¿Cómo funcionan las armas nucleares?

Las armas nucleares modernas funcionan combinando explosivos químicos, fisión nuclear y fusión nuclear. Los explosivos comprimen el material nuclear causando fisión. La fisión libera cantidades masivas de energía en forma de rayos X, creando las altas temperaturas y la presión que se necesitan para desencadenar las reacciones de fusión.

Fisión y fusión

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Toda materia está compuesta de átomos: estructuras increíblemente pequeñas que alojan combinaciones diferentes de tres partículas conocidas como protones, neutrones y electrones. En el centro de cada átomo está el “núcleo”, donde los neutrones y los protones están estrechamente unidos. La mayoría de los núcleos son relativamente estables, lo que significa que la composición de sus neutrones y protones es comparativamente estática e inalterable.

Durante la fisión, los núcleos de ciertos átomos pesados se rompen, o se dividen en núcleos más pequeños y más ligeros, liberando el exceso de energía durante el proceso. Esto puede ocurrir espontáneamente en algunas ocasiones, pero también, en ciertos núcleos se pueden inducir desde afuera. Se dispara un neutrón al núcleo y éste es absorbido, causando inestabilidad y fisión. En algunos elementos, tales como ciertos isótopos de uranio y plutonio, el proceso de fisión también libera exceso de neutrones, los cuales pueden causar una reacción en cadena si son absorbidos por átomos cercanos.

La fusión funciona en reversa: cuando se exponen a temperaturas y presiones extremadamente altas, algunos núcleos ligeros se pueden fusionar para formar núcleos más pesados, liberando energía durante el proceso.

En las armas nucleares modernas, que usan fisión y fusión, una simple ojiva puede liberar más energía explosiva en una fracción de segundo que todas las armas juntas usadas durante la Segunda Guerra Mundial, incluyendo “Fat Man” y “Little Boy”, las dos bombas atómicas lanzadas sobre Japón.

¿Cómo funcionan?

Todas las armas nucleares usan fisión para generar una explosión. “Little Boy”, la primera arma nuclear usada en tiempos de guerra, funcionó disparando un proyectil hueco de uranio-235 a un “blanco” compuesto de dos anillos hechos del mismo material.

Cada componente por sí solo no era suficiente para constituir una masa crítica (la cantidad mínima de material nuclear que se necesita para mantener la fisión), pero al chocar los componentes, la masa crítica fue alcanzada y ocurrió una reacción de fisión en cadena.

Las armas nucleares modernas funcionan de manera ligeramente diferente. La masa crítica depende de la densidad del material: a medida que aumenta la densidad, la masa crítica disminuye. En vez de chocar dos componentes subcríticos de combustible nuclear (es decir, que no cuentan con la masa necesaria para mantener una reacción en cadena), las armas modernas detonan explosivos químicos alrededor de una esfera subcrítica (una especie de “centro”) de metal de uranio-235 o de plutonio-239. La fuerza de la explosión se dirige hacia adentro, comprimiendo el centro y acercando sus átomos. Una vez que están lo suficientemente densos para alcanzar la masa crítica, se inyectan los neutrones, iniciando la reacción en cadena de la fisión y produciendo una explosión atómica.

En las armas de fusión (también llamadas “termonucleares” o armas de “hidrógeno”), la energía proveniente de la explosión de fisión inicial se usa para “fundir” los isótopos. La energía que se libera por el arma, crea una bola de fuego que alcanza varias decenas de millones de grados, temperaturas en el mismo rango que el centro del Sol (que también funciona con fusión).

Combustible Nuclear

Solamente ciertos isótopos de ciertos elementos pueden experimentar fisión (un isótopo es una variación del mismo elemento con números diferentes de neutrones en el núcleo). El plutonio-239 y el uranio-235 son los isótopos usados más comúnmente en las armas nucleares.

Ojivas o cabezas nucleares a profundidad

Las explosiones que se usan en las armas termonucleares se describen frecuentemente como primarias (las explosiones químicas y de fisión) y secundarias (la subsecuente explosión de fusión). Sin embargo, los mecanismos en la práctica son considerablemente más complicados.

Por ejemplo, una fisión primaria pura es ineficiente; el centro de plutonio explotaría antes de que la mayor parte del plutonio-239 pudiera fisionar. En cambio, la reacción puede ser “estimulada” incluyendo hidrógeno (que consiste en isótopos deuterio y tritio). Mientras que el plutonio fisione, el gas de hidrógeno se somete a fusión y libera neutrones, induciendo más fisión.

La explosión “secundaria” tampoco consiste puramente en fusión. En las capas internas hay una “bujía” de fisión que puede ser de plutonio-239 o de uranio-235. Mientras la explosión primaria comprime el combustible desde el exterior, el material de la bujía de encendido se vuelve supercrítico y fisiona, calentando el hidrógeno desde el interior y así iniciando más reacciones de fusión.

La fusión libera neutrones. Estos neutrones golpean una capa de uranio que rodea el combustible de fusión, ocasionando que los átomos se fisionen. Esta fisión generalmente contribuye con más de la mitad del rendimiento explosivo total del arma.

Las armas termonucleares que no incluyen esta “cobija” de uranio se llaman bombas de neutrones, porque los neutrones liberados por la fusión se liberan del arma. Por consiguiente, las bombas de neutrones crean una mayor cantidad de radiación que un arma normal del mismo alcance. Durante la Guerra Fría, dichas armas fueron consideradas para ser usadas contra ataques de tanques de infantería, con la meta de deshabilitar a la tripulación del tanque sin tener que destruir el tanque físicamente.

Combustible nuclear

Nuclear Regulatory Commission
El uranio natural debe ser enriquecido en centrifugadoras como estas antes de ser usadas en armas nucleares.

Aunque se pueden fisionar varios elementos, solamente unos cuantos son usadas en armas nucleares. Los más comunes son los de isótopos uranio-235 y plutonio-239 (recordatorio: los isótopos son átomos del mismo elemento que difieren solamente en su número de neutrones).

El uranio existe en todo el mundo y puede ser extraído de minas de depósitos minerales (también puede ser extraído del agua de mar, pero hoy en día es mucho más costoso). Sin embargo, solamente una pequeña fracción (menos del uno por ciento) del uranio natural es uranio-235. Producir uranio utilizable requiere de un proceso de “enriquecimiento”, en el cual los diferentes isótopos de uranio son separados y concentrados (normalmente usando centrifugadoras, que operan como las de secar hojas de lechuga). Esto es extremadamente costoso, difícil y demorado, y es una de las barreras principales para la construcción de una bomba nuclear.   

El plutonio también puede usarse, pero solamente existe de manera natural en pequeñas cantidades. Puede, sin embargo, ser producido como un subproducto de fisión en reactores nucleares, y luego separado a través de un proceso llamado “reprocesamiento”. La separación del plutonio es más sencilla que el enriquecimiento de uranio: involucra la separación de diferentes elementos, en vez de  diferentes isótopos del mismo elemento. Pero es un proceso altamente radioactivo que requiere instalaciones fuertemente blindadas con equipo de control remoto.     

¿Quién tiene armas nucleares?

Los Estados Unidos fue el primer país que desarrolló armas nucleares, detonando el primer dispositivo de fisión en 1945. Siete años después, los Estados Unidos probó exitosamente la primera bomba de hidrógeno durante la Operación Hiedra (“Operation Ivy”). El físico Richard Garwin ayudó a construir ese dispositivo y hoy día sirve en la junta directiva de la Union of Concerned Scientists. Para el 2018, Estados Unidos ya tenía un estimado de 6.550 ojivas nucleares, incluyendo armas retiradas (esperando ser desmanteladas), almacenadas y desplegadas.

La Unión Soviética desarrolló capacidades nucleares por primera vez en 1949. La Rusia moderna incluye un arsenal estimado de 6.850 ojivas.

Francia (300 ojivas), China (280), el Reino Unido (215), Pakistán (140-150) y la India (120-130) también tienen armas nucleares. Oficialmente Israel no reconoce su capacidad nuclear. Se calcula que su arsenal ha sido generalmente de cerca de 80 ojivas, aunque algunos estiman que es significativamente mayor.

La capacidad de Corea del Norte es en gran medida desconocida. Se sospecha que podría tener un arsenal limitado de 10 a 20 armas.

¿Qué puedo hacer yo?

Durante la cúspide de la Guerra Fría, a mediados de los ochentas, el mundo tenía un total de 60.000 ojivas nucleares. Hoy ese número está cerca de 15.000, que representan una reducción del 75 por ciento.

Este progreso fue posible gracias a los líderes y a los defensores que reconocieron los verdaderos peligros de una guerra nuclear. Aún un intercambio nuclear limitado podría matar a millones de personas, causar severos efectos climáticos y crear caos en las estructuras políticas y económicas; una guerra nuclear haría un daño irreparable al mundo como lo conocemos. Queda mucho trabajo por hacer, inclusive más recortes, desmantelamiento más rápido y eliminación de alertas extremadamente sensibles (cientos de misiles estadounidenses aún se mantienen en "alerta de activación inmediata", incrementando el riesgo de un lanzamiento no autorizado o erróneo).

Usted puede ayudar. Para involucrarse, visite nuestro centro de acción (en inglés).