Obre el menú principal

Fabricació d'armes nuclears

Diferents mètodes i procesos de fabricació d'armes nuclears.

Segons la teoria de relativitat, E=mc² significa que l'energia és igual a la massa multiplicada per la velocitat de la llum al quadrat, la matèria és en realitat el mateix que l'energia, només que en una forma diferent. El resultat és que hauria de ser possible convertir la matèria en energia.

Convertir matèria en energia no és fàcil, el sol ho fa naturalment per un procés anomenat fusió. El sol és una bola gegantesca de gas hidrogen principalment, té pressions intenses i una calor interna creada en el seu nucli a causa de la seva gravetat. És sota aquesta calor i pressió que els àtoms d'hidrogen es fusionen per crear heli i alliberar energia. No obstant això, no és fàcil recrear les intenses condicions necessàries per generar la fusió a la Terra, per la qual cosa les bombes atòmiques utilitzen un altre procés anomenat fissió.

Una reacció de fissió nuclear és just el contrari de la fusió nuclear. En lloc d'ajuntar àtoms, es trenquen en trossos. Quan un neutró (una partícula subatòmica) amb suficient energia copeja un àtom de material radioactiu com l'urani, l'àtom d'urani es dividirà en dos àtoms més petits i s'allibera part de l'energia que va mantenir unit l'àtom original. Si s'utilitza el tipus correcte d'urani, la ruptura també alliberarà neutrons addicionals capaços de dividir altres àtoms. Si aquest procés continua amb cada nova divisió alliberant neutrons que al seu torn divideixen altres àtoms, llavors es diu reacció en cadena. A causa de la velocitat involucrada en una reacció nuclear, milers de milions d'àtoms poden ser dividits en una petita fracció de segon.

Si la reacció es produeix a un nivell controlat, la fissió produeix energia de manera controlable. Això és el que ocorre en el cor d'una central nuclear. L'energia alliberada s'utilitza per escalfar l'aigua fins a convertir-la en vapor i el vapor fa girar les turbines que estan connectades als generadors per produir electricitat. Si la reacció es produeix a un nivell incontrolat, el nucli del reactor pot fondre's (veure fusió del nucli) i pot produir-se una explosió nuclear.

Pot semblar que les centrals nuclears són bombes atòmiques potencials, però l'urani utilitzat en les centrals nuclears no és del tipus que podria sostenir una reacció en cadena a una velocitat prou alta com per causar una explosió (no obstant això, les centrals nuclears estan subjectes a explosions potencials causades per la pressió del vapor i altres factors). De fet, dissenyar un dispositiu que no exploti abans d'hora, és un dels principals problemes de disseny a l'hora de construir una bomba atòmica.[1]

Contingut

Disseny de la bombaModifica

L'urani o el plutoni poden utilitzar-se com a combustible per a les bombes atòmiques. Tots dos són altament radioactius. Això significa que estan constantment vessant partícules subatòmiques incloent neutrons. Només certs isòtops d'aquests materials, com l'urani 235 i el plutoni 239, emeten sistemàticament neutrons d'una energia tan alta que divideixen els àtoms. Quan s'uneix una quantitat suficient de material, llavors comença la reacció en cadena i la massa es torna crítica. Més endavant, quan la massa de material radioactiu té una reacció en cadena en augment, i més àtoms es trenquen a cada moment, llavors la massa es torna super-crítica.

Mentre que ajuntar suficient urani 235 en una sola massa farà que aquesta massa es torni super-crítica (això pot causar un accident i crear una font de radiació que matarà a qualsevol persona que estigui prop del dispositiu sense la protecció adequada), això per si només no és suficient per crear una bomba atòmica. El material ha de mantenir-se comprimit el temps suficient perquè es produeixi la reacció en cadena, i la bomba ha de ser capaç de resistir l'energia inicial de l'explosió que potencialment pot destruir el dispositiu nuclear. Hi ha dos mètodes ben coneguts per fer això. El primer és conegut com el mètode de la "pistola".[1]

Mètode de la pistolaModifica

 
Arma de fissió nuclear (mètode de la pistola).

Aquesta és la manera més fàcil de construir una arma nuclear. La bomba atòmica utilitzada a la ciutat japonesa d'Hiroshima durant la Segona Guerra Mundial va utilitzar aquest mètode. L'arma consisteix en un tub (molt semblant al canó d'una arma) amb la meitat de la càrrega nuclear fixada en un extrem i l'altra meitat (la meitat mòbil) en l'extrem oposat. Una càrrega explosiva convencional es col·loca darrere de la part mòbil que pot ser considerada com una bala.

Quan la càrrega convencional és detonada, la bala corre pel tub i xoca contra la càrrega fixa en l'altre extrem. Una vegada que les dues meitats del combustible nuclear s'ajunten i es mantenen juntes el temps suficient, comença la reacció en cadena, el combustible es torna supercrítico i té lloc l'explosió nuclear.

Encara que el mètode de la pistola és fàcil de dissenyar, té alguns desavantatges. La més gran és la necessitat d'assegurar-se que les dues parts del combustible nuclear s'uneixin amb la suficient rapidesa. A mesura que les dues seccions s'acosten a una polzada de distància, començaran a intercanviar neutrons que podrien iniciar una reacció en cadena. Si les dues parts es tornen supercríticas abans que s'acostin prou, la força de l'energia alliberada les farà esclatar abans que es produeixi l'explosió principal. Aquest tipus d'error es considera una detonació fallida.

Un altre problema és que aquest mètode és menys eficient, perquè requereix entre 20 i 25 quilograms (al voltant de 44 a 55 lliures) d'urani enriquit. Altres enfocaments poden usar tan poc com 15 quilograms d'urani (aproximadament 33 lliures). Atès que l'urani i el plutoni de grau armamentístic són molt difícils d'aconseguir, això és un desavantatge real quan es @tratar construir aquest tipus d'armes.

A més, el mètode de la pistola només funciona si l'urani s'utilitza com a combustible. El procés de la creació del plutoni, generalment fa que aquest es contamini amb altres materials i subproductes de la fabricació, els quals augmenten la possibilitat que el combustible nuclear es converteixi en una massa super-crítica, abans que les dues seccions estiguin prou a prop una de l'altra.

Això, al seu torn, augmenta les possibilitats que ocorri una detonació fallida en lloc d'una explosió. Per fer que el mètode de la pistola funcioni d'una manera fiable amb el plutoni, seria necessari augmentar significativament la velocitat de la bala. Aquest mètode requereix que l'arma nuclear tingui una grandària molt gran, la qual cosa la fa poc pràctica.[1]

Mètode d'implosióModifica

 
Arma de fissió nuclear (mètode d'implosió).

Si s'utilitza el plutoni per alimentar una bomba, és necessari utilitzar el mètode d'implosió. Amb aquest mètode, el combustible nuclear es transforma en una esfera. Es col·loquen explosius convencionals al seu al voltant. Quan aquests són detonats, la força de l'explosió comprimeix l'esfera i la converteix en una massa supercrítica, durant el temps suficient perquè l'explosió tingui lloc. Encara que el principi sembla fàcil, és difícil fer que funcioni. La bomba no pot simplement estar envoltada d'explosius de gran potència. L'ona de xoc que la comprimeix ha de ser precisament esfèrica, en cas contrari el material de la fossa escaparia a través d'un punt feble en l'estructura.

Per crear la força explosiva necessària en una esfera perfecta, s'utilitzen càrregues explosives amb forma esfèrica (de vegades cridades lents explosives). La bomba Fatman que va arrasar la ciutat japonesa de Nagasaki en la Segona Guerra Mundial va utilitzar 32 càrregues disposades al voltant de l'esfera. Per crear l'ona de xoc esfèrica no només és necessari col·locar les càrregues en la posició correcta i en la forma correcta, sinó que han de detonar-se al moment exacte. Una càrrega que detoni tard crearà un forat en l'ona de xoc a través del qual l'energia de l'explosió convencional pot escapar.

El disseny de la implosió és generalment considerat superior en gairebé tots els sentits al mètode de la pistola i és l'elecció de qualsevol organització o país amb els recursos necessaris per dissenyar i construir una arma nuclear. Una dels principals avantatges que té aquest mètode, és la de fer més eficient la implosió, augmentant l'eficàcia dels explosius convencionals.

Construir una arma nuclear bàsica no és fàcil, en 1964 l'Exèrcit dels Estats Units va contractar a dos professors amb doctorats en física, però sense experiència en armes nuclears ni accés a secrets nuclears.

Als dos se'ls va encomanar la tasca de dissenyar una bomba atòmica utilitzant únicament la informació disponible per al públic en general. Els va prendre aproximadament dos anys, però al final van dissenyar un dispositiu d'implosió que podria haver produït una explosió nuclear amb una potència similar a la Bomba d'Hiroshima.

L'única cosa que els va resultar extremadament difícil va ser aconseguir el material adequat per alimentar la bomba: urani 235 o plutoni 239. Només una petita fracció de l'urani natural que s'extreu de la terra és l'isòtop 235, i separar-ho dels altres isòtops és una tasca important que requereix enormes complexos industrials que treballen durant anys per aïllar només unes poques lliures de combustible nuclear.

De fet, la majoria dels programes d'armament eviten això utilitzant plutoni, que rares vegades es troba en la naturalesa, però pot crear-se exposant els tipus més comuns d'urani a la radiació en un reactor nuclear. No obstant això, el plutoni és extremadament difícil de manejar. És un dels materials més tòxics coneguts per l'ésser humà, especialment si és inhalat.

És precisament la dificultat d'aconseguir i manejar aquests materials fisionables el que protegeix al món de les persones, organitzacions i règims que desitgen construir armes nuclears. És per aquesta raó que la no proliferació de material nuclear és una de les principals preocupacions de la majoria dels governs i existeix un gran recel i preocupació, feia els països i nacions que construeixen reactors nuclears potencialment capaços de crear plutoni de grau armamentístic per construir armes de destrucció massiva nuclears.

De totes maneres, i encara que els coneixements necessaris per construir un artefacte nuclear no poden ser controlats pels governs de la Terra, afortunadament si que és possible rastrejar i controlar els materials de construcció necessaris per construir una bomba atòmica.[1]

Arma de fissió intensificadaModifica

 
Dispositiu nuclear d'implosió.

Aquest dispositiu es refereix generalment a un tipus d'arma nuclear que fa servir una petita quantitat de combustible (generalment triti) per generar un reacció de fusió nuclear a l'interior del nucli d'una bomba atòmica de fissió accionada per explosius convencionals mitjançant el mètode d'implosió, i així alliberar molts neutrons, aquests neutrons al seu torn augmenten la potència de la fissió nuclear i incrementen la potència de la detonació nuclear. els neutrons alliberats per la reacció de fusió s'agreguen no només als neutrons alliberats per la fissió, sinó que també indueixen reaccions de fissió posteriors, alliberant d'aquesta manera més neutrons. la taxa de fissió augmenta llavors fins a aconseguir uns valors molt alts, el que permet que una gran quantitat de material fissionable sigui sotmès a la fissió nuclear abans de ser desintegrat per la pròpia detonació nuclear. El procés de fusió en si mateix contribueix tan sols a una petita quantitat de l'energia total del procés (aproximadament un 1% per cent). La idea d'impulsar aquest tipus d'arma va ser originalment desenvolupada entre finals de 1947 i finals de 1949 al Laboratori Nacional de Los Álamos de la Universitat de Califòrnia a Nou Mèxic, Estats Units. Es creu que una arma d'aquest tipus va ser utilitzada en la prova nuclear de Corea del Nord de 2016.

ReferènciesModifica