Desprendimiento Explosivo de Energía de Fisión
Actualmente la fisión (1) del uranio provee energía eléctrica en bastantes países. Algún día lo hará en mayor escala, si el mundo se puede poner de acuerdo encontrando formas de evitar su mal uso (vea abajo) y en el resguardo seguro de los productos de fisión.
Sin embargo, también tiene un segundo aspecto, la fabricación de bombas nucleares. En lugar de gradualmente "quemar" U235 o plutonio (los principales combustibles nucleares), para producir calor para la generación de electricidad, una bomba desprende su energía de manera abrupta, creando una intensa concentración de calor; aún unos pocos kilogramos (de los cuales solo una pequeña parte experimenta fisión) puede destruir una ciudad.
Tal desprendimiento repentino no se logra fácilmente. Tecnología bastante sofisticada es necesaria, de otra manera el calor desprendido inicialmente en la "reacción en cadena" de la fisión, esparce el combustible y detiene el proceso. Un reactor nuclear nunca puede explotar como una bomba: lo más que puede hacer es explotar como un calentador de vapor sin válvulas de seguridad, o más adecuadamente, su combustible se puede fundir convirtiéndose en escoria cara, como pasó en Three Mile Island. Reactores con fallas ciertamente pueden ser peligrosos, dado que contienen productos de fisión intensamente radiactivos (¡recuerde Chernobyl!). Sin embargo, ellos no se pueden convertir en bombas nucleares.
Existe una segunda razón: el proceso usado en estaciones de energía no es adecuado para construir bombas. Cada neutrón desprendido por la fisión de un núcleo debe rebotar alrededor de materia inerte (por ejemplo agua o carbón) y reducir su velocidad, antes de que pueda iniciar una nueva fisión "térmica". La materia extra interfiere con el proceso explosivo, y el desaceleramiento del proceso, tan rápido como es, expande el desprendimiento de energía.
Fisión Mediante Neutrones Rápidos.
La fisión puede, sin embargo, proceder mucho más rápidamente mediante un proceso diferente, usando neutrones "rápidos". Recién creados por el proceso de fisión, ellos inician otra fisión antes de moverse muy rápido. La "fisión rápida" hace factibles a las bombas (así como reactores de "emisión más rápida", de los cuales Francia ha construído dos). Su reacción en cadena es amortiguada por el isótopo U238, de manera que, contrario al combustible en una estación de energía, donde aún el uranio natural (0.7% de U235) puede ser usado, el utilizado en una bomba debe ser altamente enriquecido en U235 ("uranio de calidad de armamento"). O de otra manera, el plutonio, elemento producido artificialmente, es utilizado, el cual se extrae como un subproducto de los reactores nucleares.
El enriquecimiento es un proceso difícil y costoso, usando centrifugadores de gas o grandes separadores magnéticos (método usado por Irak antes de 1991), o también usando grandes arreglos de difusión de gas. El plutonio, por otro lado, requiere solo método químicos para separarlo de los productos de fisión altamente radiactivos encontrados en combustible de reactor ya utilizado. Debido a la radiación mortal, tal separación es siempre realizada a control remoto. La posibilidad de que se puedan construir bombas nucleares del plutonio extraído de plantas de energía comerciales ha sido la motivación principal de los esfuerzos internacionales para controlar el crecimiento de tecnología de energía nuclear.
Aún con el combustible purificado, no es fácil contruir una bomba nuclear. Una "masa crítica" de combustible es necesaria, y debe ser ensamblada muy rápidamente, de hecho, comprimida a un volumen menor, para permitir que suficiente material de él reaccione antes de que su calor generado destruya todo. La primera "bomba atómica" lanzada en Japón en 1945 ("bomba nuclear" puede ser un nombre más adecuado, pero la ciencia ficción ya había escrito acerca de "bombas atómicas"), era un cañón de armas modificado, en el cual un pedazo de U235 era disparado hacia otro pedazo. Las bombas de plutonio necesitan ser ensambladas aún más rápido y comprimidas aún más, de manera que una carga explosiva esférica haga "implosión" sobre una esfera de combustible en su centro. La tecnología para hacer esto involucra los "secretos nucleares" más celosamente controlados, y por supuesto una fuente de neutrones debe ser provista para iniciar la reacción en cadena durante el microsegundo crítico de mayor compresión.
Efectos de las Armas Nucleares.
El mundo tiene toda la razón para temer el uso de armas nucleares y debe de hacer lo mejor que pueda para evitarlas. Su desprendimiento repentino de energía produce una tremenda concentración de calor, la cual radía energía como un destello inmensamente intenso de luz. Una pequeña fracción de segundo después, una "bola de fuego" se forma, -una esfera de aire muy caliente- (o una semiesfera, si la bomba explota cerca del suelo), la cual absorbe el calor e inmediatamente lo irradia de nuevo, de manera que la intensa radiación de calor persiste durante segundos.
En el primer uso de la bomba en tiempos de guerra, sobre la gran ciudad japonesa de Hiroshima el 6 de Agosto de 1945, miles de ciudadanos expuestos sufrieron horribles quemaduras, y muchos de ellos murieron. El calor también incendió la ciudad, cuya mayor parte se consumió, ocasionando todavía más muertes. Tres días después otra bomba fue lanzada sobre Nagasaki, con efectos similares, y Japón se rindió, terminando la Segunda Guerra Mundial.
El aire intensamente calentado alrededor de la bomba también se expande con mucha fuerza. Esto tiene dos efectos: una poderosa onda de choque, la cual se agrega a la destrucción, y un gran burbuja de aire caliente, cuya fluidez la hace elevarse rápidamente, como un gran globo de aire caliente, hasta aproximadamente 60 - 80000 pies (18 - 24000 metros). La burbuja arrastra detrás de ella una "cola" de polvo y humo, creando la famosa "nube de hongo".
La gente cerca de la explosión que logró protegerse contra el calor y la detonación puede haber muerto o enfermado por la radiación nuclear. Además, la basura radiactiva de la bomba, succionada por la nube de hongo, finalmente cae de nuevo a la tierra y agrega contaminación. De cualquier manera, los efectos más dañinos en Japón fueron probablemente el destello y los incendios, y con la contribución adicional de la detonación. Describirlos requiere más de las habilidades de un talentoso escritor, que del entrenamiento de un físico; John Hersey realizó esto bien en su libro corto "Hiroshima," aunque su libro, el cual se concentra en los sobrevivientes, puede no haber dicho lo suficiente.
Después de Hiroshima.
Un peligro mucho más grandes es "la bomba-H " ("bomba de hidrógeno"), en la cual la fisión del uranio y el plutonio está complementada por la fusión de isótopos de hidrógeno y litio, combinándose para formar helio y desprender energía, un proceso parecido al que ocurre en el centro del Sol. Dado que la bomba-H utiliza una bomba-A regular como su detonador, la compresión de su combustible es mucha más rápida, resolviendo por completo el problema de esparcirse antes de que la reación haya avanzado mucho. Como resultado, se puede utilizar mayor combustible, creando una explosión mucho más grande. Mientras que la bomba de Hiroshima fue equivalente aproximadamente a 13000 toneladas de altos explosivos (las bombas-A posteriores fueron más grandes), las bombas-H que han explotado han sido 1000 veces más poderosas.
El destello de tal bomba puede incendiar ciudades y bosques hasta 40 kilómetros de distancia y más, mientras que los mortíferos restos radiactivos,("polvo radiactivo"), el cual ultimadamente cae de nuevo a la Tierra, puede cubrir áreas a muchos cientos de kilómetros de la explosión. El hecho de que tantos restos de fisión se desprendan, sugiere que aunque esta es llamada una "bomba de hidrógeno", mucha de su energía (tal vez la mayoría) puede venir de la fisión del plutonio y el uranio. En los años 60«s, cuando ambos, Estados Unidos y la Unión Soviética, produjeron dichas armas y previeron su uso, fueron identificados o construídos "cobertizos de polvo radiactivo" en los Estados Unidos, construcciones protegidas por suficiente grosor de material (aproximadamente 20-30 cm de concreto), para detener los rayos mortíferos del polvo radiactivo. Ellos fueron almacenados con comida y agua para 1 - 2 semanas, el tiempo necesario para que la peor radiactividad decayera.
Por suerte, fue pronto evidente que dichas bombas grandes no tenían un uso militar definido. Ellas fueron preparadas solamente para una destrucción insensible, lo cual solamente invitaba al contrataque. Después de 1970 fueron abandonadas silenciosamente, esperemos, para siempre.
Es muy malo que dichas "armas de destrucción masiva" puedan ser construídas y utilizadas. No podemos desaparecerlas, pero algún día algún entendimiento entre naciones deberá llevarlas a estar bajo control. Estando al tanto de sus peligros, nosotros podemos ta vez resolvernos a hacer esto antes de que experiencias amargas nos obligen.
"Bombas Sucias."
Un nuevo peligro que se presenta últimamente es que una "bomba sucia" sea explotada por terroristas. Eso no sería una bomba nuclear, sino un artefacto explosivo ordinario, cargado con desperdicio radiactivo tal y como se encuentra en el combustible consumido de los reactores nucleares..
Tal radiactividad puede contaminar la ubicación donde la bomba explote, con un rango de tal vez 30 metros o hasta unos 100 metros. Acercándose a tal radiactividad no es factible que mate o dañe seriamente a alguien. Mucho más peligroso es ingiriéndolo con la comida o respirando el aire, pues de esta manera termina dentro del cuerpo. Un tratamiento médico inmediato puede remover la mayoría, pero el punto principal será el de producir miedo, en una manera visible y conspiratoria.
La contaminación deber de ser limpiada: no hacer esto crearía un problema de salud de largo plazo. Si una bomba sucia fuera explotada en un lugar de reunión nacional o en algún monumento, o por lo menos en un lugar de actividad pública, ese lugar tendría que ser cerrado, por lo menos temporalmente, y una costosa limpieza tendría que comenzar, siendo todo esto una acción visible. Aún más, el público general no está familiarizado con la física nuclear y teme cualquier cosa relacionada con eso. Es muy factible que reaccione con miedo.
El desperdicio nuclear es usualmente bien resguardado, dado que está en el interés de cada gobierno el mantener radiactividad peligrosa lejos de sus propios ciudadanos. Aún así, existen sociedades severamente tensionadas, las cuales carecen de los recursos para impedir que determinados terroristas penetren en los depósitos del desperdicio nuclear, o de encontrar maneras para robar calladamente algo de su contenido. Este es otro peligro que debemos enfrentar en estos tiempos.
Fuente: www.phy6.org
Referencias
- En química y física, fisión es una reacción nuclear, lo que significa que tiene lugar en el núcleo del átomo. La fisión ocurre cuando un núcleo se divide en dos o más núcleos pequeños, más algunos subproductos. Estos subproductos incluyen neutrones libres, fotones (generalmente rayos gamma) y otros fragmentos del núcleo como partículas alfa (núcleos de helio) y beta (electrones y positrones de alta energía).
La fisión de núcleos pesados es un proceso exotérmico lo que supone que se liberan cantidades sustanciales de energía. El proceso genera mucha más energía que la liberada en las reacciones químicas; la energía se emite, tanto en forma de radiación gamma como de energía cinética de los fragmentos de la fusión, que calentarán a la materia que se encuentre alrededor del espacio donde se produzca la fisión.
La fisión se puede inducir por varios métodos, incluyendo el bombardeo del núcleo de un átomo fisionable con otra partícula de la energía correcta; la otra partícula es generalmente un neutrón libre. Este neutrón libre es absorbido por el núcleo, haciéndole inestable (como una pirámide de naranjas en el supermercado llega a ser inestable si alguien lanza otra naranja en ella a la velocidad correcta). El núcleo inestable entonces se partirá en dos o más pedazos: los productos de la fisión que incluyen dos núcleos más pequeños, hasta siete neutrones libres (con una media de dos y medio por reacción), y algunos fotones.
Los núcleos atómicos lanzados como productos de la fisión pueden ser varios elementos químicos. Los elementos que se producen son resultado del azar, pero estadísticamente el resultado más probable es encontrar núcleos con la mitad de protones y neutrones del átomo fisionado original.
Los productos de la fisión son generalmente altamente radiactivos: no son isótopos estables; estos isótopos entonces decaen, mediante cadenas de desintegración.
