mantengan fríos. Éstos se depositan en piscinas, el agua enfría el combustible y actúa como aislante de la radiación. En un principio estos almacenamientos eran temporales, pero existen piscinas que tienen residuos de este tipo desde hace más de cincuenta años y que no fueron diseñadas para ello, con el consiguiente riesgo de roturas y fugas. Es por ello que se está estudiando el diseño de piscinas para almacenamientos definitivos o bien emplazarlos en una mina profunda en depósitos geológicos.
- Residuo de alto nivel: comprende el material generado por el reprocesamiento del combustible utilizado y de los materiales irradiados. La mayoría procede de la producción de plutonio, mientras que una pequeña fracción proviene de la recuperación del uranio enriquecido utilizado como combustible. Este residuo contiene productos de la fisión de vida corta altamente radiactivos, isótopos de larga vida, productos químicos peligrosos, y metales pesados tóxicos. Deben ser aislados del ambiente durante miles de años. El residuo líquido de alto nivel es almacenado en grandes tanques, mientras que el residuo en forma de polvo se almacena en cajas que son enterradas bajo tierra. En algunos tanques la radiactividad decae y las reacciones químicas generan gas hidrógeno u otros compuestos que podrían explotar en determinadas condiciones, como sucedió en 1957 en la Unión Soviética, por lo que antes del almacenamiento definitivo es necesario llevar a cabo un proceso de estabilización.
- Residuo transuránico: es el generado durante la producción de armas nucleares, reprocesamiento del combustible y otras actividades que generan elementos transuránicos de larga vida. Contiene plutonio, americio y otros elementos con números atómicos más altos que el uranio. Algunos de estos isótopos tienen una vida media de decenas de miles de años, y además requieren un aislamiento muy largo. Desde 1970, el residuo transuránico se almacena temporalmente en bidones cercanos al complejo de producción. En la búsqueda de un almacenamiento permanente, los científicos de muchos países están de acuerdo en que un emplazamiento en el interior de formaciones geológicas estables con las propiedades adecuadas, sería lo mejor. La formación tiene que haber permanecido estable durante millones de años, libre de circulación de agua y carente de movimientos de tierra o erupciones volcánicas.
- Residuo de bajo nivel: residuo radiactivo que no se encuentra dentro de las otras categorías. Es producido en cada proceso relacionado con materiales radiactivos. El residuo de bajo nivel contiene en su mayoría pequeñas cantidades de radiactividad en grandes volúmenes de material. La mayoría es enterrado cerca de la superficie de la tierra, y una minoría permanece almacenado en cajas y bidones.
- Residuo mixto: contiene materiales radiactivos junto con materiales químicamente peligrosos. Todo el residuo transuránico y de alto nivel es manipulado como un residuo mixto, e incluso algunos residuos de bajo nivel también lo son.
- Restos de uranio triturado: grandes volúmenes de material procedente de la extracción y trituración del mineral de uranio. Aunque este material no esta categorizado como residuo, emite radón y suele estar contaminado con metales pesados tóxicos como plomo, vanadio y molibdeno.
- Combustible utilizado: comprende los elementos de combustible y los irradiados en los reactores. Son altamente reactivos y deben ser almacenados en contenedores especiales que los aíslen y los mantengan fríos. Éstos se depositan en piscinas, el agua enfría el combustible y actúa como aislante de la radiación. En un principio estos almacenamientos eran temporales, pero existen piscinas que tienen residuos de este tipo desde hace más de cincuenta años y que no fueron diseñadas para ello, con el consiguiente riesgo de roturas y fugas. Es por ello que se está estudiando el diseño de piscinas para almacenamientos definitivos o bien emplazarlos en una mina profunda en depósitos geológicos.
- Residuo de alto nivel: comprende el material generado por el reprocesamiento del combustible utilizado y de los materiales irradiados. La mayoría procede de la producción de plutonio, mientras que una pequeña fracción proviene de la recuperación del uranio enriquecido utilizado como combustible. Este residuo contiene productos de la fisión de vida corta altamente radiactivos, isótopos de larga vida, productos químicos peligrosos, y metales pesados tóxicos. Deben ser aislados del ambiente durante miles de años. El residuo líquido de alto nivel es almacenado en grandes tanques, mientras que el residuo en forma de polvo se almacena en cajas que son enterradas bajo tierra. En algunos tanques la radiactividad decae y las reacciones químicas generan gas hidrógeno u otros compuestos que podrían explotar en determinadas condiciones, como sucedió en 1957 en la Unión Soviética, por lo que antes del almacenamiento definitivo es necesario llevar a cabo un proceso de estabilización.
- Residuo transuránico: es el generado durante la producción de armas nucleares, reprocesamiento del combustible y otras actividades que generan elementos transuránicos de larga vida. Contiene plutonio, americio y otros elementos con números atómicos más altos que el uranio. Algunos de estos isótopos tienen una vida media de decenas de miles de años, y además requieren un aislamiento muy largo. Desde 1970, el residuo transuránico se almacena temporalmente en bidones cercanos al complejo de producción. En la búsqueda de un almacenamiento permanente, los científicos de muchos países están de acuerdo en que un emplazamiento en el interior de formaciones geológicas estables con las propiedades adecuadas, sería lo mejor. La formación tiene que haber permanecido estable durante millones de años, libre de circulación de agua y carente de movimientos de tierra o erupciones volcánicas.
- Residuo de bajo nivel: residuo radiactivo que no se encuentra dentro de las otras categorías. Es producido en cada proceso relacionado con materiales radiactivos. El residuo de bajo nivel contiene en su mayoría pequeñas cantidades de radiactividad en grandes volúmenes de material. La mayoría es enterrado cerca de la superficie de la tierra, y una minoría permanece almacenado en cajas y bidones.
- Residuo mixto: contiene materiales radiactivos junto con materiales químicamente peligrosos. Todo el residuo transuránico y de alto nivel es manipulado como un residuo mixto, e incluso algunos residuos de bajo nivel también lo son.
- Restos de uranio triturado: grandes volúmenes de material procedente de la extracción y trituración del mineral de uranio. Aunque este material no esta categorizado como residuo, emite radón y suele estar contaminado con metales pesados tóxicos como plomo, vanadio y molibdeno.
-
- Instalación de almacenamiento de residuos radiactivos de baja y media actividad de sierra Albarrana (España).
Para producir materiales nucleares y armas es necesario
construir una amplia red de equipamiento industrial. Del mismo modo, es
necesaria una cadena de plantas y procesos para contener, estabilizar,
tratar y almacenar los residuos radiactivos resultantes. Cada proceso
lleva a otro y cada uno genera residuos, estableciéndose una serie de
conexiones que se pueden resumir en los siguientes puntos:
1. Para producir el plutonio de las armas nucleares se sitúa el uranio en un reactor nuclear y se bombardea con neutrones.
2. Para extraer el plutonio del reactor se han de construir "cañones" de reprocesamiento que generen residuo líquido de alto nivel.
3. Para almacenar el residuo líquido de alto nivel radiactivo generado en el reprocesamiento, se construyen tanques de almacenamiento bajo el terreno.
4. El residuo de bajo nivel procedente del reprocesamiento se entierra en cajas.
5. Para ganar espacio en los tanques de almacenamiento de residuo líquido de alto nivel, se construyen instalaciones de evaporadores que reducen el volumen del residuo.
6. El residuo acuoso procedente la evaporación de líquido de los tanques se almacena en cuencas de filtración.
7. Para frenar la expansión de la contaminación del terreno y del agua del mismo procedente del residuo derramado en las cuencas de filtración, se tapan con capas de arcilla y se instalan fuentes de bombeo.
8. Una alternativa para descargar los efluentes de los evaporadores es la construcción de Equipamiento de Tratamiento de Efluentes.
9. Para estabilizar el líquido de alto nivel radiactivo de los tanques de almacenamiento se construyen plantas específicas.
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1. Para producir el plutonio de las armas nucleares se sitúa el uranio en un reactor nuclear y se bombardea con neutrones.
2. Para extraer el plutonio del reactor se han de construir "cañones" de reprocesamiento que generen residuo líquido de alto nivel.
3. Para almacenar el residuo líquido de alto nivel radiactivo generado en el reprocesamiento, se construyen tanques de almacenamiento bajo el terreno.
4. El residuo de bajo nivel procedente del reprocesamiento se entierra en cajas.
5. Para ganar espacio en los tanques de almacenamiento de residuo líquido de alto nivel, se construyen instalaciones de evaporadores que reducen el volumen del residuo.
6. El residuo acuoso procedente la evaporación de líquido de los tanques se almacena en cuencas de filtración.
7. Para frenar la expansión de la contaminación del terreno y del agua del mismo procedente del residuo derramado en las cuencas de filtración, se tapan con capas de arcilla y se instalan fuentes de bombeo.
8. Una alternativa para descargar los efluentes de los evaporadores es la construcción de Equipamiento de Tratamiento de Efluentes.
9. Para estabilizar el líquido de alto nivel radiactivo de los tanques de almacenamiento se construyen plantas específicas.
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